DE3444265A1

DE3444265A1 - Unterstuetzungssystem fuer teleskopspiegel

Info

Publication number: DE3444265A1
Application number: DE19843444265
Authority: DE
Inventors: Ernst-Dieter Dipl.-Ing. 7923 Königsbronn Knohl
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1984-12-05
Filing date: 1984-12-05
Publication date: 1986-06-05
Also published as: IT8548882A0; JPS61134719A; DE3444265C2; IT1183042B; US4632523A; JPH07104473B2

Description

Unterstützungssystem für Teleskopspiegel

Die Erfindung betrifft ein Unterstützungssystem für Teleskopspiegel in Form von mehreren, auf der Rückseite des Spiegels angeordneten, an diskreten Punkten angreifenden, astatischen Entlastungseinrichtungen, die die in der Spiegelebene wirkenden Gewichtskomponenten des Spiegels aufnehmen.

Bisher wurden diese nachfolgend als "radiale" Gewichtskomponenten bezeichneten Kräfte bei größeren astronomischen Spiegelteleskopen fast ausschließlich durch Entlastungseinrichtungen aufgenommen, die den Spiegel an seinem Außenrand unterstützen und zwar dort, wo die Schwereebene des Spiegels seinen Außenumfang schneidet.

Beispiele für derartige "Randunterstützungssysteme" sind beschrieben in der DE-A-33 13 324, der DE-A-29 03 805 und der DE-A-24 14 266.

Diese Art der radialen Entlastung des Spiegelkörpers ist dann nicht mehr ohne weiteres verwendbar, wenn der Durchmesser des Spiegels ein gewisses Maß überschreitet, oder bei sogenannten Segmentspiegeln, deren Einzelelemente aneinander anschließen sollen, so daß an deren Rand kein Platz für Entlastungseinrichtungen vorhanden ist.

Weiterhin ist es bekannt, die radiale Gewichtsentlastung durch Systeme vorzunehmen, die auf der Rückseite des Spiegels in Bohrungen eingreifen, die bis an die Schwereebene des Spiegels vorgetrieben sind. Auf diese Weise sind z.B. Fangspiegel des 3,5 m Teleskops das MPIA auf dem Calar Alto sowie der Hauptspiegel des 5 m-Teleskops auf dem Mount Palomar gelagert.
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In der Figur 1 der beigefügten Zeichnung ist diese letztgenannte Art der radialen Entlastung skizzenhaft dargestellt: dort sind mit 104 die Bohrungen bezeichnet, die bis über die Schwereebene 106 des Spiegelkörpers 1 vorgetrieben sind. In jede Bohrung greift das Ende eines zweiarmigen Hebels 105 ein, der um eine Achse 108 an der Spiegel fassung 109 drehbar gelagert ist und an seinem anderen Ende ein Gegengewicht 107 trägt.

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Der Nachteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß die Bohrungen auf der Rückseite 103 des Spiegelkörpers Störungen in dessen elastischem Verhalten darstellen, die Formänderungen der Spiegelfläche 102 hervorrufen können. Dieser Effekt macht sich insbesondere bei dünnen Spiegeln be-⁵merkbar. Es ist jedoch nicht ohne weiteres möglich auf die Bohrungen im Spiegelkörper zu verzichten und die Radialentlastung an der Rückseite des Spiegels angreifen zu lassen. Denn wenn der Spiegelkörper außerhalb seiner Schwereebene unterstützt wird, tritt ein störendes Moment auf,

das ebenfalls Formänderungen der Spiegelfläche zur Folge hat. 10

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein auf der Rückseite des Spiegels angeordnetes, astatisches Unterstützungssystem zur Aufnahme der in der Spiegelebene wirkenden Gewichtskomponenten zu schaffen, mit dem der Spiegel so gelagert werden kann, daß möglichst geringe Formänderun-15gen der Spiegelfläche auftreten.

Diese Aufgabe wird gemäß den im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß die Entlastungseinrichtungen außerhalb der Schwerpunkte der jeweils zu entlastenden Spiegelparzellen am 20Spiegel angreifen und so ausgebildet sind, daß zusätzlich zu den in der Spiegelebene wirkenden Stützkräften Kompensationsmomente erzeugt werden, die den sich aus Gewichtskräften und Stützkräften ergebenden Momenten entgegengerichtet sind.

25Bei der erfindungsgemäßen Entlastungseinrichtung wird auf Bohrungen in der Spiegelrückseite verzichtet, so daß die Steifigkeit des Spiegelkörpers unbeeinflußt bleibt. Dennoch wird durch das Aufbringen des zusätzlichen Kompensationsmomentes erreicht, daß die radialen Stützkräfte effektiv in der Schwereebene des Spiegels angreifen. Die Lage des effek-

30tiven Kraftangriffspunktes läßt sich nämlich durch Veränderung der Größe des Kompensationsmomentes achsial beeinflussen. Es ist daher zweckmäßig die Entlastungseinrichtungen so auszulegen, daß der Betrag des Kompensationsmomentes unabhängig von der reinen Stützkraft in der Spiegelebene verstellbar ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft die Entlastungseinrichtungen auf mehreren konzentrischen Stützkreisen unterschiedlichen Durchmessers auf der Spie-

gelrückseite anzuordnen. Der Verformungsvektor der Spiegeloberfläche läßt sich dann durch Variieren des Lastfaktors zwischen den Entlastungseinrichtungen der einzelnen Stützkreise optimal der gewünschten Referenzfläche anpassen.
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Das erfindungsgemäße Unterstützungssystem eignet sich insbesondere gut für azimutal montierte Teleskopspiegel. In diesem Falle kann sowohl die Stützkraft als auch das Kompensationsmoment durch ein relativ einfaches

Hebelsystem mit Gegengewichten aufgebracht werden. 10

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem der letztgenannte Fall dargestellt ist, wird nachfolgend anhand der Figuren 2 und 3 der beigefügten Zeichnungen erläutert: dabei ist

^ Fig. 2 eine Prinzipskizze, die die Anordnung der Entlastungseinrichtungen auf der Rückseite eines Teleskopspiegels verdeutlicht, und

Fig. 3 eine Skizze, die eine der Entlastungseinrichtungen, von denen in Fig. 2 nur die Angriffspunkte zu sehen sind, in vergrößertem Maßstab in Seitenansicht zeigt.

Der azimutal montierte Teleskopspiegel· 1, dessen Rückseite die Ansicht nach Fig. 2 zeigt, wird bezüglich seiner in der Spiegel·ebene wirkenden sogenannten radialen Gewichtskomponenten von einem Unterstützungssystem gehalten, das aus einer Vielzahl von einzelnen Entlastungseinrichtungen 2 besteht, die an der Rückseite des Spiegel·s 1 eingreifen. Die En^astungseinrichtungen 2 sind auf konzentrischen Stützkreisen 3,4,5 und 6 angeordnet. Grundsätzlich versucht man die Zahl der Entlastungseinrichtungen so hoch zu wählen, daß lokale Deformationen und langwellige Verformungen minimal bleiben, so daß eine beugungsbegrenzte Abbildung gewährleistet ist.

Wie aus der detaillierteren DarsteHung nach Fig. 3 hervorgeht, bestehen die Entlastungseinrichtungen 2 jeweils aus einem Hebelsystem mit Gegengewichten. Ein erster zweiarmiger Hebel 26 ist drehbar um eine Achse 8

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gelagert, die an der Fassung 9 des Teleskops befestigt ist. Dieser Hebel 26 trägt an seinem Ende ein Gegengewicht 7, das lediglich die Aufgabe hat, die bezogen auf den Spiegel 1 achsiale Gewichtskomponente der am anderen Ende des Hebels 26 befestigten, eigentlichen Entlastungseinrichtung aufzufangen. Für die Funktion der nachstehend beschriebenen Entlastungseinrichtung bildet die Achse 10 am Ende des Hebels 26 den feststehenden Drehpunkt.

Bezüglich dieser Achse 10 ist ein weiterer dreiarmiger Hebel 11 drehbar '^gelagert. Die beiden gleichlangen Arme lla und lib dieses Hebels sind jeweils über Zwischenstücke 12a und 12b gelenkig an Zug- bzw. Druckkörper 13a und 13b angeschlossen, die ihrerseits an die Rückseite des Spiegels 1 angeklebt sind. Am Ende des dritten Armes lic trägt der Hebel 11 eine Achse 14, die den Drehpunkt für einen weiteren zweiarmigen Hebel ¹⁵bildet.

Der Hebel 15 ist mit einem Ende gelenkig an einen Tragkörper 16 befestigt, der ebenfalls an die Rückseite des Spiegels 1 angeklebt ist. Am anderen Ende trägt der Hebel 15 ein Gegengewicht 17, über das die Stütz-

20kraft Fs zur Entlastung der Gewichtskomponente Gs in Richtung der Spiegelebene und zwar der Parzelle 19 des Spiegels 1 aufgebracht wird, der die Entlastungseinrichtung zugeordnet ist. Die gestrichelte Linie 20 im Spiegelkörper 1 deutet die Ebene an, auf der die Schwerpunkte S der den einzelnen Entlastungseinrichtungen 2 zugeordneten Spiegelparzellen lie-

25gen. Bei den meisten Spiegel formen ist diese Ebene 20 gekrümmt, d.h. ihr Abstand α von der Spiegelrückseite 24 ist nicht konstant.

Da die Stützkraft Fs an der Rückseite 24 des Spiegels 1 angreift, während die Schwerkraft Gs im Schwerpunkt S der Spiegelparzelle 19 wirkt,

30tritt ein Moment Mj der Größe Gs-α auf, das Formänderungen der Spiegelfläche 22 zur Folge hat. Dieses Moment wird nun durch den Hebel 11 kompensiert, dessen Arme lla und lib ein entgegengesetzt gerichtetes Moment Mo = Fb-b über die angeklebten Zug- bzw. Druckstücke 13a und 13b in die Spiegelparzelle 19 einleiten.

Der Betrag des Momentes Mn läßt sich durch Verschieben des Gegengewich-

tes 17 einstellen. Dabei ändert sich allerdings auch der Betrag der Stützkraft Fs. Um diese Stützkraft Fs unabhängig von dem über den Hebel 11 ausgeübten Moment JvU einstellen zu können, lassen sich die Arme lic und 15a der Hebel 11 bzw. 15 über Stellmuttern 21 bzw. 25 verkürzen. Wegen des relativ kleinen Abstandes der Drehachse 10 von der Spiegelrückseite bewirkt die Verkürzung der Hebelarme lic und 15a keine signifikante Änderung des Moments M2.

Mit der beschriebenen Entlastungseinrichtung läßt sich also der effektive Kraftangriffspunkt der Stützkraft Fs je nach Höhe des Kompensationsmomentes M2 achsial in Richtung auf die Schwerelinie 20 im Spiegel 1 verlagern und somit auch an unterschiedliche Abstände der Schwerelinie 20 von der Spiegelrückseite 24 anpassen.

Die in Fig. 3 dargestellte Entlastungseinrichtung stellt ein Ausführungsbeispiel dar, das in vielfacher Hinsicht abgewandelt werden kann. So ist es z.B. möglich die Zug-, Druck- und Tragstücke 13a, 13b und 16 zu einem einzigen Teil zusammenzufassen. Weiterhin ist es möglich über den Hebel 11 auch die Stützkräfte für die achsialen Gewichtskomponenten des Spiegels 1 einzuleiten. Kann man auf die Einstellmöglichkeit für die Größe des Kompensationsmomentes M2 verzichten, so kann das Hebelsystem einfacher ausgestaltet werden. Schließlich kann das Hebelsystem insgesamt durch eine entsprechend wirkende, hydraulische Entlastungseinrichtung ersetzt werden.

Claims

344426 Patentansprüche:

1. Unterstützungssystem für Teleskopspiegel in Form von mehreren, an der Rückseite des Spiegels angeordneten, an diskreten Punkten angreifenden, astatischen Entlastungseinrichtungen (2), die die in der Spiegelebene wirkenden Gewichtskomponenten (Gs) des Spiegels aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungseinrichtungen (2) außerhalb der Schwerpunkte (S) der jeweils zu entlastenden Spiegelparzeilen (19) am Spiegel (1) angreifen und so ausgebildet sind, daß zusätzlich '0 zu den in der Spiegelebene wirkenden Stützkräften (Fs) Kompensationsmomente (M2) erzeugt werden, die den sich aus Gewichtskräften (Gs) und Stützkräften (Fs) ergebenden Momenten (M]) entgegengerichtet sind.

2. Unterstützungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beträge (Fs-b) der Kompensationsmomente einstellbar sind.

3. Unterstützungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungseinrichtungen (2) auf mehreren konzentrischen Stützkreisen (3,4,5,6) unterschiedlichen Durchmessers an der Spiegelrückseite (24) angeordnet sind.

4. Unterstützungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beträge der Stützkräfte (Fs) der Entlastungseinrichtungen (2) auf den einzelnen Stützkreisen (3,4,5,6) unterschiedlich eingestellt sind.

5. Unterstützungssystem nach Anspruch 1-4, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Lagerung eines azimutal montierten Teleskopspiegels (D.

6. Unterstützungssystem nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Stützkräfte (Fs) als auch die Kompensationsmomente (M2) durch ein Hebelsystem (11,15) mit Gegengewichten (17) aufgebracht sind.

5 Unterstützungssystem nac 2 3U4265 7. 10 sätzliches Gegengewicht h Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein zu- 15 Entlastungseinrichtung ( (7) zur Kompensation des Eigengewichtes der 20 2). 25 30 35