DE3018785A1

DE3018785A1 - Leichtgewichtsspiegel, insbesondere fuer astronomische zwecke und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3018785A1
Application number: DE19803018785
Authority: DE
Inventors: Uwe 6460 Gelnhausen Christiansen; Karlheinz Dr. 6450 Hanau Rau; Fritz 6460 Gelnhausen Simmat; Anton 6461 Rothenbergen Steinkohl
Original assignee: Heraeus Quarzschmelze GmbH; Heraeus Schott Quarzschmelze GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1980-05-16
Publication date: 1981-11-26
Also published as: FR2482733A1; GB2077938B; DE3018785C2; US4466700A; FR2482733B1; GB2077938A; JPS576802A; JPS6126041B2

Description

Hanau, den 7. Mai 1980 ZPL-Dr.Hn/W

Heraeus Quarzschmelze GmbH, Hanau (Main)

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

"Leichtgewichtsspiegel, insbesondere für astronomische Zwecke und Verfahren zu seiner Herstellung"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leichtgewichtsspiegel, insbesondere für astronomische Zwecke, der zwischen einer Frontplatte aus Quarzglas oder hochsilikatischem Glas und einer Rückplatte aus Quarzglas, Quarzgut oder hochsilikatischem Glas ein mit diesen Platten unverrückbar verbundenes Stützgerüst aus Quarzglas, Quarzgut oder hochsilikatischem Glas aufweist, wobei die jeweils für die Platten und das Stützgerüst ausgewählten Werkstoffe gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, und auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leichtgewichtsspiegels.

Aus der US-PS 2 988 959 ist ein Leichtgewichtsspiegel in Sandwich-Form bekannt, der aus einer Frontplatte und einer im Abstand dazu angeordneten Rückenplatte besteht, die über im Abstand zueinander angeordnete Rohrstücke unverrückbar miteinander verbunden sind. Die Rohrstücke bilden das Stützgerüst des Spiegels. Als Werkstoffe für die Frontplatte, die

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Rückenplatte und die Rohrstücke wird Glas verwendet. Die Herstellung des Spiegels erfolgt in der Weise, daß die Rohrstücke mittels eines Bindemittels mit der einen Platte und danach in gleicher Weise mit der anderen Platte verbunden werden. Diese bekannten Spiegel sind einfach in ihrem Aufbau, sie besitzen jedoch eine nicht ausreichende Steifigkeit gegen Kräfte, die parallel zur Rückenplatte wirken.

Bekannt sind aus der GB-PS 1 167 895 Leichtgewichtsspiegel, bei denen die Frontplatte und die Rückenplatte über ein Stützgerüst miteinander verbunden sind, das entweder aus Rohrstücken besteht oder aus Abstandsgliedern, die im Querschnitt die Form eines Kreuzes aufweisen. Anstelle der genannten Rohrstücke oder Abstandsglieder mit der Form eines Kreuzes im Querschnitt können auch Abstandsglieder verwendet werden, die durch zusammengesteckte Streifen bestehen, die eine Art Tragrost-Konstruktion aufweisen ("egg crate" construction). Diese Leichtgewichtsspiegel bestehen aus thermisch kristallisiertem Glas (Glaskeramik), das einen SiO₂-Gehalt von bis zu 70 Gew.-% aufweist und dessen andere Hauptbestandteile Li₂O und Al₂O₃ sind. Anstelle dieses thermisch kristallisierbaren Glases hat man zur Herstellung derartiger Leichtgewichtsspiegel auch schon hochsilikatische Gläser (Gläser mit einem SiO₂-Gehalt von mindestens 90 Gew.-?6, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient durch Zugabe von Dotiermitteln, wie beispielsweise TiO₂, auf einen Wert eingestellt wird, der dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Quarzglas gleich oder sogar kleiner als dieser ist) verwendet. Solche Spiegel sind im Handel (Prospekt "Low Expansion Materials" der Fa. Corning Glass Works, Corning N.Y., USA, 1969)

Zur Verbesserung der Querstabilität sind in der GB-PS 1 126 Leichtgewichtsspiegel beschrieben, bei denen das Stützgerüst aus einer Platte besteht, die mit durchgehenden Bohrungen

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versehen ist. Als Werkstoff für diese Leichtgewichtsspiegel wurde für die Spiegelplatte Quarzglas und für das Stützgerüst Quarzgut verwendet. Die Rückenplatte "besteht dabei ebenfalls aus Quarzglas oder Quarzgut.

Bekannt sind aus der US-PS 3 644 022 Leichtgewichtsspiegel, bei denen das Stützgerüst aus Y-förmigen Bauelementen gebildet ist, die zu einem honigwabenartigen Stützgerüst hoher Steifigkeit verschweißt sind. Als Werkstoff wurde für diese Spiegel siliziumdioxidhaltiges Material verwendet.

Die in den letztgenannten Veröffentlichungen beschriebenen Leichtgewichtsspiegel-Ausbildungen besitzen zwar die gewünschte ausreichende Steifigkeit, insbesondere auch Steifigkeit gegenüber parallel zur Rückenplatte wirkender Kräfte, jedoch ist ihre Herstellung außerordentlich arbeitsaufwendig und mit großem Risiko in bezug auf eine fehlerfreie Herstellung behaftet. Dies wird deutlich, wenn man bedenkt, daß beim Bohren der Löcher oder beim Verschweißen der das Stützgerüst bildenden Bauteile Sprünge auftreten können.

Demgemäß hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, Leichtgewichtsspiegel mit hoher Steifigkeit auch beim Auftreten von Querkräften zu schaffen, die einfach und preiswert herzustellen sind und deren Herstellungsverfahren die aufgezeigten Mängel bekannter Herstellungsverfahren für das Stützgerüst nicht aufweisen.

Gelöst wird diese Aufgabe für einen Leichtgewichtsspiegel der eingangs cnarakterisier-cen Art erxinaungsgemäiS dadurch, daß das Stützgerüst aus platten- und/oder rohrförmigen Teilen besteht, die mittels einer Sintermasse unverrückbar untereinander, einen Hohlraum bildend,verbunden sind, wobei die Sintermasse einerseits aus dem gleichen Werkstoff wie die platten- und/oder rohrförmigen Teile besteht und sich

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andererseits aus einer Körnung, kleinen Röhrchen, Stäbchen, Plättchen oder einer Mischung daraus zusammensetzt und eine Dichte aufweist, die kleiner ist als die von Quarzglas bzw. hochsilikatischem Glas.

Weitere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemäßen Leichtgewichtsspiegels ergeben sich aus den Unteransprüchen und den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.

Das Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Leichtgewichtsspiegel ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Stützgerüsts auf einer Trägerplatte platten- und/oder rohrförmige Teile aus Quarzglas, Quarzgut oder hochsilikatischem Glas aufgestellt, in die verbleibenden Leerräume zwischen jeweils zwei benachbarten Teilen eine zu sinternde Masse aus Körnung, kleinen Röhrchen, Stäbchen, Plättchen oder einer Mischung daraus eingefüllt und diese Anordnung mit einem Graphitring zusammengehalten wird, danach diese Anordnung in einem Ofen unter Aufrechterhaltung einer nicht oxidierenden Atmosphäre auf Sintertemperatur erhitzt und nach dem Abkühlen der Graphitring und die Trägerplatte entfernt werden, und daß das so erhaltene Stützgerüst in an sich bekannter Weise mit der Frontplatte und der Rückenplatte unverrückbar verbunden wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Verfahrensunteransprüchen.

Anhand der Figuren 1 bis 9 werden erfindungsgemäße Leichtgewicht sspiegel und deren Herstellung beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 einen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Leichtgewichtsspiegel,

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Figur 2 einen Horizontalschnitt durch das Stützgerüst des Spiegels nach Figur 1 entlang der Ebene A-B,

Figur 3 einen Vertikalschnitt durch eine Anordnung zur Herstellung des Stützgerüsts für einen erfindungsgemäßen Leichtgewichtsspiegel,

Figur 4 einen Ausschnitt eines Horizontalschnitts durch die Anordnung nach Fig. 3 in der Ebene C-D,

Figur 5 einen Vertikalschnitt durch eine Anordnung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leichtgewichtsspiegels,

Figur 6 einen Ausschnitt eines Horizontalschnitts durch die Anordnung nach Fig. 3 in der Ebene E-F,

Figur 7 einen Vertikalschnitt durch eine Anordnung zur Herstellung des Stützgerüsts für einen erfindungsgemäßen Leichtgewichtsspiegel,

Figur 8 einen Ausschnitt eines Horizontalschnitts durch die Anordnung nach Fig. 3 in der Ebene G-H,

Figur 9 einen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Leichtgewichtsspiegel.

Wie aus der Figur 1 ersichtlich, besteht der erfindungsgemäße Leichtgewichtsspiegel aus einer Frontplatte 1 und einer Rückenplatte 2, die über ein Stützgerüst 3 unverrückbar miteinander verbunden sind. Das Stützgerüst 3 besteht, wie aus Figur 2 hervorgeht, aus plattenförmigen Teilen 4, die mittels der Sintermasse 5 miteinander verbunden sind und einen Hohlraum 6 bilden, um das Gewicht des Spiegels möglichst gering zu halten. Der Querschnitt des Hohlraums 6 ist vieleckig ausgebildet, bevorzugt, wie aus Figur 2 ersichtlich, weist der Hohlraum einen sechseckigen Querschnitt auf. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Rückenplatte 2 mit Entlüftungsbohrungen 7, wie aus Figur 1 ersichtlich, zu

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versehen. In dem Ausführungsbeispiel ist die Frontplatte 1 aus Quarzglas hergestellt, die Rückplatte 2 aus Quarzgut. Die plattenförmigenTeile 4 des Stützgerüsts bestehen ebenfalls aus Quarzglas und die Sintermasse 5 besteht aus Quarzglasteilchen. In analoger Weise kann als Werkstoff für die Front-, die Rückenplatte, die plattenförmigen Teile und die Sintermasse hochsilikatisches Glas gemäß der eingangs gegebenen Definition verwendet werden.

Anhand der Figuren 3 und 4 wird nachfolgend die Herstellung eines Stützgerüsts für einen Leichtgewichtsspiegel beschrieben. Auf eine Trägerplatte 8, die beispielsweise aus Graphit besteht, oder an deren Stelle auch eine Platte aus wärmebeständigem Werkstoff mit einer Graphitauflage (Trägerplatte mit kohlenstoffhaltiger Oberflächenschicht) verwendet werden kann, werden rohrförmige Teile 9 aus Quarzglas um Graphit-Formkörper 10 angeordnet und die Leerräume mit zu versinternder Masse 11 ausgefüllt. Die auf der Trägerplatte aufgestellten Formkörper 10 und die rohrförmigen Teile 9 einschließlich der zu versinternden Masse 11 werden mittels eines Graphitrings 12 unverrückbar zusammengehalten. Diese Anordnung wird nun in einen Ofen eingebracht, in dem eine nich oxidierende Atmosphäre während des Erhitzens auf Sintertemperatur aufrechterhalten wird. Wenn die rohrförmigen Teile 9 aus Quarzglas bestehen und die Teilchen der zu versinternden Masse 11 ebenfalls aus Quarzglas bestehen, so wird die vorbeschriebene Anordnung in dem Ofen für einen Zeitraum im Bereich von 2 bis 6 Stunden auf eine Temperatur im Bereich von 1300 bis 1600° C aufgeheizt. Während dieses Erhitzunffsprozesses versintern die Quarzglasteilchen der Masse 11 nicht nur untereinander, sondern auch mit den rohrförmigen Teilen 9. Nach Beendigung des Erhitzungsprozesses wird die Anordnung unter Aufrechterhaltung einer nicht oxidierenden Atmosphäre im Ofen zum Abkühlen belassen, danach werden die Graphit-Formkörper 10 sowie der Graphitring 12

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entfernt und das gebildete Stützgerüst von der Trägerplatte abgenommen. Sofern erforderlich, werden die Ober- und die Unterflache des Stützgerüsts durch mechanische Bearbeitung, wie durch Schleifen, mit der gewünschten Flä chenkrümmung versehen. Danach wird dieses Stützgerüst in bekannter Weise, beispielsweise durch gerichtete Wärmeeinwirkung mittels Lichtbogen, wie aus der US-PS 3 754 812 (Fig. 7) bekannt, mit der Frontplatte und der Rückenplatte zu einem Leichtgewichtsspiegel verbunden.

Das in den Figuren 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten dadurch, daß keine Graphit-Formkörper 10 verwendet werden, sondern die Leerräume zwischen den rohrförmigen Teilen vollständig mit Sintermasse 11 ausgefüllt werden. In die zu sinternde Masse 11 sind zur Erhöhung der Biegesteifigkeit des Stützgerüsts Versteifungsstäbchen 13 in Schräglage unter Bildung eines Winkels im Bereich von 30 bis 60 mit der Vertikalen eingelagert. Die Anordnung nach Figur 5 wird, wie schon zu den Figuren 3 und 4 beschrieben, zur Bildung des Stützgerüsts weiterbehandelt.

Bei den Figuren 7 und 8 ist eine ähnliche Anordnung getroffen, wie im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschrieben. Anstelle der rohrförmigen Teile sind bei diesem Ausführungsbeispiel für die Herstellung des Stützgerüsts plattenförmige Teile 4 um im Querschnitt sechseckig ausgebildete Graphit-Formkörper 10 aufgestellt und die Leerräume mit Sintermasse ausgefüllt. Die Stützgerüstherstellung erfolgt dann genauso, wie im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschrieben. Nach Verbinden des so hergestellten Stützgerüsts mit der Frontplatte 1 und der Rückenplatte 2 entsteht dann ein Leichtgewichtsspiegel,wie er in den Figuren 1 und 2 dargestell ist.

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Die Figur 9 zeigt einen erfindungsgemäßen Leichtgewichtsspiegel, der den gleichen Aufbau besitzt wie der in Figur 1 dargestellte, allerdings mit dem Unterschied, daß die dem Stützgerüst zugekehrte Seite der Frontplatte 1 und der Rückenplatte 2 mit einer Sinterschicht 14 versehen ist. Die Verbindung zwischen der Frontplatte 1 und der Rückenplatte 2 über die Sinterschicht 14 mit dem Stützgerüst 3 erfolgt zweckmäßigerweise in der Weise, daß auf der Rückenplatte 2 eine zu sinternde Masse 11 in einer Schichtdicke im Bereich von 0,5 bis 10 mm aufgebracht wird, auf dieser Sintermasse das Stützgerüst angeordnet und danach diese Anordnung in einem Ofen auf Sintertemperatur erhitzt wird. Nach dem Abkühlen wird dann in analoger Weise die Verbindung zwischen dem Stützgerüst und der Frontplatte hergestellt. Hierzu wird dann das aus Rückenplatte 2 und Stützgerüst 3 bestehende Halbzeug auf eine auf der Frontplatte 1 aufgebrachte Schicht aus Sintermasse angeordnet und dann diese Gesamtanordnung in einem Ofen auf Sintertemperatur zur Herstellung der Verbindung zwischen Frontplatte und Stützgerüst erhitzt.

Wie sich aus den Figurenbeschreibungen ergibt, läßt sich das Stützgerüst von erfindungsgemäßen Leichtgewichtsspiegeln und damit der Leichtgewichtsspiegel selbst in einfacher Weise und aus einfachen Bauteilen und damit preiswert herstellen, ohne daß bei der Herstellung des Stützgerüsts Risse auftreten können.

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Claims

Hanau, den 7. Mai 1980 ZPL-Dr.Hn/¥

Heraeus Quarzschmelze GmbH, Hanau (Main)

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

"Leichtgewichtsspiegel, insbesondere für astronomische Zwecke und Verfahren zu seiner Herstellung"

Patentansprüche

Leichtgewichtsspiegel, insbesondere für astronomische Zwecke, der zwischen einer Frontplatte aus Quarzglas oder hochsilikatischem Glas und einer Rückenplatte aus Quarzglas, Quarzgut oder hochsilikatischem Glas ein mit diesen Platten unverrückbar verbundenes Stützgerüst aus Quarzglas, Quarzgut oder hochsilikatischem Glas aufweist, wobei die jeweils für die Platten und das Stützgerüst ausgewählten Werkstoffe gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützgerüst (3) aus platten- und/oder rohrförmigen Teilen (4,9) besteht, die mittels einer Sintermasse (11) unverrückbar untereinander,einen Hohlraum (6) bildend, verbunden sind, wobei die Sintermasse einerseits aus dem gleichen Werkstoff wie die platten- und/oder rohrförmigen· Teile besteht und sich andererseits aus einer Körnung,

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kleinen Röhrchen, Stäbchen, Plättchen oder einer Mischung daraus zusammensetzt und eine Dichte aufweist, die kleiner ist als die von Quarzglas bzw_i hochsilikatischem Glas.
2. Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sintermasse (11) offene Poren aufweist und eine Dichte im Bereich von 0,2 bis 1,8 g/cm⁵ besitzt.
3. Spiegel nach den Ansprüchen 1 urid/oaer 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sintermasse. (11) Versteifungsstäbchen (13) eingelagert sind.
4. Spiegel nach Anspruch 3, dadurch gekerjizexchnet, daü na Versteifun ^stäbchen (13 schräg, einen Winkel im Bereich zwischen 30 und 60° mit der Vertikalen bildend in der Sintermasse angeordnet sind.
5. Spiegel nach einem oder mehrer eri dev /orhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze~ chr-e-. j.aß die Frontplatte '·) und/oder die Rückenplatte ·, - ) ac ..rrer dem Stützgerüst zugekehrten Oberfläche eine u> ί|ο·§>«-nicht (14) aufweisen, die aus einer Körnung, is.ie.rni.-y göhx ?^v:e.-, Etcbchen, Plättchen oder einer Misc^-^g uarauj gebildet ist.
S* Spiegel nach einem oaer viifhrerei d&r· voiv' ergehenaen Ansprüche, dadurch gekernte mim β- _f d*^ dex tyonlra. (c) im Querschnitt gesehen vieVeck„.g, ir> £«sonaevi e .ausgebildec isx.
7. Verfahren zur Hers„e±loü^ tnnfrS L efch+sewi ch^S .-ie nach einem oder mehreren der vo^ie/vehainden A- ^-u 1 bis 6, ^vsi dern eire Pra-tpla-t+o (-1); eine R .ken (2) und ein Stützgerüst '3} on/ei Ju^kbsr n\S"b- nander verbunden v/erden_y daduri/T cekann^tj. cK· e+ da/, zur bildung des Stützgerüsts auf eihi,r· 1-rä^erpl^lL- (8)

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plattenförmige Teile (4) und/oder rohrförmige Teile (9) aus Quarzglas, Quarzgut oder hochsilikatischem Glas aufgestellt, in die verbleibenden Leerräume zwischen jeweils zwei benachbarten Teilen eine, zu sinternde Masse aus Körnung, kleinen Röhrchen, Stäbchen, Plättchen oder einer Mischung daraus eingefüllt und diese Anordnung mit einem Graphitring (12) zusammengehalten wird, danach diese Anordnung in einem Ofen unter Aufrechterhaltung einer nicht oxidierenden Atmosphäre auf Sintertemperatur erhitzt und nach dem Abkühlen der Graphitring (12) und die. Trägerplatte (8) entfernt werden, und daß das so erhaltene Stützgerüst in an sich bekannter Weise mit der Frontplatte (1) und der Rückenplatte (2) unverrückbar verbunden wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (4,9) seitlich um auf der Trägerplatte (8) angeordnete Formkörper (10) aus kohlenstoff-bzw. graphithaltigem Werkstoff aufgestellt und diese Formkörper nach dem Abk. ilen zusammen mit dem Graphitring (12) und der Trägerplatte (8) entfernt werden.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitring (12) und die Formkörper (10) durch Ausbrennen entfernt werden.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Frontplatte (1) und/oder die Rückenplatte (2) über eine Sinterschicht (14) mit dem Stützgerüst (3) verbunden wird.

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