Newton 150/750 Schraubenlose Spiegelbefestigung mit Kugelmagneten, Magnetlagerung

Hallo liebe Astrofreunde,

vor zig Jahren mal so ausgedacht und neulich an einem alten Celestron C6 (~ Vixen R150S) verwirklicht. Mir ging es darum, die Wärmeausdehung des Spiegels „ausrollen“ zu lassen und gleichzeitig auf Schrauben zur Befestigung verzichten zu können. Verwirklicht habe ich das über Kugelmagnete. Sie halten den Spiegel fest in der Rückwand, seitlich geführt durch die Stege.

Am Spiegel ist eine Stahlronde mit doppelseitigen Klebeband befestigt. Darunter die Magnetkugel.

Da der Träger aus Aluminium ist, ist eine zweite Stahlronde am Träger befestigt. Hier nicht sichtbar.

Die Kugel liegt frei in einer Bohrung, kann also in alle Richtungen rollen.

Vorteilhaft ist, dass der Spiegel nicht mehr durch Gummis und Klemmen gehalten werden muss und so „gezwickt“ werden könnte.

Die Haltekräfte sind enorm. Der Spiegel kann durch axiales Verdrehen trotzdem von den Magneten genommen werden, etwa zur Reinigung.

Detailansicht der Rückseite. Der Spiegel ist rückseitig poliert, daher spiegelt sich alles und das doppelseitig haftende Klebeband wird sichtbar.

Die Trägerplatte hatte ich entlackt, schaut daher nicht so optimal aus.

Hier die drei Ronden mit dem doppelseitig haftenden Klebeband und noch mit dessen Schutzfolie.

Die drei Magnetkugeln liegen in der Bohrung und haften mit Magnetkraft an den drei Stahlronden, die an der Trägerplatte mit Expoxy-Kleber festgeklebt sind.

Derart haften die drei Ronden an den Magnetkugeln. Der Spiegel wird von oben eingesetzt, die Stahlronden schmiegen sich an der Rückseite des Spiegels fest.

Die Ronden können natürlich auch zuerst am Spiegel festgeklebt werden.

Hier die drei Ronden mit den drei Magnetkugeln auf der geschwärzten Spiegelrückseite.

… wollte die Idee einfach mal so in den Raum stellen.

Und, ja, Temperierung, Sterntest und Ronchi zeigen, dass nichts zwickt und alles funktioniert, wie es soll.

Viele Grüße und stets klaren Himmel, Reinhold

Hallo Robert,

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Könntest Du ein paar Angaben zu Massen (z.B. Rondellendurchmesser, -dicke, Kugeldurchmesser) machen? Das würde potentiellen Nachbauern sicher bei der Dimensionierung helfen.

Die Stahlronden sind 30mm x 3mm. Der Kugelmagnet - einer dieser ultrastarken - hat 10mm Durchmesser. Rein von der Haltekraft her gesehen, dürften die Stahlronden durchaus kleiner und dünner sein. Ich wollte aber die Krafteinleitung in den Spiegel nicht zu punktförmig haben.

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Gibt es (ausser sauberen Flächen) etwas beim Klebeband zu beachten?

Ich habe hier das übliche Teppichklebeband genommen. Einfach, weil ich es hatte … … und ja, es klebt ohne Ende …

Viele Grüße, Reinhold

Hallo Stefan,

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Nette Idee, aber eine vernünftgi gebaute Spiegelzelle "klemmt" den HS nicht. Die Halteklammern sollen lediglich ein nach vorne Herausfallen verhindern und liegen nicht auf dem Spiegel auf. Ebenso darf die seitliche Abstützung den FS nicht klemmen, da muss etwas Luft bleiben, der HS liegt dann schwimmend in der Zelle.

Dazu kommt, mit nur 3 Auflagepunkten geht deine Lösung auch nur für kleine Spiegel, größere haben 9 oder noch deutlich mehr Auflagepunkte. Bei deiner Idee sollte die Magnetkugel auch möglichst mittig zur Stahlscheibe liegen. Außermittig drückt sonst das Spiegelgewicht gegen eine Seite der Stahlronde und da diese geklebt ist, zieht die Ronde auf der anderen Seite dann am Spiegel- das führt zwangsläufig zu unerwünschten Druckverhältnissen der Auflagestelle.

Auslöser meiner Überlegungen war, keine Klammern in der optisch wirksamen Fläche haben zu wollen und trotzdem den Spiegel halten zu können, wenn Merkur oder Venus am Horizont an der Reihe sind. Dass ein Spiegel in der Zelle schwimmen müsse, ist sicherlich eines der vielen Dogmen, denen man folgen kann, aber nicht folgen muss.

Selbstverständlich kann ich mir auf der Rückseite des Spiegels mit Expoxidharzkleber beliebig viele aufgeklebte Haltepunkte vorstellen. Sagen wir 5mm Durchmesser Stahlronden oder Kugelpfannen DIN6319 und die angemessen verteilt. Ebenso viele Kugelmagnete auf Stellschrauben, die in einem Tragwerk sitzen. Fertig ist die statisch adaptive Spiegeloptik.

Hyperbolid? Dünnen Spiegel genommen, an den richtigen Schrauben gedreht, und schon ist er da.

Toroid für Yolos oder Kutter? Dünnen Spiegel genommen, an den richtigen Schrauben gedreht, und schon ist er da.

Überkorrektur? Unterkorrektur? …. kleine Stellmotoren? … das kann man jetzt beliebig ausspinnen ….

Die Magnetkugeln haben außen einen Nordpol und einen Südpol, der nicht beschriftet ist und den man nicht sieht. Das „spannungsfreie“ Positionieren der Kugeln braucht in der Tat etwas Fingerspitzengefühl. Den Bogen hat man aber schnell raus.

Viele Grüße, Reinhold

Hallo Cleo,

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Bei meinem 150/750 ist der Fangspiegel mit Magneten befestigt ….

… den hatte ich wiederum in Ruhe gelassen ;-). Idee von meiner Seite. Wenn du fangspiegelseitig sogenannte Kugelpfannen DIN6319 aufklebst und vorne auf die Stellschrauben jeweils eine Magnetkugel?

Viele Grüße, Reinhold

Hi Stefan,

entweder es gelingt, den Spiegel im Rahmen seiner Beobachtungsbestimmung und Beobachtungstoleranzen ordentlich verwindungssteif zu machen (z.B. mit rückseitig fest (!) verbundener Wabenstruktur)moder man muss die negativen Auswirkungen der Schwerkraft mit einer Unterstützungsmechanik minimieren.

Die Wippenmechanik ist so eine Unterstützungsmechanik. Mit all ihren (bekannten) Vor- und Nachteilen.

Mit neuen Werkstoffen und vor allem neuen Klebetechniken stehen uns Amateuren heute Möglichkeiten zur Verfügung als vor vierzig Jahren. Die ultrastarken Magnete und auch Glaskleber gehören dazu. Oder Aluminiumlöttechnik. Es gilt, die neuen Möglichkeiten im Apparatebau auszuloten.

Und gerade im adaptiven Bereich ergeben sich ungeahnte Möglichkeiten, weil Klebstoffe und Magnete auch Zugkräfte übernehmen können, was der üblichen Wippenmechanik nun nicht gelingt.

Ob eine Magnetlagerungstechnik in dieser oder anderer Ausprägung bei den grossen Spiegeln ab 200…250mm nutzbringend eingesetzt werden kann, wird die Zukunft zeigen.

Ich selbst plane meinen zweiten 150er Spiegel mit drei Kugelpfannen zu bekleben, und ihn gleich auf drei Stellschrauben mit Kugelmagneten zu befestigen. Die dienen dann gleichzeitig als Justageschrauben, wie bei Holgers Fangspiegel.

Für den Transport mit der Kutsche auf Pflasterstraße gibts dann eine Transportsicherung wie bei der Waschmaschine …

Probiere es aus, es ist unglaublich, was die neuen Magnete für Kräfte entwickeln können.

Viele Grüße, Reinhold

Hallo Holger,

ja, ich wollte Magnete nicht um ihrer selbst Willen einsetzen. Für Fangspiegel gibt es super Befestigungsmethoden ohne Magnete.

Bei meinem Hauptspiegel übernehmen die ohnehin vorhandenen drei Stege zusammen mit etwas Filz die laterale Führung. Jede Konstruktion so simpel wie möglich halten, ist meine Devise.

Viele Grüße, Reinhold

Hallo zusammen,

ein Weitung der Grundidee auf grosse Spiegel will selbstverständlich gründlichst konstruktiv durchdacht werden. Da wollte ich selbst mich jetzt etwas zurückhalten, weil ich keinen großen Spiegel habe, an dem ich Ideen entwickeln und deren Funktionsfähigkeit prüfen könnte.

Lange Rede, kurzer Sinn. Ich war vorhin mit dem 150/750 Magnetgelagerten zwei Stunden draussen zum Beobachten. Gleich mit Beginn der Temperierphase beobachtet und immer wieder Sterntest. Keine Verspannung, nichts.

Aus Konstruktionssicht kann man sagen, da wo (auch) Zugkräfte übertragen werden, werden sollen, können, müssen - können Magnete ein Lösungsangebot sein. In meiner Idee eine aufwandsarm lösbare Verbindung, nämlich axiales Drehen.

Wer die Spiegelfixierung lieber Schrauben, Klammern, allein schon wegen ihrer Vertrauheit, Klappmechaniken und was es sonst noch an Kontruktionselementen gibt, anvertraut, braucht keine solche Innovation. „Never touch a running system“ war eine der Losungen im Service. Ich kann das bestens nachvollziehen und will da auch nichts argumentativ aufdrängen.

Nein, ich selbst brauchte die Innovation auch nicht. Aber die Lösung mit drei Kugeln sehe ich in dem Umfeld (kleiner Spiegel) als konstruktiv galante Lösung. Befestigung und Lagerung minimalinvasiv in einem Aufwasch.

Die „kleinen“ relativ „dicken“ Spiegel sind im Rahmen der Beobachtungstoleranzen selbsttragend und verwindungssteif genug. Da gehts mehr um die Temperierphase, die man als Beobachter wahrnehmen kann. Ansonsten muss man schon grob Hand anlegen, um die so zu zwicken, dass man es im Bild sieht.

Die „großen“ relativ „dünnen“ Spiegel sind nicht mehr im Rahmen der Beobachtungstoleranzen selbsttragend und verwindungssteif. Da braucht es Hilfe von der Rückseite her. Die Wippenkonstruktionen sind, mit Verlaub, aufwändig. Und daher teuer. Da biegen sich mit Sicherheit einige unter ihrer eigenen Last mehr durch, als wir es dem Spiegel erlauben würden. Das schreit förmlich nach galanteren Lösungen.

Am Rande, ich meinte eine „statisch adaptive Optik“. Heisst, der Spiegel wird gegen ein verwindungssteifes Tragwerk montiert und einmalig über mehrere Haltepunkte verschraubt. Der Spiegel bildet dann mit dem Tragwerk eine durchbiegungsarme verwindungssteife aber spannungsfrei wärmeausdehnungsfähige Konstruktion wie ein „dicker“ Spiegel, nur halt relativ gesehen nicht so schwer. Das Hale Teleskop ist, nach den Unterlagen, die ich so sehen konnte, derart durchkonstruiert. Abgucken ist erlaubt

Eine „dynamisch adaptive Optik“ dürfte außerhalb unserer Reichweite sein.

Kauft euch mal so zwei Ronden, eine Magnetkugel und spielt und experimentiert damit. In dem Falle gilt, probieren geht über studieren. Ich war selbst überrascht von der Funktionaliät der Idee. Heute Mittag hatte ich den Spiegel in einen anderen Tubus mit anderem Okularauszug umgesetzt und aus dem Anlass entnommen und gereinigt. Ein Dreh, und das Teil ist raus. Einsetzen genau so einfach. Macht richtig Laune. Und wenn man die Haltekräfte spürt, entwickelt man auch Vertrauen in dieselben bei etwas gröberer Tubusbehandlung.

Ist jetzt spät geworden, einstweilen noch einen schönen Abend, Reinhold

Hallo Robert,

ich habe hier an einem 150er Spiegel eine Machbarkeitsstudie über eine neue Art zur Spiegelbefestigung angefertigt. Und ja, sie funktioniert wie sie soll. Insoweit will ich Mut zum Einsatz der Magnetkraft machen, zu eigenen Versuchen und Neuerungen anregen, und ja, daher doch auf Punkte aus deinen aufgeworfen Fragen eingehen.

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- einen 150mm Spiegel kann man problemlos auch mit drei Silikonblobs kleben. …

Klar, ich hätte auch kleben können, aber Kleben widerspricht dem Designziel, genauso wie Schrauben.

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- die Kugeln sind lateral grundsätzlich instabil, da es keine definierte Rückstellkraft gibt.

Das trifft doppelt nicht zu. Die Kugeln haben zwei ausgeprägte Pole, wie die Erde. Auf einer ebenen magnetisierbaren Fläche nimmt die Kugel sofort ein definierte Stellung ein, die sie kraft ihrer Magnetkraft beibehält. Einem Wegrollen widersetzt sie sich! Ein aufsitzender Spiegel mit weiterer magnetisierbarer Fläche kann lateral nicht (!) selbständig wegrollen. Die Kugeln sind grundsätzlich lateral stabil, weil die Magnetkräfte sie halten. Es gibt eine definierte Rückstellkraft, es ist die Magnetkraft. Die ist verglichen mit der Haftkraft am Auflagepunkt geringer, aber vorhanden.

Zitat

Es dürfte also sehr wahrscheinlich sein, dass der Spiegel an einem der seitlichen Blöcke anliegt und allenfalls deformiert wird.

Der Spiegel wird lateral von den drei mit Filz belegten Stegen nahezu drucklos zentriert geführt. Ja, er liegt an. Der schlimmste Fall tritt in der Horizontalbeobachtung ein … aber da geht es allen Spiegeln gleich. Und, hätte ich einen 400er Spiegel, hätte ich keine drei Stege aussen.

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- dasselbe gilt für die Rotation des Spiegels. „Springen“ die Rondellen, da sich der Spiegel weshalb auch immer dreht, von den Magnetkugeln weg, dann wird der Spiegel nicht mehr gehalten.

Wie könnte ein rotationssymmetrischer Spiegel von alleine das Rotieren anfangen? Und selbst wenn er das versuchte, die Magnetkräfte würden ihn davon abhalten.

Zitat

- Kugelpfannen könnten helfen, auch hier dürfte es aber schwierig sein, eine stabile Lagerung ohne asymmetrische Kräfte hinzukriegen.

Kugelpfannen sind in diesem obigen Konzept (Designziel) kontraproduktiv, da die Magnetkugel sich in der Pfanne nicht um sich selbst drehen kann. Die Reibkräfte sind zu hoch. Sie würde dann auf der Gegenseite „rutschen“. Genau das wollte ich wegen der hohen Reibkräfte durch Zulassen von „Abrollen“ vermeiden (Designziel).

Kugelpfannen und Kugelmagnete können zusammen ein Kugelgelenk bilden. Andererseits, mit jeweils zwei Pfannen und einer Kugel kann man sich schnell mal eine zerlegbare Gitterrohrkonstruktion hinzaubern … … für die kleine Reise zwischendurch. Wenn einen die doch deftigen Magnetkräfte nicht stören.

Ich freue mich über weitere Ideen, Gedanken, Nachrichten …

Viele Grüße, Reinhold

Hallo Robert,

professioneller Beitrag, wenn ich das mal so sagen darf. Eine professionelle Untermauerung dessen, was man spürt, wenn man die zwei Ronden mit der Magnetkugel dazwischen, zwischen Daumen und Zeigefinger rollt. Großartig!

Aus den Magnetfeldlinien in den Bildern oben und meiner Erfahrung schließe ich für zukünftige Anwendungen an (kleineren) Spiegeln, dass es völlig ausreicht, wenn die Ronde einen halben Kugeldurchmesser hat. Die Verklebung der Ronde mit dem Spiegel muss dann allerdings eine angemessene Qualität haben. Wenn das Konstrukt sinnhaft und galant bleiben soll, sind Klemmen und Klammern, Sicherungsklammern und Schrauben entbehrlich. Nicht zwickende Stege führen den Spiegel mittig.

Die Weitung der Überlegungen auf große Spiegel, die üblicherweise mit den Dreipunktwippen gelagert werden, ist nicht unbedingt in meinem Radius, weil ich solch große Spiegel nicht habe und auch nicht plane einzusetzen. Dennoch, es hat mich natürlich gejuckt, drüber nachzudenken. Dazu ein paar Gedanken von meiner Seite - für große Spiegel.

- Ich würde Magnete in unserem Kontext nur dann einsetzen, wenn es gilt, Schrauben, Klammern und solch Gedöns zu ersetzen.

- Der Ersatz muss auch sinnvoll sein. Magnettechnik um ihrer selbst willen ist nicht sinnhaft.

Einen sechspunkt wippengelagerten Spiegel würde ich gedanklich so umrüsten.

- sechs Ronden an den konzeptionell vorgesehenen Punkten am Spiegel aufkleben.

- die drei Wippen spiegelseitig mit jeweils zwei Ronden bekleben

- die drei Wippen rückseitig mit einem Magnetkugelgelenk versehen

- das Magnetkugelgelenk würde ich verkleben, zwei Kugelpfannen, eine rückseitig an der Wippe, eine auf das Tragwerk und die Kugel dazwischen.

Damit würden alle Maßnahmen entbehrlich, die bis dahin den Spiegel in der Fassung festhielten, damit er nicht „rausfällt“. Oder, wenn der Spiegel bis dahin diese Eigenschaft nicht hatte, dann hätte er sie damit bekommen

Die seitliche Führungen, die den Spiegel bis dahin in der Mitte hielten, würde ich nicht ändern wollen. Und wenn doch, dann würde ich rückseitig in die Mitte des Spiegels eine Ronde kleben … und keine Magnetkugel sondern …. undsoweiter

Die Konstruktion von Tragwerken für Spiegel ist blanker Maschinenbau, wenn auch bei uns im Kleinen. Da kann man viel richtig, aber auch viel falsch machen. Das wäre glaube ich ein eigenes Thema.

Viele Grüße, Reinhold

Hallo Holger,

Hallo Robert,

als Ergänzung füge ich einen kleines Video ein. Die Botschaft: Ohne seitliche Stege oder sonstige Bewgungsdämpfung ist das System lateral schwingfähig. Das Video zeigt aber auch, dass die Wärmeausdehung des Glases bequem „abgerollt“ werden kann, ohne dass es zu einer dadurch bedingten Verbiegung des Glases kommen kann. Die Lateralkräfte sind einfach viel zu klein.

In meinem Konstrukt sind die Bohrungen im Durchmesser 2mm größer als der Kugeldurchmesser. Liegen also nicht an.

Für diese Demo habe ich die Fassung umgedreht, und die Magnetkugeln mittig platziert.

Darauf habe ich den Spiegel abgesenkt, und dabei hat er sich die bequemste Position ausgesucht. Er war ja bei dem Absenkvorgang nicht lateral geführt und meine Hände konnten das nicht auf den Millimeter genau halten.

Hier im Video drücke ich mit dem Finger den Spiegel nicht besonders kräftig seitlich weg.

Viele Grüße, Reinhold

Hallo Robert,

ja, so ist es. Nach dem Motto ‚Keep it simple‘ übernehmen bei mir die drei Stege die seitliche Führung, dazwischen gelegter Filz wirkt als kleine Dämpfung und gegen die Bewegungsfreiheit. Da ist noch Freiraum für Forschung und Experiment. Die seitliche Führung würde man im Falle richtig schwerer Spiegel vermutlich anders gestalten wollen.

Vor dem Hintergrud der gefährdeten Nachruhe will ich noch eine interessante Erfahrung nachreichen. Ich habe natürlich auch gedacht, ojeminee, wenn der rausfällt. Ich habe nun beim Testen bemerkt, dass sich die Magnete nicht exakt gleichzeitig lösen. Da ist immer ein Magnet zuerst dran. Das führt für einen kurzen Moment zu einer minimalsten Schräglage und der Spiegel „verkantet“ in der Führung. Wie eine dicke Linse in einer passgenauen Fassung, die fällt auch nicht raus. Lässt der Impuls nach, ziehen die Magnete den Spiegel zurück auf die Auflage. Aber ja, wenn ich das Teleskop im Paket versenden wollte, würde ich auch an eine Transportsicherung denken mögen.

Viele Grüße

Reinhold

(P.S. … auf den ersten Fotos geht der Steg nur einige Millimeter hoch. Das ist eine Studie. Tatsächlich säße (und sitzt bei mir in anderen Fassung) der Spiegel am Boden, so dass vorhandene Stege bis an die Spiegeloberkante reichen. Könnte ich die Fassung selbst gestalten - es geht nach wie vor um einen 150er Spiegel - wäre es ein umlaufender Steg , wie in einer Linsenfassung.)