Carbon- Tubus wirklich besser?

Hallo Hanswerner,

was nutzt du denn aktuell zum Fotografieren? Insgesamt kommt es denke ich eher auf eine passende Kombi aus Glasmaterial i.V.m. Tubusmaterial an. Beides sollte sich bei Temperaturschwankungen harmonisch zueinander verhalten. Mein alter Newton hatte einen Blechtubus und BK7-Spiegel. Im Winter (Temperatur gegen null Grad) konnte ich im dreiviertel Stundenrythmus nachfokussieren. Bei sommerlichen Temperaturen war die Kombi fokusstabil. Heute nutze ich einen Achtzoll Newton (Pyrex/Carbon) und ein Achtzoll RC (Quartz/Carbon). Die halten bei allen Temperaturen den Fokus.

Moin,

die Frage hatte ich mir auch gestellt, als ich über einen neuen Newton nachgedacht habe. Die Antwort findet man sofort, wenn man nach dem Wärmeausdehnungskoeffizienten für Carbonfaser und Aluminium sucht. Der ist nämlich:

Carbonfaser: 0,1 (https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstofffaser)
Aluminium: 23 (https://de.wikipedia.org/wiki/…ngskoeffizient#Feststoffe)

Jew. in 10^-6/K

Der Unterschied ist so gewaltig, dass die Frage für mich damit beantwortet war. Ich habe allerdings festgestellt, dass alle Newton-Carbontuben, die ich bisher gesehen habe, gleich dick waren. Da hat sich offensichtlich noch nicht die Erkenntnis durchgesetzt, dass ein größerer Durchmesser für die gleiche Stabilität auch eine größere Wandstärke braucht. Infolgedessen gibt es oft Probleme mit Newton-Tuben > 8", weil sie einfach zu labberig sind. Da muss man dann noch irgendwie eine Verstärkung am OAZ einbauen.

Gruß
Klaus

Hallo Hanswerner,

du musst da auch noch einen Unterschied bei den Carbontuben machen. Es gibt die in zwei Versionen, Vollmaterial und Sandwichkonstruktion.

Bei Vollmaterial wird der Gewichtsvorteil nicht ganz so groß sein, die Steifigkeit gegenüber Alu oder Stahl gewinnt etwas.

Als gutes Sandwich mit dem richtigen Füllmaterial zwischen den dünnen Carbonlagen gefertigt gewinnt man dagegen beim Gewicht, die Steifigkeit ist auch deutlich höher, allerdings auch der Preis.

Anbieter dafür ist z.B. Klaus Helmerichs

Gruß
Stefan

Hallo Klaus,

hast du dir schonmal die NoNs von Teleskop-Austria angeschaut? Nutze selbst einen und hier sind die Carbontuben an den Enden deutlich dicker ausgeführt als mittig. Da passt das mit der Steifigkeit schon.

// edit: Wo ich gerade Stefans Antwort sehe: Der Tubus wurde auch von Klaus Helmerichs hergestellt.

Hi Hanswerner,

Habe die selben Erfahrungen wie Frank gemacht. Hatte 5 Jahre nen 150/750 Newton mit Metalltubus mit BK7 Spiegel und jetzt seit einem Jahr nen 200/800 Newton mit CFK Tubus(6mm Sandwich) und Pyrex Spiegel.

Ich kann es nicht wirklich belegen, aber die Kombo aus CFK-Tubus/Pyrex Spiegel hält den Fokus deutlich besser, ich würde sogar sagen die ist wohl immun gegen Fokusdrift unter den üblichen Bedingungen. Eigentlich braucht man sich um den Fokus die ganze Nacht keine Sorgen mehr machen. Ich glaube nachfokussiert hab ich damit noch nie. Das ist schonmal ein Problem weniger[:D]

Ich muss sogar meistens in einer Folgenacht den Fokus nicht mehr anrühren, nur kontrollieren ob er passt.
Ich gebe aber auch immer meinem Equipment stundenlang Zeit um vorher auszukühlen. Aber das ist wohl Selbstverständlich.

Beim 150/750 Newton war es auch nicht allzuviel aber wenn man die Bahtinovmaske nach 2 Stunden draufgetan hat und kontrolliert hat, war es doch sichtbar daneben, ne nach Temperaturabfall. Soweit ich noch weiss musste ich rausfokussieren, also schloss ich daraus dass wohl der Tubus kürzer wird um einige mikrometer wenn es kälter wird.
Das hab ich immer wieder beobachtet und wollte das nicht mehr haben. Kommt auch drauf an wie scharf man es haben will, und was das Seeing aktuell überhaupt hergibt ... kommt man in Zenithnähe wird die Abbildung schärfer, geht es richtung Horizont, werden die Bedinungen sowieso schlechter...

Mein supertoller Lacerta Motorfokus ist hier ein wenig Overkill, aber hergeben tu ich den bestimmt nicht mehr[:D]

Aber am besten ist selber rausfinden ob man überhaupt ein Problem mit Fokusdrift hat. Einfach nach 2 Stunden oder so nochmal mit Bahtinovmaske kontrollieren... Oder sich die FWHM Werte anschauen im laufe der Aufnahmeserie.

mfg.
Thomas

Hallo zusammen,

ich habe auch wegen der Problematik Fokusdrift bei einem Skywatcher Quattro 8"/f4 mit Stahltubus auf Carbontubus gewechselt.
Jetzt ist selbst bei extremen Schwankungen ein Drift kein Thema mehr.
Der Spiegel besteht aus Pyrex und der Tubus ist ein Volltubus vom Helmi.

Lg,
Dave

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: watchgear</i>
<br />Moin,

die Frage hatte ich mir auch gestellt, als ich über einen neuen Newton nachgedacht habe. Die Antwort findet man sofort, wenn man nach dem Wärmeausdehnungskoeffizienten für Carbonfaser und Aluminium sucht. Der ist nämlich:

Carbonfaser: 0,1 (https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstofffaser)
Aluminium: 23 (https://de.wikipedia.org/wiki/…ngskoeffizient#Feststoffe)

Jew. in 10^-6/K

Der Unterschied ist so gewaltig, dass die Frage für mich damit beantwortet war. Ich habe allerdings festgestellt, dass alle Newton-Carbontuben, die ich bisher gesehen habe, gleich dick waren. Da hat sich offensichtlich noch nicht die Erkenntnis durchgesetzt, dass ein größerer Durchmesser für die gleiche Stabilität auch eine größere Wandstärke braucht. Infolgedessen gibt es oft Probleme mit Newton-Tuben &gt; 8", weil sie einfach zu labberig sind. Da muss man dann noch irgendwie eine Verstärkung am OAZ einbauen.

Gruß
Klaus
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Hallo,
Ganz so einfach ist es leider nicht.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Kohlenstofffaserverstärkter_Kunststoff

Hier steht, dass der Ausdehnungskoeffizient von der Faserrichtung abhängt. In Faserrichtung ist er sehr klein, aber quer zu den Fasern deutlich größer als bei Aluminium. Es handelt sich nämlich um einen Verbundwerkstoff aus Kohlefasern und Epoxidharz.
Entscheidend ist die Kombination aus Tubusmaterial und Spiegel Material. Angenommen der Tubus ist 1 m lang und die Temperaturdifferenz ist 10 °C, dehnt sich der Tubus um 10-30 µm aus. Dazu kommt noch die Veränderung der Spiegel Form durch die Wärmeausdehnung des Spiegels. Die hängt sehr vom Spiegel Material ab und ist wahrscheinlich entscheidender als die Längenausdehnung des Turbos.
Viele Grüße,
Ulli

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Ulli_K</i>
<br /><blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: watchgear</i>
<br />Moin,

die Frage hatte ich mir auch gestellt, als ich über einen neuen Newton nachgedacht habe. Die Antwort findet man sofort, wenn man nach dem Wärmeausdehnungskoeffizienten für Carbonfaser und Aluminium sucht. Der ist nämlich:

Carbonfaser: 0,1 (https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstofffaser)
Aluminium: 23 (https://de.wikipedia.org/wiki/…ngskoeffizient#Feststoffe)

Jew. in 10^-6/K

Der Unterschied ist so gewaltig, dass die Frage für mich damit beantwortet war. Ich habe allerdings festgestellt, dass alle Newton-Carbontuben, die ich bisher gesehen habe, gleich dick waren. Da hat sich offensichtlich noch nicht die Erkenntnis durchgesetzt, dass ein größerer Durchmesser für die gleiche Stabilität auch eine größere Wandstärke braucht. Infolgedessen gibt es oft Probleme mit Newton-Tuben &gt; 8", weil sie einfach zu labberig sind. Da muss man dann noch irgendwie eine Verstärkung am OAZ einbauen.

Gruß
Klaus
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Hallo,
Ganz so einfach ist es leider nicht.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Kohlenstofffaserverstärkter_Kunststoff

Hier steht, dass der Ausdehnungskoeffizient von der Faserrichtung abhängt. In Faserrichtung ist er sehr klein, aber quer zu den Fasern deutlich größer als bei Aluminium. Es handelt sich nämlich um einen Verbundwerkstoff aus Kohlefasern und Epoxidharz.
Entscheidend ist die Kombination aus Tubusmaterial und Spiegel Material. Angenommen der Tubus ist 1 m lang und die Temperaturdifferenz ist 10 °C, dehnt sich der Tubus um 10-30 µm aus. Dazu kommt noch die Veränderung der Spiegel Form durch die Wärmeausdehnung des Spiegels. Die hängt sehr vom Spiegel Material ab und ist wahrscheinlich entscheidender als die Längenausdehnung des Turbos.
Viele Grüße,
Ulli
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Jupp da gebe ich dir vollkommen recht. Das Harz ist ein wichtiger Faktor in dem ganzen Spiel. Das schwächste Glied bestimmt die Stärke der Kette.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: stefan-h</i>
<br />Hallo Hanswerner,

du musst da auch noch einen Unterschied bei den Carbontuben machen. Es gibt die in zwei Versionen, Vollmaterial und Sandwichkonstruktion.

Bei Vollmaterial wird der Gewichtsvorteil nicht ganz so groß sein, die Steifigkeit gegenüber Alu oder Stahl gewinnt etwas.

Als gutes Sandwich mit dem richtigen Füllmaterial zwischen den dünnen Carbonlagen gefertigt gewinnt man dagegen beim Gewicht, die Steifigkeit ist auch deutlich höher, allerdings auch der Preis.

Anbieter dafür ist z.B. Klaus Helmerichs

Gruß
Stefan
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Aber die leider nur bedingt.

Wenn du ein Carbon in Sandwichbauweise hast, hängt die Längen Ausdehnung sehr viel vom Innenmaterial ab. Ist das ein anderes Material hast du hier nicht mehr den Wert vom CFK.

Außerdem ist CFK nicht gleich CFK, wenn man zum Beispiel die Steifigkeit anschaut. CFK erreicht seine Volle Steifigkeit erst beim Backen im Konvektomaten, und mit der richtigen Wickeltechnik. Die Faserrichtung und das Kunstharz ist ganz entscheiden für die Stabilität des CFK.

Fazit, willst du den vollen Vorteil in der Längenausdehnung, darfst keine Sandwich nehmen, Willst volle Stabilität ( besser als Stahl, wie du ja schon erwähnt hast ) muss das CFK gebacken werden.
Willst du beides noch auf die Spitze treiben, muss der Tubus geflochten werden, und nicht einfach CFK Matten um einen Runden Zylinder wickeln.

Gruß Jogi

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Jogi</i>

Aber die leider nur bedingt.

Wenn du ein Carbon in Sandwichbauweise hast, hängt die Längen Ausdehnung sehr viel vom Innenmaterial ab. Ist das ein anderes Material hast du hier nicht mehr den Wert vom CFK.

Außerdem ist CFK nicht gleich CFK, wenn man zum Beispiel die Steifigkeit anschaut. CFK erreicht seine Volle Steifigkeit erst beim Backen im Konvektomaten, und mit der richtigen Wickeltechnik. Die Faserrichtung und das Kunstharz ist ganz entscheiden für die Stabilität des CFK.

Fazit, willst du den vollen Vorteil in der Längenausdehnung, darfst keine Sandwich nehmen.

Gruß Jogi
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Hallo Jogi,

hat dies mal jemand gemessen, ist es ein experimentelles Ergebnis?

Mich würde sehr wundern wenn die Zwischenschicht beim Sandwich (z.B. Aramidwaben) einen nennenswerten Einfluss auf die temparturabhängige Längenausdehnung hat, denn die Waben sorgen ja nur quer zur Tubusrichtung für Stabilität, nicht längs.

beste Grüße

Thomas

Hallo Jürgen,

ein CFK Tubus wird weder als Voll- noch als Sandwichversion mit einer komplett undirektionalen Faserrichtung gefertigt werden. Jedenfalls nicht dann, wenn der Hersteller halbwegs Ahnung vom Material hat. Überwiegend werden geflochtene Gewebe genutzt und die sind typisch als Leinwand- oder Köpergelege erhältlich.

Füllstoffe für Sandwich wie Aramidwaben oder feinporiges Rohacell enthalten viel Luft und diese Materialien sind deutlich weicher als die außen liegenden CFK-Schichten. Bei Temperaturänderung hat das Füllmaterial damit also kaum Einwirkung.

Unabhängig davon- selbst wenn ein CFK-Tubus noch eine kleine thermisch bedingte Ausdehnung hat, welches andere Material wird bei gleicher Stabilität und Gewicht das auch nur annähnernd erreichen?

Gruß
Stefan

Hallo zusammen
hier noch ein paar Gedanken zur Wärmeausdehnung des Teleskopspiegels. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Borsilikatglas (BK7) und Pyrex unterscheidet sich ganz deutlich:
BK7: 7,1*10-6 /K
http://www.schott.com/advanced…chott-datasheet-n-bk7.pdf

Pyrex: 0,325*10-6 /K
https://www.pgo-online.com/de/pyrex.html

Angenommen, wir haben einen 8" Spiegel und eine Temperaturänderung von 20°C zwischen drinnen und draußen, dann ändert sich der Durchmesser des Spiegels folgendermaßen:
BK7: 28,4µm
Pyrex: 1,3µm
Das ist wahrscheinlich nicht so kritisch, da sich damit einfach die Brennweite ändert. Man sieht aber, dass bei BK7 zur Änderung der Tubuslänge nochmal ungefähr der gleiche Betrag dazu kommt, während bei Pyrex der Beitrag des Spiegels nur 1/10 bis 1/30 des Tubus beträgt.

Bei einem sphärischen Spiegel mit 200mm Durchmesser und 1200mm Brennweite beträgt der Dickenunterschied zwischen Mitte und Rand ca. 2,1mm (http://www.astronomische-verei…technik/spiegelschleifen/). Die Ausdehnung in Dickenrichtung ist damit zwischen Rand und Mitte unterschiedlich. Die Unterschiede betragen:
BK7: 298nm, das ist ca. 1/2 lambda (Wellenlänge 560nm)
Pyrex: 13,7nm oder 1/40 lambda

Dadurch ändert sich bei BK7 die Form des Spiegels erheblich. Neben der Brennweitenänderung kommt es also zu einer Verzerrung der Spiegelform und damit zu einer Verschlechterung des Bildes. Bis der Spiegel völlig ausgekühlt ist, ist das Bild bei BK7 also beeinträchtigt. Da hilft auch Nachfokussieren nichts. Bei Pyrex ist die Änderung unerheblich.

Daher mein Fazit:
- Das Spiegelmaterial wichtiger als das Tubusmaterial
- Ein Carbontubus muss richtig gemacht sein

Viele Grüße
Ulli

Hallo Ulli, <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">
Dadurch ändert sich bei BK7 die Form des Spiegels erheblich. Neben der Brennweitenänderung kommt es also zu einer Verzerrung der Spiegelform und damit zu einer Verschlechterung des Bildes. Bis der Spiegel völlig ausgekühlt ist, ist das Bild bei BK7 also beeinträchtigt. Da hilft auch Nachfokussieren nichts. Bei Pyrex ist die Änderung unerheblich.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">So ganz einverstanden bin ich damit nicht. [:)]

Der Spiegel ändert seine Dicke und auch seinen Durchmesser. Inwieweit sich dabei die Brennweite ändert lass ich mal außen vor. Aber der Spiegel ändert seine Form gleichmäßig, entsprechend dem Abstand zum Rand hin zur Mitte und er wird das auch rotationssymetrisch machen. Damit gibt es erst mal keine Verzerrung.

Allerdings muss der Spiegelträger dafür thermisch entspannt, das Material also feingekühlt sein. Die früher erhältlichen Spiegel (wie z.B. von ICS früher erhältlich) aus PYREX® 7740 wurden als FINE ANNEALED BLANKS ausschließlich von Corning angeboten und waren entsprechend teuer. Woher das heute erhältliche Pyrex in den Chinaoptiken stammt- keine Ahnung, aber rein vom Preis her betrachtet ist das kaum diese fine annealed Qualität von Corning. Und "normales", nicht getempertes Pyrex bietet zwar die geringe Wärmeausdehnung, aber mit dem passiert genau das, was du mit deiner Beschreibung meinst. Das Trägermaterial dehnt sich nicht gleichmäßig aus und das führt zu einem verspanntem, verzogenem Spiegel und damit schlechter Abbildung.

Ein Spiegel aus feingekühltem BK7 wird eine bessere Abbildung liefern als nicht getempertes Pyrex, auch wenn die Größenänderung bei BK7 größer ist. <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Angenommen, wir haben einen 8" Spiegel und eine Temperaturänderung von 20°C zwischen drinnen und draußen, dann ändert sich der Durchmesser des Spiegels folgendermaßen...<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Eine etwas extreme Annahme. Du musst eher betrachten, dein Spiegel hat bereits Umgebungstemperatur und während der Aufnahmezeit ändert diese Temperatur im Verlauf einer Nacht. Das dürfte dann aber während einer Nacht eher selten 20° Änderung sein.

Gruß
Stefan

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Ulli_K</i>
<br />Pyrex: 0,325*10-6 /K
https://www.pgo-online.com/de/pyrex.html
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Hallo Ulli, bei Borosilikatglas (z.B. Borofloat, Supremax, Pyrex) es sind 3,25*10-6 /K, du hast dich um eine Zehnerpotenz vertan. Siehe deinen oder diesen Link
Auch deine übrige Rechnung kann ich nicht nachvollziehen.
Bei quasistatischer Temperaturänderung ändert sich am Spiegel der Durchmesser, die Dicke und die Brennweite in gleichem Maße. Die Oberflächenform (Parabel) bleibt erhalten.

Erst bei schnellerer Temperaturänderung kommt es durch die unterschiedlich schnelle Abkühlung zwischen Mitte und Rand des Spiegels temporär zu Deformationen. Eine so hohe Temperaturdifferenz von 20 K ist ziemlich praxisfern, wie Stefan bereits ausgeführt hat.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Angenommen der Tubus ist 1 m lang und die Temperaturdifferenz ist 10 °C, dehnt sich der Tubus um 10-30 µm aus.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Wie kommst du auf diesen Wert? Ich habe für Carbonrohr in Pultrudiert oder Pullwinding Wicklung Werte von 2 bis 5 *10-6 /K im Kopf, finde aber momentan keine Quelle dafür. Hat jemand einen Link?

Ideal wäre ein Tubus, dessen Länge bei Abkühlung genau so stark schrumpft, wie die Spiegelbrennweite. Borosilikatglas und Carbonrohr in richtiger Wickeltechnik kommen diesem Ideal schon ziemlich nahe.

Hallo Stathis,
wie ist es mit dem "fine annealed" beim Borofloat? Ich denke, dass das bei Deinem Borofloat Rohlingen auch so ist, dass die langesam abgekühlt und damit getempert sind um möglichst spannungsarm zu sein, oder?
Servus,
Roland

Hi Stahtis,

für die Carbonfaser selbst findet sich ein Wert von -0,1 x 10^-6 1/K.
Aramid als Füllmaterial hat einen Wert von -3,5 10^-6 1/K.

https://www.swiss-composite.ch/pdf/i-Werkstoffdaten.pdf

Für Verbundstoffe als CFK Laminat in Faserrichtung finde ich 0,2 bis 1,1 x 10^-6 1/K und quer zur Faser einen Wert von 5,6 bis 29 x 10^-6 1/K

https://www.unibw.de/lrt6/ilB/seminar/2005/Seminar05Rapp.pdf

Abhängig von dem Aufbau des Gewebes und der Schichtung und Ausrichtung der Gewebelagen.

Gruß
Stefan