DE19830719A1 - Tubus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tubus.

Ein derartiger Tubus wird in den verschiedensten Bereichen verwendet. Insbesondere dient ein Tubus in der Astronomie dazu mit seiner Länge den Abstand eines Fangspiegel von seinem Hauptspiegel festzulegen. Da das optische System sehr empfindlich auf eine Abstandsänderung reagiert, wäre Zerodur als Werkstoff für den Tubus ideal.

Leider kann Zerodur keine großen Kräfte aufnehmen, weshalb meistens Serrurier-Konstruktionen verwendet werden, bei denen der Abstand zusätzlich durch einen Fokusiermechanismus korrigiert wird. Der Vorteil der Serrurier-Bauweise ist, daß eine Durchsenkung des Fangspiegels in sich parallel erfolgt, wodurch die unerwünschte Verkippung des Fangspiegels vermieden wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Tubus zu schaffen, welcher bei Temperaturänderungen seinen Abstand nicht ändert, keinen zusätzlichen Fokusiermechanismus benötigt und auch keine unerwünschten Verkippungen bei lateraler Belastung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Patentanspruches gelöst.

Der erfindungsgemäße Tubus besitzt einen oberen und einen unteren Flansch. Der metallische Außenteil des Tubus weist in zumindest einer Achse senkrecht zu den beiden Flanschen eine verminderte Stabilität auf und ist mit mindestens drei in dieser Achse angeordneten Druckstäben versehen, welche durch mindestens drei Metallspeichen vorgespannt sind. Vorzugsweise wird ein derartiger Tubus für astronomische Spiegelteleskope verwendet.

Vorzugsweise sind die Metallspeichen aus Invar und die Druckstäbe aus Zerodur. Dadurch erhält man ein System, welches kaum thermisch bedingte Längenänderungen aufweist.

Die drei Druckstäbe definieren einen Kreis und die Metallspeichen sind vorzugsweise auf diesem Kreis angeordnet. Dadurch erhält man eine optimale Kräfteverteilung.

Es ist vorteilhaft, wenn zu beiden Seiten jedes Druckstabes eine Metallspeiche angeordnet ist. Dies erhöht die Stabilität der Anordnung und macht die Belastung zentrisch zum Stab.

Wenn an den Metallspeichenenden jeweils ein Nippel angeordnet ist, hat dies den Vorteil, daß man die Nippel leichter an den beiden Flanschen befestigen kann. Vorzugsweise befindet sich an Metallspeichenenden ein Oberflächengewinde, auf welchem die Nippel mit einem Innengewinde aufgeschraubt sind.

Zwischen den beiden Flanschen ist vorzugsweise ein Faltenbalg angeordnet, welcher vorzugsweise aus Nickel besteht. Dieser läßt sich mit hoher Torsionsstätigkeit bei geringer Axialsteifigkeit in extremer Leichtbauweise herstellen.

Es ist der Dimensionsstabilität förderlich, wenn die Flansche aus Titan sind.

Vorzugsweise sind die beiden Flansche planparallel zueinander angeordnet, so, wie es für Spiegelteleskope für die Befestigung des Fangspiegels relativ zum Sekundärspiegel erforderlich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren, näher erläutert, wobei das nachfolgende Beispiel keinen abschließenden Charakter für die Erfindung hat und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beinhaltet.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Tubus in Aufsicht; und

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Tubus aus Fig. 1 in seitlicher Ansicht.

Die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung zeigt den Grundriß, in der Fig. 2 hingegen ist die Seitenansicht des erfindungsgemäßen Tubus (1) dargestellt, welcher sehr dimensionsstabil ist.

Die Invar-Speichen (2a, 2b; 12a, 12b; 22a, 22b) beiderseits der Druckstäbe (3, 13, 23) (vorzugsweise aus Zerodur) werden untereinander auf die gleiche Spannung eingestellt und zwar mit Hilfe der verdrehbaren Gewindenippel (22a, 22aa', 22ba, 22ba', 12ba, 12ba') (wie bei einer Fahrradspeiche).

Bis zu dieser Vorspannung kann der Tubus (1) auch Zug übertragen, ohne das in den Zerodurstäben (3, 13, 23) unzulässig hoher Zug entsteht.

Die erfinderische Lösung besteht letztendlich im wesentlichen darin, Stäbe (3, 13, 23) aus dem geeigneten Werkstoff (insbesondere Zerodur) ausschließlich zur Längenbestimmung des Tubusabstandes zu verwenden, der hier durch die Mittenebenen seiner beiden Flansche (4a, 4b) definiert wird.

Die Belastbarkeit der Zerodurstäbe (3, 13, 23) wird durch Vorspannen mit geeigneten Speichen (2a, 2b; 12a, 12b; 22a, 22b) (insbesondere ist hierzu Super-Invar geeignet) deutlich erhöht.

Die Tragfähigkeit des nun dimensionsstabilen Tubus (1) wird zusätzlich durch einen in Tubusrichtung leicht verformbaren, hohlen Balg (5) verbessert, der jedoch eine hohe Torsionssteifigkeit besitzt, die den drei Zerodurstäben (3, 13, 23) allein fehlen würde.

Der Balg (5) ist aus ebenen Platten zusammengesetzt, welche an ihren Kanten gelenkig miteinander verbunden sind. Durch diese Anordnung der Falten des Balges erhält dieser eine hohe laterale Steifigkeit und Torsionssteifigkeit bei niedriger axialer Steifigkeit.

Weiterhin hat der Balg (5) eine laterale Tragfähigkeit für Schubkräfte und besitzt ferner die Lenkereigenschaften des Serrurier-Konzeptes.

Der Balg (5) übernimmt bei seiner Verwendung in einem Spiegelteleskop gleichzeitig die Aufgabe eines Lichtschutzbaffles für den Hauptspiegel (in der Figur nicht dargestellt).

Ein solcher Balg (5) läßt sich insbesondere durch galvanisches Abscheiden von Nickel auf einem vorgefrästen Aluminiumrohr in extremer Leichtbauweise herstellen. Nach der Vernickelung läßt sich der Aluminiumträger chemisch entfernen, wobei ein dünnwandiger Nickelbalg (5) übrig bleibt, der mit den Flanschen (4a, 4b) (vorzugsweise aus Titan) verklebt bzw. vernietet werden kann. Der Balg kann aber auch aus nichtrostenden Stahlteilen in Schweißtechnologie hergestellt werden.

Letztendlich erhält man einen dimensionsstabilen, Tubus (1) mit hoher Torsionssteifigkeit und erhöhter lateraler Steifigkeit.

Claims (11)

1. Tubus (1) mit einem oberen (4a) und einem unteren Flansch (4b), welcher in zumindest einer Achse senkrecht zu der planparallel verschobenen Ebene der Endflächen der beiden Flansche (4a, 4b) eine verminderte Stabilität aufweist und mit mindestens drei in dieser Achse angeordneten Druckstäben (3, 13, 23), welche durch mindestens drei Metallspeichen (2a, 2b; 12a, 12b; 22a, 22b) vorgespannt sind.

2. Tubus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallspeichen (2a, 2b; 12a, 12b; 22a, 22b) aus Invar sind.

3. Tubus nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstab (3, 13, 23) aus Zerodur ist.

4. Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Druckstäbe (3, 13, 23) einen Kreis definieren und die Metallspeichen (2a, 2b; 12a, 12b; 22a, 22b) auf diesem Kreis angeordnet sind.

5. Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten jedes Druckstabes (3, 13, 23) ein Metallspeiche (2a, 2b; 12a, 12b; 22a, 22b) symmetrisch angeordnet ist.

6. Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Metallspeichenenden (2a, 2b; 12a, 12b; 22a, 22b) jeweils ein Nippel (22aa, 22aa', 22ba, 22ba', 12ba, 12ba'), vorzugsweise mit einem Innengewinde, welches in ein Außengewinde der Metallspeichen (2a, 2b; 12a, 12b; 22a, 22b) greift, angeordnet ist.

7. Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Flanschen (4a, 4b) ein Balg (5), vorzugsweise ein Faltenbalg angeordnet ist.

8. Tubus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (5) aus Nickel ist.

9. Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (4a, 4b) aus Titan sind.

10. Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flansche (4a, 4b) planparallel zueinander angeordnet sind.

11. Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Falten des Balges so angeordnet sind, daß er eine hohe laterale Steifigkeit und Torsionssteifigkeit erhält, aber eine niedrige axiale Steifigkeit besitzt.