Schwingungsdämpfung von Teleskopen mit Flüssigkeit

Kalle,

die Viskosität ist immer temperaturabhängig.

Wir denken bei Flüssigkeiten zuerst oft an Wasser, doch Wasser als stark polares Fluid mit einem sehr kleinen Molekulargewicht ist extrem untypisch. Seine Viskosität hängt sogar stärker von der Temperatur ab als die von vieler zähflüssiger Öle, vielleicht auch der von Pech. So gesehen, warum nicht Pech? Bei Pech müsste weil die Viskosität noch ~ 1000 mal höher ist die Fläche so klein oder der Abstand so groß sein, dass die Verbindung reißt, vielleicht reisst dann eine Pechsträne doch in diesem Fall nicht gewünscht....

Noch etwas, für die Anwendung als Dämpfungsmittel kommen nur Newton'sche Flüssigkeiten in Frage, die Viskosität sollte gerade bei niedrigen Schergeschwindigkeiten proportional zu Scherkraft sein, Bingham Fluide, die auch bei der Geschwindigkeit null eine endliche Scherkraft aufweisen entsprechen dem Fall mit Haftreibung und sind ungeeignet. Diese Binghamfluide haben aber oft die gewünsche hohe Viskosität, Ketchup und wohl auch Vaseline gehören dazu. Die Oberfläche in einer Dose Vaseline ist im Gegensatz zu der von Honig normalerweise nicht glatt.

Noch mal zu den zähen Ölen, die Viskosität verdoppelt sich laut Datenblatt selbst beim zähflüssigsten von 25 auf 0 Grad, das ist für den Dämpfer kein Problem. Ich hatte mein aktuelles Zähflüssiges mal ins Gefrierfach, -18 Grad gelegt, man sieht es wird zäher, aber auch nach einigen Stunden nicht fest.

Beste Grüße

Thomas

Hallo Stephan,

Zitat von quilty

Das Anfangsbild mit dem langen Arm im Honigtopf offenbart schon den Hang zum Komplizierten. Eine passende, angelehnte Holzlatte (wie oben erwähnt) tut dasselbe. Und klar, dass eine Dämpfung, die nicht am langen Arm wirkt, sondern im Zentrum der Bewegung, andere Parameter haben muss als der Honig.

im Grunde ist die Vorstellung mit Hilfe eines zähen Fluids zu dämpfen sehr einfach, der Weg zum Ziel mag über Umwege führen, doch ich gehe mal davon aus, wenn ich es erreiche, dass in der Praxis die Dämpfung viel einfacher funktionert als eine angelehnte Holzlatte. Gerade bei sehr hohen Vergrößerunen wünscht man sich eine perfekte Dämpfung, das wird mit der Holzlatte kompliziert. Da scheint mir der aktuelle Aufbau mit der kleinen Dose wenn es gelingt die Dämfpfung noch zu verstärken sehr viel praktischer.

Zitat von mkoch

Das kann man berührungslos mit einem Laser-Vibrometer messen. Leider sind diese Messgeräte ziemlich teuer und nur selten findet man funktionsfähige Gebraucht-Geräte bei Ebay. Die Anwendung ist denkbar einfach. Am Teleskop wird an einer Stelle ein kleines Stück Reflex-Folie aufgeklebt. Das Vibrometer steht auf einem schweren stabilen Stativ daneben und wird so ausgerichtet, dass der rote Mess-Strahl auf die Reflex-Folie trifft. Der Abstand kann 1-2 m sein. An die Auswerte-Elektronik wird ein Speicher-Oszilloskop angeschlossen und da sieht man dann wahlweise die Geschwindigkeit oder (aufintegriert) den relativen Abstand als Funktion über der Zeit. Bandbreite von mHz bis kHz. Die gleichmässige Nachführ-Geschwindigkeit kann man rausrechnen. Eignet sich auch gut um periodische Nachführ-Fehler (mit kurzer Periodendauer im Sekunden-Bereich) zu analysieren.

Hallo Michael,

sicher, so ein Gerät wäre eine große Hilfe. Eine Low-Tech Alternative stellt eine Kombination als Laserpointer, Taschenspiegel und Federwaage dar. Mit einer leicht gespannten Federwaage übt man z.B. am Okularauszug ein definiertes Drehmoment auf das Teleskop aus. Der Laserpointer zeigt auf einen am Teleskop befestigten Taschenspiegel und an einer weit entfernten Wand kann man die Auslenkung messen. Daraus berechnet man die Torsionsfederkonstante, schätze das Trägeitsmoment des Telekops ab und kann mit Lehrbuch-Formel die Schwingungsfrequnz und Amplitude berechnen. Die Dämpfungskonstante bekommt man so natürich nicht. Hier hilft der Blick bei hoher Vergrößerung durchs Teleskop,

Zitat von Kalle66

Thomas,

..

Angesichts der geringen Auslenkungen würde ich über Elastomere nachdenken. Eine 3mm Butylkautschukmatte oder EVA-Schaumstoff als Dämpfungselement könnte die Flüssigkeit ersetzen. Bleibt halt nur die Abstimmung auf die Resonanzfrequenz, da du die Dämpfung, so wie ich es verstehe, per Kopplung parallel zur Konstruktion und nicht direkt in der Konstruktion selbst anbringen willst. Feststoffe haben den großen Vorteil, dass sie nicht auslaufen können, keinen Behälter erfordern und verklebt werden können.

Selbst wenn der Dämpfungsfaktor sich halbiert, die Alltagstauglichkeit ist letztlich entscheidend.

..

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Kalle,

da stimme ich voll überein, Elastomere können eine Alternative sein und ich habe sie von Anfang an als Rückfall-Option im Kopf, wenn es mit den Fluiden nicht klappt. Ich habe bereits Schaumstoff, Reste von dem Bau eines Okularkoffers. Über die Fläche und die Dicke der Platten wird man die Dämpung wohl einstellen können, Ein gravierenden Haken hat diese Lösung aber, die Dämpfung und die Federkonstante sind nicht unabhängig, man handelt sich eine neue Schwingungsfrequenz ein. Mag sein, dass dies am Ende gar nicht stört,

Momentan bin ich aber bei der Lösung mit dem extrem zähflüssigen Fluid recht optimistisch. Wegen der hohen Zähigkeit und den starken Adhäsionskräften wird es praktisch nicht auslaufen. Auf diese Weise kann ich testen, wieviel im Optimalfall erreicht werden kann. Sobald die Dämpfung zu groß wird, zeigt sich vieleicht die Schwingung des schon sehr steifen Unterbaus.

Wenn der Dämpfer vom Konzept her funktionert wird daraus eine flache Dose die ich separat horizontal lagern sollte und dann bei Bedarf mit einem Handgriff und dem Anziehen von zwei Flügelmuttern am Stativ befetigen kann.

Wie gesagt, das extrem viskose Fluid ist bestellt, ich bin gespannt.

beste Grüße

Thomas

Hallo zusammen,

Inzwischen ist das extrem zähflüssige Fluid eingetroffen und ich konnte erste Test machen. Es ist sehr viel zäher, von der Konsistenz her ein bisschen wie Kaugummi, aber ohne elastische Eigenschaften, das ist für eine optimale Dämpfung wichtig.

Die Torsionsschwingungen werden stark gedämpft. Die Ablingzeit ist sehr kurz, deutlich kleiner als 1 s.

Mir scheint die Amplitude wenn ich gezielt gegen das Okular klopfe etwas größer zu sein, als wenn ich die Fixierschraube festziehe und das Teleskop dann wie bisher leicht schwingt. Die Ursache ist mir noch nicht klar. Folgende Möglichenkeiten bestehen:

1. Adhäsionkräfte am Rand oder auch der  mit 0. 3 mm sehr geringe Abstand bewirken, dass es doch zu einer kleinen elastischen Rückstellkraft kommt. Test auserhalb der Halterung zeigen darauf aber keinen eindeutigen Hinweis.
2. Die Halterung verbiegt sich.

Auch hätte ich erwartet, dass mit dem viel zäheren Fluid ich viel mehr Kraft aufwenden muss um das Teleskop zu bewegen, doch der Unterschied ist nich so groß, Dies liegt vermutlich an der Halterung, die Plattenn sind leicht gegeneinander verkippt, so dass die Reibungskraft sich reduziert.

Ich werde noch in paar Tests machen, und dann die hoffentlich finale Halterung bauen.

beste Grüße

Thomas

Silikonöl mit einer Viskosität von 2.000.000 mPas ist schon eine ungewöhnliche Flüssigkeit. Trotz der extrem hohen Zähigkeit ist es ganz eindeutig eine Flüssigkeit, die Oberläche ist glatt, nicht wie bei Vaseline oder Fetten uneben und struktuiert, man muss nur lange genug warten.

Das Fläschchen etwa 5 Minuten, nachdem ich es von der aufechten Position in die horizontale gekippt habe.

astrotreff.de/index.php?attachment/45851/

Hier die obere Seite der Dämfperfläche etwa 1 Minute nachdem ich Fluid aufgetragen habe in dem Ich mit einer großen Büroklammer den ' Faden' aufgewickelt hatte.

Auch wenn man es kaum sieht das Fluid fließ auch nach längerer Zeit unter seinem Eigengewicht:

Hier 20 Minuten später, Lücken sind geschlossen, die Oberfläche ist deutlich glatter geworden, aber immer noch nicht perfekt glatt, das dauert viel länger .

beste Grüße

Thomas

Stephan,

Zitat von quilty

Wenn du mit der Fläche auf dem Foto dämpfen willst mit einem Medium, brauchst du doch eine leichte Strukturviskosität, sonst läuft es aus. Diese Eigenschaft (shear thinning im Englischen) muss überhaupt nicht stören, wenn die Viskoelastizität passt.

Vorweg, hier geht es um eine azimuthale Montierung im Handbetrieb, wie sich das Konzpet auf andere Fälle übertragen lässt ist offen.

Die Idee der Dämpfung mit einer Flüssigkeit besteht ja gerade darin, dass die dämpfenden Eigenschaften von den elastischen getrennt werden sollen. Sobald ein Dämpfer z.b. mit Gummi auch elastisch ist, reduziert man die Steifheit, die Anfangsamplitude der Schwingung wird größer.

Wie geschrieben, das Ziel ist der aperiodische Grenzfall, dann schwingt das Teleskop gar nicht mehr, die Ruhelage wird in der kürzest möglichen Zeit erreicht. Es sollte sich wirklich lohnen, dann in der Regel ist die Dämpfung von steifen Materialen wie Stahl, Alu, Carbon schlecht. Wenn ich die Daten von Stativen, siehe Post #1 nehme kann die Abklingzeit theoretisch 50x kleiner sein. Um den aperiodischen Grenzfall zu ereichen braucht eine sehr starke Dämpfung, d.h. ein sehr zähes Fluid, die dämpfende Fläche muss recht groß (> 20 cm² ) sein und der Abstand sehr klein, weniger weniger als 1 mm.

Die folgenden Fotos verdeutlichen vielleicht wie der Dämpfer aufgebaut ist und funktionert:

Die unter Platte des Dämfpers, in den kleinen Löchern befinden sich 1 mm große Kugel, die dafür sorgen dass die Platten nicht verkleben und die obere Platte ( nächstes Foto) in 0,3 mm von der unter gehalten wird. Die untere Platte ( 3 Lagen Carbonfolie, weil sie sich leicht mit der Schere zuschneiden lässt) ist mit einem kleinen Rand aus Kunstoffprofil umgeben, damit das Fluid nicht auslaufen kann.

Die obere Platte es Dämpfers.

Beide Platten zusammen bilden den Platendämpfer, die obere Platte ist unten an der Montierung befestigt, die untere ein einem drehbaren Ring der oben den Stativkopf umschließt. Mit der Flügelschraube kann der Drehwiderstand eingestellt werden. Eine Verbindung besteht nur über das Fluid zwischen den Platten.

Inzwischen habe ich herausgefunden, dass die Halterung für den Dämpfer nicht genügend stabil ist, da alle Komponenten recht steif sind ist die zur perfekten Dämpfung benötigte Kraft recht hoch.

Momentan entwerfe ich einen optimierten Plattendämpfer, mit dem auch die Stärke der Dämpfung eingstellt werden kann, um den aperiodichen Grenzfall zu erreichen. Ob das auch der beste Modus ist wird sich dann zeigen. Denkbar wäre, dass die Bewegung dann recht schwergängig wird, ich einen guter Kompromiss zwischen den verschiedenen Paramtern finden muss.

Eines kann ich jetzt schon sagen, das Konzept funktionert, wie groß der Gewinn in der Praxis ist werde ich erst sehen, wenn der neue Dämpfer fertig ist.

beste Grüße

Thomas

Zitat von quilty

Wenn du Kugeln als Abstandhalter hast, brauchst du keine profilierte Zwischenplatte. Und Wenn es seitlich abgedichtet ist, brauchst du auch keine Strukturviskosität. Glaub mir, mit der richtigen Viskoelastizität kriegst du das auch hin, aber so gehts auch, wenn es dicht ist. Wie dick soll den das Öl sein?

Stephan,

um die hohe Dämpfung zu erzielen muss der Abstand zwischen den Platten möglichst klein sein, bei 1 mm Kugeln benötige ich eine Zwischenplatte mit 0,7 mm Dicke, das ist viel einfacher als extrem teure 0, 3 mm Kugeln.

Das Öl hat eine Viskosität von 2.000.000 mPas, das ist viel zu zähflüssig um raus zu laufen.

Zitat von Cleo

Genau das waren auch meine Erfahrungen... Einen vergleichbaren Flüssigkeitsdämpfer wie Deinen zwischen Montierung und Säule zu setzen, sollte aber problemlos möglich sein. Ich glaube, das hat richtig Potential! Das Prinzip der Kugellagerung lässt sich ja 1:1 übernehmen, zwei runde Platten mit Kugeln und Flüssigkeit dazwischen, weg sind die Torsionsschwingungen.

Hallo Holger,

ich freue mich über deine Begeisterung, und hoffe dass so ein Aufbau sich auch in der Praxis lohnt. Ein bisschen zurückhaltend bin ich momentan, denn der letze Schritt mit dem hoffentlich finalen Dämpfer steht noch aus. Bei Tests auf dem Tisch habe ich auf die Kugeln verzichtet und sie durch kleine Stücke 0,25 mm dicke Carbonfolie ersetzt, das ging auch. Einen Dämpfer einfach zwischen Montierung und Säule setzen fände ich auch sehr spannend. Wie immer, ist das im konkreten Einzelfall auch eine Frage der Parameter, hier z.B. im Extremfall, sind Montierung und Teleskop gegen herunterfallen hinreichend sicher, wie schwer bzw. leichtgängig wird die Rotation?

beste Grüße

Thomas

Stephan,

ja, der Dämpfer ist seitlich angebaut, es ist nicht die endgültige Version, die baue ich erst jetzt. Sie wird eine größere Fläche besitzen und die Dämpfung soll sich über den Abstand der Platten einstellen lassen. Der Bereich soll so groß sein, dass sich sogar eine stärkere Dämpfung als für den aperiodschen Grenzfall notwendig einstellen lässt. Denn es könnte sein, dass die die Bewegung sonst zu leichtgängig wird und sich z.B. bei leichtem Wind, oder wenn das Stativ nicht perfekt ausgerichtet ist, das Teleskop sich in Bewegung setzt. Bei dem neuen Dämpfer sollen die Platten mit Schaumstoff zusammen gedrückt werden können. Der Bau wird etwas dauern, da ich Winkel und anderes Material bestellen muss.

beste Grüße

Thomas

Hallo zusammen,

der neue Dämpfer ist gerade fertig geworden, hier schon mal ein Bild.

Über den Abstand der Platten sollte sich die Stärke der Dämpfung einstellen lassen. Für Tests muss ich warten bis es draußen wieder ausreichend hell ist.

beste Grüße

Thomas

Hallo zusammen,

jetzt kann ich erste Eindrücke von dem neuen Dämpfter schildern, einiges hatte ich so nicht erwartet, z.B. das es so lange dauert bis sich das Fluid halbwegs gleichmäßig auf der unteren Platte verteilt.

Die untere Platte, 1 Minute nach dem Auftragen des zähflüssigen Fluids.

Einen Tag später hat sich der größte Teil in Form eines ca. 1.5 mm dünnen Films verteilt, die linke vordere Ecke ist jedoch immer noch nicht benetzt. Man sieht nicht wie das klebrige Fluid fließt, die Geschwindigkeit liegt im Bereich ein paar mm/Stunde.

Hier die aktuelle Version des Dämpfers:

Schon mal vorweg, der Dämpfer scheint etwa so wie geplant zu funktionieren.

Ich drücke mich noch etwas vorsichtig aus, weil die Bedingungen (Holzfußboden, Blick auf ein entferntes Haus bei 105x) für quantitativen Test nicht sonderlich geeignet sind.

Doch das zentrale positive Ergebnis, Torsionsschwingen werden effektiv gedämpft, der Azimuth läst sich gut einstellen, weder zu leicht noch zu schwergängig.

Es hat einen Weile gedauert bis ich passende Parameter gefunden habe. Über die drei kleinen Kreuzchlitzschrauben lässt sich der Abstand der Platten einstellen. Die Flügelmutter in der Mitte dient dazu die Platten aneinander anzuziehen. Der minimale Abstand beträgt 0, 25 mm, dann sollte die Dämpfung theoretisch ca. 3. mal stärker sein als für den aperiodischen Grenzfall. Mir schien, dass der Dämpfer dann so schwergängig ist, dass er sich bei Bewegung des Teleskops verbiegt. Doch mir scheint das momentan kein Problem darzustellen, denn dann ist die Bewegung so wie so viel zu schwergängig.

Als ein zentraler Punkt stellte sich das richtige Verhältnis von Haft- und Gleitreibung heraus. Die Dämpfung resultiert aus der Gleitreibung des Fluides zwischen den Platten. Bei einem perfekten Fluid sollte man überhaupt keine Kraft benötigen um das Teleskop zu bewegen. Doch minimale Haftreibung gibt es auch bei dem Dämpfer, z.B. bedingt durch die Schraube in der Mitte mit der die Platten gegeneinander gepresst werden können.

Für eine gute Dämpfung muss die Haftreibung schon bei extrem geringen Geschwindigkeiten hoch sein. Wenn man dann den Azimuth zügig verstellen will, wären die Kräfte sehr hoch, wenn die Haftreibung zwischen dem Dämpfer und dem Stativ nicht passend gewählt ist. Für die Einstellung eines Objektes rutscht dann der Ring ( Foto in Post #67) auf dem Stativkopf.

Um die passenden Parameter zu finden musste ich an drei Arten von Schrauben drehen :

• Den drei Schrauben zur Einstellung des Abstandes der Platten. Auf diese Weise kann jeder Wert von keiner bis zu maximaler Dämpfung eingestellt werden.
• Die Mittelschraube, die dafür sorgt, dass sich die Platten nicht im Laufe der Zeit von einander entfernen.
• Die Fixierschraube am umlaufenden Ring ( Post  #67) mit der die Haftreibung passend gewählt wird.

Soweit ein erster Eindruck.

beste Grüße

Thomas

Zitat von TecMar

Wir hatten im Messrsum Mal so Schwingungsisolierte Tischplatten, kann man sich vlt. Auch was von abgucken.

https://www.bilz.ag/news/neue-…hplattform-e-stable-mini/

Danke für den Hinweis, solche mobilen, aktiven Systeme kannte ich noch nicht. Vielleicht gibt es sie auch in anderer Form, denn die Torsion, die oft ein Problem ist lässt so nicht dämpfen.

Zitat von MatthiasG

ich kann mir auch gut verstellen, dass man eine Dämpfung durch einen starken Magneten und einer sich darunter befindlichen dicken Kupferplatte erreichen kann.

Das geht dann in Richtung Wirbelstrombremse.

Da wird die Schwingungsenergie in Wärme umgewandelt.

Hallo Mattias,

im Prinzip sicher möglich, doch ist der Effekt vermutlich viel zu schwach. Die Dämpfungskraft ist proportional zur Geschwindigkeit. Im ICE mit Geschweindigkeiten bis 100 m/s liegt die Kraft der Wirbelstrombremse im Bereich 100 kN, bei Teleskopen sind die Geschwindigkeiten bei viellicht 10^-4 m/s, dann ist die Kraft bei gleicher Bremse eine Million mal kleiner, also im Bereich 0,1 N. Das reicht nicht, mal ganz abgsehen von den Abmessungen und dem Gewicht einer solchen Bremse.

Eine Flüssigkeitsbremse zur Dämpfung könnte eine Low-Tech Lösung sein und sie scheint zu funktionieren, weil es extrem viskose Fluide gibt.

beste Grüße

Thomas

Hallo zusammen,

Zitat von MatthiasG

Das geht dann in Richtung Wirbelstrombremse.

Da wird die Schwingungsenergie in Wärme umgewandelt.

Zitat von quilty

Das wird sie bei der Reibungsbremse auch

Ja, (passive) Dämpfung bedeutet immer, dass die Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt wird. Egal ob dies über Wirbelströme, einen Gummidämpfer oder eine Flüssigkeit geschieht, man muss die Parameter richtig wählen und einstellen können und dafür benötigt man eine Halterung die dies erlaubt und sehr stabil ist. Inzwischen habe ich gelernt, dass dies ein zentraler Aspekt ist.

Deshalb hier noch etwas zum Hintergrund.

Wenn ein Teleskop oder Stative schwingt könnte man denken, es sei schlecht konstruiert. Doch die Schwingung spiegeln in erster Linie die Eigenschaften der verwendeten Materialien wieder, steife Materialien wie Metalle sind elastisch, nur in weichen, leicht verformbaren Materialien wie z.B. Gummi oder Schaumstoff klingen Schwingungen schnell ab. Ein Stative oder ganzes Teleskop sowohl steif und frei von Schwingungen zu bauen schließt sich im Grunde aus, man kann zwar die Anfangsamplitude reduzieren, was meist darauf hinausläuft, dass die Komponenten schwerer werden. Bei Metallen liegt der Dämpfungsgrad meist weit unter 0,01, Materialien mit innerer Struktur wie Holz oder Carbon (CFK) und sind mit 0,03 besser, doch es dauert immer noch viele Perioden bis die Schwingung halbwegs abgeklungen sind, 30 mal länger als bei optimaler Dämpfung.

Für eine optimale Dämpfung im Sinne des aperiodischen Grenzfalls, dass das Teleskop schnellstmöglich zur Ruhe kommt müssen die Reibungskräfte sehr hoch sein, etwa 30 mal höher als die Inneren. Ein Schwingungsdämpfer muss also große Kräfte aufnehmen können - die beiden Hälften fühlen sich fast wie fest verbunden an - und die Halterung entsprechend steif sein. Wie eine gute und möglichst einfache Lösung am Ende aussieht wird sich hoffentlich zeigen.

Beste Grüße

Thomas