Dateianhang:
Dateikommentar: Mechanische Konstruktion für Simulation 5
aufbau_3streben_3zoll_flächig.png [ 158.25 KiB | 7728 mal betrachtet ]
Dateianhang:
Dateikommentar: Mechanische Konstruktion für Simulation 1
aufbau_grundkörper.png [ 186.71 KiB | 7728 mal betrachtet ]
Dateianhang:
Dateikommentar: z-Displacement für Simulation 5
durchbiegung_3streben_3zoll_flächig.png [ 230.24 KiB | 7728 mal betrachtet ]
Dateianhang:
Dateikommentar: z-Displacement für Simulation 1
durchbiegung_grundkörper.png [ 215.79 KiB | 7728 mal betrachtet ]
Hallo das Forum,
die mangelnde Stabilität von Aufbauten direkt gekoppelter Spektrografen ist für einige Messungen wohl ein Problem (auch bei kommerziell erhältlichen Geräten).
Angeregt durch die Diskussionen in der Postersession der letzten ASpekt habe ich mir mal Gedanken über die Stabilität von Spektrografen-Gehäusen gemacht. Dazu habe ich mich etwas mit Inventor angefreundet - einem Konstruktionsprogramm mit FEM-Modul. Die Finite Elemente Methode ist eine inzwischen gebräuchliche Methode zur Simulation mechanischer Stressgrößen und anderer Probleme. Man umgeht damit die Lösung partieller DGL.
Voraussetzungen:
In der 1. Simulation wird eine gebräuchliche V-Form eines Gehäuses aus Aluminium angenommen (für einen klassischen Spektrografen mit Reflexionsgitter oder ein Echelle-Gitter) - genannt "Grundkörper". Die Grundplatte hat eine Stärke von 5mm, die Seitenwände von 8mm. Eingespannt wird das Gehäuse an einer 2"-Nase (praktisch durch den OAZ). Belastet wird die Konstruktion durch das Eigengewicht und eine Kraft von 30N am Ort der Kamera und des Kameraobjektivs (entspricht 3kg Gewicht). Gehäusedeckel und optische Elemente werden hier nicht berücksichtigt. In der 2. Simulation wird das Gehäuse durch 2 Streben an der Seitenwand der 2"-Nase verstärkt. In der 3. Simulation wird eine 3. Strebe auf der Grundplatte hinzugefügt (siehe Abb.). In der 4. Simulation wird die 2"-Nase durch eine 3"-Nase ersetzt. In der 5. Simulation wird das Gehäuse flächig an den beiden Verstärkungsstreben eingespannt.
Ergebnisse:
Die Simulationen ergeben u.a. für die maximale Durchbiegung des Gehäuses in Richtung der Krafteinwirkung (z-Displacement) folgende Ergebnisse:
1. Grundkörper --> 334 µm
2. Grundkörper durch 2 Streben ergänzt --> 49 µm
3. Grundkörper durch 3 Streben ergänzt --> 48 µm
4. Punkt 3 mit 3"-Nase statt 2"-Nase -->21 µm
5. Punkt 4, jedoch Gehäuse an den 2 Streben anstelle der Nase eingespannt --> 6,6 µm
Die Abbildungen zeigen zum besseren Verständnis für den Fall 1 und den Fall 5 die Konstruktion und das z-Displacement.
Bemerkungen:
- Für die interessante Durchbiegung des Gehäuses am Ort des Objektivs kann man von der maximalen Durchbiegung ca. 20% abziehen (siehe Farbskala in der Abbildung).
- Um das Umschlagen des Teleskops zu simulieren, kann man mit guter Näherung die ermittelte Durchbiegung verdoppeln.
- Kleinere oder größere Belastungen durch Kamera/Objektiv kann man im Fall elastischer Materialverformung in guter Näherung mit dem Dreisatz umrechnen (also 2kg Gewicht --> 2/3 der hier genannten Werte).
Leichte Kameras und Kameraobjektive sind also essentiell für eine gute Steifigkeit.
Diskussion:
- Erstaunlicherweise ergibt sich durch eine Versteifung der Seitenwände eine größere Wirkung als durch eine Versteifung der Grundplatte.
- Kritisch ist die Einspannung des Gehäuses an einer 2"-Nase, 3" ist besser.
- Die beste Stabilität ergibt sich durch ein flächiges Abfangen des Gehäuses. Hierzu kann man das Teleskop auf eine stabile Grundplatte montieren, an der man auch den Spektrografen befestigt. Dadurch umgeht man auch die hier nicht
diskutierte Instabilität des OAZ.Wer keinen justierbaren Primär- oder Sekundärspiegel an seinem Teleskop hat, muss natürlich mit dem OAZ scharfstellen. Anschließend sollte der OAZ aber entlastet werden.
Zukünftige Untersuchungen:
Als nächstes ist geplant, den Guiding-Kopf fest in das Gehäuse zu integrieren. Ein von außen angeschraubter Guiding-Kopf ist nach diesen Untersuchungen nicht zu empfehlen. Ein stabilisierender Gehäusedeckel muss berücksichtigt werden.
Das Gewicht des Aluminium-Gehäuses von ca. 4,5 kg muss reduziert werden. Denkbar ist der Einsatz von Compound-Platten (Wabenkern aus Hartschaum zwischen 2 GFK-Platten). Hierduch müssten sich ca 70% des Gehäusegewichtes einsparen lassen. Dieses erfordert aber neue Techniken für die Befestigung der optischen Elemente.
Neben den Werten der Durchbiegung entstehen bei der Simulation viele andere Belastungsdaten, die hier nicht alle veröffentlicht werden können. Wer Interesse hat, kann mir gerne eine PM schicke. Ich sende dann alle Simulationsdaten als HTML-Datei zu. Ich kann auch gerne für Selbstbauer mal eine andere Gehäuseform rechnen. Dazu brauchte ich das Gehäusematerial, die Abmessungen und die Wandstärken, die geplante Einspannung sowie das Gewicht der schwersten Komponenten (Kamera/Objektiv-Gewicht).
Beste Grüße
Jochem
Registrieren
Anmelden
FAQ
Suche
)
