Schwingungsdämpfung von Teleskopen mit Flüssigkeit

Zitat von Pardon

Das ist am Stativfuß und dann zu erwarten, wenn die „Gummifüße“ hauptsächlich Federwirkung zeigen und über keine oder wenig oder unpassende innere Dämpfung verfügen. Wenn man sich an der Stelle versuchen möchte, wären mechanische Baugruppen hilfreich, die getrennt aus Feder und Dämpfer bestehen. Eben wie das Federbein des Autos, das meist aus Feder und (Stoß)Dämpfer aufgebaut ist. Nicht zu verwechseln mit Bauelementen, die gemeinhin als Schwingungstilger bezeichnet werden.

...

Für den Teleskopstativfuß bieten sich als Alternative Reibungsfedern an. Sie sind wenig raumgreifend und do-it-yourself-machbar. Geschickt wirds, wenn die Einheit in das Stativbein integriert wird. Oder gleich fertige Einheiten aus Fahrrad- oder Motorradgabeln nehmen … bevor es kompliziert wird.

Hallo Pardon,

interessant was du hier schreibst, natürlich kann man die Dämpung auch ganz untern einbauen, ich hatte schon mal überlegt, ob es ausreicht zwei von drei Stativbeinen zu dämpfen. Vor vielen Jahren hatte mir die Firma Binoptic zu einem Set-up mit Gitzo Stativ kommerzielle Schwingsdämpfer ähnlich wie die von Omegon geliefert, mein Eindruck war das brachte nicht viel, es ist auch nicht verwunderlich, denn erstens ist die Frequenz nicht angepasst und zweitens die Dämfpung mager.

Reibungsfedern kannt ich noch nicht, die Frage ist hier ob sie Haftreibung, eine Art Losbrechmoment haben. Dann, was meinst du mit do-it- yourself, die Feder oder den Einbau der Feder?

beste Grüße

Thomas

Zitat von Pardon

ich hatte mich auch vorsichtig ausgedrückt „wenn man sich an der Stelle versuchen möchte“. Gemeint sind die Stativfüße. Maßnahmen dort unten wollen gut überlegt und tief durchdrungen sein, wenn es nicht in eine Art experimentelles Glücksspiel münden soll.

Was die Stativfüße betrifft, verfolge ich für mich privat eine andere Philosophie. Wer allerdings dort experimentieren möchte, könnte in einer selbstkonstruierten Reibungsfeder einen Lösungsansatz sehen.

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Gleichwohl verliert die Krafteinleitung in den Boden damit nicht an Bedeutung. Ein geeignet dimensionierter „Gummifuß“ kann durchaus positive Wirkung entfalten. Einem als persönliche Erfahrung oder Meinung abgesetztem Pauschalurteil, zum Beispiel zu „Gummifüße“, meine ich manchmal etwas schreiben zu müssen und ein differenzierte Darstellung ergänzen zu können. In deinem Faden ging es allerdings nicht darum. Insofern will ich es damit gut sein lassen.

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Hallo Pardon,

was ist denn deine private Philosophie zu Stativfüßen und Gummifüßen?

beste Grüße

Thomas

Hallo Alex,

erst mal vielen Dank! , Für mich sind solche Videos ziemlich neu.

Wie kommen solche Videos beim Zuschauer an, was lernt man ?

Mir fällt es extrem schwer dies einzuschätzen, mir geht dies alles viel zu schnell, viele Bildschnitte und Themenweschel nicht nur pro Minute, oft auch im Sekundentakt. Das Beispiel mit den Wolkentratzer in Taiwan und der Schutz vor Erdbeben, da muß wohl man Wow sagen - mir war es bereits bekannt, ich habe vor dem Haus gestanden.

Bei dem Tempo mit dem das abläuft frage ich mich, bin ich zu blöd um all dem zu folgen und es zu begreifen? Das klingt jetzt vielleicht widersprüchlich und schräg, die Physik dahinter kenne ich nicht nur, sondern ich kann berechnen wie man exakt die Paramter wählen muss, dass sie optimal sind. Ich kann nur spekulieren, vermutlich sind solche Videos gute Unterhaltung und - keine Frage- sie können inspirieren, zeigen dass die Theoie der gedämfpten Schwingung interessant und wichtig, ich denke sogar sehr wichtig ist. Sorry, ich hoffe ich trete niemanden mit meiner gewissen Skepsis auf die Füße.

beste Grüße

Thomas

Hallo Pardon,

vielen Dank für die Infos,

Zitat von Pardon

Meine Kernphilosophie ist: Schwerpunkt tieferlegen, so tief es geht, so tief wie vertretbar.

Für mein Alustativ mit nicht verstellbaren Vierkantrohrbeinen (!) stehen aktuell die Füße der Apollo-Mondlandfähre Pate. Die Bodenplatten bilden Hantelgewichte, die Anbindung an das Stativbein erfolgt über Traggelenke aus dem Automobilbau. In den nächsten Tagen soll die Bestellung raus. Es geht nur noch darum, wie ich durch geeignete Auswahl der Bauelemente Arbeiten an der Drehmaschine vermeiden kann.

Verstehe ich das richtig, dein Stativ steht auf recht großen Füßen, die wie Suppenschüsseln aussehen? Bitte poste mal Bilder wenn das Stativ fertig ist.

Zitat von Pardon

Hier in dem Faden gehts visuell zu. Da kann man schon mal viscoelastischen Schaumstoff in Scheibenform aus dem Nackenkissen der letzten Verkaufsaktion von Lidl, Norma, Aldi und Konsorten herausschneiden und mit zwei Holzscheiben geschützt als Visco-Burger unter die Stativbeine schieben … Wenn es funktioniert, prima. Hier platzieren, mystifizieren und sich feiern lassen …

Wenns nicht funktioniert. Was solls. Neues Material, nächster Versuch.

Ja hier geht es um visuell, über Schaumstoff habe ich auch nachgedacht, das wäre die technisch einfache Lösung, allerdings kommt eine weitere Federwirkung dazu.

Zitat von Pardon

Sofern man es sich beim Stativ nicht um eine Fehlkonstruktion handelt, handelt es sich in der Praxis hier nicht um die Maßnahmenstelle höchster Priorität.

Die Schwachstellen im Hinblick auf Wackeligkeit, Schwingungsamplituden und Abklingzeit nach Einwirkung von Windstößen sind eher die beweglichen und festen Lager der vier Achsen (der üblichen Deutschen Montierung).

Bei meinem Teleskop dominiert momentan die Torsionsschwinung, das sehr steife Carbonstativ trägt ein Drittel bei der Rest verteilt sich auf Montierung, eine schlanke Einarmgabel, dann vermutlich die Ankopplung des Teleskops. Ich denke die Torsion müsste sich einfach dämpfen lassen, der o.g. zeigte Aufbau ist sehr kompakt, Einen echten Test konnte ich noch nicht machen, der Dämpfer lässt sich nicht so einfach mit dem Fluid füllen....

beste Grüße

Thomas

Hallo Alex,

ich habe mir das Video ab 7 Minuten nochmal angeschaut, den Teil mit dem Taipeh 101 Wolkenkrater,

Findest du die Menge an Information nicht auch extrem hoch, vor allem all das was mit dem Thema überhaupt nichts zu tun hat ? Weil du den Physikunterricht ansprichst, ich bin bisher davon ausgegangen, dass man versucht sich auf das Wesentliche zu konzentieren, Hier scheint das Drumherum viel mehr Raum einzunehmen, es muss irgenwie aufregend sein, auch mit der Musik, ist das der neue Trend, damit die Zuhörer und Zuschauer nicht abschalten, wegzappen? Nebenbei, nur der physikalsiche Grundgedanke, dass man Energie wegdämpft ist einfach, wie die Schwingungen aufeinander abgstimmt werden müssen ist komplex.

Es ist nicht so dass ich Videos nicht mag,

hier der Wolkenkratzer bei einem Erdbeben der Stärke 6.8, mit Ton

Taipeh 101 bei Erdbeben

Bei der Gelegenheit habe ich auch gelernt, dass der Berliner Fersehturm auch so einr Pendel-Dämpfung, nur sehr viel kleiner besitzt.

beste Grüße

Thomas

p.s. das Video verlinkte Video ( hier nochmal das Link

Zitat von PasstScho

Moin,

Hier mal ein interessantes Video zu Dämpfung. Ist zwar nicht auf Astro-Zubehör bezogen, aber die Physik ist die gleiche:

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Vielleicht hilft's ja?

schönen Gruß,

Alex

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Hallo Alex,

vielen Dank nochmal für die Anregung durch das Video, auch wenn ich den Stil anstrengend finde, die Idee ist sehr interessant, jetzt zur Physik dieser Art der Dämpfung, ob sich so etwas für ein Teleskop eigenet.

Ein Weg wäre dirket unter dem Stativkopf einen Dämpfer anzubringen, der sowohl die Torsion als auch Kippung reduziert. Die Frage ist, ob man Parameter findet die realistisch sind und wie groß der Aufwand ist. Um sich ein genaue Bild zu machen müsste man das Eins/Ausschwingverhalten einer gekoppelt gedämpften Schwinung mit verschiedenen Massen lösen, in den Standlehrbüchern wird nur der Fall gleicher Massen behandelt und auch nicht das Einschwingverhalten. Trotzdem kann man eine grobe Abschätzung versuchen, eine Rechnung mit Lagrange würde die hoffentlich bestätigen, Im Grunde hat man zwei Massen die so durch eine Feder gekopplet sind dass sie bei Anregung mit gleicher Frequenz, aber gegenphasig schwingen. Wie effektive gedämpft wird hängt vom Dämpfungswiderstand und vermutlich dem Massenverhältnis ab, die Dämpfung ist vermutlich um dieses Verhältnis schlechter.

Geht man wie eingangs erwähnt davon aus, dass das Gesamtsystem eine Schwingungsfrequenz von 10 Hz besitzt, also einee Kreisfrequenz von 63/s , dann einer Gesamtmasse von Teleskop, Montierung und Stativ von 20 kg aus, so wird bei einer Dämpfungsmasse von 2 kg die Abklingzeit 10 mal länger sein, als wenn man direkt gegen einen festen Bezugspunkt dämpfen könnte. Unter dem Streich, unter perfekten Bedingungen, dass man den aperiodischen Grenzfall trifft wird man eine statt der 0,02 s Abklingzeit mit einer 10 mal längeren Zeit rechnen müssen, ich vermute dass in der genaueren

Rechnung noch ein Faktor 2 dazu kommt, dann noch ein Faktor ~ 1,5 weil die Masse um diesen Faktor tiefer liegt als die Hauptmasse , also 0, 6 s im besten Fall. So einen Dämpfer könnte man direkt unterhalb des Stativkopfes montieren, bestehend aus der Masse sowie einer Torsions- und drei Druckfedern die in einem Zylinder mit dem Flluid gelagert sind. Ich denke der Bau und die Installation ist recht einfach, Die gute Dämpfung erreicht man aber nur wenn alle Parameter exakt stimmen.

Also mit recht begrentztem Aufwand sollte sich eine Abklingzeit ~0.6 s erreichen lassen, die zusätzliche Masse liegt bei geschätzt 3kg ( 2kg schwingende Masse, 1 kg der Topf mit Fluid etc) . Das ist momentan nur eine Vermutung die durch eine vielleicht etwas mühsame Rechnung überprüft werden sollte. Eine direkte Dämpfung wie ich sie hier realisieren möchte ist sehr viel leichter, effektiver aber auch mechanisch viel aufwendiger, und so wie bisher geplant nur für die Torsion.

beste Grüße

Thomas

Zitat von Captn Difool

Man kann auch einen Antiresonator konstruieren, der resoniert in der gleichen Frequenz, nur um 180° phasenverdreht und hebt damit die Schwingung auf.

Ja, das geht, auf solche Konzepte macht das von Alex in Post #31 gezeigte Video aufmerksam und in Post #39 idisktutiere ich wie weit sich das lohnt. So ein Antiresonator funktionert sicherlich sehr gut bei einer gleichförmigen Anregung, doch beim leichem Stoß, und dies ist eher der Normalfall bei einem Teleskop ist die Ausschwingzeit verglichen mit der einer direkten Dämpfung sehr viel länger, es sei denn man baut einen sehr schweren.

beste Grüße

Thomas

Zitat von Pardon

Die üblichen Stative können Torsionskräfte nicht so gut in den Boden ableiten, weil es sich gedanklich um Pyramidenstümpfe mit offenen Seitenflächen handelt. Und lediglich mit drei Seiten.

Stative mit flachen Beinen sind da im Vorteil, weil sie wenigstens etwas Seitenflächen nachbilden. Derartige Stative sind im Vorteil ob dieser Fläche, nicht ob des Werkstoffes.

Der Torsionswiderstand (des Statives an sich) lässt sich, als Begleitmaßnahme zu der am Stativkopf, deutlich erhöhen, indem man die Beine mit Seitenflächenelementen oder -strukturen untereinander verbindet und derart versteift.

Hallo Pardon,

Ja sicher, es stimmt, Dreibeinstative haben Schwächen und es kann sich lohnen sie zu verstärkten,

Hier geht es allerdings in erster Linie um Teleskope als Ganzes, verschiedene Komponenten sind für Schwingungen verantwortlich, und wenn die Komponten zu einander passen, sollten die Beiträge natürlich möglichst klein sein, aber auch ähnlich, sonst sind Teile überdimensionert. Bei meinem Stativ kann ich die Torsionsteifigkeit mit einem Dreieck aus Proflien auf 2/3 der Höhe verdreifachen, dafür muss es fest eingebaut werden und die Austarrierung auf unebenenem Boden wird sehr viel schwieriger. Kurzum, meist verzichte ich darauf, weil der Nutzen eher gering ist, denn das Stativ trägt nur ~1/3 zu der gesamten Torsion bei. Wenn ich den Beitrag wie genannt durch das Dreieck senke, bringt dies nur gut 25% Reduktion, dafür lohnt sich der Aufwand kaum.

Ein Dämpfung - wenn sie denn wie geplant funkioniert - könnte sehr viel mehr bringen.

beste Grüße

Thomas

Hallo zusammen,

ein kleiner Zwischenbericht.

Der Dämpfer funktioniert zwar im Prinzip, doch eher mäßig, es gibt einige Probleme :

1. Ein Fluid mit hoher Zähigkeit wie Glyzerin lässt sich sehr schwer einfüllen, ich habe mir extra eine  Spritze ausgeliehen mit der man es aus der Flasche saugen kann und dan in die kleine Öffnung ein zu füllen, doch die Viskosität ist so hoch, dass es nicht funktioniert.
2. Wasser wird zur Dämpfung nicht reichen, doch einen Versuch schien es mir wert.  Die Dämpfung ist nur gering und der Dämpfer leckt. An der Dichtung für die Durchführung tritt Wasser aus.
3. Im Dämpfer ist die Bewegung linear, die - wenn auch sehr geringe- Schwingung dagegen eine Rotation. Wenn ich die Schrauben zur Fizierung ausreichend fest anziehe neigt der Dämpfer zum Verkanten und blockiert, sofern er nicht perfekt in der Mittelposition steht.

Das erste Problem wird sich recht leicht lösen lassen. Die Dichtung habe ich mit einer dicken Schicht Vaseline deutlich verbessern können. Das Verkanten ist dagegen eine härtere Nuss, denn die Gewindestange muss ohne jedes Spiel fixiert werden, doch wegen des unterschiedlichen Charakters der Bewegungen müssten sich die Mutten zum Fixieren wenn auch nur minimal radial bewegen und hier kommen dann Reibungskräfte, vor allem Haftreibung ins Spiel die ja zu vermeiden sind.

Die gute Nachricht, der drehbare Befestigungsring dagegen funkioniert soweit ich sehen kann wie gewünscht.

Ich werde daher einen anderen Weg einschlagen, der im Grunde viel einfacher ist und den ich trozdem, wohl etwas voreilig verworfen hatte.

Der Dämpfer besteht dann lediglich aus zwei ebenen Platten, dazwischen das Fluid. Ich hatte dies verworfen, weil mir keine Fluide bekannt waren, die eine genügend hohe Viskosität besitzen und vermutete, dass es für die relevanten Temperaturen nachts auch keine gäbe. Doch Öle und Fette für Differentiale, z.B. von ferngesteuerten Modellautos ( RC-Cars) sind in passenden Mengen mit Viskosiäten bis 2 x10⁶ mPas Sekunden erhältlilch, also bis zu 1000 mal zäher als Glyzerin oder 100 mal zäher als Honig!

Inzwischen ist eine kleine Flasche mit 50 ml mit einer Viskosität von 300.000 mPas bei mir eingetroffen, es sieht viel versprechend aus: Wenn ich die Flasche drehe fängt das Öl nur sehr langsam an zu fließen. Ich warte jetzt auf die notwendigen Aluprofile um so einen Flächendämpfer zu bauen.

beste Grüße

Thomas

Hallo zusammen,

die Aluwinkel sind gestern eingetroffen.

Eine Nebenbemerkung, wenn man über keine eigene, vollausgerüstete Werkstatt verfügt, finde ich es ausserordenlich praktisch, dass man recht preiswert Alu-Rohre und Profile, z.B. Vierkant-, L- U oder auch T-Profile mit unterschiedlichen Wandstärken und Abmessungen mit der passenden Länge online bestellen kann. Meist trafen sie nach 2-3 Tagen nach der Besetellung ein.

Hier nun die neuen Komponenten, etwas übersichtlicher als beim Dämpfungszylinder:

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Im Hintergrund das sehr zähflüssige Fluid, im Vordergrund, in der Plastiktüte 50 kleinen Kugeln mit 1 mm Durchmesser.

Jetzt kann es mit dem Basteln weiter gehen .

beste Grüße

Thomas

Hallo zusammen,

der Bau des Dämpfers mit ebenen Flächen ging noch viel schneller und einfacher als erwartet.

Er sitzt zwischen dem unteren Teil der Montierung und und ist an der Mittelsäule des Statives befestigt. Ich finde es ist einiges kompakter als der in Post #13 gezeigte Testaufbau

https://www.astrotreff.de/index.php?attachment/45135-dsf4665-bearbeitet-jpg/

Im Wohnzimmer konnte ich einen ersten Test bei 110x Vergrößerung durchführen, allerdings unter schwierigen Bedingungen, dann der Holzfussboden neigt zum Vibrieren, besonders wenn Autos vorbei fahren. Mechanisch funkioniert alles wie gewünscht, das Telekop lässt sich in jede gewünschte Richtung einstellen.

Wenn die Feststellschraube gelöst ist sieht man in horizontaler Richtung praktisch keine Schwingung. Das Teleskop ist allerdings recht leichtgängig. Wie groß der Unterschied zur Leichtgängigkeit gegenüber dem Ursprungszustand ohne Dämpfer ist lässt sich nicht so einfach feststellen, dann dazu müsste ich ihn wieder abbauen, und mir einen Messaufbau überlegen, der die Reibungskraft als Funktion der Geschwindigkeit misst.

Vermutlich ist die Reibung noch zu klein, bei dem neuen Aufbau ist es nicht so einfach die Reibung einzustellen, Für die sehr einfache Geometrie lässt sich die benötigte Viskosität $\eta $ abschätzen

$\eta =2\gamma Md/A$

wobei $\gamma $ die Dämpfungskonstate, d der Abstand der Platten, A deren Fläche und M die Masse des Teleskops mit Montierung ist. Diese Formel gibt nur eine sehr grobe Orientierung, denn die die Massenverteilung des Teleskops und der Abstand des Dämpfers von der Drehachse sind nicht berücksichtig. Unter p.s. findet sich eine bessere Näherung.

Mit einer Masse von 15kg, 15 cm²  Fläche, 0, 3 mm Abstand und $\gamma $ = 50/s kam ich auf die 300.000 mPas des Fluides, das vor wenigen Tagen per Post kam.

Nochmal zur Erinnerung das Problem, bzw. meine Interpretation.

Die Dämpfung der verschiedenen Komponenten eines Teleskops ist viel kleiner als die Schwingungsfrequenz. Die Stärke der Dämpfung hängt u.A. davon ab, wie stark man die Feststellschrauben anzieht, doch ab einem bestimmten Punkt überwiegt die Haftreibung, dann geht praktisch schlagartig die Dämpfung gegen null und das Teleskop beginnt zu schwingen.

Das Ziel ist also die Leichtgängigkeit zu reduzieren, ohne dass das Teleskop dann an zu schwingen anfängt.

Verschiedene Wege stehen bei dem diesem Dämpfer offen:

1. die Fläche  vergrößern
2. den Abstand verkleinern
3. ein zäheres Fluid

Zu 1. Die Fläche vergrößern bedeutet neu bauen. Vermutlich sollte ich das sowieso, denn der jetzige Aufbau ist zwar schön kompakt und leicht ( nur 150 g) doch wie kann ich ihn transportieren, ohne dass das Fluid ausläuft?

Zu 2. Viel weniger als 0,3 mm Abstand scheint mir schwierig, schon dieser geringe Abstand ist nicht so einfach einzustellen und beizubehalten, die Platten dürfen ja nicht mit einander durch das Fluid verkleben. Eher überlege ich den Abstand beginnend bei 0,25 mm variabel zu machen um die Dämpfung genau auf den aperiodischen Grenzfall einstellen zu können .

Zu 3. Weil es am einfachsten ist habe ich 50 ml extrem zähflüssiges Fluid mit 2.000.000 mPa s bestellt, ca. 100 mal zäher als Honig. Laut Webseite soll es nicht fließfähig sein. Es wird aber in einer kleinen Flasche geliefert, so dass man sich fragt wie man es aus der Flasche bekommt. Ich lasse mich überraschen. Mag auch sein, dass diese Fluid zu zäh ist, meine Hoffnung wäre dann, dass ich es mit dem anderen Fluid mischen kann um eine niedrigere Viskosität zu bekommen.

Fotos zum Aufbau kommen dann auch noch.

beste Grüße

Thomas

p.s. hier die genauere Formel zu Bestimmung der benötigten Viskosität $\eta $:

$\eta =2 \Theta\gamma d/A $R²

hier ist $\gamma $ die Dämpfung , A die Fläche der Platten, d deren Abstand, $\Theta $ das gesamte Trägheitsmoment von Teleskop und Montierung und R der Abstand des Dämpfers von der Drehachse . Da R qudratisch eingeht, kann die Änderung leicht einen Faktor 10 betragen.