DE3116357C2

DE3116357C2 - Leichtgewichtsspiegelrohling für astronomische Zwecke und Verfahren zur Herstellung eines Stützgerüsts für derartige Rohlinge

Info

Publication number: DE3116357C2
Application number: DE3116357A
Authority: DE
Inventors: Uwe 6460 Gelnhausen Christiansen; Karlheinz 6450 Hanau Rau; Anton 6466 Gründau Steinkohl; Bruno 6463 Freigericht Streb
Original assignee: Heraeus Quarzschmelze GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 1981-04-24
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1987-05-14
Also published as: GB2101765A; DE3116357A1; GB2101765B; JPS6357761B2; JPS57179813A; FR2504689B3; FR2504689A1; US4447130A

Abstract

Es wird ein Leichtgewichtsspiegel für astronomische Zwecke offenbart. Der Spiegel besteht aus einer Spiegelplatte, einer Rückenplatte und einem zwischen beiden angeordneten Stützgerüst, das aus mehreren Rohrreihen besteht. Die Rohrreihen sind gegeneinander versetzt angeordnet. Jedes Rohr einer Reihe besitzt jeweils eine Berührungslinie oder -streifen mit zwei nebeneinander angeordneten Rohren einer Nachbarreihe. Die Rohre sind entlang der Berührungslinie oder des Berührungsstreifens miteinander verschweißt. Die Rohrwandstärke ist im Bereich der Berührungslinie oder des Berührungsstreifens vermindert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leichtgewichtsspiegelrohling für astronomische Zwecke mit einer Spiegelplatte aus Quarzglas oder hochsilikatischem Glas, einer Rückenplatte aus Quarzglas, Quarzgut oder hochsilikatischem Glas und einem zwischen der Spiegel- und der Rückenplatte angeordnetem Stützgerüst aus Quarzglas, Quarzgut oder hochsilikatischem Glas, das aus mehreren Reihen von Rohren besteht, wobei die Rohrreihen gegeneinander versetzt sind, und die einzelnen Rohre unverrückbar mit der Spiegel- und der Rückenplatte verbunden sind, und wobei die Rohrachsen parallel zueinander und zur Spiegelachse verlaufen.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Stützgerüsts für Spiegel der vorstehend charakterisierten Art.

Aus der US-PS 18 88 341 ist ein Leichtgewichtsspiegelrohling für astronomische Zwecke bekannt, der ein Stützgerüst aus mehreren Reihen von Rohren aufweist, wobei die Rohrreihen gegeneinander versetzt sind (Fig. 5). Die Rohre bestehen aus Quarzglas. Die Rohrachsen sind parallel zueinander und verlaufen senkrecht zur Spiegelachse. An den Berührungsstellen sind die Rohre miteinander verbunden.

Bekannt ist aus der US-PS 29 88 959 ein Leichtgewichtsspiegelrohling für astronomische Zwecke, der eine Spiegelplatte und eine Rückenplatte aufweist, zwischen denen ein Stützgerüst aus mehreren Reihen von Rohren angeordnet ist, wobei die Rohrreihen gegeneinander versetzt sind. Die Rohrachsen sind parallel zueinander ausgerichtet und verlaufen parallel zur Spiegelachse. Als Werkstoff für diesen Leichtgewichtsspiegelrohling wird Glas verwendet. Die einzelnen Rohre sind unverrückbar mit der Spiegelplatte und der Rückenplatte mittels eines Klebemittels verbunden. Die Rohre können kreisförmigen, rechteckigen oder dreieckigen Querschnitt aufweisen.

Bekannt ist schließlich aus der GB-PS 9 68 025 noch ein Leichtgewichtsspiegelrohling für astronomische Zwecke mit einer Spiegelplatte und Rückenplatte sowie einem mit den beiden Platten unverrückbar verbundenen Stützgerüst aus Rohren mit hexagonalem Querschnitt, die honigwabenartig zusammengestellt sind. Als Werkstoff für die dort beschriebenen Leichtgewichtsspiegelrohlinge wird Quarzglas, Quarzgut oder ein Glas mit hohem SiO₂-Gehalt verwendet.

Bei den bekannten Leichtgewichtsspiegelrohlingen ist entweder das Stützgerüstgewicht stark vermindert bei gleichzeitiger geringer Querstabilität oder bei hoher Querstabilität ist die Gewichtsverminderung des Stützgerüsts nur unvollkommen.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Leichtgewichtsspiegelrohling der eingangs charakterisierten Art zu schaffen, der sich durch eine Gewichtsverminderung des Stützgerüsts bis herab zu einem Gewicht von 8% eines entsprechenden Vollkörpers auszeichnet unter gleichzeitiger Beibehaltung einer hohen Querstabilität und Steifigkeit.

Gelöst wird diese Aufgabe für einen Leichtgewichtsspiegelrohling der eingangs charakterisierten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Rohrreihen gegeneinander so versetzt sind, daß jedes Rohr einer Reihe jeweils eine Berührungsline oder -streifen mit zwei nebeneinander angeordneten Rohren einer Nachbarreihe aufweist, daß die Wandstärke der Rohre im Bereich der Berührungslinie oder des Berührungsstreifens gegenüber der übrigen Wandstärke des Rohres vermindert ist und daß die Rohre entlang der Berührungslinie oder des Berührungsstreifens miteinander verschweißt sind.

Wenn in der Erfindung von einem hochsilikatischem Glas gesprochen wird, so soll darunter ein glasiger Werkstoff verstanden werden, dessen SiO₂-Gehalt mindestens 90 Gew.-% beträgt.

Bewährt hat es sich, die Wandstärke der Rohre im Bereich der Berührungslinien oder des Berührungsstreifens um 10 bis 50% bezogen auf die übrige Wandstärke des Rohres, zu vermindern, wobei die übrige Rohrwandstärke im Bereich von 0,8 bis 5 mm liegt.

Für die Herstellung des Stützgerüsts haben sich insbesondere Rohre mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt bewährt, die abgerundete Ecken aufweisen, und bei denen die Rohrwandstärke im Bereich der Ecken vermindert ist. Die Rohre sind dabei vorteilhafterweise schachbrettmusterartig unter Freilassung eines Zwischenraums zwischen den einzelnen Rohren einer Rohrreihe angeordnet.

Wenn das Stützgerüst aus Rohren mit kreisförmigem Querschnitt besteht, so sind die in ihrer Wandstärke verminderten Berührungsstreifen jedes Rohres als wulstartiger Vorsprung ausgebildet. Dabei können die Rohre schon in ihrer Ausgangsform den wulstartigen Vorsprung aufweisen oder der wulstartige Vorsprung bildet sich erst bei der Herstellung des Stützgerüsts aus.

Wenn Rohre mit dreieckigem Querschnitt eingesetzt werden, insbesondere bei Dreiecksquerschnitten mit gleicher Seitenlänge, ist die Anordnung der Rohre so getroffen, daß die Rohre einer Reihe so aneinanderstoßend angeordnet sind, daß die Grundlinien der Dreiecksquerschnitte eine Gerade bilden.

Die Verschweißung entlang der Berührungslinie oder des Berührungsstreifens kann kontinuierlich oder als punktuelle Schweißung, wie von der Punktschweißtechnik von Metallteilen her bekannt, ausgeführt sein.

Die Verminderung der Wandstärke der Rohre im Bereich der Berührungslinie oder des Berührungsstreifens hat den Vorteil, daß sie schnell auf Schweißtemperatur gebracht werden kann und durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Stützgerüsts keine Minderung der Querstabilität und der Steifigkeit des Stützgerüsts eintritt.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung vorteilhafter Stützgerüstausbildungen und des Herstellverfahrens eines Stützgerüsts. Es zeigt
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Leichtgewichtsspiegelrohling gemäß der Erfindung,
Fig. 2 einen Ausschnitt eines Horizontalschnitts durch ein Stützgerüst eines Spiegelrohlings, das aus Rohren mit quadratischem Querschnitt gebildet ist,
Fig. 3 einen Ausschnitt eines Horizontalschnitts durch ein Stützgerüst eines Spiegelrohlings, das aus Rohren mit rechteckigem Querschnitt gebildet ist,
Fig. 4 einen Ausschnitt eines Horizontalschnitts durch ein Stützgerüst eines Spiegelrohlings, das aus Rohren mit dreieckigem Querschnitt gebildet ist,
Fig. 5 einen Ausschnitt eines Horizontalschnitts durch ein Stützgerüst eines Spiegelrohlings, das aus Rohren mit hexagonalem Querschnitt gebildet ist,
Fig. 6 einen Ausschnitt eines Horizontalschnitts durch ein Stützgerüst eines Spiegelrohlings, das aus Rohren mit kreisförmigem Querschnitt gebildet ist,
Fig. 7 eine schematische Darstellung im Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Stützgerüsts für einen Leichtgewichtsspiegelrohling.
Der in Fig. 1 dargestellte Leichtgewichtsspiegelrohling besteht aus der Spiegelplate 1 und der Rückenplatte 2 sowie dem Stützgerüst 3, das aus den Rohren 4 gebildet ist. In dem Ausführungsbeispiel bestehen die Spiegelplatte, die Rückenplatte und die Rohre des Stützgerüsts aus Quarzglas. Die Rohrachsen 8 verlaufen parallel zueinander und parallel zur Spiegelachse 9.
In Fig. 2, die einen Ausschnitt eines Horizontalschnitts durch das Stützgerüst 3 in der Ebene A . . . B gemäß Fig. 1 darstellt, wurden zur Herstellung des Stützgerüsts Rohre mit quadratischem Querschnitt verwendet, deren Ecken abgerundet sind, und bei denen die Rohrwandstärke im Bereich der Ecken vermindert ist. Im Bereich der Ecken beträgt die Wandstärke eines Rohres 0,5 bis 4,5 mm. Die übrige Wandstärke des Rohres, die nicht vermindert ist, beträgt 0,8 bis 5,0 mm. Wie aus der Figur ersichtlich, sind die Rohre schachbrettmusterartig unter Freilassung eines Zwischenraums 5 zwischen den einzelnen Rohren einer Rohrreihe angeordnet. Die Rohre sind jeweils an den Ecken unter Bildung eines Berührungsstreifens 6 miteinander verschweißt.
Der in Fig. 3 dargestellte Ausschnitt eines Horizontalschnitts durch ein Stützgerüst unterscheidet sich von dem in Fig. 2 dargestellten Ausschnitt dahingehend, daß das Stützgerüst aus Rohren mit rechteckigem Querschnitt gebildet ist.
Der in Fig. 4 dargestellte Ausschnitt eines Horizontalschnitts durch ein Stützgerüst zeigt eine Ausbildung, bei der Rohre mit dreieckigem Querschnitt verwendet werden, insbesondere sind die Seitenlängen des Dreiecks gleich. Der Aufbau ist wieder schachbrettmusterartig getroffen, wobei die Rohre einer Reihe so aneinanderstoßend angeordnet sind, daß die Grundlinien der Dreiecksquerschnitte eine Gerade 7 bilden. Die Rohre mit dreieckigem Querschnitt sind entlang der Berührungslinie 6&min; miteinander verschweißt. Auch bei dieser Anordnung ist ein Zwischenraum 5 vorhanden, der zur Verminderung des Gewichts des Stützgerüsts zusätzlich beiträgt, was auch für den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Zwischenraum 5 gilt.
Wie aus dem in Fig. 5 dargestellten Ausschnitt eines Horizontalschnitts durch ein Stützgerüst ersichtlich ist, werden für das Stützgerüst Rohre mit sechseckigem Querschnitt verwendet, die an den Berührungslinien 6&min; miteinander verschweißt sind, und ebenfalls wieder Zwischenräume 5 freilassen.
Schließlich zeigt Fig. 6 noch ein Ausführungsbeispiel, bei dem zur Bildung des Stützgerüsts Rohre mit kreisförmigem Querschnitt verwendet wurden. Die Wandstärke dieser Rohre ist im Berührungsstreifen 6 vermindert und dieser in seiner Wandstärke verminderte Bereich als wulstartiger Vorsprung ausgebildet. Die Rohre sind entlang des Berührungsstreifens 6 miteinander verschweißt.
In der Fig. 7 zeigt die schematische Darstellung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Stützgerüsts für einen Leichtgewichtsspiegelrohling. Sie besteht aus dem Ofen 10, der eine elektrische Widerstandsheizung 11 aufweist, und mit Zuleitungen 12 für ein Schutzgas, wie Stickstoff, versehen ist. Der Ofen 10 ist mit der verfahrbaren Decke 13, beispielsweise mittels Rollenlager 14, versehen. Die Decke weist eine Öffnung 15 auf, durch die eine Schweißvorrichtung 16, die aus den beiden Gasbrennern 17 besteht, die in den Ofenraum abgesenkt und aus ihm wieder herausgefahren werden kann mit Hilfe des Motors 18 und der mit der Motorwelle 19 verbundenen Heb- und Senkvorrichtung 20. Die Gasbrenner 17 sind starr mit der Heb- und Senkvorrichtung 20 verbunden, die ihrerseits von dem Traggestell 25 gehaltert wird, das seinerseits rechtwinklig verfahrbar auf der Ofendecke angeordnet ist. Die genaue Lage der Gasbrenner 17 innerhalb des Ofens kann über die optische Anordung 21, 21&min;, 21&min;&min; beobachtet werden.
Die Herstellung eines Stützgerüsts für einen Leichtgewichtsspiegelrohling erfolgt wie nachfolgend beschrieben:
In den nicht abgedeckten Ofeninnenraum werden zunächst die Rohre 4 von oben her auf eine vorzugsweise mit einer dünnen Lage aus Graphitpapier 22 bedeckten Grundplatte 23, die beispielweise aus Quarzglas oder Quarzgut besteht, in Reihen aufgestellt, wobei die einzelnen Rohrreihen so gegeneinander versetzt werden, daß zwei in ihrer Wandstärke verminderte Bereiche jedes Rohres einer Reihe in Berührung oder mit einem Spaltabstand von bis zu 1,5 mm zu einem seiner Wandstärke verminderten Bereich zweier nebeneinander angeordneter Rohre der Nachbarreihe stehen. In die gebildeten Zwischenräume 5 werden Füllkörper aus Graphit, Quarzglas oder Zirkonoxid eingesetzt. Danach wird der Ofen 10 mit der Decke 13 verschlossen und mit einem Schutzgas über die Gaszuleitung 12 geflutet, die elektrische Heizung eingeschaltet und der Ofeninnenraum auf eine Temperatur von 800 bis 1000°C aufgeheizt. Sobald die im Ofeninneren angeordneten Rohre diese Temperatur erreicht haben, wird mittels des Motors 18 über die Motorwelle 19 und die Heb- und Senkvorrichtung 20 die Schweißvorrichtung 16 mit den beiden Gasbrennern 17 in den Ofen eingefahren und zwar derart, daß jeweils ein Gasbrenner nur in ein Rohr eintaucht. Unter Aufrechterhaltung der Temperatur und der Schutzgasatmosphäre im Ofen werden dann durch die Gasbrenner zwei verminderte und miteinander zu verschweißende Wandstärkenbereiche zweier Rohre auf Schweißtemperatur erhitzt und beginnend von der Grundplatte 23 in Richtung der Decke 13 miteinander verschweißt. Die Verschweißung der Rohre erfolgt entlang des Berührungsstreifens der beiden Rohre, ohne daß der Berührungsstreifen selbst von den Flammgasen direkt überstrichen wird; die Flammgase treffen nur auf die Innenseite des verminderten Wandbereichs auf. Nach Abschluß eines Schweißvorgangs wird dann die Decke 13 in die nächstfolgende Schweißposition verschoben und die Verschweißung zweier Rohre entlang eines weiteren Berührungsstreifens erfolgt dann in der gleichen Weise wie schon vorstehend beschrieben. Nach Verschweißung aller Rohre miteinander wird das gebildete Stützgerüst nochmals auf die Transformationstemperatur des verwendeten Stützgerüstwerkstoffs aufgeheizt und danach nach langsamen Abkühlen das Stützgerüst aus dem Ofen entnommen. Die Transformationstemperatur liegt für Rohre aus Quarzglas im Bereich von 1050 bis 1150°C.
Es hat sich bewährt, daß vor Beginn der Verschweißung die einzelnen Rohre die in ihrer Wandstärke verminderten Wandbereiche der das Stützgerüst bildenden Rohre an ihren der Decke 13 zugekehrten Enden miteinander durch Punktschweißen zu verbinden. Hierdurch wird beim nachfolgenden Verschweißen der Rohre entlang der Berührungslinie oder des Berührungsstreifens ein Verschieben der Rohre zueinander ausgeschlossen.
Die Herstellung eines Spiegelrohlings, bestehend aus der Spiegelplatte 1, der Rückenplatte 2 und dem erfindungsgemäß ausgebildeten Stützgerüst 3 kann dann in bekannter Weise erfolgen, beispielsweise wie in der US-PS 37 28 186 in Zusammenhang mit Fig. 7 durch Aufschmelzen der Spiegelplatte und der Rückenplatte auf das Stützgerüst.

Claims

1. Leichtgewichtsspiegelrohling für astronomische Zwecke mit einer Spiegelplatte aus Quarzglas oder hochsilikatischem Glas, einer Rückenplatte aus Quarzglas, Quarzgut oder hochsilikatischem Glas und einem zwischen der Spiegel- und der Rückenplatte angeordnetem Stützgerüst aus Quarzglas, Quarzgut oder hochsilikatischem Glas, das aus mehreren Reihen von Rohren besteht, wobei die Rohrreihen gegeneinander versetzt sind, und die einzelnen Rohre unverrückbar mit der Spiegel- und der Rückenplatte verbunden sind, und wobei die Rohrachsen parallel zueinander und zur Spiegelachse verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrreihen gegeneinander so versetzt sind, daß jedes Rohr (4) einer Reihe jeweils eine Berührungslinie (6&min;) oder -streifen (6) mit zwei nebeneinander angeordneten Rohren (4) einer Nachbarreihe aufweist, und daß die Wandstärke der Rohre im Bereich der Berührungslinie (6&min;), oder des Berührungsstreifens (6) gegenüber der übrigen Wandstärke des Rohres (4) vermindert ist und daß die Rohre (4) miteinander entlang der Berührungslinie (6&min;) oder des Berührungsstreifens (6) verschweißt sind.

2. Spiegelrohling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Rohre (4) im Bereich der Berührungslinie (6&min;) oder des Berührungsstreifens (6) um 10 bis 50%, bezogen auf die übrige Wandstärke des Rohres (4) vermindert ist und die übrige Rohrwandstärke 0,8 bis 5 mm beträgt.

3. Spiegelrohling nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (4) quadratischen oder rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweisen und die Rohrwandstärke im Bereich der Ecken vermindert ist.

4. Spiegelrohling nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (4) schachbrettmusterartig unter Freilassung eines Zwischenraums (5) zwischen den einzelnen Rohren (4) einer Rohrreihe angeordnet sind.

5. Spiegelrohling nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (4) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und die in ihrer Wandstärke verminderten Bereiche jedes Rohres (4) als wulstartiger Vorsprung ausgebildet sind.

6. Spiegelrohling nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (4) dreieckigen Querschnitt besitzen, und daß die Rohre (4) einer Reihe so aneinanderstoßend angeordnet sind, daß die Grundlinien der Dreiecksquerschnitte eine Gerade bilden.

7. Verfahren zur Herstellung eines aus Rohren bestehenden Stützgerüsts für einen Leichtgewichtsspiegelrohling nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (4) in einen elektrisch beheizbaren Ofen (10) von oben her auf einer gegebenenfalls mit einer dünnen Lage aus Graphitpapier (22) bedeckten Grundplatte (23) in Reihen aufgestellt werden, wobei die Rohrreihen so gegeneinander versetzt werden, daß zwei in ihrer Wandstärke verminderte Bereiche jedes Rohres (4) einer Reihe in Berührung oder mit Spaltabstand zu jeweils einem in seiner Wandstärke verminderten Bereich zwei nebeneinander angeordnete Rohre (4) der Nachbarbereiche stehen, daß in die gebildeten Leerstellen Füllkörper (24) eingebracht, der Ofen (10) nach Verschluß mit einer verfahrbaren Decke (13) mit Schutzgas geflutet und auf 800 bis 1000°C aufgeheizt wird, danach unter Aufrechterhaltung der Temperatur und der Schutzgasatmosphäre jeweils die einander zugekehrten Rohrbereiche verminderter Wandstärke zweier Rohre (4) mittels einer Schweißvorrichtung (16) aus mindestens zwei durch die Decke (13) jeweils einzeln in ein Rohr (4) absenkbarer Gasbrenner (17) von der Grundplatte (23) ausgehend miteinander verschweißt werden unter Verschiebung der Decke (13) zusammen mit der Schweißvorrichtung (16) nach Abschluß eines Schweißvorganges in die nächstfolgende Schweißposition, daß nach Abschluß der Verschweißungen das gebildete Stützgerüst auf die Transformationstemperatur des verwendeten Stützgerüstwerkstoffes aufgeheizt und schließlich nach langsamem Abkühlen aus dem Ofen (10) entnommen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (4) vor dem Verschweißen an ihrem der Decke (13) zugekehrten Ende der verminderten Wandbereiche miteinander durch Punktschweißen verbunden wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschweißung der Rohre (4) entlang der Berührungslinie (6&min;) kontinuierlich oder nach Art einer Punktschweißnaht durchgeführt wird.