FR2676549A3 - Stabilising and fixing device for a hollow cylinder made of glass ceramic having a thin wall thickness - Google Patents

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Abstract

This device serves to increase the mechanical-load possibility of a thin hollow cylinder made of glass ceramic and to enable additional components to be fixed to this cylinder. It comprises a stabilising ring (4a, 4b) at each end of the cylinder (1) made of glass ceramic. Each ring possesses a thin core, of circular shape, the upper edge and the lower edge of which carry a peripheral base. On the side opposite the core, one of the bases carries pairs of small strips (lamellae) which face each other and are also arranged in a circle. The cylinder (1) is fitted and adhesively bonded between the small strips. The peripheral bases of the rings (4a, 4b) serve for fixing the components. Applicable especially to the manufacture of a tube for a space communications telescope.

Description

L t invention concerne un dispositif de stabilisation et de fixation pour un cylindre creux mince en vitrocéramique. The invention relates to a stabilization and fixing device for a thin hollow glass-ceramic cylinder.

La demande de brevet allemand non encore publiée P 39 40 924.4 décrit un télescope à miroir dont les miroirs et le tube sont fabriqués du même matériau. German patent application not yet published P 39 40 924.4 describes a mirror telescope whose mirrors and the tube are made of the same material.

Le matériau proposé à cet effet est, par exemple, la vitrocéramique "Zerodurf' qui a une masse volumique très faible et un coefficient de dilatation thermique extrême- ment bas. L'emploi de cette vitrocéramique est surtout très avantageux lorsque le télescope à miroir doit servir de télescope de communications destiné à être stationné dans l'espace. La distance entre le miroir primaire et le miroir secondaire, une fois ajustée, ne doit plus changer et doit notamment être indépendante d'influences thermiques. C'est ainsi que peut être garantie une qualité de reproduction invariable d'un tel télescope à miroir. L'emploi d'aluminium par exemple pour le tube du télescope, aurait pour conséquence que la distance entre les miroirs primaire et secondaire change en raison du coefficient élevé de dilatation thermique de l'aluminium.L'utilisation de matériaux composites à fibres de carbone a l'inconvénient que de tels matériaux subissent un important vieillissement dans l'espace.The material proposed for this purpose is, for example, the "Zerodurf 'glass ceramic which has a very low density and an extremely low coefficient of thermal expansion. The use of this glass ceramic is especially very advantageous when the mirror telescope must serve as a communications telescope intended to be parked in space. The distance between the primary mirror and the secondary mirror, once adjusted, must not change any more and must in particular be independent of thermal influences. guarantees an invariable reproduction quality of such a mirror telescope. The use of aluminum, for example for the telescope tube, would have the consequence that the distance between the primary and secondary mirrors changes due to the high coefficient of thermal expansion of The use of carbon fiber composite materials has the disadvantage that such materials undergo significant aging. in the space.

Comme le télescope ne doit pas être très lourd afin de limiter le poids à embarquer, il se pose cependant des problèmes de résistance à la rupture lorsque le tube du télescope est entièrement fabriqué en "Zerodur". Le cylindre mince constituant le tube d'un télescope destiné aux communications dans l'espace, pourrait ainsi être endommagé au départ de la fusée. As the telescope does not have to be very heavy in order to limit the weight to be carried, there are however problems of breaking strength when the telescope tube is entirely made of "Zerodur". The thin cylinder constituting the tube of a telescope intended for communications in space, could thus be damaged at the start of the rocket.

ta présente invention a donc pour but de créer un dispositif qui stabilise un cylindre mince en vitrocéramique et offre en même temps une possibilité de fixation exempte de pointes de contrainte pour relier différents composants à ce cylindre. Your present invention therefore aims to create a device which stabilizes a thin glass ceramic cylinder and at the same time offers a possibility of fixing free of stress points to connect different components to this cylinder.

Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par un dispositif de stabilisation et de fixation, pour un cylindre mince en vitrocéramique, qui est caractérisé en ce qu'un anneau de stabilisation est disposé à chaque extrémité du cylindre en vitrocéramique, anneau qui présente des possibilités de fixation pour relier d'autres composants au cylindre en vitrocéramique et est fabriqué d'un matériau ayant un faible coefficient de dilatation thermique. In accordance with the invention, this result is obtained by a stabilization and fixing device, for a thin glass-ceramic cylinder, which is characterized in that a stabilization ring is arranged at each end of the glass-ceramic cylinder, a ring which has fixing possibilities for connecting other components to the glass ceramic cylinder and is made of a material having a low coefficient of thermal expansion.

La stabilisation du cylindre en vitrocéramique est obtenue, conformément à l'invention, par deux anneaux de stabilisation disposés respectivement aux extrémités du cylindre. Chaque anneau du dispositif selon l'invention comprend une âme mince, de forme circulaire, dont le bord supérieur et le bord inférieur présentent chacun une semelle périphérique selon un mode de réalisation avantageux. Des lamelles minces sont disposées par paires l'une en face de l'autre en un cercle sur la semelle dirigée vers le cylindre. Les rayons des deux cercles formés par les lamelles, sont respectivement de peu inférieur et de peu supérieur aux rayons intérieur et extérieur du cylindre en vitrocéramique, ce qui revient à dire que la distance entre les lamelles situées l'une en face de l'autre des différentes paires, correspond à peu près à l'épaisseur de paroi du cylindre en vitrocéramique.Le cylindre est emboîté entre ces lamelles puis collé à elles. Les deux semelles constituent une possibilité de fixation pour d'autres composants au cylindre. The stabilization of the glass ceramic cylinder is obtained, in accordance with the invention, by two stabilization rings disposed respectively at the ends of the cylinder. Each ring of the device according to the invention comprises a thin core, of circular shape, the upper edge and the lower edge each having a peripheral sole according to an advantageous embodiment. Thin strips are arranged in pairs opposite one another in a circle on the sole directed towards the cylinder. The radii of the two circles formed by the lamellae are respectively slightly less and slightly greater than the interior and exterior radii of the glass ceramic cylinder, which amounts to saying that the distance between the lamellae located opposite one another of the different pairs, roughly corresponds to the wall thickness of the glass ceramic cylinder. The cylinder is fitted between these strips and then glued to them. The two flanges provide a possibility of attachment for other components to the cylinder.

En cas de fabrication d'un tube de télescope en vitrocéramique et de stabilisation à l'aide du dispositif selon l'invention, il est possible, par exemple, de fixer aux semelles les supports pour les miroirs primaire et secondaire ou les paliers pour le tube du télescope. Si des composants supplémentaires sont montés sur la semelle inférieure du dispositif apporté par l'invention, on évite en particulier l'application d'importants efforts ou couples au mince cylindre en vitrocéramique, grâce au fait que l'âme de faible épaisseur se déforme élastiquement à l'application d'une charge à la semelle inférieure, et empêche ainsi une trop forte sollicitation mécanique du cylindre. In the case of manufacturing a glass ceramic telescope tube and stabilization using the device according to the invention, it is possible, for example, to fix the supports for the primary and secondary mirrors or the bearings for the telescope tube. If additional components are mounted on the bottom flange of the device provided by the invention, in particular the application of large forces or torques to the thin glass ceramic cylinder is avoided, thanks to the fact that the thin core deforms elastically when a load is applied to the bottom flange, and thus prevents excessive mechanical stress on the cylinder.

S'agissant d'un tube de télescope, il est particulièrement avantageux d'utiliser la vitrocéramique "Zerodur", d'un tres bas coefficient de dilatation thermique et d'une faible masse volumique. Pour le dispositif selon l'invention, il s'avère avantageux d'employer l'"Invar", lequel possède également un coefficient peu élevé de dilatation thermique. L'emploi d'un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est bas, assure l'absence de contraintes aux points de collage entre le cylindre en vitrocéramique et le dispositif selon l'invention lorsque la température varie fortement après le collage. As it is a telescope tube, it is particularly advantageous to use "Zerodur" glass ceramic, with a very low coefficient of thermal expansion and a low density. For the device according to the invention, it turns out to be advantageous to use the "Invar", which also has a low coefficient of thermal expansion. The use of a material whose coefficient of thermal expansion is low, ensures the absence of constraints at the bonding points between the glass ceramic cylinder and the device according to the invention when the temperature varies greatly after bonding.

D'autres avantages apportés par le dispositif selon l'invention résident en une répartition uniforme, sur tout le pourtour du cylindre en vitrocéramique, des forces attaquant ce cylindre, par exemple lorsque, dans le cas d'un tube de télescope, les supports des miroirs sont fixés aux semelles. L'application des efforts au cylindre ne s'effectue donc pas ponctuellement, mais de façon répartie sur plusieurs faces de lamelles appliquées à proximité contre le cylindre. Par suite du collage des faces internes des lamelles sur le cylindre en vitrocéramique, on obtient en outre une possibilité de sollicitation en cisaillement des points de collage, qui augmente la capacité de charge mécanique de ces points.Les exigences quant au coefficient de dilatation thermique de la colle utilisée diminuent également, en raison du collage des faces internes des lamelles au cylindre puisque, pour l'ajuste- ment exact des miroirs primaire et secondaire dans un tube de télescope, c'est leur distance mutuelle suivant l'axe du télescope qui est essentielle. Un changement de volume de la colle sous des influences thermiques, n'a plus d'effet décisif sur la fixation des miroirs au cylindre en vitrocéramique pour ce qui concerne l'ajustement exact, étant donné que l'on peut s'attendre seulement à de faibles changements d'espacement dans le sens radial, mais qu'un désajustement axial n'est pas à craindre. Other advantages provided by the device according to the invention reside in a uniform distribution, over the entire periphery of the glass-ceramic cylinder, of the forces attacking this cylinder, for example when, in the case of a telescope tube, the supports of the mirrors are attached to the soles. The application of forces to the cylinder is therefore not carried out punctually, but in a distributed manner over several faces of lamellae applied close against the cylinder. As a result of the bonding of the internal faces of the lamellae on the ceramic glass cylinder, there is also a possibility of shear stress on the bonding points, which increases the mechanical load capacity of these points. The requirements as to the coefficient of thermal expansion of the glue used also decreases, due to the sticking of the internal faces of the lamellae to the cylinder since, for the exact adjustment of the primary and secondary mirrors in a telescope tube, it is their mutual distance along the telescope axis which is essential. A change in the volume of the adhesive under thermal influences no longer has a decisive effect on the fixing of the mirrors to the glass ceramic cylinder as regards the exact adjustment, since we can only expect small spacing changes in the radial direction, but that an axial mismatch is not to be feared.

Le collage homogène entre les lamelles et le cylindre en vitrocéramique est assuré par le dimensionnement adéquat des lamelles, de manière que la surface de collage ne soit pas trop grande. The homogeneous bonding between the lamellae and the glass ceramic cylinder is ensured by the adequate dimensioning of the lamellae, so that the bonding surface is not too large.

Grâce à l'application du dispositif selon l'invention, il est possible de fabriquer le cy gindre en vitrocéramique avec une épaisseur de paroi uniforme, de sorte qu'il n'est plus nécessaire de prévoir des épaisseurs de paroi localement accrues à des fins de stabilisation par exemple. Il en résulte des économies considérables dans les coûts de fabrication. Thanks to the application of the device according to the invention, it is possible to manufacture the glass ceramic cylinder with a uniform wall thickness, so that it is no longer necessary to provide locally increased wall thicknesses for the purposes stabilization for example. This results in considerable savings in manufacturing costs.

Le dispositif selon l'invention accroit par conséquent de façon considérable la capacité de charge mécanique d'un cylindre en vitrocéramique et permet, par exemple, l'utilisation d'une vitrocéramique comme matériau constitutif pour la fabrication d'un tube de télescope. Le dispositif selon l'invention permet en plus de fixer plusieurs composants à un tel cylindre. The device according to the invention consequently considerably increases the mechanical load capacity of a glass ceramic cylinder and allows, for example, the use of a glass ceramic as a constituent material for the manufacture of a telescope tube. The device according to the invention also makes it possible to fix several components to such a cylinder.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels:
- la figure 1 est une vue partielle d'un télescope à miroir comportant un tube en vitrocéramique, ainsi que du principe de l'agencement d'un dispositif selon l'invention pour la stabilisation et la fixation d1 autres composants;
- La figure 2 est une vue en perpective d'une partie du dispositif selon l'invention; et
- la figure 3 est une coupe de ce dispositif.
Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows of a nonlimiting exemplary embodiment, as well as from the appended drawings, in which:
- Figure 1 is a partial view of a mirror telescope comprising a glass ceramic tube, as well as the principle of the arrangement of a device according to the invention for the stabilization and fixing of other components;
- Figure 2 is a perspective view of part of the device according to the invention; and
- Figure 3 is a section through this device.

La figure 1 montre partiellement un télescope à miroir dont le tube 1 est fabriqué en vitrocéramique "Zerodur". La figure montre seulement un segment de 1200 de ce tube de télescope 1. Le dispositif de stabilisation et de fixation selon l'invention est réalisé comme un anneau de stabilisation 4a, 4b disposé à chacune des extrémites du cylindre en "Zerodur". Le miroir primaire 2 et un oculaire 7 sont fixés à l'anneau de stabilisation 4b à l'extrémité inférieure du cylindre. Le miroir secondaire 3 est monté sur le second anneau de stabilisation 4a à l'extrémité supérieure du cylindre. Les deux miroirs 2, 3 et l'oculaire 7 sont montés sur l'anneau de stabilisation 4a ou 4b concerné à l'aide de bras de croisillon ou rayons Sa, 5b; 6a, 6b, 6c. Figure 1 partially shows a mirror telescope, the tube 1 of which is made of "Zerodur" glass ceramic. The figure shows only a segment of 1200 of this telescope tube 1. The stabilization and fixing device according to the invention is produced as a stabilization ring 4a, 4b placed at each of the ends of the cylinder in "Zerodur". The primary mirror 2 and an eyepiece 7 are fixed to the stabilization ring 4b at the lower end of the cylinder. The secondary mirror 3 is mounted on the second stabilization ring 4a at the upper end of the cylinder. The two mirrors 2, 3 and the eyepiece 7 are mounted on the stabilization ring 4a or 4b concerned by means of spider arms or spokes Sa, 5b; 6a, 6b, 6c.

Un matériau convenant particulièrement pour la fabrication du dispositif de stabilisation et de fixation selon l'invention est 1"'Invar", ayant un faible coefficient de dilatation thermique. A material which is particularly suitable for the manufacture of the stabilization and fixing device according to the invention is "Invar", having a low coefficient of thermal expansion.

La figure 2 est une vue en perpective d'un segment d'un anneau du dispositif de stabilisation et de fixation selon l'invention. L'anneau comprend une âme 8 de faible épaisseur et de forme circulaire, dont le bord supérieur et le bord inférieur présentent chacun une semelle périphérique 9a, 9b qui est également de forme circulaire. Sur la semelle supérieure 9b, sont disposées, en plus, des paires de minces lamelles situées l'une en face de l'autre, comme celles désignées par 10a et lOb par exemple. Les différentes paires de lamelles se suivent à intervalles déterminés le long du pourtour circulaire. Les lamelles opposées de chaque paire, par exemple les lamelles iota, 10b, sont situées à une distance l'une de l'autre correspondant à peu près à l'épaisseur de paroi du cylindre en vitrocéramique. Figure 2 is a perspective view of a segment of a ring of the stabilization and fixing device according to the invention. The ring comprises a core 8 of small thickness and circular shape, the upper edge and the lower edge each have a peripheral sole 9a, 9b which is also circular. On the upper sole 9b, are arranged, in addition, pairs of thin strips located one opposite the other, such as those designated by 10a and 10b for example. The different pairs of lamellae follow each other at determined intervals along the circular periphery. The opposite lamellae of each pair, for example the iota lamellae, 10b, are located at a distance from each other roughly corresponding to the wall thickness of the glass ceramic cylinder.

Ce cylindre est emboîté entre les lamelles et collé à elles. Les surfaces de collage sont formées par les faces internes des lamelles et par les zones correspondantes du cylindre. Les deux semelles 9a, 9b servent à la fixation de composants. Ceux-ci peuvent être fixés aux semelles par vissage par exemple. C'est ainsi que la semelle inférieure 9a peut être utilisée, par exemple, pour la fixation du ou des paliers du télescope.This cylinder is fitted between the strips and glued to them. The bonding surfaces are formed by the internal faces of the lamellae and by the corresponding zones of the cylinder. The two soles 9a, 9b are used for fixing components. These can be attached to the soles by screwing for example. Thus the bottom sole 9a can be used, for example, for fixing the telescope bearing (s).

La figure 3 est une coupe du dispositif de stabilisation et de fixation selon l'invention montré par la figure 2. On voit l'âme 8 de faible épaisseur avec les deux semelles 9a, 9b sur les bords supérieur et inférieur. Les lamelles opposées 10a, 10b, entre lesquelles est emboité et collé le cylindre en vitrocé céramique, sont placées sur la semelle supérieure 9b. Figure 3 is a section of the stabilization and fixing device according to the invention shown in Figure 2. We see the core 8 of small thickness with the two flanges 9a, 9b on the upper and lower edges. The opposing lamellae 10a, 10b, between which the ceramic vitreous cylinder is fitted and glued, are placed on the upper sole 9b.

Surtout l'âme 8 doit ê-tre aussi mince que possible afin qu'elle puisse se déformer élastiquement en cas cation d'efforts à la semelle inférieure 9a, de manière à réduire ainsi à un minimum les forces agissant sur le cylindre en vitrocéramique. Above all, the core 8 must be as thin as possible so that it can deform elastically in the event of a force being applied to the lower flange 9a, so as to reduce to a minimum the forces acting on the glass ceramic cylinder.

Claims (8)

REVENDICATIOES 1. Dispositif de stabilisation et de fixation pour un cylindre creux mince en vitrocéramique (1), caractérisé en ce qu'un anneau de stabilisation (4a, 4b) est disposé à chaque extrémité du cylindre en vitrocéramique (1), anneau qui présente des possibilités de fixation pour relier des composants supplémentaires au cylindre en vitrocéramique (1) et est fabriqué d'un matériau ayant un faible coefficient de dilatation thermique.1. Stabilization and fixing device for a thin hollow glass-ceramic cylinder (1), characterized in that a stabilization ring (4a, 4b) is arranged at each end of the glass-ceramic cylinder (1), a ring which has fixing possibilities for connecting additional components to the glass ceramic cylinder (1) and is made of a material having a low coefficient of thermal expansion. 2. Dispositif de stabilisation et de fixation pour un cylindre en vitrocéramique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau de stabilisation (4a, 4b) comporte une ame (8) de forme circulaire et portant une semelle périphérique (9a, 9b) au bord supérieur et au bord inférieur et, sur le côté d'une des semelles opposé à l'âme, des lamelles (10a, lOb) situées l'une en face de l'autre et disposées en cercle, qui servent à la réception du cylindre en vitrocéramique (1).2. Stabilization and fixing device for a ceramic glass cylinder (1) according to claim 1, characterized in that the stabilization ring (4a, 4b) comprises a core (8) of circular shape and carrying a peripheral sole ( 9a, 9b) at the upper edge and at the lower edge and, on the side of one of the flanges opposite the core, lamellae (10a, 10b) located one opposite the other and arranged in a circle, which are used to receive the glass ceramic cylinder (1). 3. Dispositif de stabilisation et de fixation pour un cylindre en vitrocéramique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les lamelles (10a, lOb) sont disposées l'une en face de l'autre par paire sur l'une des semelles (9b), de manière que la distance entre les lamelles qui se font face corresponde à peu près à l'épaisseur de paroi du cylindre en vitrocéramique (1)- 3. Stabilization and fixing device for a glass ceramic cylinder (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the lamellae (10a, 10b) are arranged one opposite the other in pairs on the one of the flanges (9b), so that the distance between the facing slats roughly corresponds to the wall thickness of the glass ceramic cylinder (1) - 4. Dispositif de stabilisation et de fixation pour un cylindre en vitrocéramique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau de stabilisation (4a, 4b) est fabriqué en "Invar".4. Stabilization and fixing device for a glass ceramic cylinder (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the stabilization ring (4a, 4b) is made of "Invar". 5. Dispositif de stabilisation et de fixation pour un cylindre en vitrocéramique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cylindre en vitrocéramique (1) est fabriqué en "Zerodur". 5. Stabilization and fixing device for a glass ceramic cylinder (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the glass ceramic cylinder (1) is made of "Zerodur". 6. Dispositif de stabilisation et de fixation pour un cylindre en vitrocéramique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cylindre en vitrocéramique (1) est collé à chacun des anneaux de stabilisation (4a, 4b).6. Stabilization and fixing device for a glass ceramic cylinder (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the glass ceramic cylinder (1) is glued to each of the stabilization rings (4a, 4b). 7. Dispositif de stabilisation et de fixation pour un cylindre en vitrocéramique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par son utilisation pour stabiliser un tube de télescope en "Zerodur" ou pour fixer le miroir primaire (2), le miroir secondaire (3) et d'autres composants à un tel tube de télescope.7. Stabilization and fixing device for a glass ceramic cylinder (1) according to any one of the preceding claims, characterized by its use for stabilizing a telescope tube in "Zerodur" or for fixing the primary mirror (2), the secondary mirror (3) and other components to such a telescope tube. 8. Dispositif de stabilisation et de fixation pour un cylindre en vitrocéramique selon la revendication 7, caractérisé en ce que les miroirs primaire (2) et secondaire (3) sont fixés à l'anneau de stabilisation (4a, 4b) concerné par l'intermédiaire de bras de croisillon ou rayons (5a, 5b; 6a, 6b, 6c). 8. Stabilization and fixing device for a glass-ceramic cylinder according to claim 7, characterized in that the primary (2) and secondary (3) mirrors are fixed to the stabilization ring (4a, 4b) concerned by the intermediate cross arm or spokes (5a, 5b; 6a, 6b, 6c).
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