DD271965A1

DD271965A1 - DEVICE FOR DRIVING THE HOUR MIRROR AT COELOSTATES

Info

Publication number: DD271965A1
Application number: DD31554088A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Graczyk
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1988-05-09
Filing date: 1988-05-09
Publication date: 1989-09-20
Also published as: DE3901848A1

Abstract

Eine Einrichtung zum Antrieb des Stundenspiegels 10 bei Coelostaten, welche einen Stunden- und einen, an einem um die Stundenachse 5 schwenkbaren Schwenkarm 4 umfassen, wobei Schwenkarm 4 und Stundenspiegel 10 in hochgenauen Lagerungen gelagert sind und der Stundenspiegel 10 mit der halben Nachfuehrgeschwindigkeit des Schwenkarms 4 um die Stundenachse 5 gedreht wird. An dem Stundenspiegel 10 tragenden Gehaeuse 11 sind mehrere Schulterkugellager 13 auf Zapfen 14 vorgesehen, die einerseits mit ihrem Aussenring 16 an einem Mittelsteg 6 eines den Schwenkarm 4 tragenden Doppelradiallagers 3 und andererseits mit ihrem Aussenring 16 am Schwenkarm 4 anliegen und daran abwaelzen. Fig. 3A device for driving the hourly mirror 10 in coelostats, which include one hour and one, on a pivotable about the hour axis 5 swivel arm 4, swivel arm 4 and hourly mirror 10 are mounted in high-precision bearings and the hourly mirror 10 with half Nachfuehrgeschwindigkeit the swing arm. 4 is rotated about the hour axis 5. At the hour mirror 10 supporting housing 11 a plurality of shoulder ball bearings 13 are provided on pin 14, on the one hand with its outer ring 16 on a central web 6 of the swivel arm 4 bearing double radial bearing 3 and on the other hand with its outer ring 16 on the swivel arm 4 and roll it off. Fig. 3

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Antrieb des Stundenspiegels bei Coelostaten, die insbesondere für die Erforschung der Sonne Anwendung finden und der Ablenkung des Sonnenlichtes je nach Aufbau der Sonnenforschungsanlage in eine senkrechte oder waagerechte feste Richtung dienen.The invention relates to a device for driving the hourly mirror in coelostats, which are used in particular for the research of the sun and the deflection of the sunlight depending on the structure of the solar research plant in a vertical or horizontal fixed direction.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Coelostate umfassen 2wei Planspiegel, einan Haupt- oder Stundenspiegel und einen Hilfs- oder Deklinationsspiegel. Ein Coelostat ist ein Lichtlenker, der das Licht eines astronomischen Objektes, vorzugsweise der Sonne, in ein festen Azimut ohne Bilddrehung ablenkt, um es astrophysikalisch auswerten zu können. Die Kompensation der Bildfelddrohung wird dabei dadurch erreicht, daß der Stundenspiegel gegenüber dem, an einem um die Stundenachse drehbar gelagerten Schwenkarm angeordneten Deklinationsspiegel mit der halben Nachführgeschwindigkeit angetrieben wird („Die Sterne", 58, [1982), S. 275 bis 279). Die Drehachse des Stundenspiegels liegt in der Polachse des Coelostaten.Coelostats include two plane mirrors, a primary or hourly mirror and an auxiliary or declination mirror. A coelostat is a light guide, which deflects the light of an astronomical object, preferably the sun, into a fixed azimuth without image rotation in order to evaluate it astrophysically. The compensation of the field threat is achieved in that the hourly mirror relative to the arranged on a rotatably mounted about the hour axis pivoting arm Deklinationsspiegel is driven at half the tracking speed ("The Stars", 58, [1982], pp 275 to 279). The axis of rotation of the hourglass lies in the polar axis of the coelostat.

Bekannte technische Lösungen zum Antrieb der Spiegel umfassen entweder einen relativ aufwendigen Separatantrieb für den Stundenspiegel oder ein geeignetes Geriebe zur Realisierung der nachführgeschwindigkeit (15°h~¹) des Schwenkarmes und des damit verbundenen Deklinationsspiegels für den Antrieb des Stundenspiegels mit der Geschwindigkeit von 7,5°h~'. Für die Lagerung der Spiegel und des Schwenkarmes sind entsprechend stabile und hochgenaue Lagerungen unabhängig von ihren Antrieben erforderlich.Known technical solutions for driving the mirror either comprise a relatively complex separate drive for the hourly mirror or a suitable grating for realizing the tracking speed (15 ° h ~ ¹ ) of the swivel arm and the declination mirror connected thereto for driving the hourly mirror at the speed of 7.5 ° h ~ '. For the storage of the mirror and the swivel arm accordingly stable and highly accurate bearings are required regardless of their drives.

Aus „Jenaer Rundschau", (1959), Heft 2, S.31 ff. ist eine Lösung für den Antrieb des Stundenspiegels bekannt, welche ein Bandgetriebe umfaßt. Dabei wird die Nachführgeschwindigkeit des am Schwenkarm befindlichen Deklinationsspiegels ausgehend von einer gestellfesten Bandrolle über ein Bandgetriebe 1:1 mit einar Umlenkrolle und einem Bandgetriebe 2:1 ohne Richtungsumkehr um den Faktor 2 herabgesetzt. Um die Übertragungsfehler möglichst gering zu halten, sind die Stahlbänder der Bandgetriebe mit einer definierten Kraft (etwa 350N) vorgespannt. Mit dieser Vorspannung ändert sich jedoch während der Bewegung die radiale Belastungsrichtung von Stundenspiegel- und Schwenkarmlagerung im Sinne einer Umlauflast, was sich ungünstig auf das Zenti ierverhalten der hoteiligten Lagerungen auswirkt. Durch die für Astrogeräte typisch großen Temperaturdifferenzen am Aufstellungsort ändert sich die Vorspannung der Bänder und damit auch die Zentriergenauigkeit der entsprechenden Lagerungen. Diese Lösung ist deshalb auch auf kleinere Geräte mit Spiegeln von < 300 mm Durchmesser beschränkt, da sich die sonst aus den Dimensionen der Bandgetriebe ergebenden Übertragungsfehler nicht mehr beherrschen lassen.From "Jenaer Rundschau", (1959), No. 2, p.31 et seq., A solution for driving the hourly mirror is known, which comprises a band transmission 1: 1 with a pulley and a belt drive 2: 1 without direction reversal reduced by a factor of 2. To minimize the transmission errors, the steel belts of the belt transmissions are preloaded with a defined force (about 350N), but with this preload changes during the movement of the radial load direction of hour mirror and Schwenkarmlagerung in the sense of a circulating load, which adversely affects the Zenti ierverhalten the side-mounted bearings.The typical for Astrogeräte temperature differences at the site changes the bias of the bands and thus the centering accuracy of the corresponding storage This solution is therefore also limited to smaller devices with mirrors of <300 mm in diameter, since the transmission errors resulting from the dimensions of the band transmission can no longer be controlled.

Aus der .Jenaer Rundschau" 24, (1979), Njft 1, Seifen 32 bis 34, ist eine horizontale Sonnenforschungsanlage mit einem Coelostaten bekannt, der einen separaten Antrieb für die Stundenachse und für den Schwenkarm besitzt. Der Stundenspiogelantrieb reduziert dio im Schwenkantrieb erzeugte Nachführgeschwindigkeit über ein Differentialgetriebe um den Faktor 2. Durch die Anordnung des Separatantriebes ergibt sich jedoch eine technisch aufwendige Lagerung des Stundenspiegels, die meist als eine hydrostatische Lagerung ausgelegt ist. Dieser relativ hoho Aufwand rechtfertigt sich nur bei Coelostater, mit Spiegeldurchmessern >400mm.From the "Jenaer Rundschau" 24, (1979), Njft 1, soaps 32 to 34, a horizontal solar research plant with a Coelostaten is known, which has a separate drive for the hour axis and for the swivel arm.The hourly pilot drive reduces the tracking speed generated in the rotary actuator However, the arrangement of the separate drive results in a technically complex storage of the hourly mirror, which is usually designed as a hydrostatic bearing.This relatively high outlay is justified only by Coelostater, with mirror diameters> 400 mm.

Object of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, die Nach .e des Standes der Technik zu beseitigen, den technischen Aufwand zu senkon und eine maximale Übertragurisgüte beim Antrieb der Spiegel des Coelostaten zu erreichen.It is the object of the invention to eliminate the background of the prior art, to reduce the technical complexity and to achieve a maximum transmission quality when driving the mirrors of the coelostat.

Woes of the invention

Der Erfindung liegt d^:e Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Antrieb des Stundenspiegels von Coelostaten zu schaffen, bei welcher der Antrieb des Stundenspiegels in dessen Lagerung integriert ist.The invention is based on the object ^: to provide a device for driving the hourly mirror of coelostats, in which the drive of the hourly mirror is integrated in its bearing.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Einrichtung zum Antrieb des Stundenspiegels bei Coelostaten, wolcha einen Stunden- und einen, an einem um eine Stundenachse schwenkbaren Schwenkarm befindlichen Deklinationsspiegel umfassen, wobei Schwenkarm, Stunden- und Deklinationsspiegel in entsprechend hochgenau gestalteten Radial- und Axiallagerungen gelagert sind und der Schwenkarm mit einer Nachführgeschwindigkeit und der Stundenspiegel mit der halben Nachführgeschwindigkeit angetrieben bzw. gedreht werden, dadurch gelöst, daß am, den Stundenspiegel tragenden, am Gestell des Coelostaten um die Stundennchse drehbaren Gehäuse mehrere Schulterkugellager auf Zapfen radial angeordnet sind, die einerseits mit ihrem Außenring an dem Mittelsteg eines den Schwenkarm tragenden Doppelradiallagers und andererseits mit ihrem Außenring am Schwenkarm selbst anliegen und daran abwälzen und gleichzeitig die Axiallagerung für den Stundenspiegel darstellen, wobei der Mittelsteg mit dem Gestell des Coelo Jtaten fest verbunden -st.According to the invention this object is in a device for driving the hourly mirror at coelostats, wolcha one hour and one, located on a pivotable about an hour axis swivel arm Deklinationsspiegel include, with swivel arm, hour and Deklinationsspiegel are stored in correspondingly highly accurate designed radial and axial bearings and the swivel arm with a tracking speed and the hourly mirror with half the tracking speed driven or rotated, achieved in that on the hourly mirror bearing, rotatable on the frame of the Coelostaten about the hourly mouth housing several shoulder ball bearings are arranged radially on pins, on the one hand with its outer ring abut on the central web of the swivel arm bearing double radial bearing and on the other hand with its outer ring on the swing arm itself and roll it off and at the same time represent the axial bearing for the hourly mirror, the center bar with the gesture You are firmly bound to Coelo Jtaten -st.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Schulterkugellager auf ihren Zapfen mittels Federn axial vorgespannt sind und daß zur Einhaltung der Wälzbedingung die Außenringe der Schulterkugellager mit einem Kontaktwinkel α versehen sind.It is advantageous if the shoulder ball bearings are biased axially on their pins by means of springs and that the outer rings of the ball bearings are provided with a contact angle α to comply with the rolling condition.

Durch die jo nach Belastung vorgespannten Federn, vouugswoise Tellerfedern, die auf den Zapfen angeordnet sind, wird ein ständiger Kraftschluß zwischen Stundenspiegol und Schwenkarm hergestellt. Die federnde Anordnung der SchulterkugellagerBy the yo-load-biased springs, vouugswoise disc springs, which are arranged on the pin, a permanent adhesion between hour Stiegenspiegol and swivel arm is made. The resilient arrangement of the ball bearings

garantiert zwei wesentliche, die Übertragungsgüte positiv beeinflussende Faktoren. Einerseits wird die Drehlagerung des Stundenspiegels ständig konzentrisch belastet und andererseits wirken sich auftretende Lageabweichungen an den Reibflächen der Schulterkugellager, basierend auf Fertigungstoleranzen, durch die Anordnung mehrerer Schulterkugellager nur als Durchschnittsmhtelwert der Einzelabweichungen aus. Ein wor entlicher Vorteil besteht noch darin, daß durch diese Einrichtung zum Antrieb des Stundenspiegels das Arbeitsprinzip umkehrbar ist, d. h., wird der Stundenspiegel mit der halben Nachführgeschwindigkeit angetrieben, bewegt sich der Schwenkarm mit der doppolten Geschwindigkeit.guarantees two essential factors that positively influence the quality of transmission. On the one hand, the rotary bearing of the hourglass is constantly loaded concentric and on the other hand, occurring positional deviations on the friction surfaces of the ball bearings, based on manufacturing tolerances, by arranging several shoulder ball bearings only average average value of the individual deviations. A wor al advantage consists in the fact that this device for driving the hourly mirror, the working principle is reversible, d. that is, when the hourly mirror is driven at half the tracking speed, the swing arm moves at the double speed.

Durch die Integration des Stundenachsenantriebes in die Lage¹ ung des Stundenspiegels werden bei Einhaltung einer maximalen Übertragungsgüte der Aufbau und der technische Aufwand erheblich gesenkt.By integrating the hour axis drive in the position ¹ ung the hourly mirror, the structure and technical complexity are significantly reduced while maintaining a maximum transmission quality.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the drawing show

Fig. 1: die Lagerung und den Antrieb des Stundenspiegels, fig. 2: einen Schnitt A-A durch die Lagerung nach Fig. 1 unJ Fig. 3: vereinfacht den Antrieb des Stundenspiegels.Fig. 1: the storage and the drive of the hourly mirror, fig. Fig. 2: a section A-A through the bearing according to Fig. 1 and Fig. 3: simplifies the drive of the hourly mirror.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist an der Montierung oder dem Gestell 1 des Coelostaten in einer Schwenkarmlagerung, bestehend aus einom Wälzlager 2 und einem Doppelradiallager 3, ein Schwenkarm 4 des Coelostaten um die Stundenachse 5 drehbar gelagert, wjbei der Mittelsteg 6 des Doppelradiallagers 3 fest mit dem Gestell 1 verbunden ist. Der Mittelsteg 6 besteht aus zwei Teilen 6' und 6", die unter Zwischenschaltung einer Distanzscheibe 15 fest zusammengefügt sind. Am Schwenkarm 4 nefindet sich ein in den Figuren nicht dargestellter Deklinationsspiegel. In Wälzlagern 7 und 8 ist auf einem, mit dem Schwenkarm 4 durch einen Mitnehmer 4' verbundenen Teil 9 das den Stundenspiegel 10 tragende Gehäuse 11 um die Stundenachse 5 drehbar gelagert, wobei die Stundenachse 5 in der Ebene des Stundenspiegels 10 liegt.As shown in Fig. 1, a pivot arm 4 of the Coelostaten is rotatably supported about the hour axis 5, wjbei the central web 6 of the double radial bearing on the mount or the frame 1 of the Coelostaten in a Schwenkarmlagerung consisting of einom roller bearing 2 and a double radial bearing 3 firmly connected to the frame 1. The central web 6 consists of two parts 6 'and 6 "which are firmly joined together with the interposition of a spacer disk 15. A declination mirror, not shown in the figures, is found on the swivel arm 4. In roller bearings 7 and 8, the swivel arm 4 is moved on one a driver 4 'connected part 9 which supports the hour mirror 10 housing 11 rotatably supported about the hour axis 5, wherein the hour axis 5 is in the plane of the hourglass 10.

Am Gehäuse 11 sind, über dem Umfang verteilt, eine Anzahl Schulterkugellager 13 vorgesehen, die auf Zapfen 14 radial angeordnet sind, welche am Gehäuse 11 befestigt sind (Fig. 3). Mit ihren Außenringen 16 liegen die Schulterkugellager 13 einerseits am Teil 6" des Mittelsteges 6 und andererseits am Schwenkarm 4 an und walzen bei der Bewegung des Schwenkarms 4 auf den Berührungsflächen 17 und 18 ab. Die Schulterkugellager 13 übernehmen dabei gleichzeitig die Axiallagerung des den Stundenspiegel 10 tragenden Gehäuses 11. Zur Einhaltung der Wälzbodingung besitzen die Außenringe 16 eine kegelstump'förmigeUmfangsfläche (Berührungsfläche 17), deren Mantellinien sich auf der Stundenachse 5 in einem Punkt schneiden und dort den Kontaktwinkel α (Fig. 3) bilden. Die Schulterkugellager 13 sind mittels Federn 19, z. B. Tellernfedern, je nach Belastung vorgespannt. Damit wird ein ständiger Kraftfluß zwischen den Berührungsflächen 17 und 18 der Schulterkugellager 13 mit dem Teil 6" des festen Mittelsteges 6 und dem Schwenkarm 4 gewährleistet. Weiterhin wird damit erreicht, daß die Lagerung des Gehäuses 11 ständig konzentrisch belaste» wird. Auftretende Lageabweichungen an den Berührungsflächen 17 und 18, basierend auf Fertigungstoleranzen, werden dutch die Anordnung mehrerer gefederter Schulterkugellager 13 weitestgehend ausgeglichen.On the housing 11, distributed over the circumference, a number of shoulder ball bearings 13 are provided, which are arranged radially on pins 14 which are fixed to the housing 11 (Fig. 3). With their outer rings 16, the shoulder ball bearings 13 abut on the one hand on the part 6 "of the central web 6 and on the other hand on the swivel arm 4 and roll off on the contact surfaces 17 and 18 during the movement of the swivel arm 4. The shoulder ball bearings 13 at the same time assume the axial bearing of the hour mirror 10 To maintain the rolling condition, the outer rings 16 have a frusto-conical peripheral surface (contact surface 17) whose generatrices intersect at a point on the hourly axis 5 where they form the contact angle α (Figure 3) 19, eg plate springs, depending on load, thus ensuring a constant flow of force between the contact surfaces 17 and 18 of the ball bearings 13 with the part 6 "of the fixed center bar 6 and the pivot arm 4. Furthermore, it is achieved that the storage of the housing 11 constantly concentric load ». Occurring position deviations at the contact surfaces 17 and 18, based on manufacturing tolerances, are largely balanced by the arrangement of a plurality of sprung shoulder ball bearings 13.

Bei den Coelostaten wird der Schwenkarm 4 mit der Nachführgeschwindigkeit von 15°h~' durch eine Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) angetrieben. Das Gehäuse 11 mit dem Stundenspiegel 10 muß sich, um eine feste räumliche Lage der Lichtstrahlen im Strahlengang eines Sonnenteleskopes zu erreichen, mit der halben Nachführgeschwindigkeit von 7,5"h~¹ um die Stundenachse drehen. Die Untersetzung um den Faktor 2 zwischen Schwenkarm 4 und dem Gehäuse 11 des Stundenspiegels 10 wird dadurch erreicht, daß der Außenring 16 der Schulterkugellager 13 an den Berührungsflächen 17 und 18 am testen Mittelstcg 6 und am Schwenkarm 4 abwälzt. Dabei wird die Drehbewegung des Schwenkarms 4 über die Kugeln der Schullerkugellager 13 und den Zapfen 14 auf das Gehäuse 11 so übertragen, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Gehäuses 11 gleich der halben Nachführgeschwindigkeit des Schwenkarms 4 ist. Somit ist es nicht notwendig, für den Antrieb des Stundenspiegels bei Coelostaten pine gesonderte Einrichtung vorzusehen. Die Schulterkugellager 13 bewirken einerseits den Antrieb des Gehäuses 11, welches den Stundenspiegel 10 trägt, und andererseits stützen sie das Gehäuse 11 in zur Stundenachse 5 paralleler Richtung ab und bilden so das Axiallager des Gehäuses 11.In the coelostats, the swing arm 4 is driven at the tracking speed of 15 ° h ~ 'by a drive means (not shown). The housing 11 with the hourly mirror 10, in order to achieve a fixed spatial position of the light beams in the beam path of a solar telescope, has to rotate around the hour axis at half the tracking speed of 7.5 "h ^-1 , the reduction by a factor of 2 between the pivoting arm 4 and the housing 11 of the hour mirror 10 is achieved in that the outer ring 16 of the ball bearings 13 rolls on the contact surfaces 17 and 18 on the test center 6 and on the pivot arm 4. The rotational movement of the pivot arm 4 over the balls of the school ball bearings 13 and the pin 14 so that the rotational speed of the housing 11 is equal to half the tracking speed of the pivot arm 4. Thus, it is not necessary to provide separate means for driving the hour mirror at Coelostaten pine 11, which carries the hourly mirror 10, and others On the other hand, they support the housing 11 in a direction parallel to the hour axis 5 and thus form the thrust bearing of the housing eleventh

Zur Vermeidung von Überbes«'mmtheiten bzw. zum Ausgleich von Lagerrundlauffehiern sind der Mitnahmer 4' und eine Gestellpunktdurchführung 20 an seiner? Anschraubstellen mit entsprechenden Freiheitsgraden ausgestattet, was praktisch durch Federgelenke realisierbar ist.In order to avoid oversize or to compensate for Lagerrundlauffehiern are the driver 4 'and a frame point feedthrough 20 at his? Mounting points equipped with appropriate degrees of freedom, which is practically feasible by spring joints.

In Fig.2 ist erkennbar, daß sich der Bewegungsbereich des Schwenkarms 4 auf 360° - 2β beschränkt. Da sich β im Bereich von etwa 15° bewegt, ist der Gesamtbewegungsbereich aus astronomischer Sicht unkritisch.In Figure 2 it can be seen that the range of movement of the pivot arm 4 is limited to 360 ° - 2β. Since β moves in the range of about 15 °, the total range of motion is not critical from an astronomical point of view.

Claims

1. Device for driving the hourly mirror in Coelostalen, which include an hourly and one located on a pivotable about an hour axis pivoting Doklinationsspiegel, wherein swivel arm, hour and Deklinationsspiegel are mounted in accordance highly accurately designed radial and axial bearings and the pivot arm with a Nar.hführgeschwindigkeit and the hourly mirror driven or moved at half the tracking speed, characterized in that on the hourly mirror (10), on the frame (1) of the Coelostaten about the hour axis (5) rotatable housing (11) a plurality of shoulder ball bearings ( 13) on pins (14) are radially angeii Ji iot, on the one hand with its outer ring (6) on the central arm (6) of a swivel arm (4) bearing double radial bearing (3) and on the other hand with its outer ring (16) on the pivot arm (4 ) lie even and roll it off and at the same time the axial bearing for the hourly mirror (10), wherein the center Gap (6) with the frame Ci) of the coelostat is firmly connected.

2. Device according to claim 1, characterized in that the shoulder ball bearings (13) on its pin (14) by means of springs (19) are axially biased, and that to comply with the rolling condition, the outer rings (16) of the ball bearings (13) with a contact angle are provided.