DE1145819B - Praezisionsspiegel - Google Patents

Description

• Präzisionsspiegel Die in der Optik verwendeten Konkavspiegel zur Bündelung von Strahlen und für Zwecke der Abbildung sowie die Planspiegel zur Umlenkung paralleler Stralflengänge erfordern in den meisten Fällen eine außerordentlich hohe Genauigkeit. Temperaturschwankungen, die insbesondere bei der Verwendung der Spiegel in der freien Atmosphäre auftreten, und mechanische Einflüsse, vor allem auch Erschüttßrungen, können unter Umständen eine solche Veränderung der optisch bearbeiteten Oberflächen hervorrufen, daß Präzisionsmessungen nicht mehr möglich sind.
• Um vor allem bei sehr großen Spiegeln die Gefahr von Verwerfungen und das damit verbundene, Ungenauwerdem der spiegelnden Fläche auszuschalten und die Konstanz der optischen Fläche bzw. die Stabilität zu gewährleisten, hat man sowohl in bezug auf den Werkstoff als auch in bezug auf die, Konstruktion der Spiegel bereits Vorschläge gemacht, die wohl schon bedeutende Vorteile brachten, aber im ganzen gesehen doch noch Wünsche offen ließen.
• Als Werkstoff für wertvolle Präzisionsspiegel wird wegen seines gegenüber anderen Gläsern kleinsten Ausdehnungskoeffizienten bereits seit langem Quarzglas benutzt. Um die aus diesem Werkstoff gefertigten Spiegel trotz größtmöglicher Stabilität nicht zu schwer werden zu lassen, ist man dann zu der Stützgerüstkonstruktion übergegangen und damit zu den sogenannten Leichtgewichtspiegeln.
• Unter Leichtgewichtspiegeln versteht man Spiegel, die, vorwiegend für hochwertige Optiken, beispielsweise für astronomische Teleskope gebraucht werden. Sie bestehen entweder aus einer verhältnismäßig dünnen verspiegelten Vorderplatte-, die mit einem StützgerÜst versehen ist, wobei die Rückseite des Stützgerüstes zur Stabilitätserhöhung meist noch eine Rückfrontplatte trägt, oder aber es ist zwischen zwei Platten, von denen die eine die optisch wirksame Fläche aufweist, ein Stützgerüst angeordnet.
• Diese bekannten Stützgerüste werden entweder aus einer dicken Platte herausgearbeitet oder aber als einzolne, Stützelemente mit den Platten verbunden. Während das erste Verfahren nur mit erheblichen Schwierigkeiten, insbesondere bei der Verwendung von Quarzglas durchgeführt werden kann, gestaltet sich das zweite Verfahrenerheblich einfacher und ermöglicht die Herstellung von Präzisionsspiegeln, die schon recht gute Ergebnisse liefern.
• Als Stützelemente sind einzelne Stäbe, Quader, Würfel und ähnliche beschrieben und zuletzt auch Rohrabschnitte vorgeschlagen worden, die mit der Front- und der Rückplatte verbunden werden. Es ist auch bekanntgeworden, die rohrförmigca Stützelemente so dicht aneinanderzureihen, daß sie ineinander Übergehen und ein Netzwerk mit vorzugsweise profilierten Löchern, beispielsweise --in Honigwabensystom bilden.
• Die bekannten, dicht nebeneinander aufgestellten Stützelemente zeigen jedoch noch einige wesentliche Nachteile. Sie sind, meist durch das Fertigungsverf ahren bedingt, besonders starkwandig, so daß das erstrebte geringere Gewicht des Spiegels nicht oder nur bedingt erreicht wird. Daneben erweisen sie sich aber besonders bei mechanischen Belastungen als nicht genügend dynamisch stabil. Bei entsprechender Belastung scheren nämlich die einzelnen Stdizel-,mente gleichzeitig nach einer Seite aus. Wohl ist dieses Ausscheren unter normalen Bedingungen nur genug, es gewinnt aber erheblich an Bedeutung bei größeren Schwankungen und Erschütterungen, denen ein Spiegel beispielsweise in Raketen ausgesetzt ist, wo diese Erschütterungen unter Umständensogar im Resonanzbereich liegen und die Zerstörung der Spiegel mit mangelnder dynamischer Stabilität bewirken können.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen dynamisch stabilen Leichtgewichtsspiegel, insbesondere für astronomische Teleskope., zu schaffen, dessen Stützgerüst auch bei großer dynamischer Belastung keine Ausscherwirkung zeigt und trotz höchstmöglicher Stabilität nur --in sehr geringes Gewicht aufweist, die Forderungen der Praxis also in besonderem Maßr_ crfüllt.
• Die Lösung dieser Aufgabe wurde darin gefunden, das Stützgerüst des Spiegels aus dünnwandigen Rohrhalbschalen so aufzubauen, daß jeweils eine- freie, Kante dieser Rohrhalbschalen unter einem Winkel, der nahezu 90' oder mehr beträgt, auf den Rücken einer davor befmdlichen Rohrhalbschale, vorzugsweise durch Schweißen, aufgeschmolzen ist. Eine bevorzugte. Ausfuhrungsform des Spiegel& mit Stützgerüst gemäß der Erfindung ist in den Zeichmingendargestellt-Fig. 1 zeigt eine. Seitenansicht des Spiegels, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-B.
• In Fig. 1 ist die Front- oder Spiegelplatte 1 mit der Rückfront- oder Bodenplatte 2, beide aus Quarzglas, üb#er das aus Rohrhalbschalen aufgebaute Stütz;-geräst 3, das ebenfalls aus Quarzglas besteht, durch Verschmelzen verbunden.
• Der Schnitt gemäß Fig. 2 zeigt die einzelnen Rohrhalbschalen, 3, deren freie Kanten 3' und Y' auf den Rücken der davor befindfichon Rohrhalbschalen 4 aufgeschmolzen sind, deren freie Kanten 4' und 4" wiederum mit den davor belmdlichen Rohrhalbschalen 5 verbunden sind. Zweckmäßig werden in den Rohrhalbschalen Entlüftungslöcher 6 oder Entlüftungskerben 7 angebracht, die einen Druckau&gleich sowohl bei der Herstellung als auch beim Gebrauch des Spiegels ermöglichen.
• Ein anschauliches Bild von dem Aufbau des Stützgerüstes vermittelt Fig. 3.
• Neben der Ausbildung der Rohrhalbschalen in runder Form können auch geteilte Rohre mit anderem Profil fur die erfindungsgernaße Gestaltung des Stutzgerüstes Verwendung finden, beispielsweise Sechskantrohrhalbschalen oder ovale Rohrhalbschalen gemäß Fig. 4 und 5, die jeweils in der Art und Weise, über ihre freien Kanten miteinander verschmolzen werden, wie dies bereits erläutert wurde.
• In Fig. 6 ist nochmals eine perspektivische Ansicht des Stützgerüstes mit runden Rohrhalbschalen gegeben, in der durch die stark vereinf achte Wiedergabe eines Schweißbrenners die Verbindung der Rohrhalbschalen erräutert werden soll. Die freien Kanten 3' und Y' der Halbschale 3 wurden bereits in einem früheren Verfalirensschritt mit den Halbschalen 4 verschmolzen. In dem dargestellten Verfahrensschritt werden deren freie Kanten 4" und 4' mit der Halbschale 5 von oben her verschmolzen" indem der Schweißbrenner über die tiefste Stelle, der Halbschale geführt wird und ein Durchschmelzen erfolgt. Die, bereits früher verschmolzene Halbschale 3 wird von diesem Verfahrensschritt nicht mehr bedMußt; da sie kalt bleibt, sind die Spannungen gering.
• Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Beispiele. Ebenso ist Quarzglas als Werkstoff nur beispielsweise angeführt. An seiner Stelle kann, insbesondere für die Herstellung der Bodenplatte und des Stützgerüstes, auch Quarzgut verwendet werden oder ein anderer Werkstoff mit relativ kleinem Ausdehnungskoeffizienten.
• Die beGonderen Vorteile des Präzisionsspiegels mit dem aus Rohrhalbschalen aufgebauten Stützgerüst sind darin zu sehen, daß die Konstruktion in sich vollkommen, aber spannungsann verschmolzen ist. Da die, miteinander verschmolzenen Teile des Spiegels sämtlich im nahezu rechten oder noch größeren Winkel zuemanderstehen, niemals aber in einem spitzen Winkel, ist die Gefahr von Kerbrissen bei dynamischer Belastung ausgeschaltet. Die bereits fertiggestellten Zellen des Stützgerüstes werden bei dem weitexen Aufbau durch Verschmelzen nur wenig beeinflußt> es treten somit praktisch keine Spannungen auf, die bisher ebenfalls als Ursache von Sprüngen in Kauf ge- nommen werden mußten. Es hat sich gezeigt daß bei mehr als 500 Schweißvorgängen an einem Spiegel gemäß der Erfindung nicht ein einziger Sprung aufgetreten ist.
• Neben diesen, gerade für Präzisionsspiegel wichtigen Eigenschaften, weist der Spiegel gemäß der Erfmdung noch einen wesentlilchen Vorteil auf, der bei seiner Verwendung in Raketen einen erheblichen Fortschritt bringt. Während die biAwr verwendeten Stützgeruste mit geschlossenen Zellensystemon Mindest wandstärken von 3 bis 4 -rnm erforderten, können zum Aufbau des erfindungsgemaßen Stützgerustes Rohrhalbschalen mit Wandstärken von 0,5 bis 2 nirn verwendet werden. Hierdurch wird -eine erhebliche Gewichtsersparnis eTzieat, ohne daß eine Stabilitätsverminderung eintritt. Die Verringerung der Wandstärke der Stutzelemente hat infolge der Gewichtsverrninderung eine, wesentlich geringere Wärmeträghaft zur Folge, wodurch ein rascher Temperaturausgleich, wi2 er M Anwendung in der Stratosphäre erforderlich ist, eTmöghcht wird.
• Hinzu kommt, daß die für den Druckausgleich vo-rgesehenen Bohrungen oder Einschnitte in den Zeilen des Stutzgerästes ebenfalls sehr klem ausgeführt werden, so daß durch sie kein merkbarer Stabilitätsvorlust eintreten kann.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Präzisionsspiegel, insbesondere für astronomische Teleskope, gekennzeichnet durch ein die Verbindung zwischen Spiegel- und Bodenplatte vermittelndes Stützgeräst aus Rohrhalbschalen, deren freie Kanten unter einem nahezu rechten oder größeren Winkel auf die Rücken der davor befindlichen Rohrhalbschalen aufgeschmolzen sind.
2. 2. Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekqmzeichnet, daß er in seiner Gesamtheit aus Quarz besteht. 3. Spiegel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelplatte aus Quarzglas, vorzugsweise aus optisch reinem Quarzglas besteht. 4. Spiegel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Bodenplatte und Stützgerüst aus Quarzglas oder Quarzgut bestehen. 5. Spiegel nach den Ansprüchen 1 und 2 und/ oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrhalbschalen des Stützgerüstes runde Form haben. 6. Spiegel nach den Ansprüchen 1 und 2 undi oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrhalbschalen des Stützgerüstes ovale Form haben. 7. Spiegel nach den Ansprüchen 1 und 2 und/ oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrhalbschalen des Stützgerüstes Teile eines Sechskantrohres darstellen. 8. Spiegel nach den Ansprüchen 1 und 2 und/ oder 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in dem Stützgerüst Bohrungen « und/oder Einschnitte für den Druckausgleich angebracht sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 582 275.