DE19958567A1 - Schwerlast-Präzisionslagerung für ein optisches Instrument - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwerlast-Präzisionslagerung für ein optisches Instrument, insbesondere für ein astronomisches Fernrohr, umfassend einen Basisträger (2), der auf einem stationären Sockel (4) um eine Vertikalachse (V) drehbar gelagert ist und eine Instrumentenhalterung (3) zum Halten des optischen Instrumentes, die an dem Basisträger (2) um eine Horizontalachse (H) drehbar gelagert ist. DOLLAR A Zur Schaffung einer einfach herstellbaren und montierbaren Lagerung, die eine hohe Steifigkeit, Positioniergenauigkeit und Zuverlässigkeit aufweist, wird der Basisträger (2) über ein Zentrallager (6) kugelgelenkartig gegen den Sockel (4) abgestützt. Weiterhin ist ein Lagerabschnitt (10) des Basisträgers (2) an dem Sockel (4) axial geführt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwerlast- Präzisionslagerung für ein optisches Instrument, insbeson­ dere für ein astronomisches Fernrohr, umfassend einen Ba­ sisträger, der auf einem stationären Sockel um eine Verti­ kalachse drehbar gelagert ist, und eine Instrumentenhalte­ rung, die das optische Instrument aufnimmt und mit dem op­ tischen Instrument um eine Horizontalachse schwenkbar gela­ gert ist.

Derartige Lagerungen können sowohl für eine azimutale als auch eine parallaktische Montierung eines optischen Instru­ mentes, beispielsweise eines Fernrohres, verwendet werden. Aus dem Anwendungszweck resultieren höchste Anforderungen an die Genauigkeit der Führungen und der Antriebe im Hin­ blick auf die Ausrichtung der Drehachsen sowie kleinste Be­ wegungsinkremente, die zudem ruckfrei ausgeführt werden müssen, um beispielsweise eine punktgenaue Nachführung der Relativbewegung eines astronomischen Beobachtungsobjektes zu dem Aufstellungsort des optischen Instrumentes in der Größenordnung von Bruchteilen einer Bogensekunde zu ermög­ lichen.

Da Instrumente für astronomische Beobachtungen zumeist an abgelegenen Orten größerer Meereshöhe aufgestellt werden, um den Einfluß zivilisationsbedingter Emissionen zu vermei­ den, und überdies im Freien betrieben werden müssen, ist die Lagerung Temperaturschwankungen ausgesetzt, die in ei­ nem verhältnismäßig großen Bereich von +50°Celsius bis -25°Celsius liegen. Des weiteren ist zu berücksichtigen, daß das Instrument einschließlich der Lagerung einen Wärme­ speicher darstellt, der bei abweichenden Außentemperaturen Turbulenzen verursacht, welche die Beobachtungsmöglichkei­ ten beeinträchtigen. Es ist deshalb erstrebenswert, Instru­ ment und Lagerung zwar stabil, dabei jedoch mit wenig Masse aufzubauen.

Die bisher verwendeten Schwerlast-Präzisionslagerungen für optische Instrumente sind durch eine hohe konstruktive Kom­ plexität der Lagerung, des Antriebes sowie der Positions­ messung gekennzeichnet und lösen das vorgenannte Problem nur unzureichend.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Schwerlast-Präzisionslagerung zu schaffen, die bei verein­ fachtem Aufbau eine hohe Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Positioniergenauigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch eine Schwerlast-Präzisionslagerung der eingangs genannten Art gelöst, bei der der Basisträger in seinem Drehzentrum nahe der Vertikalachse über ein Zen­ trallager gegen den Sockel abgestützt und zusätzlich mit konzentrisch um das Zentrallager herum angeordneten Stütz­ lagern auf dem Sockel geführt und so gegen Verkippung um das Zentrallager gesichert ist.

Über das Zentrallager wird die axiale Hauptlast in Richtung der Vertikalachse in den Sockel eingeleitet. Die um das Zentrallager angeordneten Stützlager dienen vorwiegend zur Aufnahme von Kippmomenten. Durch die Verwendung dieses zen­ trischen Lagers kann der konstruktive Aufwand im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen erheblich verringert werden.

Überdies sind lediglich geringe Einstellarbeiten für die Führungen des Basisträgers an dem Sockel erforderlich.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich weiterhin durch geringste Reibmomentänderungen und kleinste Taumelfehler aus.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Zentrallager als hydrostatisches Niederdrucklager ausgebil­ det. Dieses wird in einem Druckbereich bis zu 10 bar be­ trieben. Hydrostatische Einrichtungen sind in der Regel mit einer erhöhten Wärmeabstrahlung verbunden, welche die Beob­ achtungsverhältnisse ungünstig beeinflussen. Durch die Ver­ wendung eines Niederdrucklagers läßt sich die Wärmeabstrah­ lung auf einem geringen Niveau halten, durch das die Beob­ achtungsmöglichkeiten nicht beeinträchtigt werden.

Vorzugsweise weist das hydrostatische Niederdrucklager auf der Seite des Basisträgers einen in Form eines Kugelober­ flächenabschnittes nach außen konvex hervorgewölbten Lager­ körper auf, der in einer entsprechend konkav gekrümmten, auf der Seite des Sockels stationär angeordneten Lagerscha­ le aufgenommen ist. Diese Anordnung begünstigt eine Selbst­ zentrierung des Lagers, so daß der Basisträger auch gegen axiale Verschiebung gesichert auf dem Sockel aufsitzt.

Zur optimalen Versorgung mit Schmiermittel ist die Lager­ schale an ihrer konkav gekrümmten Oberfläche mit Schmier­ mitteltaschen versehen, die über Schmiermittelzufuhrlei­ tungen mit druckbeaufschlagtem und mengendosiertem Schmier­ mittel versorgt werden. Damit erfolgt die Schmiermittelver­ sorgung über die stationäre Seite, so daß aufwendige Lei­ tungsverbindungen zu dem bewegten Lagerelement vermieden werden.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung weist der Basisträger eine in bezug auf die Vertikal­ achse konzentrische erste Lauffläche auf, die in Richtung zum Sockel weist und die bei Drehung des Basisträgers um die Vertikalachse auf stationär mit dem Sockel verbundenen Stützrollen der Stützlager abrollt. Hierdurch können auf den Basisträger einwirkende Kippmomente, beispielsweise in­ folge von Windkräften, die auf das optische Instrument so­ wie auf die Präzisionslagerung einwirken, zuverlässig auf­ genommen werden. Überdies wird durch die Anordnung der Stützrollen auf Seiten des Sockels die zu bewegende Masse gering gehalten, so daß der Basisträger mit geringen An­ triebskräften genau positioniert werden kann.

Vorzugsweise sind die Stützrollen kegelförmig ausgebildet und auf einer zu der Vertikalachse hin ausgerichteten Achse drehbar gelagert sind, wobei sich der Außendurchmesser der Stützrolle in Richtung zur Vertikalachse verjüngt. Hier­ durch wird ein zusätzlicher Zentrierungseffekt des Ba­ sisträgers auf die Vertikalachse hin erzielt, der die Füh­ rungsgenauigkeit des Basisträgers weiter verbessert.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung sind sockelseitig Antriebe angeordnet, deren Abtriebs­ elemente mit einer ebenfalls konzentrisch zur Vertikalachse am Basisträger ausgebildeten zweiten Lauffläche drehmo­ mentübertragend in Eingriff stehen. Hierdurch ergibt sich eine konstruktiv besonders einfache Lösung, die einen auf­ wendigen Zentralantrieb vermeidet.

Zur Optimierung der Aufnahme von Kippmomenten sind die Stützlager in Umfangsrichtung gleichbeabstandet angeordnet.

Eine weitere Verbesserung der Krafteinleitung ergibt sich bevorzugt dann, wenn die Antriebe jeweils paarweise und mit Bezug auf die Vertikalachse einander gegenüberliegend ange­ ordnet sind. Hierdurch wird insbesondere ein Radialkraft­ ausgleich der Antriebseinrichtungen erzielt, wodurch sich eine hohe Führungsgenauigkeit und Positionierbarkeit des Basisträgers verwirklichen läßt.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung sind eine erste Lauffläche für die Stützlager und eine zweite Lauffläche für die Antriebe auf einer tellerartigen, an den Basisträger angeflanschten Scheibe ausgebildet. Hierdurch wird vor allem eine hohe Steifigkeit der Lagerung erzielt, durch die die Positioniergenauigkeit begünstigt wird. Zudem ergibt sich eine erhebliche fertigungstechni­ sche Vereinfachung, da die mit höchster Genauigkeit herzu­ stellenden Laufflächen in enger räumlicher Zuordnung zuein­ ander liegen. Weiterhin vorteilhaft bleibt die Anzahl der Bauteile und damit auch der Montageaufwand gering.

Einein herstellungstechnischer und montagetechnischer Hin­ sicht besonders einfache, jedoch mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit arbeitende Lagerung der Horizontalachse er­ gibt sich dann, wenn die Instrumentenhalterung einen in be­ zug auf die Horizontalachse rotationssymmetrischen Ring­ flansch aufweist, dessen außenliegender Randbereich in meh­ reren, an dem Basisträger angeordneten Lagereinheiten axial und radial gehalten ist, wobei jede Lagereinheit zwei beid­ seitig des Ringflansches angeordnete Axialführungsrollen aufweist, durch die der Ringflansch axial fixiert ist, so­ wie eine Lagerrolle, die den Ringflansch radial abstützt.

Die lediglich punktuelle Abstützung der Horizontalachse in den Lagereinheiten ermöglicht eine kompakte Aufhängung der Instrumentenhalterung, so daß die zu bewegende Gesamtmasse gering bleibt. Daraus ergibt sich der weitere Vorteil eines geringeren Wärmespeichervermögens, wodurch sich die Lage­ rung schneller an die Umgebungstemperaturen anpassen kann. Überdies wird eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht, die nur geringe Windangriffsflächen aufweist, so daß das optische Instrument auch noch bei Windverhältnissen betrie­ ben werden kann, bei denen bisher die Beobachtungen einge­ stellt werden mußten.

Vorzugsweise umfassen auch hier die axialen Stützlager je­ weils eine kegelförmige Rolle, die auf einer zu der Hori­ zontalachse hin ausgerichteten Achse drehbar gelagert ist, wobei sich der Außendurchmesser dieser Rolle in Richtung der Horizontalachse verjüngt. Somit wird auch hier ein zu­ sätzlicher Zentrierungseffekt erzielt, der die Führungsge­ nauigkeit um die Horizontalachse weiter verbessert.

Ein besonders kompakter Antrieb der Instrumentenhalterung um die Horizontalachse ergibt sich in einer weiteren Ausge­ staltung durch an dem Basisträger angeordnete Antriebe, de­ ren Abtriebselemente jeweils unmittelbar mit dem Ring­ flansch drehmomentübertragend in Eingriff stehen.

Vorzugsweise sind mehrere Antriebe und Lagereinheiten ab­ wechselnd und mit ihren Angriffspunkten gleichbeabstandet voneinander in einem Winkelbereich von etwa 60° bis 180° vorgesehen. Die Antriebe sind dabei solchermaßen ausge­ führt, daß deren Abtriebselemente neben den Lagereinheiten ebenfalls einen definierten Anteil der Last der Instrumen­ tenhalterung aufnehmen.

Durch eine gleichverteilte Abstützung der Gewichtskraft des Instrumententrägers lassen sich die auf die Drehachse ein­ wirkenden Querkräfte gering halten, was eine gleichbleibend hohe Positioniergenauigkeit ermöglicht. Mit der Anordnung der Lagereinheiten und Antriebe in einem bogenförmigen Be­ reich unterhalb der Horizontalachse kann zudem die Höhe des Basisträgers verringert und damit der Hebelarm für angrei­ fende Windkräfte verkürzt werden.

Für eine besonders stabile Aufhängung des optischen Instru­ mentes wird in einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung die zuvor erläuterte Aufhängung bezüglich der Horizontal­ achse beiderseits des Instrumentes vorgesehen, wodurch sich eine gabelförmige Ausbildung des Basisträgers ergibt, durch dessen Seitenwangen die Abstützung erfolgt.

Eine zusätzliche konstruktive Vereinfachung ergibt sich durch die bevorzugte Verwendung von Friktionsantrieben, die jeweils eine Friktionsrolle als Abtriebselement aufweisen, wobei die Friktionsrollen achsparallel zu der Vertikalachse bzw. Horizontalachse angeordnet sind und gegen die zweite Lauffläche des Basisträgers bzw. gegen den Ringflansch des Instrumentenhalters unter einer vorgegebenen Last definiert vorgespannt sind.

Damit wird die Einleitung des Antriebsmomentes auf mehrere Orte verteilt, so daß die Antriebe selbst klein bleiben. Durch eine definierte Vorspannung der Friktionsrollen gegen die jeweilige Lauffläche kann eine schlupffreie Drehmoment­ einleitung realisiert werden, so daß insbesondere auch der Verschleiß an Laufflächen und Friktionsrollen minimal bleibt, womit eine hohe Haltbarkeit erzielt und der War­ tungsaufwand gering gehalten wird.

Vorzugsweise sind die Friktionsrollen jeweils unmittelbar an den Rotor eines Antriebsmotors angekoppelt. Dies erlaubt eine besonders kompakte Bauweise der Antriebe durch den Verzicht auf jegliche Zwischengetriebe, wodurch überdies eine Gewichtsersparnis erzielt wird, die die zu bewegenden Massen wiederum gering hält.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist auf Sei­ ten der Antriebe jeweils mindestens eine Positionsmeßein­ richtung angeordnet, die an der Lauffläche am Basisträger bzw. an dem Ringflansch des Instrumentenhalters vorgesehene Markierungen ausliest. Durch die Anordnung der Markierungen im unmittelbaren Eingriffsbereich der Antriebe läßt sich einerseits eine hohe Steuergenauigkeit erzielen, wobei Auf­ lösungen von bis zu 0,01 Bogensekunden möglich sind, zudem können die Markierungen an einem jeweils als Multifunkti­ onselement ausgebildeten Laufflächenabschnitt bzw. Ring­ flansch herstellungstechnisch einfach angebracht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Sockel und dem Basisträger und/oder dem Basisträger und der Instrumentenhalterung jeweils eine Schleifringanordnung mit einerseits angebrachten Schleif­ ringen und andererseits zugeordneten elektrischen Kontakten zur Übertragung von Betriebsspannungen und/oder elektri­ schen Signalen vorgesehen, wobei die Schleifringanordnung jeweils zentrisch um die entsprechende Drehachse in einem radial mittigen Abschnitt des Lagerabschnittes bzw. des Ringflansches angeordnet ist. Hierdurch wird eine besonders einfache Übertragung der Antriebsenergie zu den von dem Ba­ sisträger gehaltenen Antrieben für den Instrumentenhalter sowie gegebenenfalls weiteren, an der Präzisionslagerung angeordneten elektrischen Verbrauchern bzw. Meßgeräten und dergleichen erzielt. Zudem bleibt der Wartungsaufwand für die Übertragung der elektrischen Energie bzw. für eine ent­ sprechend ausgebildete Datenschnittstelle gering. Im Ver­ gleich zu den bisher verwendeten Kabeltrommeln ergibt sich zudem eine erhebliche Verbesserung bei der Bedienungsfüh­ rung der Lagerung.

Mit der erfindungsgemäßen Ausführung sind für eine Schwer­ last-Präzisionslagerung im wesentlichen die folgenden Vor­ teile erreichbar:

• - die Reibmomente bleiben im gesamten zu erwartenden Tem­ peraturfeld, dem insbesondere ein astronomisches Fern­ rohr ausgesetzt sein kann, gering,
• - bei reduzierter Anzahl mechanischer Baugruppen wird ei­ ne gegenüber bisher bekannten vergleichbaren Anord­ nungen höhere Präzision, vor allem im Hinblick auf Füh­ rungs- und Zustellgenauigkeiten, erreicht,
• - die Herstellungskosten sind trotz erhöhter Präzision geringer als bei vergleichbaren Anordnungen und
• - es sind nach dem erfindungsgemäßen Grundprinzip Bausatz- bzw. Baukastenlösungen denkbar, wobei Ba­ sisträgerlagerungen bis zu einem Durchmesser von 15 m ausführbar sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Ausführungsbei­ spieles einer Schwerlast-Präzisionslagerung, bei der auf der linken Seite die jeweiligen Lagerungen und auf der rechten Seite die jeweiligen Antriebs­ einrichtungen dargestellt sind,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Schwerlast-Präzisionslage­ rung aus Fig. 1.

Das Ausführungsbeispiel zeigt in Fig. 1 eine Schwerlast- Präzisionslagerung 1 für ein in der Zeichnung lediglich an­ gedeutetes astronomisches Fernrohr A, die hier als Azi­ mutalmontierung ausgestaltet ist. Dabei ist ein im wesent­ lichen gabelförmiger Basisträger 2 um eine Vertikalachse V drehbar auf einem Sockel 4 gelagert und gegenüber diesem in bezug auf die Vertikalachse V sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung geführt. An einander gegenüberliegen­ den Seitenwangen 5, die als ein Rohrsäulenpaar mit geringer Masse und geringen Windangriffsflächen ausgebildet werden können, ist ein Instrumentenhalter 3 zum Halten des astro­ nomischen Fernrohres A um eine quer zu der Vertikalachse V verlaufende Horizontalachse H drehbar gelagert. Überdies ist der Instrumentenhalter 3 axial wie radial gegenüber dem Basisträger 2 geführt, wobei die in Fig. 1 auf der linken Seite dargestellte Lagerung auch auf der rechten Seite vor­ handen ist.

Die Abstützung der Axiallast des Basisträgers 2 an dem Soc­ kel 4 erfolgt über ein kugelgelenkartiges Zentrallager 6, das konzentrisch zu der Vertikalachse V angeordnet ist. Dieses Zentrallager 6 übernimmt sowohl in Axialrichtung wie auch in Radialrichtung eine Führungsfunktion des Basisträ­ gers 2 am Sockel 4. Weiterhin sind zwischen radialen Außen­ bereichen des Basisträgers 2 und dem Sockel 4 zusätzliche axiale Stützlager 7 vorgesehen, die ein Kippen des Ba­ sisträgers 2 gegenüber dem Sockel 4 vermeiden.

Der Antrieb des Basisträgers 2 gegenüber dem Sockel 4 er­ folgt über eine Antriebseinrichtung mit einem sockelseiti­ gen Antrieb 8 und einem trägerseitigen Abtriebselement 9, das mit dem Umfang eines Lagerabschnittes 10 des Basisträ­ gers 2 drehmomentübertragend in Eingriff steht. Entspre­ chende Antriebseinrichtungen sind weiterhin zwischen dem Basisträger 2 und dem Instrumentenhalter 3 vorgesehen, wozu letzterer beidseits des astronomischen Fernrohres A jeweils einen zu der Horizontalachse H rotationssymmetrischen Ring­ flansch 11 aufweist, gegen dessen Umfang Abtriebselemente 12 von Antrieben 13 drehmomentübertragend zur Anlage kom­ men.

Der Lagerabschnitt 10 sowie die Ringflansche 11 sind als tellerartige, anflanschbare Scheiben ausgebildet, an deren Umfängen die Abtriebselemente 9 bzw. 13 angreifen. Überdies sind am Lagerabschnitt 10 und den Ringflanschen 11 nachfol­ gend noch näher zu erläuternde Elemente von Positionsmeß­ vorrichtungen vorgesehen.

Die räumliche Anordnung der einzelnen Antriebseinrichtungen sowie der Lagerungen ist insbesondere auch aus Fig. 2 zu er­ kennen. Fig. 2 zeigt die Verteilung der Lagerrollen 14, auf denen die Last des Fernrohres A, des Instrumentenhalters 3 und der Ringflansche 11 ruhen. Die Abtriebselemente 12 und die Lagerrolle 14 nehmen innerhalb eines Winkelbereiches von etwa 90° gleichbeabstandet am Umfang eines jeden Ring­ flansches 11 Lasten auf.

Wie aus Fig. 2 weiterhin zu erkennen ist, sind in dem ge­ wählten Ausführungsbeispiel drei Lagerrollen 14 vorgesehen, wovon eine in der Lotrechten zur Horizontalachse H liegt. Zwischen zwei benachbarten Abtriebselementen 12 ist jeweils eine Lagerrolle 14 positioniert. Aufgrund der Symmetrie der Lagerung werden die auf die Horizontalachse H einwir­ kenden Querkräfte gering gehalten.

Am Außenumfang des Lagerabschnittes 10 sind insgesamt sechs Stützlager 7 und sechs Abtriebselemente 9 gleichbeabstandet verteilt angeordnet. Dabei ist zwischen je zwei benachbar­ ten Stützlagern 7 ein Abtriebselement 9 mit zugehörigem, auf der Seite des Sockels 4 angeordnetem Antrieb 8 positio­ niert. Bei kleineren Durchmessern des Basisträgers 2 sind bereits drei Stützlager 7 ausreichend. Für eine Vergleich­ mäßigung der Kraftaufnahme werden jedoch höhere Anzahlen, z. B. acht Stützlager 7 bevorzugt.

Im folgenden werden nun die einzelnen Lagerungen näher er­ läutert. Das Zentrallager 6 ist als hydrostatisches Nieder­ drucklager mit einem Druckbereich von etwa 5 bis 10 bar ausgeführt ist. Das Lager umfaßt einen in Form eines Kugel­ oberflächenabschnittes konvex hervorgewölbten Lagerkörper, der mittig am Lagerabschnitt 10 befestigt wird. Der konvex hervorgewölbte Lagerkörper ist in einer entsprechend konkav gekrümmten Lagerschale aufgenommen, die an dem Sockel 4 stationär angebracht ist. Bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel sind in der Oberfläche der Lagerschale insge­ samt sechs gleichmäßig am Umfang verteilte Schmiermittelta­ schen vorgesehen, die über eine Schmiermittelzufuhrvertei­ lungsleitung jeweils mit druckbeaufschlagtem und mengendo­ siertem Schmiermittel versorgt werden. Über am radialen Rand des Zentrallagers 6 angeordnete Sammeltaschen wird zwischen den Berührungsflächen des Lagerkörpers und der La­ gerschale herausdringendes Schmiermittel gesammelt und über ein Drucksystem in die Schmiermitteltaschen zurückgeführt.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen jeweils auf der linken Seite ein axiales Stützlager 7, das in einem radialen Randbereich des Lagerabschnittes 10 axial gegen eine ringförmige, zu der Vertikalachse V konzentrische Führungsbahn anliegt. Das Stützlager 7 umfaßt (im nicht dargestellten Detail) einen sockelseitig befestigten, jochartigen Grundkörper, an dem eine auf die Vertikalachse V hin ausgerichtete Achse gela­ gert ist. Diese Achse trägt wiederum die drehbar gelagerten Stützlager 7, auf denen die Führungsbahn aufliegt. Diese Achse ist gegenüber der Horizontalen geneigt. Die Verlänge­ rung sämtlicher Achsen der Stützlager 7 schneiden sich in einem gemeinsamen Punkt auf der Vertikalachse V. Diese Nei­ gung dient dazu, die kegelförmig ausgebildeten, sich in Richtung auf die Vertikalachse V hin verjüngenden Stützla­ ger 7 an der Berührungsstelle mit der Führungsbahn horizon­ tal auszurichten. Durch die kegelige Ausbildung der Stütz­ lager 7 wird an dem Lagerabschnitt 10 ein zusätzlicher Zen­ trierungseffekt auf die Vertikalachse V hin bewirkt, der einem Auftreten von Taumelbewegungen entgegenwirkt. Außer­ dem sollte vorteilhafterweise vorgesehen sein, die Stützla­ ger 7 zwecks Beibehaltung einer gleichmäßigen Lastvertei­ lung im Falle auftretender Maßtoleranzen durch Federkraft gegen die Führungsbahn vorzuspannen.

Die Lagerung des Instrumentenhalters 3 an den Seitenwangen 5 des Basisträgers 2 ist prinzipiell ebenfalls Fig. 1 und Fig. 2 zu entnehmen. Hier sind leicht kegelige Axialfüh­ rungsrollen 15 zur Anlage gegen den Ringflansch 11 drehbar gelagert. Zur Gewährleistung einer präzisen Führung und zur Vermeidung von axialen Verspannungen ist jeweils eine Axialführungsrolle 15 federelastisch aufgehängt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden hierzu mehrere, hintereinander geschaltete Tellerfedern verwendet.

Zur Erzielung eines zusätzlichen Zentrierungseffektes sind die auf die Horizontalachse H hin ausgerichteten Drehachsen der sich in diese Richtung kegelförmig verjüngenden Axial­ führungsrollen 15 geneigt angeordnet, wobei sich die Achsen der jeweils auf einer Seite des Ringflansches 11 angeordne­ ten Axialführungsrollen 15 in einem gemeinsamen Punkt auf der Horizontalachse H schneiden. Die Schnittpunkte von ein­ ander bezüglich des Ringflansches 11 gegenüberliegenden Axialführungsrollen 15 sind auf der Horizontalachse H um eine Länge voneinander beabstandet, die der Dicke des Ring­ flansches 11 zwischen den Axialführungsrollen 15 ent­ spricht.

Weiterhin weist der Umfang des Ringflansches 11 einen Ab­ satz auf, der mit einer Inkrementalmarkierung versehen ist. Diese wirkt mit einer Positionsleseeinrichtung zusammen, um eine gezielte Steuerung bzw. Regelung der Bewegung des In­ strumententrägers 3 über die Antriebe 13 zu ermöglichen. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel kommen als Antriebe 8 und 13 Friktionsantriebe zum Einsatz, die jeweils aus einem elektrisch angetriebenen Motor und einer unmittelbar an dessen Rotor angesetzten Friktionsrolle, den Abtriebsele­ menten 9 und 12, bestehen.

Die Drehachsen der Antriebe 8 wie auch der Abtriebselemente 9 verlaufen parallel zu der Vertikalachse V. Zur Ermögli­ chung einer weitestgehend bzw. vollständig schlupffreien Drehmomentübertragung werden die Abtriebselemente 9 mit ho­ her Kraft gegen den Umfang des Lagerabschnittes 10 vorge­ spannt. Die Drehachsen der Antriebe 13 wie auch der Ab­ triebselemente 12 verlaufen parallel zu der Horizontalachse H. Die Abtriebselemente 12 sind mit hoher Kraft gegen den Umfang der Ringflansche 11 vorgespannt. In einer alternati­ ven Ausführungsform können zwischen Abtriebselementen 9 und 12 und den Lagerabschnitten 10 bzw. Ringflanschen 11 Ver­ zahnungen vorgesehen sein.

Durch die unmittelbare Ankopplung der Abtriebselemente 9 und 12 an die Rotoren ergibt sich eine besonders kompakte Bauform, die überdies eine genaue, weil die Elastizität ei­ nes Getriebes vermeidende Drehmomentübertragung erlaubt, so daß bei einer Verwendung mehrerer Motoren auf eine überla­ gerte Drehzahlregelung der einzelnen Antriebseinrichtungen verzichtet werden kann.

Zur Erzielung einer hohen Positioniergenauigkeit werden zu­ mindest an einem der Ringflansche 11 sowie an dem Lagerab­ schnitt 10 Markierungen vorgesehen, die von einer stationär angeordneten Positionslesevorrichtung erfaßt werden. Dazu sind entsprechende Drehansätze ausgebildet, die der Aufnah­ me von Bandencodern und notwendiger Bandschlösser dienen.

Dabei wird über wenigstens einen am Sockel 4 bzw. am Ring­ flansch 11 angeordneten Abtastkopf eine direkte, hoch auf­ lösende Positionsmessung erreicht, wobei durch die Anord­ nung der zugeordneten Positionsleseeinrichtungen sowie der Antriebseinrichtungen lediglich Fehler zweiter Ordnung ent­ stehen.

Zur elektrischen Versorgung der an dem Basisträger 2 gela­ gerten Antriebseinrichtungen sowie gegebenenfalls weiterer elektrischer Verbraucher sowie zur Signalübertragung zwi­ schen dem Sockel 4 und dem Basisträger 2 bzw. dem Basisträ­ ger 2 und dem Instrumentenhalter 3 werden Schleifringanord­ nungen eingesetzt, die jeweils zentrisch um die entspre­ chenden Achsen V bzw. H in einem mittigen Bereich des La­ gerabschnittes 10 bzw. des Ringflansches 11 angeordnet sind.

Durch die Ausbildung des Lagerabschnittes 10 sowie der Ringflansche 11 als im wesentlichen flache, rotationssymme­ trische Körper, die jeweils an weitere Abschnitte des Ba­ sisträgers 2 bzw. des Instrumentenhalters 3 anflanschbar sind, ergeben sich gleichartige Multifunktionsteile, an de­ nen sowohl die Präzisionsflächen für die Lagerung, den An­ trieb sowie die Positionsmessung einschließlich mechani­ scher und elektrischer Schnittstellen in jeweils ein einzi­ ges Bauteil integriert werden, so daß sich eine erhebliche Vereinfachung der Herstellung und Montage für eine Schwer­ last-Präzisionslagerung ergibt.

Durch die konzeptionelle Neugestaltung mit einer zentri­ schen Axiallastaufnahme, die neben einer Axialführung zu­ gleich eine Radialführung übernimmt, und durch die mit mög­ lichst großem Abstand von dem zentrischen Lager angeordne­ ten Stützlager zur Aufnahme von Kippmomenten wird eine Ba­ sis für eine hochgenaue, insbesondere bei sehr geringen Ge­ schwindigkeiten zu betreibende Schwerlast-Präzisionslager­ ung für ein optisches Instrument geschaffen, die mit hoher Zuverlässigkeit betrieben werden kann und aufgrund ihrer hohen Positionsgenauigkeit und Steifigkeit eine optimale Ausnutzung des optischen Instrumentes erlaubt. Durch die Verwendung nur weniger Bauteile mit einfachen geometrischen Formen läßt sich der Herstellungs- und Montageaufwand ge­ ring halten.

Bezugszeichenliste

1

Präzisionslagerung

2

Basisträger

3

Instrumentenhalter

4

Sockel

5

Seitenwange

6

Zentrallager

7

Stützlager

8

Antrieb

9

Abtriebselement

10

Lagerabschnitt

11

Ringflansch

12

Abtriebselement

13

Antrieb

14

Lagerrollen

15

Axialführungsrolle
A Fernrohr
H Horizontalachse
V Vertikalachse

Claims (19)

1. Schwerlast-Präzisionslagerung für ein optisches Instru­ ment, insbesondere für ein astronomisches Fernrohr, um­ fassend einen Basisträger (2), der auf einem stationä­ ren Sockel (4) um eine Vertikalachse (V) drehbar gela­ gert ist, und eine Instrumentenhalterung (3), die das optische Instrument aufnimmt und mit dem optischen In­ strument um eine Horizontalachse (H) schwenkbar gela­ gert ist, wobei der Basisträger (2) im Drehzentrum nahe der Vertikalachse (V) über ein Zentrallager (6) gegen den Sockel (4) abgestützt und zusätzlich mit konzen­ trisch um das Zentrallager (6) herum angeordneten Stützlagern (7) auf dem Sockel (4) geführt und so gegen Verkippung um das Zentrallager (6) gesichert ist.

2. Schwerlast-Präzisionslagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrallager (6) als ein hy­ drostatisches Niederdrucklager ausgebildet ist.

3. Schwerlast-Präzisionslagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrallager (6) auf der Seite des Basisträgers (2) einen in Form eines Kugelabschnit­ tes konvex gewölbten Lagerkörper aufweist, der in einer entsprechend konkav geformten, mit dem Sockel (4) ver­ bundenen Lagerschale aufgenommen ist.

4. Schwerlast-Präzisionslagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale an der gekrümmten Oberfläche mit Schmiermitteltaschen versehen ist, die über Schmiermittelzufuhrleitungen mit einem druckbeauf­ schlagten und mengendosierten Schmiermittel versorgt werden.

5. Schwerlast-Präzisionslagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Basisträger (2) eine in bezug auf die Vertikalachse (V) konzentrische erste Lauffläche vorgesehen ist, die in Richtung zum Sockel (4) weist und die bei Drehung des Basisträgers (2) um die Vertikalachse (V) auf stationär mit dem Soc­ kel (4) verbundenen Stützrollen der Stützlager (7) ab­ rollt.

6. Schwerlast-Präzisionslagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrollen kegelförmig ausge­ bildet und auf einer zu der Vertikalachse (V) hin aus­ gerichteten Achse drehbar gelagert sind, wobei sich der Außendurchmesser jeder Stützrolle in Richtung zur Ver­ tikalachse (V) verjüngt.

7. Schwerlast-Präzisionslagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Sockel (4) An­ triebe (8) angeordnet sind, deren Abtriebselemente (9) mit einer ebenfalls konzentrisch zur Vertikalachse (V) am Basisträger (2) ausgebildeten zweiten Lauffläche drehmomentübertragend in Eingriff stehen.

8. Schwerlast-Präzisionslagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrollen der Stützlager (7) radialsymmetrisch verteilt dem Um­ fang der ersten Lauffläche gegenüber angeordnet sind.

9. Schwerlast-Präzisionslagerung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe (8) jeweils paarweise diametral bezogen auf die Vertikalachse (V) einander gegenüberliegend angeordnet sind, wodurch die Drehmomentübertragung von den Abtriebselementen (9) auf die zweite Lauffläche frei von radial auf die Vertikal­ achse (V) wirkenden Kräften erfolgt.

10. Schwerlast-Präzisionslagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Laufflä­ che und die zweite Lauffläche auf einer tellerartigen, an den Basisträger (2) angeflanschten Scheibe ausgebil­ det sind, deren Konturen in nur einer Aufspannung auf der Fertigungseinrichtung hergestellt werden.

11. Schwerlast-Präzisionslagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Instrumenten­ halterung (3) einen konzentrisch zur Horizontalachse (H) ausgerichteten Ringflansch (11) aufweist, dessen Randbereich durch mehrere, an dem Basisträger (2) ange­ ordnete Lagereinheiten axial und radial in bezug auf die Horizontalachse (H) abgestützt ist, wobei jede La­ gereinheit zwei beidseitig des Ringflansches (11) ange­ ordnete Axialführungsrollen (15) aufweist, durch die der Ringflansch (11) axial fixiert ist, sowie weitere Lagerrollen (14), die den Ringflansch (11) radial ab­ stützen.

12. Schwerlast-Präzisionslagerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialführungsrollen (15) kegel­ förmig ausgebildet und auf einer zu der Horizontalachse (H) hin ausgerichteten Achse drehbar gelagert sind, wo­ bei sich der Außendurchmesser der Axialführungsrollen (15) in Richtung zur Horizontalachse (H) verjüngt.

13. Schwerlast-Präzisionslagerung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Basisträger (2) Antriebe (13) angeordnet sind, deren Abtriebselemente (12) je­ weils unmittelbar mit einem Ringflansch (11) drehmo­ mentübertragend in Eingriff stehen.

14. Schwerlast-Präzisionslagerung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Antriebe (13) und Lagerrollen (14) abwechselnd und mit jeweils gleichbeabstandeten Angriffspunkten angeordnet sind.

15. Schwerlast-Präzisionslagerung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisträger (2) zwei Seitenwangen (5) und die Instrumentenhalterung (3) zwei Ringflansche (11) aufweist, wobei die Ring­ flansche (11) beidseits des optischen Instrumentes (A) mit je einer Seitenwange (5) verbunden sind.

16. Schwerlast-Präzisionslagerung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe (8, 13) als Friktionsantriebe mit jeweils einer Frikti­ onsrolle als Abtriebselement (9, 12) ausgebildet sind, wobei die Friktionsrollen achsparallel zu der Vertika­ lachse (V) bzw. Horizontalachse (H) angeordnet und ge­ gen die erste Lauffläche bzw. gegen den Ringflansch (11) mit einer vorgegebenen Last definiert vorgespannt sind.

17. Schwerlast-Präzisionslagerung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Friktionsrollen jeweils unmit­ telbar an die Rotoren der elektromechanischen Antriebe (8, 13) angekoppelt sind.

18. Schwerlast-Präzisionslagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf Seiten der Antriebe (8, 13) mindestens eine Positionsmeßeinrichtung angeordnet ist, die bei Drehung um die Vertikalachse (V) bzw. bei Drehung um die Horizontalachse (H) an der ersten und/oder zweiten Lauffläche bzw. dem Ringflansch (11) vorgesehene Markierungen ausliest.

19. Schwerlast-Präzisionslagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Soc­ kel (4) und dem Basisträger (2) und/oder dem Basisträ­ ger (2) und dem Instrumententräger (3) jeweils eine Schleifringanordnung mit einerseits angebrachten Schleifringen und andererseits diesen zugeordneten elektrischen Kontakten zur Übertragung von Betriebs­ spannungen und/oder elektrischen Signalen vorgesehen ist, wobei die Schleifringanordnung jeweils konzen­ trisch um die Vertikalachse (V) bzw. die Horizontalach­ se (H) angeordnet ist.