DE3901848A1

DE3901848A1 - Device for driving the hour mirror in coelostates

Info

Publication number: DE3901848A1
Application number: DE19893901848
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Graczyk
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1988-05-09
Filing date: 1989-01-23
Publication date: 1989-11-23
Also published as: DD271965A1

Abstract

A device for driving the hour mirror 10 in coelostates, which comprise an hour arm and a pivoting arm 4 pivotable about the hour axis 5, pivoting arm 4 and hour mirror 10 being mounted in highly precise bearings and the hour mirror 10 being rotated with half the tracking speed of the pivoting arm 4 about the hour axis 5. On the housing 11 bearing the hour mirror 10, a plurality of separable ball bearings 13 are provided on pins 14, which rest, on the one side, with their outer ring 16 on a central web 6 of a double radial bearing 3 carrying the pivoting arm 4 and, on the other side, with their outer ring 16 on the pivoting arm 4 and roll off thereon. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Antrieb des Stundenspiegels bei Coelostaten, die insbesondere für die Erforschung der Sonne Anwendung finden und der Ablenkung des Sonnenlichtes je nach Aufbau der Sonnenforschungsanlage in eine senkrechte oder waagerechte feste Richtung dienen.The invention relates to a device for driving the Hourly level for coelostats, especially for the Exploration of the sun find application and the distraction of the sun Sunlight depending on the structure of the solar research facility in serve a vertical or horizontal fixed direction.

Coelostate umfassen zwei Planspiegel, einen Haupt- oder Stundenspiegel und einen Hilfs- oder Deklinationsspiegel. Ein Coelostat ist ein Lichtlenker, der das Licht eines astronomischen Objektes, vorzugsweise der Sonne, in ein festes Azimut ohne Bilddrehung ablenkt, um es astrophysikalisch auswerten zu können. Die Kompensation der Bildfelddrehung wird dabei dadurch erreicht, daß der Stundenspiegel gegenüber dem, an einem um die Stundenachse drehbar gelagerten Schwenkarm angeordneten Deklinationsspiegel mit der halben Nachführgeschwindigkeit angetrieben wird ("Die Sterne", 58, (1982), S. 275 bis 279). Die Drehachse des Stundenspiegels liegt in der Polachse des Coelostaten.Coelostats comprise two plane mirrors, one main or Hourly mirror and an auxiliary or declination mirror. A Coelostat is a light guide that emits light astronomical object, preferably the sun, in a fixed Azimuth without image rotation distracts to make it astrophysical to be able to evaluate. Compensation for the field rotation is achieved in that the hourly table opposite that, on a rotatable around the hour axis Declination mirror with half swivel arm Tracking speed is driven ("The Stars", 58, (1982), pp. 275 to 279). The axis of rotation of the hourly mirror lies in the polar axis of the coelostat.

Bekannte technische Lösungen zum Antrieb der Spiegel umfassen entweder einen relativ aufwendigen Separatantrieb für den Stundenspiegel oder ein geeignetes Getriebe zur Realisierung der Nachführgeschwindigkeit (15°h^-1) des Schwenkarmes und des damit verbundenen Deklinationsspiegels für den Antrieb des Stundenspiegels mit der Geschwindigkeit von 7,5°h^-1. Für die Lagerung der Spiegel und des Schwenkarmes sind entsprechend stabile und hochgenaue Lagerungen unabhängig von ihren Antrieben erforderlich.Known technical solutions for driving the mirrors include either a relatively complex separate drive for the hourly mirror or a suitable gear for realizing the tracking speed (15 ° h ^-1 ) of the swivel arm and the associated declination mirror for driving the hourly mirror at the speed of 7.5 ° h ^-1 . For the storage of the mirrors and the swivel arm, correspondingly stable and highly precise bearings are required regardless of their drives.

Aus "Jenaer Rundschau", (1959), Heft 2, S. 31 ff. ist eine Lösung für den Antrieb des Stundenspiegels bekannt, welche ein Bandgetriebe umfaßt. Dabei wird die Nachführgeschwindig keit des am Schwenkarm befindlichen Deklinationsspiegels ausgehend von einer gestellten Bandrolle über ein Bandgetriebe 1 : 1 mit einer Umlenkrolle und einem Bandgetriebe 2 : 1 ohne Richtungsumkehr um den Faktor 2 herabgesetzt. Um die Übertragungsfehler möglichst gering zu halten, sind die Stahlbänder der Bandgetriebe mit einer definierten Kraft (etwa 350 N) vorgespannt. Mit dieser Vorspannung ändert sich jedoch während der Bewegung die radiale Belastungsrichtung von Stundenspiegel- und Schwenkarmlagerung im Sinne einer Umlauflast, was sich ungünstig auf das Zentrierverhalten der beteiligten Lagerungen auswirkt. Durch die für Astrogeräte typisch großen Temperaturdifferenzen am Aufstellungsort ändert sich die Vorspannung der Bänder und damit auch die Zentriergenauigkeit der entsprechenden Lagerungen. Diese Lösung ist deshalb auch auf kleinere Geräte mit Spiegeln von <300 mm Durchmesser beschränkt, da sich die sonst aus den Dimensionen der Bandgetriebe ergebenden Übertragungsfehler nicht mehr beherrschen lassen.From "Jenaer Rundschau", (1959), Issue 2, pp. 31 ff. Is one Known solution for driving the hourly mirror, which includes a belt gear. The tracking becomes fast speed of the declination mirror on the swivel arm starting from a set roll of tape Belt gear 1: 1 with a pulley and a belt gear 2: 1 reduced by a factor of 2 without reversing the direction. To the Keep transmission errors as low as possible Steel belts of belt drives with a defined force (about 350 N). With this bias changes however, the radial load direction during the movement of hour mirror and swivel arm storage in the sense of a Circulating load, which adversely affects the centering behavior of the involved bearings affects. By the for astro devices typically large temperature differences at the installation site changes the pretension of the straps and thus the Centering accuracy of the corresponding bearings. These Solution is therefore also on smaller devices with mirrors from <300 mm in diameter, because otherwise they result from the Dimensions of the belt transmission result in transmission errors can no longer be controlled.

Aus der "Jenaer Rundschau" 24, (1979), Heft 1, Seiten 32 bis 34, ist eine horizontale Sonnenforschungsanlage mit einem Coelostaten bekannt, der einen separaten Antrieb für die Stundenachse und für den Schwenkarm besitzt. Der Stundenspiegelantrieb reduziert die im Schwenkarmantrieb erzeugte Nachführgeschwindigkeit über ein Differentialgetrie be um den Faktor 2. Durch die Anordnung des Separatantriebes ergibt sich jedoch eine technisch aufwendige Lagerung des Stundenspiegels, die meist als eine hydrostatische Lagerung ausgelegt ist. Dieser relativ hohe Aufwand rechtfertigt sich nur bei Coelostaten mit Spiegeldurchmessern <400 mm.From the "Jenaer Rundschau" 24, (1979), Issue 1, pages 32 to 34, is a horizontal solar research facility with a Coelostat known to have a separate drive for the Hour axis and for the swivel arm. The Hour mirror drive reduces that in the swivel arm drive generated tracking speed via a differential gear be by a factor of 2. Due to the arrangement of the separate drive However, there is a technically complex storage of the Hourly mirror, mostly as a hydrostatic bearing is designed. This relatively high effort is justified only for coelostats with mirror diameters <400 mm.

Es ist das Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, den technischen Aufwand zu senken und eine maximale Übertragungsgüte beim Antrieb der Spiegel des Coelostaten zu erreichen.It is the object of the invention to overcome the disadvantages of the prior art Eliminate technology, reduce technical effort and a maximum transmission quality when driving the mirror of the To reach coelostats.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Antrieb des Stundenspiegels von Coelostaten zu schaffen, bei welcher der Antrieb des Stundenspiegels in dessen Lagerung integriert ist.The invention has for its object a device to drive the hourly level of coelostats, in which the drive of the hourly mirror in its Storage is integrated.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Einrichtung zum Antrieb des Stundenspiegels bei Coelostaten, welche einen Stunden- und einen, an einem um eine Stundenachse schwenkbaren Schwenkarm befindlichen Deklinationsspiegel umfassen, wobei Schwenkarm, Stunden- und Deklinationsspiegel in entsprechend hochgenau gestalteten Radial- und Axiallagerungen gelagert sind und der Schwenkarm mit einer Nachführgeschwindigkeit und der Stundenspiegel mit der halben Nachführgeschwindigkeit angetrieben bzw. gedreht werden, dadurch gelöst, daß am, den Stundenspiegel tragenden, am Gestell des Coelostaten um die Stundenachse drehbaren Gehäuse mehrere Schulterkugellager auf Zapfen radial angeordnet sind, die einerseits mit ihrem Außenring an dem Mittelsteg eines den Schwenkarm tragenden Doppelradiallagers und andererseits mit ihrem Außenring am Schwenkarm selbst anliegen und daran abwälzen und gleichzeitig die Axiallagerung für den Stundenspiegel darstellen, wobei der Mittelsteg mit dem Gestell des Coelostaten fest verbunden ist.According to the invention, this object is achieved in a device for Driving the hourly level for coelostats, which one Hour and one, on one around an hour axis pivoting swivel arm located declination mirror include, swivel arm, hour and declination mirror in correspondingly highly precise radial and Axial bearings are stored and the swivel arm with a Tracking speed and the hourly mirror at half Tracking speed driven or rotated, solved in that on, the hourly rate bearing, on Frame of the coelostat rotatable around the hour axis several shoulder ball bearings are arranged radially on pins, the one with its outer ring on the central web of a the swivel arm bearing double radial bearing and on the other hand rest with their outer ring on the swivel arm itself and on it roll off and at the same time the axial bearing for the Show hourly table, the middle bar with the Frame of the coelostat is firmly connected.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Schulterkugellager auf ihren Zapfen mittels Federn axial vorgespannt sind, und daß zur Einhaltung der Wälzbedingung die Außenringe der Schulterkugellager mit einem Kontaktwinkel α versehen sind.It is advantageous if the shoulder ball bearings are axially preloaded on their journals by means of springs, and that the outer rings of the shoulder ball bearings are provided with a contact angle α in order to maintain the rolling condition.

Durch die je nach Belastung vorgespannten Federn, vorzugsweise Tellerfedern, die auf den Zapfen angeordnet sind, wird ein ständiger Kraftschluß zwischen Stundenspiegel und Schwenkarm hergestellt. Die federnde Anordnung der Schulterkugellager garantiert zwei wesentliche, die Übertragungsgüte positiv beeinflussende Faktoren. Einerseits wird die Drehlagerung des Stundenspiegels ständig konzentrisch belastet und andererseits wirken sich auftretende Lageabweichungen an den Reibflächen der Schulterkugellager, basierend auf Fertigungstoleranzen, durch die Anordnung mehrerer Schulterkugellager nur als Durchschnittsmittelwert der Einzelabweichungen aus. Ein wesentlicher Vorteil besteht noch darin, daß durch diese Einrichtung zum Antrieb des Stundenspiegels das Arbeitsprinzip umkehrbar ist, d. h., wird der Stundenspiegel mit der halben Nachführgeschwindigkeit angetrieben, bewegt sich der Schwenkarm mit der doppelten Geschwindigkeit.Due to the springs preloaded depending on the load, preferably disc springs arranged on the pin are, there is a constant friction between the hourly table and swivel arm manufactured. The resilient arrangement of the Shoulder ball bearing guarantees two essential ones Factors positively influencing the transmission quality. On the one hand the rotating position of the hourly mirror becomes constant concentrically loaded and on the other hand act Positional deviations occurring on the friction surfaces of the Shoulder ball bearing based on manufacturing tolerances the arrangement of several shoulder ball bearings only as Average mean of the individual deviations. A The main advantage is that this Device for driving the hourly mirror that Working principle is reversible, d. that is, the hourly rate driven at half the tracking speed, moved the swivel arm at twice the speed.

Durch die Integration des Stundenachsantriebes in die Lagerung des Stundenspiegels werden bei Einhaltung einer maximalen Übertragungsgüte der Aufbau und der technische Aufwand erheblich gesenkt.By integrating the hourly axis drive into the Storage of the hourly rate will be in compliance with a maximum transmission quality of the structure and the technical Significantly reduced effort.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigtThe invention is based on an exemplary embodiment are explained in more detail. In the drawing shows

Fig. 1 die Lagerung und den Antrieb des Stundenspiegels, Fig. 1, the storage and the drive of the mirror hours,

Fig. 2 einen Schnitt A-A durch die Lagerung nach Fig. 1 und Fig. 2 shows a section AA through the storage of Fig. 1 and

Fig. 3 vereinfacht den Antrieb des Stundenspiegels. Fig. 3 simplifies the drive of the hourly mirror.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist an der Montierung oder dem Gestell 1 des Coelostaten einer Schwenkarmlagerung, bestehend aus einem Wälzlager 2 und einen Doppelradiallager 3, ein Schwenkarm 4 des Zoelostaten um die Stundenachse 5 drehbar gelagert, wobei der Mittelsteg 6 des Doppelradiallagers 3 fest mit dem Gestell 1 verbunden ist. Der Mittelsteg 6 besteht aus zwei Teilen 6′ und 6′′, die unter Zwischenschaltung einer Distanzscheibe 15 fest zusammengefügt sind. Am Schwenkarm 4 befindet sich ein in den Figuren nicht dargestellter Deklinationsspiegel. In Wälzlagern 7 und 8 ist auf einem, mit dem Schwenkarm 4 durch einen Mitnehmer 4′ verbundenen Teil 9 das den Stundenspiegel 10 tragende Gehäuse 11 um die Stundenachse 5 drehbar gelagert, wobei die Stundenachse 5 in der Ebene des Stundenspiegels 10 liegt.As shown in Fig. 1, a swivel arm bearing consisting of a roller bearing 2 and a double radial bearing 3 , a swivel arm 4 of the Zoelostat is rotatably mounted about the hour axis 5 on the mount or frame 1 of the coelostat, the central web 6 of the double radial bearing 3 being fixed is connected to the frame 1 . The central web 6 consists of two parts 6 ' and 6'' , which are firmly joined together with the interposition of a spacer 15 . On the swivel arm 4 there is a declination mirror, not shown in the figures. In rolling bearings 7 and 8 is on a, with the swivel arm 4 by a driver 4 ' connected part 9, the hour mirror 10 bearing housing 11 rotatably mounted about the hour axis 5 , the hour axis 5 lies in the plane of the hourly mirror 10 .

Am Gehäuse 11 sind, über den Umfang verteilt, eine Anzahl Schulterkugellager 13 vorgesehen, die auf Zapfen 14 radial angeordnet sind, welche am Gehäuse 11 befestigt sind (Fig. 3). Mit ihren Außenringen 16 liegen die Schulterkugellager 13 einerseits am Teil 6′′ des Mittelsteges 6 und andererseits am Schwenkarm 4 an und wälzen bei der Bewegung des Schwenkarms 4 auf den Berührungsflächen 17 und 18 ab. Die Schulterkugellager 13 übernehmen dabei gleichzeitig die Axiallagerung des den Stundenspiegel 10 tragenden Gehäuses 11. Zur Einhaltung der Wälzbedingung besitzen die Außenringe 16 eine kegelstumpfförmige Umfangsfläche (Berührungsfläche 17), deren Mantellinie sich auf der Stundenachse 5 in einem Punkt schneiden und dort den Kontaktwinkel α (Fig. 3) bilden. Die Schulterkugellager 13 sind mittels Federn 19, z. B. Tellerfedern, je nach Belastung vorgespannt. Damit wird ein ständiger Kraftfluß zwischen den Berührungsflächen 17 und 18 der Schulterkugellager 13 mit dem Teil 6′′ des festen Mittelsteges 6 und dem Schwenkarm 4 gewährleistet. Weiterhin wird damit erreicht, daß die Lagerung des Gehäuses 11 ständig konzentrisch belastet wird. Auftretende Lageabweichungen an den Berührungsflächen 17 und 18, basierend auf Fertigungstoleranzen, werden durch die Anordnung mehrerer gefederter Schulterkugellager 13 weitestgehend ausgeglichen.On the housing 11 , distributed over the circumference, a number of shoulder ball bearings 13 are provided, which are arranged radially on pins 14 which are fastened to the housing 11 ( FIG. 3). With their outer rings 16 , the shoulder ball bearings 13 are on the one hand on the part 6 '' of the central web 6 and on the other hand on the swivel arm 4 and roll on the contact surfaces 17 and 18 from the movement of the swivel arm 4 . The shoulder ball bearings 13 simultaneously take over the axial bearing of the housing 11 that supports the hourly mirror 10 . To maintain the rolling condition, the outer rings 16 have a frustoconical peripheral surface (contact surface 17 ), the surface line of which intersect at one point on the hour axis 5 and form the contact angle α ( FIG. 3) there. The shoulder ball bearings 13 are by means of springs 19 , for. B. disc springs, depending on the load. This ensures a constant flow of force between the contact surfaces 17 and 18 of the shoulder ball bearing 13 with the part 6 '' of the fixed central web 6 and the swivel arm 4 . It is also achieved that the bearing of the housing 11 is constantly loaded concentrically. Any positional deviations that occur on the contact surfaces 17 and 18 , based on manufacturing tolerances, are largely compensated for by the arrangement of a plurality of spring-loaded shoulder ball bearings 13 .

Bei den Coelostaten wird der Schwenkarm 4 mit der Nachführgeschwindigkeit von 15°h^-1 durch eine Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) angetrieben. Das Gehäuse 11 mit dem Stundenspiegel 10 muß sich, um eine feste räumliche Lage der Lichtstrahlen im Strahlengang eines Sonnenteleskopes zu erreichen, mit der halben Nachführgeschwindigkeit von 7,5°h^-1 um die Stundenachse drehen. Die Untersetzung um den Faktor 2 zwischen Schwenkarm 4 und dem Gehäuse 11 des Stundenspiegels 10 wird dadurch erreicht, daß der Außenring 16 der Schulterkugellager 13 an den Berührungsflächen 17 und 18 am festen Mittelsteg 6 und am Schwenkarm 4 abwälzt. Dabei wird die Drehbewegung des Schwenkarms 4 über die Kugeln der Schulterkugellager 13 und den Zapfen 14 auf das Gehäuse 11 so übertragen, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Gehäuses 11 gleich der halben Nachführgeschwindigkeit des Schwenkarms 4 ist. Somit ist es nicht notwendig, für den Antrieb des Stundenspiegels bei Coelostaten eine gesonderte Einrichtung vorzusehen. Die Schulterkugellager 13 bewirken einerseits den Antrieb des Gehäuses 11, welches den Stundenspiegel 10 trägt, und andererseits stützen sie das Gehäuse 11 in zur Stundenachse 5 paralleler Richtung ab und bilden so das Axiallager des Gehäuses 11.In the case of the coelostats, the swivel arm 4 is driven at a tracking speed of 15 ° h ^-1 by a drive device (not shown). In order to achieve a fixed spatial position of the light rays in the beam path of a solar telescope, the housing 11 with the hourly mirror 10 must rotate at half the tracking speed of 7.5 ° h ^-1 about the hour axis. The reduction by a factor of 2 between the arm 4 and the housing 11 of the hours of mirror 10 is achieved in that the outer ring 16 rolls the shoulder ball bearing 13 at the contact surfaces 17 and 18 on the fixed central bar 6 and to the pivot arm. 4 The rotary movement of the swivel arm 4 is transmitted to the housing 11 via the balls of the shoulder ball bearings 13 and the pin 14 so that the rotational speed of the housing 11 is equal to half the tracking speed of the swivel arm 4 . It is therefore not necessary to provide a separate device for driving the hourly mirror for coelostats. The shoulder ball bearings 13 on the one hand drive the housing 11 which carries the hourly mirror 10 , and on the other hand they support the housing 11 in a direction parallel to the hour axis 5 and thus form the axial bearing of the housing 11 .

Zur Vermeidung von Überbestimmtheiten bzw. zum Ausgleich von Lagerrundlauffehlern sind der Mitnehmer 4′ und eine Gestellpunktdurchführung 20 an seinen Anschraubstellen mit entsprechenden Freiheitsgraden ausgestattet, was praktisch durch Federgelenke realisierbar ist.To avoid overdeterminations or to compensate for radial runout errors, the driver 4 ' and a frame point bushing 20 are equipped with appropriate degrees of freedom at its screw-on points, which can be achieved practically by spring joints.

In Fig. 2 ist erkennbar, daß sich der Bewegungsbereich des Schwenkarms 4 auf 360° - 2 β beschränkt. Da sich β im Bereich von ca. 15° bewegt, ist der Gesamtbewegungsbereich aus astronomischer Sicht unkritisch.In Fig. 2 it can be seen that the range of motion of the pivot arm 4 is limited to 360 ° - 2 β . Since β is in the range of approx. 15 °, the overall range of motion is not critical from an astronomical point of view.

Claims

1.Device for driving the hourly mirror in coelostats which comprise an hourly and a declination mirror located on a swivel arm which can be swiveled about an hourly axis, the swivel arm, hour and declination mirror being mounted in correspondingly highly precise radial and axial bearings and the swivel arm of half Tracking speed are driven or moved, characterized in that a plurality of shoulder ball bearings ( 13 ) on pins ( 14 ) are arranged radially on the housing ( 11 ) carrying the hourly mirror ( 10 ) and rotatable about the hour axis ( 5 ) on the frame ( 1 ) of the coelostat on the one hand with their outer ring ( 16 ) on the central web ( 6 ) of a double radial bearing ( 3 ) carrying the swivel arm ( 4 ) and on the other hand with their outer ring ( 16 ) on the swivel arm ( 4 ) itself and roll on it and at the same time the axial bearing for are the hourly schedule ( 10 ), the central web ( 6 ) with the frame ( 1 ) of the Coelostat en is firmly connected.

2. Device according to claim 1, characterized in that the shoulder ball bearings ( 13 ) on their pin ( 14 ) by means of springs ( 19 ) are axially biased, and that to maintain the rolling condition of the outer rings ( 16 ) of the shoulder ball bearings ( 13 ) with a contact angle ( α ) are provided.