DE3119299A1

DE3119299A1 - Halterung fuer einen ebenen spiegel

Info

Publication number: DE3119299A1
Application number: DE19813119299
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(grad.) 8031 Eichenau Hanke
Original assignee: Optische Werke G Rodenstock
Current assignee: Optische Werke G Rodenstock
Priority date: 1981-05-14
Filing date: 1981-05-14
Publication date: 1982-11-25
Also published as: DE3119299C2

Description

Halterung für einen ebenen Spiegel
----------------------------------Die Erfindung bezieht sich auf eine Halterung für einen ebenen Spiegel gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
Die üblicherweise verwendeten Halterungen für ebene Spiegel können in zwei Grundtypen eingeteilt werden: Bei dem einen Typ wird ein Rahmen verwendet, der den Spiegel umgibt und inden der Randbereich des Spiegels eingesetzt ist. Bei dem anderen Typ ist an der Rückseite des Spiegels eine aus einem metallischen Werkstoff bestehende Trägerplatte angeklebt.
Halterungen mit rückwärtiger Trägerplatte haben gegenüber Rahmen-Halterungen den Vorteil, daß sie mit einem geringeren Aufwand herstellbar sind, und daß ihr Durchmesser kleiner ist. Insbesondere bei Spiegeln mit einem Durchmesser von mehr als ca. 50 mm, deren Dicke soweit reduziert ist, daß gerade noch genügende Eigensteifigkeit gegeben ist, ergeben sich Jedoch bei Halterungen mit rUckwärtiger Trägerplatte Probleme: Zur Vermeidung von Durchbiegen und/oder einer labilen Halterung des Spiegels sollten möglichst alle Bereiche des Spiegels auf der Trägerplatte abgestützt sein, so daß die Verwendung einer möglichst großen Klebefläche naheliegend erscheint.
Bei einer großen Klebefläche werden aber durch den unvermeidbaren Schwund des Klebematerials Deformationen des Spiegels hervorgerufen. Deshalb ist man dazu übergegangen, mehrere Klebungen vorzusehen, die über die Trägerplatte verteilt sind.
Bei diesen Halterungen treten zwar aufgrund der jeweils relativ kleinen glebeflächen Jeder einzelnen Klebung keine Deformationen des Spiegels durch den Schwund dea Klebematerials auf. Um ein Aufschwingen des Spiegels bei dynamischen Belastungen zu unterbinden, müssen die Klebungen eine hohe Schersteifigkeit aufweisen. Deshalb führen die Unterschiede in der thermischen Ausdehnung zwischen dem metallischen Werkstoff der Trägerplatte und dem Glas des Spiegels bereits bei geringen Temperaturabweichungen von der Aushärttemperatur des Klebers zu einer Biegedeformation des spiegels.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Halterung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 derart weiterzubilden, daß der Spiegel in einem großen Temperaturbereich lagerstabil und praktisch deformationsfrei gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die elastischen Klebungen nehmen die Ausdehnungsunterschiede zwischen Spiegel und Trägerplatte im gesamten Einsatztemperaturbereich auf, so daß der Spiegel nicht in unzulässiger Weise deformiert wird, Durch die formschlüssigen Elemente mit Spiel werden größere Bewegungen des Spiegels in der Spiegelebene, wie sie aufgrund der Elastizität der Klebungen auftreten konnten, unterbunden.
Das Spiel der Elemente schwächt in Verbindung mit den elastischen Klebungen stoßartige Belastungen etc. ab, so daß das Risiko einer Beschädigung des Spiegels verringert wird. Damit wird der Spiegel trotz der "weichen" AbstUtzangen durch-die Klebungen lagestabil und sicher gehalten.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen angegeben.
Beispielsweise ergibt eine Schersteifigkeit der Klebungen gemäß Anspruch 3 eine maximale Abstützung des Spiegels bei gerade noch zulässiger Deformation des Spiegels. Die gekennzeichnete Beziehung erlaubt beispielsweise bei vorgegebenem Elebewerkstoff und damit vorgegebenem Schubmodul G die Berechnung der Fläche.A der einzelnen Klebungen.
Die Ausbildung der Verbindungselemente gemaß Anspruch 7 bzw. 8 ergibt nicht nur eine einfache und kostengtinstige Gestaltung der Verbindungselemente, sondern ermöglicht auch, daß sich der Spiegel in Richtung der Spiegelnormalen entsprechend der thermischen Ausdehnung der Klebungen verlagern kann, so daß keine Kräfte in dieser Richtung den Spiegel deformieren können; andererseits ist eine geringfügige Verlagerung des Spiegels in Richtung der Spiegelnormalen meist unbeachtlich.
Die Erfindung wird nachstehend exemplarisch an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße Trägerplatte, Fig1 2 einen Schnitt durch die erfindungsgemäß Halterung bei der Linie A-B in Fig.1 und Fig. 3 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Halterung bei der Linie C-D in Fig.1.
Wie in den Figuren dargestellt, sind ein Oberflächen-Spiegel 1 aus Glas und eine aus einem metallischen Werkstoff gefertigte Trägerplatte 2 durch Klebungen H 1, H 2, H 3 verbunden, die um 120° zueinander in Bezug auf das Spiegelzentrum 5 versetzt und am Rand der Trägerplatte 2 angeordnet sind. Im Zentrum 5 der Trägerplatte befindet sich eine Ausnehmung bzw. eine Bohrung 3 und an ihrem Rand ein radial angeordnetes Langloch 4. An dem Spiegel 1 angebrachte Rundscheiben S 1 und S 2 greifen mit geringfügigem Spiel in die Bohrung 3 bzw. das Langloch 4 ein. Die Rundscheiben S 1 bzw. S 2 sind an dem Spiegel 1 mittels Klebungen H 4 bzw. H 5 befestigt. Die Klebungen H 4 und H 5 haben eine wesentlich höhere Schersteifigkeit als die Klebungen H 1 - H 3.
Die Rundscheibe S 1 verhindert in: Verbindung mit der Bohrung 3 eine unzulässige Verlagerung des Spiegelzentrums 5 parallel zur Trägerplatte.
Der Eingriff zwischen der Rundscheibe S 2 und der Seitenwand des Langlochs 4 unterbindet eine Drehung des Spiegels. Da sich die Rundscheibe s 2 im Langloch 4 radial unbehindert bewegen kann, entstehen durch die thermischen Ausdehnungs unterschiede von Spiegel 1 und Trägerplatte 2 am Ort der Rundscheibe S 2 keine den Spiegel verbiegenden Kräfte.
Ferner befinden sich an der Trägerplatte justierelemente G 1, G 2, G 3, von denen das Justierelement G 3 in Fig. 2 im einselnen gezeigt iSte Da die Justierelemente in bekannter Weise aufgebaut sind, soll auf sie nicht näher eingegangen werden.
Im folgenden soll abgeschätzt werden, welche Schersteifigkeit die Klebungen H 1 - H 3 haben dürfen, ohne daß der Spiegel in unzulässiger Weise durch die thermischen Ausdehnungsunterschiede verbogen wird. Für diese Abschätzung wird angenommen, daß der Spiegel entlang der Linie E-F in Fig. 1 sowie an der Stelle H 3 eingespannt ist.
Mit dieser Annahme ergibt sich als Zusaininenhang zwischen Durchbiegung f und wirkender Schubkraft F: f = . F (1) Hierbei ist: E der Elastizitätsmodul des Spiegelglases d die Dicke des Spiegels R der Abstand Spiegelzentrum / H 3.
Bei einer Temperaturänderung # T gegenüber der Aushärtetemperatur des Klebers ist die Differenz nR der thermischen Ausdehnungen: AR = R ar T <0rT O< ) (2) Hierbei ist: der thermische Ausdehnungskoeffizient der Trägerplatte, der thermische Ausdehnungskoeffizient des Spiegelglases.
Soll diese Ausdehnungsdifferenz zu keiner Verbiegung des Spiegels führen, muß die Klebung H 3 mit der Dicke m um den Winkel γ = ## geschert werden.
Hat das Klebematerial einen Schubmodul G und die Klebung eine Fläche A, so ist für diese Scherung die Schubkraft F erforderlich: F = G A . γ (3) Aus den Beziehungen (1) - (3) kann beispielsweise die maximale Schersteifigkeit G . A berechnet werden, bei der im Arbeitstemperaturbereich die Verbiegung des Spiegels im tolerierbaren Bereich f bleibt: Bei der vorstehenden Abschätzung ist angenommen worden, daß der Spiegel längs der Linie E-F eingespannt ist. Dies bedeutet, daß die bei einer Drei- oder Nehr-Punktabstützung auftretenden Tangential spannungen vernachlässigt sind. Durch diese Tangentialspannungen ist bei gleichem Biegemoment Fd/2 die Verbiegung F des Spiegels geringer, so daß die Besiehungen (1) bis 54) für den realen Fall Abschätzungen mit ausreichen der Sicherheit sind.
Die beschriebene erfindungsgemäße Spiegelhalterung erlaubt eine deformationsfreie und lage stabile Halterung eines großflächigen ebenen Spiegels und ermöglicht eine weitgehende Entkoppelung des Spiegels von auf die Halterung wirkenden dynamischen Belastungen.

Claims

Patentansprüche 1. Halterung für einen Spiegel, bei der eine Trägerplatte mit der Rückseite des Spiegels durch über die Trägerplatte verteilte Elebun gen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß dauerelastische Klebungen (H 1, H 2, H 3) in Verbindung mit formschlüssigen Elementen (8 1, 3, 5 2, 4) mit Spiel vorgesehen sind, die über dieses Spiel hinausgehende Bewegungen des Spiegels (1) in der Spiegelebene verhindern.
2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebungen (H 1, H 2, H 3) lediglich eine Scher-Elastizität aufweisen.
3. Halterung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schersteifigkeit Jeder Klebung (H 1, H 2, H 3), d.h. das Produkt aus Schubmodul G und Klebefläche A folgende Bedingung erfüllt: wobei m1 die Dicke der Klebung, E der Elastizitätsmodul des Spiegels d die Dicke des Spiegels R der Abstand Zentrum/Xlebung f die -maximal zulässige Spiegeldeformation, T der Einsatztemperaturbereich aT der thermische Ausdehnungskoeffizient der Trägerplatte, der thermische Ausdehnungskoeffizient des Spiegels ist.
4. Halterung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verbindungselemente (S 1, 3, S 2, 4) im Abstand voneinander angeordnet sind, von denen das erste (S 1, 3) eine Verlagerung des Spiegels (1) und das zweite (S 2, 4) eine Drehung des Spiegels verhindert.
5. Halterung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeibhnet, daß das erste Verbindungselement (S 1, 3) im zentralen Bereich der Spiegelrückseite angeordnet ist.
6. Halterung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verbindungselement (S 2, 4) im Randbereich der Spiegelrückseite angeordnet ist.
7. Halterung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verbindungselement aus einer an der Spiegeirückseite angebrachten Rundscheibe (S 1) und einer Ausnehmung (3) in der Trägerplatte (2) besteht, in die die Rundscheibe (S 13 eingreift.
8. Halterung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verbindungselement aus einem radial verlaufenden Langloch (4) und einer Rundscheibe ( S 2) an der Spiegeirückseite besteht, die in das Langloch (4) eingreift.
9. Halterung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundscheibe (S 1) in der Aussparung (3) bzw. die Rundscheibe (S 2) quer zur Längsachse des Langlochs (4) Spiel in der Größenordnung der zulässigen Verlagerung des Spiegels haben.