Alu-Spiegel von der Drehbank

Hallo Gert,

die eigentliche Parabel scheint ja sehr gut getroffen zu sein, das finde ich schon bemerkenswert, ich hätte nicht gedacht das man das mit zerspanender Bearbeitung so gut hinbekommt.

Je nachdem was das für eine Legierung ist könnte man den Spiegel hart anodisieren und verdichten, und diese Schicht, die relativ hart ist, dann konventionell polieren. Da die Parabel schon gut getroffen ist müsste man dabei nur sehr wenig Material entfernen. Ob die so erzeugte Oberfläche dann hinsichtlich ihrer Struktur und Reflektivität dann als optische Fläche zu gebrauchen wäre ist schwerlich vorherzusagen, das kann man nur ausprobieren.

Grundsätzlich bin ich da aber optimistisch, da die Oberfläche aluminisierter Spiegel, die keine SiO2 Schutzschicht bekommen, im Laufe der Zeit ja auch eine Oxidschicht aus Al2O3 ausbildet und diese dann sehr gute optische Eigenschaften hat.

Gruß Ulli

Hallo Gert

chemisch vernickeln soweit ich sagen kann. Nachpolieren und dann Aluschicht drüber. Bei Spiegeln aus Alu habe ich gehört, dass diese sich im Laufe der Jahre aber verziehen können.

VG

Gerhard

Zu diesem Thema kann man versuchen, bei der Berliner Wilhelm-Foerster-Sternwarte nachzufragen. Die hatten mal ein Teleskop mit einem Spiegel aus Aluminium. Zu Zeiten von Herrn Wedel. Ist schon lange her.

Grüße

Dietrich

Zitat von Gerhard_S

Hallo Gert

chemisch vernickeln soweit ich sagen kann. Nachpolieren und dann Aluschicht drüber. Bei Spiegeln aus Alu habe ich gehört, dass diese sich im Laufe der Jahre aber verziehen können.

VG

Gerhard

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Hallo Gerhard,

ich glaube das die Dicke der Nickelschicht über die gesamte Fläche nicht homogen sein wird und damit von der Parabel nicht viel übrigbleibt, d.h. man müsste den Spiegel komplett neu parabolisieren.

Ich vermute das der Grundgedanke bei dem Projekt war, die Herstellung eines Spiegels lediglich auf die spanende Bearbeitung zu reduzieren. Wenn man das hinbekommen würde, wäre das eine enorme Reduzierung des Aufwands für die Herstellung eines Spiegels.

Bei allem, was man dann noch zusätzlich machen müsste, wenn die mit der Zerspanung erreichte Qualität nicht ausreicht, muß man dann halt abwägen ob der insgesamt zu treibende Aufwand noch in einem vernünftigen Verhältnis zum Nutzen steht.

Gruß Ulli

Zitat von CD123

Zu diesem Thema kann man versuchen, bei der Berliner Wilhelm-Foerster-Sternwarte nachzufragen. Die hatten mal ein Teleskop mit einem Spiegel aus Aluminium. Zu Zeiten von Herrn Wedel. Ist schon lange her.

Grüße

Dietrich

Hallo Dietrich,

Gert kommt von dort wie ich. Aber es stimmt, ich weiß nicht, wie der Aluspiegel aus Italien poliert wurde. War m.W. ein sphärischer f/3-Spiegel, zudem B. Wedel dann einen mehrlinsigen Korrektor berechnet und geschliffen hatte.

Das Muster wird von der Rauhigkeit in der Oberfläche bekommen. Beim draufsehen mag das zwar wie poliert aussehen, aber Stathis würde z.B. in so einem Fall sagen, das hier der Feinschliff zu schnell übergangen wurde, was eine Politur nicht mehr ausgleichen kann. Vielleicht gibt es ein spezielles Polimittel für Aluminium? Müsste ich selbst mal nach guggeln.

Vielleicht gelingt sowas zukünftig mal mit Glas(keramik)...dann würden Spiegel preisgünstiger wie genauer werden. Denn das Ronchi sieht schon sehr gut aus, was die Form angeht.

Hallo

man müsste man an der Maschine noch mal mit einer Rolle drüber gehen deren Kontaktfläche größer ist , vielleicht 10% vom Spiegelradius in der Breite, Tonnenförmig mit dem Radius des Spiegels und recht großem Durchmesser.

Ob das Tool dann perfekt poliert sein muss oder man Alu nimmt in der Hoffnung es glättet sich gegenseitig?

Die Oberfläche wird damit komprimiert, muss man hoffen das das Alu homogen genug ist

Alles andere das auf Bedampfen endet ist wohl wenig sinnvoll, würdigt die Leistung der Maschine nicht produziert Zeit und Mehrkosten.

Interferometer sollte drin sein , und auch mal unter unterschiedlichen Temperaturen prüfen, oder auch wärend der Auskühlphase

es wäre ein Experiment zur Glättung, es hat noch niemand derartig genaue Oberflächen überhaupt gedreht

Gruß Frank

Wir machen das auch auf der Arbeit - Diamantdrehverfahren und Diamantfraesen von Freiformen auf der 5-Achs-Maschine. Allerdings werden die Rohlinge auf herkoemmlichen CNC-Maschinen vorgearbeitet, und nur das letzte Finish (und spezielle Formen, wie Asphaeren etc) kommen dann rein.

Es stimmt aber auch, dass Aluminium nicht sonderlich formstabil ist. Wir machen nur relativ kleine Spiegel, meist MIkrooptiken wie die Slicerspiegel fuer die NIRSpec-IFU des JWST. Diese Optiken sind gut fuers Infrarote, aber erreichen (noch) nicht die Qualitaet von herkoemmlich polierten Optiken. Dafuer lassen sich Optiken herstellen, die mit herkoemmlicher Glaspolitur schwer oder gar nicht realisierbar sind. Auch sind Monolithen, wo Optik und Gehaeuse aus einem Material besteht, machbar. Das macht vor Allem bei kryogenischen Systemen, z.B. im thermischen Infrarot, Sinn.

Für Alu und Zerspantechnik ein beachtliches Ergebnis!

Da würde mich mal ein Foucaultbild interessieren, dort kann ich die Oberflächenbeschaffenheit besser beurteilen.

Alu hat - wie alle Metalle - eine Kristallstruktur. Ob das jetzt damit zu tun hat, oder ob es an der Bearbeitung liegt? Nicht umsonst nimmt man nach wie vor Glas oder Glaskeramik für Präzisionsoptik, bei der hohe Glätte gefordert ist. Isteressant jedoch die Ausführungen von Jürgen dazu.

Durch den alten Aluspiegel der Wilhelm Foerster Sternwarte Berlin hate ich nach dem Umzug (nach Dahmelang?) mal kurz durchgeschaut. Ich kann mich noch ganz wage an eine fürchterliche Abbildung erinnern.

Wenn man die Fläche erst noch mit einer harten Schicht bedampfen und anschließend doch noch überpolieren muss, wäre der Sinn des Ganzen wohl verfehlt.

Spannender Versuch,

aus meiner Lehrzeit (bin eigentlich Elektroniker, hatte nur mechanische Grundausbildung) hab ich in Erinnerung, dass man mit der Drehmaschine irgendwo im 1/100 mm - Bereich unterwegs ist, was die Genauigkeit angeht (in der Lehrwerkstatt, Drehmaschine mit Handbedienung) - beim Spiegelpolieren spuckt FoucaultXP Werte im nm-Bereich aus - das passt irgendwie nicht ganz zusammen - oder sind die modernen CNC-Maschinen so hochgenau ? Passt aber nicht in meinen Gedankenwelt🤔

Gruß, Martin

Hallo

Ja schön das man komplizierte Formen mit Wasserstrahl schneiden kann,

Aber das da Außen an der Spiegelfassung gibt es wohl keine Erklärung, es hat lediglich viel Zeit bei Entwicklung , Programmierung und Produktion gekostet, da weiß man warum deutsche Ingeneurskunst so teuer ist. Wenn du bisschen Hirnzeit verschwenden willst kannst du die mechanischen Verspannungen ja nachrechnen lassen.

Gruß Frank

Zitat von Gert

Hallo Beisammen,

Also das Ronchi Foto sieht schlimmer aus, als der visuelle Anblick. Da ist die Oberfläche eher normal und es sieht aus wie ein 'Hammerschlaglack' mit feinen Linien. Sieht aus wie kleine Fusseln auf dem Spiegel. Ich finde schick, dass es z.B. keine abgesunkene Kante gibt und die allgemeine Parabelform halt stimmt.

Hallo Gert,

sehr interessant, und bemerkswert, wenn die Oberfläche wie Hammerschlag aus sieht könnte das allerdings auf eine starke Mikrorauigkeit hinweisen. Im Bild würde sich dies durch sehr große Halos um die Sterne bemerkbar machen. Wie gut auf CNC Maschinen gefräste oder gedrehte Optiken sind hängt ganz stark vom Aufwand ab, ich hatte als Test ein gefrästes Brillenglas ausprobiert, da war die Qualtität obwohl es wie ein geschliffenes und poliertes aussah grauenhaft. Röntgenspiegel, die arbeiten bei streifenden Einfalls werden mit speziellen Maschinen gefräst, da bekommt man Foki im $\mu $m Bereich bis hin zu 1 $\mu $m hin, doch die Flächen der Spiegel sind of nur im Bereich einige 100 cm² und die Spiegel sind extrem teuer, Preise können 100.000 Euro übersteigen.

Ich würde den Spiegl mal in ein Teleskop einbauen, den Mond oder auch Deep Sky Objekte anschauen, ich könnte mir vorstellen, dass wegen der Halos die Sterne viel dunkler aussehen .

beste Grüße

Thomas

Hallo

Ein noch so *schöner" Ronchi Test hat seine bekannten Limitationen. Ein künstliicher Sterntest gibt ergänzende Informationen (Ronchi Gitter durch ein Okular ersetzen). Naheliegend ist dann, auch einen WinRoddier Test zu machen (Okular durch Planetenkamera ersetzen). Wenn er durchführbar ist (warum soll er es nicht sein) hat man einen Quantensprung an Information. (Man kann ihn natürlich dann auch am zusammengebauten Teleskop machen.)

Gruss, Beat

Zitat

dass man mit der Drehmaschine irgendwo im 1/100 mm - Bereich unterwegs ist,

Die Diamantdrehmaschinen sind keine normalen Drehbaenke. Das sind luftgelagerte CNC-Maschinen mit Praezisionsencodern, die auf Granitplatten ruhen, die ihrerseits wieder auf einem Luftkissen sitzen, um Seismik (z.B. von draussen vorbeifahrenden LKWs) aufzuhalten. Die Mikrorauhigkeit, die wir mit unseren Nanotecmaschinen hinbekommen, liegt bei ca. 3-5nm rms, wenn Flugzeugaluminum der Legierung 6061 verwendet wird. Allerdings sind die Werkzeugmuster sehr gleichmaessig und das hat dann mitunter einen Beugungsgittereffekt. Aehnliches kann man auch schon bei einem auf einer normalen Drehbank abgedrehten Stueck Metall bewundern, aber bei der Diamantbearbeitung ist dieses Gitter dichter.

Auch verschleisst das Werkzeug, das ja viele Kilometer auf dem Werkstueck zuruecklegt. Der Verschleiss kann teilweise eingeplant und kompensiert werden, und nach dem Job kann es sein, das das Diamantwerkzeug zum Nachschliff an den Hersteller zurueckgeschickt werden muss. Billig ist das alles nicht. Dafuer koennen Freiformen wie Off-Axis-Asphaeren oder optische Facettenraster erstellt werden, was mit der klassischen Optikbearbeitung nicht geht.

Es ist nur so ein Gedanke aber...

Ich denke, Aluminium gepaart mit einer sehr harten Oberfläche würde sich als Spiegel doch kaum eignen. Aluminium, zumindest 6061er und nicht 7071er, ist sehr weich als Material. Auch wenn man eine Vergütung aus einer gehärteten aufgedampften Schicht hinbekäme und den Spiegel auspoliert, bliebe immer noch die Tatsache, daß das Aluminium beim Auskühlen doch viel schneller reagiert und die Schutzschicht ad absurdum führen würde.

Oder?

Hallo Samuel,

Zitat von Samuel L. Bronkowitz

...wenn man eine Vergütung aus einer gehärteten aufgedampften Schicht hinbekäme ....... bliebe immer nocht die Tatsache, daß das Aluminium beim Auskühlen doch viel schneller reagiert und die Schutzschicht ad absurdum führen würde.

...'s hat zwar nix mit Optiken zu tun, aber es gibt schon haltbare u. bearbeitbare (bis in den my-m Bereich) ,,Schutzschichten" die auch keine Probleme bei erforderlicher Temperaturanpassung bereiten.

So was wird im Motorenbau schon über 50 Jahre bei Aluminiumzylindern angewendet.

Als Stichwort sei hier mal als ein Beispiel: ,,Nikasil" genannt.

...ok..wie lukrativ solch aufwändige Spiegelfertigung letztlich wäre....?...

(P.S.: an die Mods....wenn mein Beitrag nicht hier her passt, ..... einfach löschen)

Das ist wirklich sehr, sehr faszinierend.

Man müsste wissen, was das für eine Legierung ist, es wird ja fast nie reines Alu verwendet.

Eventuell könnte man überlegen, ob man durch eine Wärmebehandlung das Gefüge leicht verändern kann.

Das Hauptproblem sehe ich aber darin, dass die Oberfläche sehr schnell oxidieren und dadurch matt werden wird.

Nichtrostender Stahl wäre vielleicht eine Alternative.

Dennoch ist die Präzision bemerkenswert.

Hallo Gert, hallo in die Runde,

sieht ja schonmal ziemlich gut aus die grobe Spiegelform, ist aber leider nicht alles. Ich arbeite an einem Fraunhofer-Institut, welches sich hauptsächlich mit Optik beschäftigt und wir haben diverse Ultrapräzisionsdreh- und Fräsmaschinen für die Spiegelherstellung. Hier verwendet man eher extrem steife spezielle Al-Legierungen mit sehr viel Silizium (eigentlich mehr Si als Al) als Spiegelgrundträger, aber diese werden galvanisch mit Nickel-Phosphor beschichtet und in diese Schicht wird dann Diamant-gedreht. Das Nickel-Phosphor ist dabei nicht allzu hart und neigt auch wenig zu Kristallisation. Das funktioniert für IR ziemlich gut, aber fürs VIS hat man schon einige Probleme mit den Drehriefen, Rauhigkeit und Welligkeit und im UV sind die gdrehten Spiegel ohne spezielle Nachbearbeitung mit CMP, IBF, MRF garnicht verwendbar. Interferometrisch sieht alles nicht so schlecht aus, aber im hochfrequenten (Rauhigkeit) und mittleren Frequenzbereich (Welligkeit) trennt sich dann die Spreu vom Weizen. Diese misst man entweder mit AFM oder mit dem WLI, da beim klassischen Interferometer ist die Orts-Auflösung nicht ausreichend ist. Mt dem Knife-Edge Test wäre es wahrscheinlich möglich, hier eine Einschätzung der Rauhigkeit und Welligkeit vorzunehmen.

Der Vorteil beim UP-Drehen ist aber, dass man hier auch relativ einfach asphärische Spiegel und monolithische Spiegelsysteme aus mehreren Spiegelsegmenten, welche jeweils Off-Axis-Segmente eines großen Spiegels sind, in einer Aufspannung bearbeiten kann. Ist beispielweise bei kompakten und miniaturisierten Satelliteninstrumenten und Weltraum-Teleskopen interessant.

Aber alles in allem schreitet die Bearbeitungstechnik ziemlich schnell voran und mit entsprechenden Aufwand lassen sich mit UP-Drehen sogar geblazte und gechirpte optische Gitter auf gekrümmten Oberflächen herstellen.

Vg Tino

Hallo Tino,

sieht so aus als ob Ihr das Gleiche macht wie unsere Gruppe (Durham Precision Optics). Wir haben z.B. die Image-Slicer fuer die Integralfieldeinheit des NIRSpec-Spektrografen des JWST gemacht. Da war die Diamantbearbeitung sehr gut geeignet: Viele kleine ausseraxiale Flaechen, insgesamt kleine Optik, Infrarot. Das ganze Instrument konne aus dem gleichen Material gemacht werden, also Optik und Mechanik, sodass thermische Einfluesse keine grosse Rolle spielen. Ein typisches Einsatzgebiet fuer die Diamanten.

Bist Du in Jena (ich glaube, IOF?). Ich war da vor vielen Jahren mal auf einer Konferenz ...

Hallo Gert,

meinst du mit "solides Schmidt-Cassegrain" eine Konstruktion wie etwa das Vivitar 4.5/450mm der Serie 1? Das Objektiv bestand damals aus einem geformten Block Plastik und nur wenigen anderen optischen Elementen, war also weitgehend "solid ". Dennoch von recht guter Leistung.

Grüße

Dietrich

Hallo Jurgen,

ja, ich arbeite am IOF in Jena. Ich beschäftige mich aber nur peripher mit der mechanischen Teleskop/Spiegelherstellung, sondern stelle für deren Vermessung spezielle CGHs (computergenerierte Hologramme) mit einer E-Beam-Anlage her, aber hauptsächlich diverse optische Gitter für Weltraummissionen, Laseranwendungen, aber auch Mess-CGHs für Großteleskope, wie beipielsweise den M2 vom ELT usw..

Um zum Thema zurückzukommen, die mechanische Ultrapräzisionsbearbeitung hat sich die letzten Jahre wirklich stark etabliert. Vor allem die monolithische Herstellung von recht komplizierten Optikaufbauten, ohne die Notwendigkeit von komplizierten Alignmentstrategien, ist bei Weltraummissionen fast essentiell.

Es ist daher nicht verwunderlich, dass auch neuere "normale" CNC-Anlagen in optische Genauigkeitsbereiche vordringen, welche vor Jahrzehnten feinsten optischen Fertigungsverfahren vorbehalten waren.

Lg Tino