Idee für Optomechanik - Kardanischer Spiegelhalter

[Harald]

In Sachen 'kardanische Aufhängung' haben sich schon früher Leute Gedanken gemacht. Sogar ein paar Nummer größer

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ ... Design.jpg

( https://en.wikipedia.org/wiki/Great_Par ... pe_of_1900 )

Gruß
Harald

[atzensepp]

Hallo Harald,

das ist wirklich kurios. Aber die Spiegelverstellung hat was. Vor allem das Parallelogramm mit den Gegengewichten.
Vielleicht sollte man das genau so mal mit FT ausprobieren.
Oder man sollte mal ein riesiges begehbares Michelson-Interferometer als Kunstobjekt bauen

[atzensepp]

Ich denke mir, dass es in etwa so funktioniert:

Great Paris 1900.JPG (92.21 KiB) 8095 mal betrachtet

Beide Richtungen werden über die gleiche Achse eingestellt. Wenn die Übertragung auf das Nockenkronrad auf dem oberen Hebel blockiert wird, schwenkt der Spiegel rechts-links, andernfalls nach oben-unten. Wichtig ist, dass das Übertragungsgelenk am unteren Hebel auf der Achse am Spiegel gleiten kann.
Ich habe noch keine Idee, wie der Blockiermechanismus aussieht.

[Harald]

Vielleicht ist das ja eine Hohlwelle. Damit könnte man beide Achsen getrennt ansteuern.

Gruß
Harald

[geometer]

Hallo,

soweit ich das sehe, war die Montierung des Teleskops der Pariser Weltausstellung war ein sogenannter Foucaultscher Siderostat. Hier ist ein Artikel dazu:
http://adsabs.harvard.edu/full/1985JBAA...95...89M

Viele Grüße

Thomas

[atzensepp]

Hallo Thomas,

das ist ein sehr interessanter Artikel!

[geometer]

Und hier noch ein Bild zur Geometrie des Foucaultschen Siderostaten:

sidero2.png (46.62 KiB) 7913 mal betrachtet

[Karl]

Hallo,

wird "C" ein Gleitstück sein welches sich auf der Stange "Q" verschiebt - Kulisse ?
Ist "C" klemmbar auf "Q" ?

[geometer]

Hallo,

C gleitet (wie in atzensepps Modell).

Die Halbgerade von B zu P zeigt auf den Himmelspol. Der Heliostat kann damit nur an einer festen geographischen Breite benutzt werden.

Das Rad bei B wird abhängig vom zu beobachtenden Himmelsobjekt einmal fest eingestellt (Polhöhe / Deklination).

Mit dem großen Rad bei P wird das Objekt dann nachgeführt.

Das Dreieck CBM ist immer gleichschenklig. Das sorgt dafür, dass der Winkel AMA' so groß ist wie der Winkel (nicht lesbares Zeichen)BM. Daher funktioniert die Nachführung. Foucault war schon ziemlich clever.

Viele Grüße

Thomas

[Karl]

Hallo Thomas,
danke für die Antwort.

[geometer]

Hier ein grundsätzlich funktionsfähiges Modell, um das Prinzip zu verstehen. Es ist für den praktischen Einsatz etwas zu wackelig und die Reibung zwischen Achse und Drehscheibe an der Einstellachse ist zu klein.

@atzensepp: In deinem obigen Modell fehlte noch ein Drehfreiheitsgrad auf der Strecke zwischen B und C.

Heliostat-klein.jpg (145.66 KiB) 7765 mal betrachtet

[atzensepp]

Hallo geometer,

Meinst Du einen Drehfreiheitsgrad der B-C-Achse?

Hier noch ein paar Bilder/ Links. Auf denen kann ich diesen FG nicht zweifelsfrei erkennen:



https://www.ssplprints.com/image/106806 ... rance-1876
https://www.asso-sterenn.fr/html/wp-con ... sidero.jpg
http://expositions.obspm.fr/leverrier/L ... utres.html

Bei diesem Bild sieht es so aus, als ob die Gabel drehbar gelagert sein könnte:
https://www.gettyimages.de/detail/nachr ... o/90769948

[geometer]

Hallo Florian,

sehr schöne Fotos! Ich erkenne den Freiheitsgrad klar auf allen Bildern außer den beiden, auf denen der Siderostat symmetrisch ausgerichtet ist.

Anbei noch ein Foto, das das geometrische Funktionsprinzip erklärt. Die Ablenkung des Lichtstrahls geschieht komplett in der Ebene des Dreiecks CBM, denn diese Ebene enthält das Lot auf den Spiegel. Wegen der Gleichschenkligkeit des Dreiecks CBM sind der einfallende Strahl (grün von rechts oben) und die Gerade BC (blau) parallel. Diese blaue Gerade ist (in der Ebene der Drehscheiben auf meinem Foto) in einem festen Winkel gegen die Richtung zum Pol geneigt. Wegen der Parallelität der Achsen kann man in P einen gleichförmig drehenden Motor anbauen, der dann den Stern oder die Sonne auch gleichförmig nachführt.

Der Drehfreiheitsgrad auf der BC-Achse ist wegen der Nicht-Parallelität der Ebenen des Dreiecks CBM und der der Drehscheibe erforderlich.

Viele Grüße

Thomas

Funktionsprinzip-klein.jpg (118.78 KiB) 7637 mal betrachtet

[geometer]

Als kleines „Abfallprodukt” des Siderostaten gibt es noch dieses Funktionsmodell eines Kardangelenks:

Kardan-klein.jpg (49.83 KiB) 7629 mal betrachtet

Ist natürlich für die meisten Fahrzeuge zu groß, sollte aber für andere technische Geräte in leichten Modifikationen sehr brauchbar sein.

[atzensepp]

Ich habe das mal versucht bei mir nachzubauen. Aber es ist irgendwie zu locker. Die Achsen, die in den Rändern der Drehscheiben stecken rutschen durch. Umgekehrt geht es: Wenn man am Drehkranz mit dem Speigel dreht, sieht man wie sich das Steuerzahnrad dreht.

Die kardanische Konstruktion ist sehr nützlich. Könnte glatt als Kaulquappe durchgehen. Endlich weiß ich, wozu diese roten Schieber mit dem runden Knopf gut sind.

[geometer]

Ja, mein erstes Modell ist nur ein „Proof of Concept”. Vor allem der Drehkranz hat viel zu viel Reibung. Und die Montierung bei P ist natürlich viel zu wackelig.

[geometer]

Noch lange nicht perfekt, aber in vielen Punkten schon deutlich besser:

Heliostat-v2.jpg (129.3 KiB) 7499 mal betrachtet

Der drehbare Wagen mit dem Gewicht ist schon einmal deutlich besser als ein Drehkranz.

Das Drehgelenk mit den drei Drehscheiben ist noch nicht perfekt, da hatte ich schon etwas besseres.

[atzensepp]

Irgendwie klappt das bei mir nicht richtig. In der Stellung dreht sich die Achse nur durch und kann kaum Drehmoment auf den "Spiegel" übertragen
Wenn ich die Achse versteife, klappt es besser.

[geometer]

Hier ein kurzes Video: https://youtu.be/4QcGIKtta14

[Karl]

Hallo,
tolle Konstruktion.
Nur mal als Idee.
Es wäre auch möglich die senkrechte Achse des "Teleskopes", statt wie abgebildet mit
Gelenk und Rollen, in Schneckenmuttern mit Kugellager zu lagern.
Außer Kugellager in die Schneckenmutter(n) eindrücken sind doch keine weiteren Bearbeitungsschritte nötig.