DE10217496C1

DE10217496C1 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Sandwichspiegels

Info

Publication number: DE10217496C1
Application number: DE10217496A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Sippel
Original assignee: Astrium GmbH
Current assignee: Airbus DS GmbH
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2022-04-20
Also published as: FR2838832B1; FR2838832A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Sandwichspiegels, letzterer umfassend einen geschlossenen Kern (K) und eine darauf aufgebrachte Spiegeldeckschicht (D). Erfindungsgemäß wird durch Einlass eines Fluides in das Innere des Kerns (K) darin ein definierter Druck erzeugt, der im wesentlichen dem Bearbeitungsdruck während der Oberflächenbehandlung entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Sandwich spiegels nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Optische Spiegel werden zum Beispiel benötigt für astronomische Teleskope, zur Übertragung von Laserstrahlen oder zur Konzentration von Sonnenlicht. Grund sätzliche Anforderungen für diese Anwendungen sind extreme Formbeständigkeit unter allen auftretenden Umweltbedingungen und geringes Gewicht. Maximale Steifigkeit bei minimalem Gewicht kann bei derartigen Spiegeln durch die Sandwichbauweise erreicht werden, bei der dünne Deckschichten mit einem dicken, aber leichten Kern kombiniert werden. Die Gewichtserleichterung des Kerns erfolgt durch Ausfräsen des überwiegenden Kernvolumens mit Ausnahme einer verbleibenden dünnwandigen Rippenstruktur. Die Spiegeldeckschichten sind somit nur linienförmig durch die Rippen gestützt. Der Kern bildet eine im wesentlichen geschlossene Struktur, d. h. er ist bis auf eventuell vorhandene kleinere Öffnungen, nach außen abgeschlossen.

Beim endgültigen Bearbeiten der Spiegeloberfläche durch Schleifen und Polieren - eine solche Vorgehensweise bei einem Sandwichspiegel ist aus der US 5,076,700, der DE-AS 14 72 126 und der DE-AS 19 43 337 jeweils bekannt - wird ein Bearbeitungsdruck auf die Spiegeloberfläche aufgebracht, der bei Sandwichspiegeln zu einem elastischen Absinken der Deckschicht zwischen den Kernrippen infolge Biegeverformung führt (siehe Fig. 1). Nach Beendigung der Bearbeitung und Wegnahme des Schleif- oder Polierdrucks geht die elastische Verformung zurück, und es verbleibt ein Formfehler, dessen Form dem Muster der Rippenstruktur des Kerns entspricht (ähnlich der Oberfläche einer Steppdecke).

Bekannte Maßnahmen zur Vermeidung unzuverlässiger hoher Formfehler sind:

1. Der Rippenabstand wird ausreichend gering und die Deckschichtdicke wird ausreichend groß gewählt, um den verbleibenden Formfehler in einem zulässig kleinen Bereich zu halten. Beide Maßnahmen schränken die mögliche Gewichts erleichterung ein und bestimmen somit eine Untergrenze für das benötigte Spie gelgewicht.
2. Vor dem Schleifen/Polieren werden die Kernhohlräume mit einem wieder entfern baren Beschwerungsmaterial (z. B. Bleikugeln) gefüllt, das bei einer Überkopflage des Spiegels die Deckschicht nach außen drückt und dem Schleif/Polierdruck entgegenwirkt. Beim Schleifen/Polieren erhöht sich die Gesamtspiegelmasse deutlich. Der Spiegel kann nur über Kopf bearbeitet werden (Werkzeug unten, Spiegel oben). Vor jeder Vermessung der Spiegeloberfläche muss das gesamte Beschwerungsmaterial entfernt und vor dem nächsten Bearbeitungsschritt wieder eingefüllt werden.
3. Vor dem Schleifen/Polieren werden die Kernhohlräume mit einer wieder entfern baren Vergussmasse (z. B. Wachs) ausgefüllt, die eine zusätzliche Stützung der Deckschicht bewirken soll. Diese Maßnahme führt wegen zu geringer Steifigkeit der Vergussmasse nur zu einer ungenügenden Versteifung. Dehnungen der Ver gussmasse beim Erstarren oder bei Temperaturänderung führen leicht zu einer unzulässigen Verspannung und somit zu einem Formfehler des Spiegels. Zusätz liche Probleme bereiten das beträchtliche Zusatzgewicht bei der Bearbeitung und der Aufwand für die Entfernung der Vergussmasse.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Sandwichspiegels zu schaffen, mit dem das beschriebene Durchzeichnen der inneren Rippenstruktur auf die Spiegeloberfläche vermieden wird, wobei die ge nannten Nachteile im Zusammenhang mit den bekannten Bearbeitungsverfahren vermieden werden sollen.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem vor dem Schleifen/Polieren ein geeignetes Fluid (vorzugsweise gasförmig, z. B. Luft) mit einem definierten Überdruck in das innere des Kerns eingefüllt wird. Der Überdruck muss dabei annähernd so groß wie der Bearbeitungsdruck während des Schleifens/Polierens sein. Während der Bearbeitung wirken Innendruck und Bearbeitungsdruck gegeneinander, eine elastische Biegever formung der Deckschicht wird vermieden und ein Durchzeichnen der inneren Rippen struktur nach der Bearbeitung tritt nicht auf.

Da die Verformung durch den Bearbeitungsdruck aktiv kompensiert wird, können die Rippenabstände vergrößert und die Deckschichtdicke verringert werden, was eine wesentliche Verringerung des Spiegelgewichts zulässt.

Durch das eingefüllte Gas wird das Gewicht des Spiegels bei der Bearbeitung nur unwesentlich erhöht.

Der Spiegel kann in jeder Lage bearbeitet werden (sowohl über Kopf als auch Spiegel unten/Werkzeug oben).

Einfüllen und Ablassen des Füllgases können schnell und mit minimalem Aufwand erfolgen.

Die Steuerung des Innendrucks kann sehr genau geregelt werden.

Die Erfindung wird anhand von Figur näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Sandwichspiegels nach dem Stand der Technik, wie in der Beschreibungseinleitung erwähnt;

Fig. 2 ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Sandwichspiegels gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein bekanntes Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Sandwich spiegels. Die Darstellung ist schematisch, gezeigt ist jeweils ein Schnitt senkrecht zur Spiegeloberfläche. Der Sandwichspiegel umfasst einen nach außen geschlossenen Kern K und eine darauf angebrachte Spiegeldeckschicht D. Man erkennt die einzel nen Kernrippen, zwischen denen miteinander verbundene Hohlräume gebildet sind. Spiegeldeckschicht D und Kern K können aus dem selben Material gebildet sein (z. B. C/SiC), wobei die Oberfläche der Spiegeldeckschicht in den meisten Fällen zusätzlich mit einer dünnen Metallisierung versehen ist.

Teilbild a) zeigt die Situation vor dem Schleifen/Polieren (rohe Oberfläche).

Teilbild b) ist eine Momentaufnahme zu Beginn des Schleifens/Polierens (rohe Oberfläche). Durch den Schleif/Polierdruck ergibt sich eine elastische Verformung der Spiegeldeckschicht, die zu einer Durchbiegung in den Bereichen zwischen den Rippen des Kerns führt.

Teilbild c) zeigt die Situation zum Ende des Schleifens/Polierens. Die Spiegeloberflä che ist nun bearbeitet, die elastische Verformung zwischen den Kernrippen durch den Schleif/Polierdruck hält nach wie vor an.

Teilbild d) zeigt die Situation nach Wegnahme des Schleif/Polierdrucks. Die elasti sche Verformung durch den bisher herrschenden Schleif/Polierdruck geht zurück und führt nun an der bearbeiteten Spiegeloberfläche zu einem Formfehler, der zu der Rippenstruktur des Kerns korrespondiert.

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Sandwichspiegels.

Teilbild a) zeigt den Spiegel vor dem Schleifen/Polieren (rohe Oberfläche).

Teilbild b) ist eine Momentaufnahme nach Aufbringen des Innendrucks (rohe Ober fläche). Die Spiegeldeckschicht wird in den Bereichen zwischen den Rippen durch den Innendruck elastisch verformt (nach außen gewölbt).

Teilbild c) zeigt die Situation zu Beginn des Schleifens/Polierens (rohe Oberfläche). Die Verformung durch den Schleif/Polierdruck gleicht die Verformung durch den Innendruck aus.

Teilbild d) ist eine Momentaufnahme an Ende des Schleifens/Polierens. Die Oberflä che ist nun bearbeitet. Die Verformung durch den Schleif/Polierdruck gleicht die Verformung durch den Innendruck aus.

Teilbild e) zeigt die Situation nach Wegnahme des Schleif/Polierdrucks (bearbeitete Obefläche). Die Spiegeldeckschicht wird unter Wirkung des Innendrucks zwischen den Rippen nach außen gewölbt.

Teilbild f) zeigt den Spiegel nach Wegnahme des Innendrucks. Die Spiegeloberfläche ist bearbeitet, es verbleibt kein Formfehler (kein Durchzeichnen der Rippenstruktur).

Claims

Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Spiegels in Sandwichbauweise, bei dem
eine auf einen Kern mit einer Rippenstruktur aufgebrachte Spiegeldeck schicht einem Schleif- und Poliervorgang unterworfen wird, bei dem ein Bearbeitungsdruck auf die Spiegeloberfläche ausgeübt wird, und bei dem
vor dem Schleif- und Poliervorgang ein Fluid mit einem definierten Überdruck in das Innere des Kerns eingefüllt wird, der annähernd dem Bearbeitungs druck während des Schleifens und Polierens entspricht.