DE4319453C1

DE4319453C1 - Vorrichtung zum hydraulischen Aufhängen und Einstellen großer Körper

Info

Publication number: DE4319453C1
Application number: DE19934319453
Authority: DE
Inventors: Reinhard Bauer
Original assignee: GG Noell GmbH
Current assignee: GG Noell GmbH
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2013-06-12

Description

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zum hydraulischen Aufhängen und Einstellen großer Körper, wie optisch wirksamer Einrichtungen, beispielsweise Spiegel oder Linsen von Teleskopen und Reflektoren, bestehend aus hydraulischen Stellgliedern, Zylindern, Aktuatoren und verschiedenen Leitungen nach Patent 4241803 . . Die Vorrichtung kann überall dort angewendet werden, wo große Körper ohne innere Verspannung aufgehängt werden, wobei der Betrag und die Richtung der Aufhängekräfte exakt vorgegeben sein müssen und der Körper zur Justage in bestimmte Richtungen bewegt oder verspannt wird.

Beim Bau von astronomischen Spiegelteleskopen muß beispielsweise dafür Sorge getragen werden, daß der Spiegel in jeder Lage, d. h. unabhängig von der Neigung seiner Fläche zur Richtung der Schwerkraft, seine Form unverändert beibehält. Die üblichen Anforderungen an die Formtreue liegen bei wenigen 10 nm RMS. Dazu ist eine spezielle Lagerung des Spiegels erforderlich, die außerdem die Aufgabe hat, Deformationen vom Spiegel fernzuhalten, die unvermeidbar von der Trägerstruktur infolge der äußeren Kräfte und Temperaturschwankungen eingeleitet werden. Bei großen Teleskopen liegt diese Deformation im Bereich von einigen hundert Mikrometern, liegen also um mehrere Größenordnungen über der gewöhnlichen Formtreue. DE 41 22 015 A1 beschreibt eine Lagerung für den Primärspiegel eines Teleskopes mit einer Dreipunktlagerung durch ein axiales Unterstützungssystem, bei dem man mit einer Drehsicherung, zusammen mit dem axialen und lateralen Unterstützungssystem, alle sechs Freiheitsgrade des Spiegels festlegen kann.

Diese Lösung ist für dünne Primärspiegel von Teleskopen geeignet, bei denen im allgemeinen drei der möglichen sechs Freiheitsgrade der Bewegung vom "Axialsupportsystem" abgedeckt werden. Weitere zwei Freiheitsgrade werden vom "Lateralsupportsystem" abgedeckt.

Für den sechsten Freiheitsgrad der Bewegung müssen bis jetzt zusätzliche Befestigungen bzw. hydraulische Aktuatoren (Aufhängezylinder) vorgesehen werden (Meier, H.-J.: Support of thin meniscus primary for SOFIA SPIE Vol. I34O (1990) p. 153; Schneermann u. a.: ESO VLT III: The Support System of Primary Mirrors SPIE Vol. 1236 (1990) p. 920).

Um gefährliche interne Verspannungen möglichst zu vermeiden, sind die Spiegel oder Linsen großer Teleskope an sehr vielen Hydraulikzylindern (sogenannten Aktuatoren) aufgehängt. Die Lateralaufhängung eines Teleskopspiegels besteht in der Regel aus einer Vielzahl von hydraulischen Membranenzylindern, den sogenannten Lateralaktuatoren. Durch sie kann der Betrag und die Richtung der Aufhängekräfte so vorgegeben werden, daß der Körper an virtuellen Fixpunkten unterstützt wird. Andererseits muß der Körper aber zur optischen Justage in bestimmte Richtungen bewegt und unter Umständen verspannt werden können. Um einen Körper vollständig zu befestigen, muß man jeden einzelnen der sechs Freiheitsgrade der Bewegung befestigen. Will man einen Körper in beliebiger Richtung bewegen, muß man jeden einzelnen Freiheitsgrad bewegen können. Mit den vorhandenen Lateralaufhängungen kann ein Körper aber nur in zwei Freiheitsgraden der möglichen drei lateralen Freiheitsgrade bewegt werden. Für den dritten lateralen Freiheitsgrad der Bewegung müssen zusätzliche Befestigungen bzw. hydraulische Aktuatoren (Aufhängezylinder) vorgesehen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum hydraulischen Aufhängen und Einstellen großer Körper, wie optischer Einrichtungen, beispielsweise Spiegel oder Linsen, zu entwickeln, ohne daß zusätzliche Befestigungen für den sechsten Freiheitsgrad ihrer Bewegung notwendig sind, wobei zusätzliche Spannungen nicht auftreten dürfen und der aufgehängte Körper sehr präzise in alle Richtungen justiert werden kann. Thermische Ausdehnungen sollen kompensiert werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Erfindungsgemäß werden drei hydraulische Stellglieder, zwei gegeneinandergeschaltete Zylinder, die mit einer starren Kolbenstange verbunden sein können und von denen jeweils eine Kammer mit einem Ausgleichsgefäß verbunden sind und vier Gruppen von miteinander verbundenen Aufhängezylindern durch Druckleitungen so zusammengeschaltet, daß sich vier geschlossene und ein offenes System für die hydraulische Flüssigkeit, die Öl sein kann, ergeben.

Nachfolgend ist diese Zusammenschaltung anhand von Figuren und einem Beispiel beschrieben.

Die Figuren zeigen:

Fig. 1 erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Bewegung des fiktiven Punktes D in Y-Richtung,

Fig. 2 erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Bewegung der fiktiven Punkte D und E in X-Richtung.

Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, an deren Aufhängezylindern, die vier Gruppen 60, 70, 80, 90 bilden, ein großer Körper, beispielsweise ein Spiegel, aufgehangen ist, von dessen Fläche nur die fiktiven Punkte D und E gezeigt sind, mit einer Bewegung des fiktiven Punktes D in Y-Richtung.

Durch das Bewegen des hydraulischen Stellgliedes 2 wird Öl in die Kammern 61, 91 aller Aufhängezylinder 90, 60 gedrückt, die als Membranenzylinder ausgeführt sind und aus deren gegenüberliegenden Kammern 6, 9, die untereinander durch Leitungen verbunden sind, wird Öl in die Kammern 4 und 5 der miteinander starr durch Kolben verbundenen Zylinder 40 und 50 gedrückt, die ebenfalls als Membranenzylinder ausgeführt sind, wodurch die gegenüberliegenden Kammern 41 und 51 Öl in das Ausgleichsgefäß 100 drücken, welches die Kompensation des hydrostatischen Druckes bei Neigung des Spiegels ermöglicht.

Über diese Verrohrung wird - abgesehen vom hydrostatischen Druck - gleicher Druck in allen Volumina und allen Kammern erzwungen, solange das System sich in quasi statischem Zustand befindet, das heißt, die Stellbewegungen so langsam sind, daß Massenträgheitskräfte vernachlässigt werden können.

Die hydrostatischen Stellglieder 1 und 3 und somit die Aufhängezylinder der Gruppen 70 und 80 sind bei der gezeigten Bewegung des fiktiven Punktes D in Y-Richtung nicht aktiv.

In Fig. 2 wird durch das Verstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 eine Bewegung der fiktiven Punkte D und E in X-Richtung erreicht, in dem durch das hydraulische Stellglied 1 in die untereinander verbundenen Kammern 6 und 7 der Aufhängezylindergruppen 60 und 70 und die Kammern 4 eines der miteinander mittels starrer Kolben verbundenen Zylinder 40 und 50 gedrückt, wodurch Öl aus den jeweils verbundenen Kammern 61, 71, 41 in die Kammern 91, 81 und über deren gegenüberliegenden Kammern 8, 9 und die der gegeneinandergeschalteten Zylinder 40, 50 auf das Ausgleichsgefäß 100 wirken.

Alle weiteren Möglichkeiten, die fiktiven Punkte D und E in Y- und/oder X-Richtung zu verschieben, kann der Fachmann durch ein kombiniertes Verstellen der hydraulischen Stellglieder 1, 2 und 3 erreichen.

Claims

Vorrichtung zum hydraulischen Aufhängen und Einstellen großer Körper wie optisch wirksamer Einrichtungen, beispielsweise Spiegel oder Linsen von Teleskopen und Reflektoren, bestehend aus hydraulischen Stellgliedern Zylindern, Aktuatoren und verbindenden Leitungen nach Patent DE 42 41 803 C1, dadurch gekennzeichnet, daß
- - von drei hydraulischen Stellgliedern (1, 2, 3) ein hydraulisches Stellglied (1) mit einer Kammer (4) eines (40) von zwei gegeneinandergeschalteten Zylindern (40, 50) und jeweils der einen Kammer (6, 7) von zwei Gruppen mit miteinander verbundenen Aufhängezylindern (60, 70),
- - die beiden anderen hydraulischen Stellglieder (2, 3) mit jeweils einer anderen Kammer (61, 71, 81, 91) der in vier Gruppen angeordneten und miteinander verbundenen Aufhängezylindern (60, 70, 80, 90) verbunden sind,
- - wobei die andere Kammer (8, 9) von zwei Gruppen von Aufhängezylindern (80, 90) mit einer Kammer (5) eines (50) von zwei gegeneinandergeschalteten Zylindern (40, 50),
- - und die zweiten Kammern (41, 51) der gegeneinandergeschalteten Zylinder (40, 50) mit einem druckkompensierenden Ausgleichsgefäß (100) verbunden sind.