DE2414266A1 - Vorrichtung zur radialen zug-druck- entlastung grosser teleskopspiegel - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur radialen Zug-Druck-Entlastung großer Teleskop spiegel Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur radialen Zug-Druck-Entlastung großer Teleskop spiegel mit angeklebten Tragstücken.
• Bei großen Teleskop spiegeln ist es erforderlich, Vorkehrungen zu treffen zur Verhinderung von elastischen Formänderungen des Spiegelkörpers, welche die Abbildungsgüte beeinträchtigen.
• Es ist bekannt, daß beim Abfangen der radialen Gewichtskomponente großer Teleskopspiegel am zylindrischen Außenrand des Spiegels dann minimale elastische Formänderungen des Spiegelkörpers auftreten, wenn die Entlastungskräfte längs des Spiegelumfanges nach einer Kosinusfunktion des Azimutwinkels verlaufen. Da diese Funktion ihr Vorzeichen wechselt, ist eine optimale Entlastung mit Druckkräften allein nicht möglich, sondern es müssen an anderen Stellen des Umfanges gleichzeitig auch Zugkräfte ausgeübt werden.
• (JOSA 44, 1954, S. 417-424). Nach dem Stand der Technik könnte diese erforderliche Zug-Druck-Entlastung durch eine formschlüssige Verbindung zwischen Spiegelkörper und Lastaufbringungsmechanismus ermöglicht werden. Derartige formschlüssige Verbindungen sind jedoch schwierig in der Herstellung und mit erheblichem Risiko behaftet, da Störkräfte, die z*B. als Folge von Formungenauigkeiten auftreten, nicht nur zusätzliche elastischen Formänderungen und damit Verschlechterungen der optischen Qualität des Spiegels, sondern auch eine latente Bruchgefahr zur Folge haben können.
• Es ist weiterhin bekannt, zur Ausübung von Zugkräften auf den Spiegelrand Klebeverbindungen zu benutzen. Ublicherweise wird dazu auf ein an den Spiegel angeklebtes Tragstück aus Metall mittels einer Entlastungseinrichtung eine Zugkraft ausgeübt, die über die Klebe schicht auf den Spiegelkörper übertragen wird. Zur Vermeidung von schädlichen Spannungen durch ungleiche thermische Ausdehnung von Spiegelkörper und Tragstück muß letzteres ausegierungen angefertigt sein, deren Ausdehnungskoeffizienten Jenem des Spiegelmaterials angepaßt ist. Es bietet sich dazu Invarstahl an. Solche Legierungen haben Jedoch den Nachteil, daß sie eine höhere Bruchfestigkeit als der Spiegelwerkstoff aufweisen. Das bedeutet, daß z.B. bei Verwendung eines harten, hochfesten Klebers der Spiegelwerkstoff das schwächste Glied in der Kette der verschiedenen Materialien ist. Bei höheren Beanspruchungen, wie sie z.B. durch ungewollte Stöße auftreten, besteht dann die Gefahr der Beschädigung des Spiegelkörpers durch Muschelausbrüche. Wird andererseits durch Verwendung eines weichen Klebers die Klebeschicht zum schwächsten Glied gemacht, dann wird das unsichere Langzeitverhalten der Klebeschicht zum Risikofaktor.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine radiale Zug-Druck-Entlastung für Teleskop spiegel mit angeklebten Tragstücken zu schaffen, welche einfach in der Herstellung und risikoarm bei allen Beanspruchungen des Spiegels ist, die bei seiner Verwendung auftreten können.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Tragstücke mit der die Entlastungskrifte auf nehmenden Spiegel aufhängung formschlüssig verbunden sind und aus einem Material bestehen, welches gleiches oder ähnliches thermisches und mechanisches Verhalten aufweist wie das Spiegelmaterial.
• Vorzugsweise sind die Tragstücke aus demselben glasigspröden Werkstoff wie der Spiegel hergestellt.
• Um zu gewährleisten, daß das Tragstück das schwächste Glied der hintereinander geschalteten mechanischen Teile ist, soll seine Querschnittfläche an keiner Stelle größer sein als die Klebefläche.
• Die Klebeschicht zwischen dem Tragstück und dem Spiegelrand besteht vorteilhafterweise aus einem harten und zeitliche unveränderlichen Material von möglichst hoher Festigkeit.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind zwischen dem Tragstück und den an dem Tragstück angreifenden formschlüssigen Verbindungsteilen elastische Kunststoffzwischenringe zur Vermeidung von lokalen Spannungskonzentrationen eingefügt.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei steigender Zugbelastung am apiegelrand ein etwaiger Bruch immer im leicht zu ersetzenden Tragstück und nicht im Spiegelkörper zu erwarten ist.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschriebene Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemaße torrichtung.
• In der dargestelZten Vorrichtung ist mit 1 der Spiegelkörper und mit 2 das Tragstück bezeichnet. Durch eine harte Klebeschicht 3 wird die Entlastungskraft vom Spiegelkörper 1 auf das Tragstück 2 übertragene Das Tragstück 2 wird durch zwei metallische Hülsenschalen 4,5 umklammert und formschlüssig gehalten. Zwischen den konischen Innenflächen des Tragstuckes 2 und den Eülsenschalen 4, 5 sind elastische Kunststoff zwischenringe 6, 7 angebracht, um örtliche Spannungsspitzen zu vermeiden. Wenn in der Klebe schicht 3 eine bestimmte Zugspannung übertragen wird, deren Betrag dRsei, so bildet sich im Tragstück 2 eine Verteilung von Normalspannungen und Schubspannungen aus, deren Maximalwert größer ist als die Zugspannung # in der Klebeschicht. Dies hängt mit der Einschnürung im Tragstück und der Geometrie der Lastübertragung auf die beiden Hülsenhälften 5, 6 zusammen. Im Spiegelkörper 1 sind die größten Beanspruchungen aber wesentlich kleiner als im Tragstück. Die größte Normalspannung tritt in der Oberflache im Bereich der Klebung auf und hat dort den Wert . Nach innen klinkt sie rasch ab. Die Schubspannung#at dagegen einen anderen Verlauf. Denkt man sich den Spiegelkörper, der im Vergleich zur Größe der Klebeflache sehr groß ist, durch einen unbegrenzten elastischen Halbraum ersetzt, so würde die Schubspannung nach innen zunächst auf einen Maximalwert ansteigen, um dann erst abzuklingen. Dieser Maximalwert hat den Betrag wobei v die Poissonsche Querdehnungsziffer ist. Mit dem für Glas und Glaskeramik gültigen- Wert von annähernd 0,25 wird max.2 - 0,345cm , ist also wesentlich kleiner als die maximale Normalspannung, Da für die Bruchgefahr bei Glas oder Glaskeramik Normal- und Schubspannungen etwa gleich bewertet werden, ist im vorliegenden Fall für einen angenommenen Bruch der Wert 6*maßgebend. Beim wirklichen Spiegel wird der Abbau der Spannungen wegen der Kleinheit der Krafteinleitungsfläche an der Klebeverbindung im Verhältnis zu den übrigen Spiegeldimensionen etwa in gleicher Größenordnung liegen wie in Formel (1) angegeben.
• In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überträgt sich die Entlastungskraft über das Verbindungsstück 8 auf den Bolzen 9, der mit dem Pendelkugellager 10 im Gelenkkopf 11 gelagert ist.
• Dieser Gelenkkopf ist durch den Gewindebolzen 12 mit der Gewindehülse 13 verbunden, in welche mit einem Linksgewinde 14 auch der weitere Gelenkkopf 15 eingelassen ist.
• In der Fig. 1 ist außerdem noch der Bolzen 16 eingezeichnet, sowie ein weiteres Pendelkugellager 17 und die kippbar gelagerte, hebelförmige Traverse 18, deren nicht gezeichnetes anderes Ende ein Gegengewicht trägt. Letzteres ist so bemessen, daß es bei dem gewählten Hebelverhältnis gerade die verlangte Entlastungskraft ausübt. Durch Verdrehen der Gewindehülse 13 wird die Anordnung so eingestellt, daß die Längsachse der Hebeltraverse 18 genau senkrecht zur Richtung der auf den Spiegelrand ausgeübten Entlastungskraft steht.
• Auf dem Spiegelumfang ist eine Mehrzahl der beschriebenen Entlastungsanordnungen in gleichen Winkelabständen angeordnet. Bei großen Spiegeln ist eine entsprechend große Anzahl derartiger Einzelanordnungen erforderlich.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur radialen Zug-Druck-Entlastung großer Teleskopspiegel mit angeklebten Tragstücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragstücke (2) mit der die Entlastungskräfte aufnehmenden Spiegelaufhängung (8) formschlüssig verbunden sind und aus Material mit ähnlichem oder gleichem thermischen-und mechanischen Verhalten wie das Spiegelmaterial bestehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragstücke (2) aus dem gleichen Werkstoff wie der Spiegel (1) bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Tragstücke (2) an keiner Stelle größer ist als die Klebefläche (3) zwischen Tragstück (2) und Spiegelkörper (1).

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (3) zwischen dem Tragstück (2) und dem Spiegelrand (1) aus einem harten und zeitlich unveränderlichem Material besteht.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rormschlüssige Verbindung zwischen Tragstück (2) und Spiegelaufhängung (8) aus Hülsenschalen (4, 5) besteht.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Tragstück (2) und den an dem Tragstück angreifenden formschlüssigen Hülsenschalen (4, 5) elastische gunststoffzwischenringe (6, 7) eingefügt sind.