Spannungen im Glas - Fortsetzung

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Raphael</i>
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Ganz einfach: Es lassen sich verschiedene Werte vergleichen und man kann auf bereits erforschtes zurückgreifen. Warum müssen wir immer alles neu erfinden was schon etliche male gebaut wurde - oder warum müssen wir immer von neuem beweisen was schon lange bewiesen ist. Es gibt eine verlässliche Quelle aus der ich weiß, dass für astronomische Spiegel das Glas nicht mehr als 5nm/cm Glasweg an Gangunterschied aufweisen darf. Für hochwertige Spiegel wird &gt; 2nm/cm Glasweg empfohlen.

<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Hallo Raphael,
gibt es eine Methode mit der wir hier vorliegende Rohinge auf diese Werte hin untersuchen können. Bisher durchleuchte ich einen Rohling mit polarisiertem Licht und entscheide nach Gefühl, ob mir das was ich sehe gefällt oder nicht.
Selbst bei perfekten Rohlingen sieht man an vier Seiten leicht abgedunkelte Kanten. Bei stark verspannten Rohlingen sehe ich Kreuzmuster und beginnende Farbmuster. Wie kann ich deine Angaben korellieren?
Grüße Martin

Hallo an alle Spannungsprüfer (auch Marty),
nach meinen beiden ersten Postings zu diesem Thema hier noch einmal eine praktische Prüfanleitung nach der Senarmont Methode. Alles was benötigt wird sind 2 Polarisationsfolien (bzw TFT + Polarisationsfolie) und eine Viertelwellenfolie (PV200 Schneider Kreuznach).
Folgender Aufbau:
1. Polarisationsfolien kreuzen (dunkel, kein Licht geht durch)
2. Viertelwellenfolie kommt zwischen die gekreuzten Polarisatoren und wird so gedreht, das wieder kein Licht durchkommt.
3. Probe zwischen Polfolie (TFT) und Viertelwellenfolie. Spannungen werden sichtbar.
Also Reihenfolge: TFT, Probe, Viertelwellenfolie, Polarisationsfolie (Analysator)
Zur Ermittlung des Wertes der Spannungsdoppelbrechung wird der Analysator gedreht. Dabei wandert ein dunkler Bereich von innen nach aussen. Im Prinzip betrachtet man die Stelle, an der man die Spannung messen möchte und dreht so lange, bis an dieser Stelle die Aufhellung verschwunden ist, dann ist die Spannung kompensiert. Jetzt muss man den Winkel bestimmten, um den der Analysator verdreht wurde.
Die Spannung ermittelt man folgendermaßen:

Winkel*Wellenlänge/180°/Dicke der Probe in cm

Werte von weniger als 5 nm/cm halte ich auch für gut.
Dies ist übrigens die Methode, mit der bei uns alle optischen Gläser und Zerodur geprüft wird.
Gruß
Jedi

Hallo Jedi !

Genau nach so einer Beschreibung habe ich gesucht.
Vielen Dank für diese "Profi"-Informationen.
Du hast mir sehr weiter geholfen.
Eine Frage habe ich auch noch.
Was geschieht wenn man statt einer L/4 Folie
eine L/2 Folie verwendet ?
Geht das auch, oder was ist der Grund das es
eine L/4 Folie sein muss.

Viele Grüße
Alois

Hallo,
es ist leider nicht ganz einfach zu erklären, warum man genau eine Viertelwellenfolie benötigt, ich glaube dies würde das Forum sprengen (außerdem müsste ich mir das selber auch noch mal ganau anschauen).
Ich habe aber eine wichtige Ergänzung zu dem Prinzip. Wichtig ist, das man mit der Methode die Spannung nicht überall messen kann, sondern nur genau auf einer Linie "zwischen" den Balken des Kreuzes (45° zur Polarisationsrichtung).
Gruß
Jedi

Hallo!

Der Anleitung von Jedi zur Senarmont-Methode folgend, habe ich erste
Versuche mit meinem selbstgebastelten Lambda/4 Plättchen (5 Lagen
Klarsichtfolie, dazwischen Öl, s.o.) gemacht. Testobjekt war der
Rohling von meinem ersten noch nicht ganz gelungenen Temperversuch.

Links im 1. Bild ist der Rohling zwischen den gekreuzten Polfiltern
zu sehen. In der Mitte ist bereits das Lambda/4 Plättchen (kurz L/4
genannt) zwischen Glas und Analysator Polfilter (An.) eingebracht.
Ich habe es hier so gedreht, dass die Hauptachsen von L/4 einen
Winkel von 45° mit der Polarisationsrichtung vom TFT-Schirm
einschließen. Das direkte linearpolarisierte Licht vom TFT wird
dadurch in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, welches
der nachfolgende An. teilweise durchlässt, völlig unabhängig von
der Ausrichtung von An.. Daher also der helle TFT-Schirm im
mittleren Teil des 1. Bildes. Das soll nur die Wirkung von L/4
demonstrieren, ist aber noch nicht die von Jedi geforderte
Einstellung. Eine Drehung von L/4 um 45° bringt eine Hauptachse
von L/4 in Übereinstimmung mit der Polarisationsrichtung vom
TFT-Schirm. Rechts ist das Ergebnis zu sehen, es unterscheidet
sich praktisch nicht vom ursprünglichen Bild links. Das sollte nun
Punkt 2 von Jedi's Anleitung entsprechen. Es kann also losgehen.

Im nächsten Bild wurde nun mit der Ausgangsposition beginnend,
das Polfilter in 5°-Schritten in eine Richtung gedreht. Man sieht
wie die schwarze Zone in der Mitte nach oben und nach unten
auszuwandern beginnt. Der obere schwarze Fleck erreicht den oberen
Rand des Rohlings bei etwa 30°, der untere den unteren Rand bei
vielleicht 50°. Schnell in Jedi's Zauberformel eingesetzt, macht
bei einer Dicke des Glases von 3.5cm und einer Wellenlänge von
545nm: oben 26nm/cm, unten 43nm/cm

Im letzten Bild wurde das Polfilter in 5°-Schritten in die andere
Richtung gedreht. Nun wandert die schwarze Zone nach links und nach
rechts. Beide Ränder des Rohlings werden bei etwa 35° erreicht.
Macht also 30nm/cm.

Scheint Euch das plausibel Leute? Oder hab ich da noch einen
Denkfehler drin[?]

M.f.G.,
Robert

Hallo Robert,
herzlichen Glückwunsch, genauso wird es gemacht. Was mich besonders fasziniert ist die selbstgemachte lambda/4 Folie. Woher hast Du die Idee ?
Alles Gute
Jedi

Vielen Dank, Jedi, für Deine ausführliche Anleitung!

Die Idee stammt aus:

Berkeley Physik Kurs Bd.3
Schwingungen und Wellen
Frank S. Crawford, Jr.
Vieweg 1974 (ISBN 3 528 083530)

bzw. im Original:

Berkeley Physics Course: Waves
Hardcover / McGraw-Hill Education / January 1968 / 0070048606

Ich glaube, beide sind leider schon vergriffen.

M.f.G.,
Robert

Hallo Robert.

Wuderbare Vorführung die du da gemacht hast.
Da bekommt selbst der Optiker große Augen.
Ich habe wohl Spannungen sichtbar gemacht
aber noch nicht so analytisch.

Vielen Dank
Alois

Hallo Frank!
Es ist wie Du es vermutest, ich füge soviel Folien zusammen, bis die richtige
Dicke erreicht ist, eine Referenzfolie verwende ich nicht.
Im Prinzip sollten alle durchsichtigen Kunststofffolien gehen, die bei ihrer
Herstellung gedehnt wurden. (z.B. Lebensmittelfolie) Die Dehnung führt in der
Folie zur Doppelbrechung genau wie die Spannungen im Glas nur wesentlich
homogener. Ich verwende relativ dicke A4-Folien aus dem Papierfachhandel.
Overheadfolien sollten sich auch eignen.
Man nimmt also ein Stück Folie und hält es zwischen gekreuzte Polfilter.
Sieht man eine Aufhellung, so ist die Folie doppelbrechend. Nun kann
man die Folie solange drehen bis ein Helligkeitsmaximum erreicht ist.
Hier ist die einfallende Polarisationsrichtung genau 45° gegen die beiden
optischen Achsen (langsame und schnelle Achse) verdreht. Dreht man die
Folie um 45° weiter, wird es wieder dunkel, da nun die einfallende
Polarisationsrichtung mit einer der beiden Achsen zusammenfällt und
die Ausbreitung des Lichts nur mit einer Geschwindigkeit erfolgt.
Daher ändert sich der Polarisationszustand nicht. Nochmals um 45°
weitergedreht und es wird wieder hell.
Bleiben wir bei dieser Stellung. Wenn man nun eine 2. Folie in gleicher
Orientierung (nicht 90° verdreht!) dazu gibt, so sollte es noch heller
werden. Jetzt gibt man solange Folien dazu, bis die Helligkeit wieder
abnimmt. Der Stapel Folien bei maximaler Helligkeit entspricht einem
Lambda/2-Plättchen.
Kontrollieren kann man es indem man die Polfilter parallel richtet,
d.h. ohne Folien auf maximale Durchlässigkeit. Kommt nun das
Lambda/2-Plättchen (in richtiger Drehstellung!) dazwischen, sollte
es dunkel werden.
Teilt man den Folienstapel in 2 gleiche Teile, so hat man 2
Lambda/4-Plättchen für die Senarmont-Methode.

Die optische Qualität solcher Folienstapel ist nicht gerade berauschend.
Etwas besser wird es mit Öl zwischen den Folien, die Luftblasen kann
man leicht herausstreichen.

B.t.w., Frank, ich habe Dir noch nicht zu Spiegelchen gratuliert,
es sieht vorzüglich aus! [:)]

Vielen Dank auch Dir Alois für das nette Lob[:I], es gebührt aber mehr Jedi.

M.f.G.,
Robert

Hallo alle zusammen,

ich bin noch die Ergebnisse aus meinen Temperversuchen über Ostern schuldig. Den gehärteten Rohling (Maxos-Glas, 150 mm/21 mm dick) habe ich auf 565°C erwärmt und diese Temperatur für 2 h gehalten. Dann habe ich in einem ersten Schritt in 48 h auf 515°C abgekühlt. Dann in einem zweiten Schritt in 48 h auf 460°C. Dann wurde der Ofen abgestellt. Nach weiteren 15 h hatte der Rohling dann 200°C und wurde aus dem Ofen genommen.

Im Ergebnis sind auch hier die groben Spannungen heraus und man sieht nur noch die typischen gekreuzten Arme, wie sie Robert ja bereits dokumentiert hat.

Von dieser Temperorgie habe ich mir doch etwas was mehr versprochen. Immerhin war das Teil über 100 h im Ofen. Vielleicht liegt es ja auch an dem Glas, das ja auf den Härtungsprozeß hin ausgelegt ist und sich möglicherweise deshalb nicht vernünftig entspannen läßt. Vielleicht darf man aber auch den Temperaturbereich zwischen 200 und 480°C nicht so schnell durchfahren.

Das erste Glas, welches an zwei Wochenenden für jeweils 60 h getempert wurde, sieht im polarisierten Licht genauso aus. Das ist übrigens fertig geschliffen und poliert (6"/f9) und wiedersetzt sich allen Versuchen beim Foucault Test. Ein gesonderter Hilferuf geht dazu aber noch raus.

Grüße aus Hamburg

Christoph

Hallo Frank!
Freut mich, dass es so gut funktioniert hat. Wie vermutet ist
Dein getemperter Rohling bereits sehr spannungsarm. Jedi gibt
typische Spezifikationen mit 10-12nm/cm an. Demnach hast Du es
geschafft. [:)]

Hallo Christoph!
Das sind sehr interessante Ergebnisse, insbesondere weil
Du am Anfang eine um 15K höhere Temperatur als ich gewählt
hast. Trotzdem sind so wie bei meinem Rohling noch
Restspannungen zurückgeblieben.
Maxos Schaugläser sollten aus Schott Suprax 8488 bestehen,
mit einer Transformationstemp. von 540°C. Das ist
höher als bei Duran (525°C). Sogesehen haben wir beide
am Anfang die Transformationstemp. um 25K überschritten.
Der Vergleich mit Deinen früheren Tempergängen legt
eigentlich nahe, dass noch längeres Tempern auch keinen
wesentlichen Fortschritt bringt. [?]
Sollten Transformationstemp. + 25K am Anfang doch zu
wenig sein? Dagegen spricht aber der recht erfolgreiche
Tempergang von Frank mit einer Starttemp. vom
Transformationstemp. + 10K.
Ich versteh' es einfach nicht! [?][?][?]

M.f.G.,
Robert

Hier noch der graphische Vergleich unserer Temperaturverläufe:

M.f.G.,
Robert

Hallo ihr Nachkühler,
ein paar grundsätzliche Überlegungen.
Oberhalb von Tg entspannt sich das Glas recht schnell (wenige Stunden sollten reichen). Entscheidend für den Spannungszustand nach der Kühlung ist die Temperaturverteilung, welche sich in dem Rohling um Tg herum ausbildet und eingefroren wird.
Diese bildet sich durch
1. Die Tempoeraturverteilung im Ofen (Homogenität)
2. Die Kühlrate bis ca. 100°C unterhalb Tg (um sicher zu gehen)
Taugt der Ofen nichts, ist auch die beste Feinkühlung sinnlos. Probleme gibt es vor allem bei zu kleinen Öfen.
Typische Feinkühlraten von optischen Glas sind &lt; 2°/h (oft zwischen 0,5 und 1°C)!
Soweit meine Hinweise
Viel Glück
Jedi

Hallo Beisammen,

In dem Thread kam mal die Frage auf, wie der Spiegel beim Tempern gelagert wird. Ich habe gerade einen 20.5zoll Rohling bei Newport fraesen und dann nochmal tempern lassen. Beim Telefonat mit dem zustaendigen Techniker sagte der mir, dass sie die Rohlinge in Betten aus Quartzsand legen. Ich kann mir gut vorstellen, dass das eine gute Unterstuetzung bringt und auch das Temperaturprofil im Ofen nicht beeinflusst. Uebrigens muss ich die Leute bei Newport loben. Die waren sehr freundlich und haben den Rohling, den ich nichtmal von ihnen gekauft hatte gefraest, gebohrt (Cassegrain) und getempert. Und das zu einem guten Preis.

Clear Skies,

Gert

Hallo Jedi, hallo Gert!
Vielen Dank für Eure Tipps. Was den Temperaturverlauf betrifft,
scheinen wir ja gar nicht so falsch zu liegen. Es dürfte also
an der Homogenität liegen. Mein Duranrohling lag einfach auf
einer Feinsteinzeugfliese und diese wieder am Boden des Ofens.
Es ist also gut möglich, dass um Tg herum mein Rohling an der
Unterseite etwas wärmer war als oben. Die Idee mit dem Quarzsand
finde ich genial. Vielleicht sollte man den Rohling beim Tempern
überhaupt in Quarzsand vergraben, um eine möglichst homogene
Temperaturverteilung zu erreichen. [?]
Gert, darf ich fragen, was Tempern und Transport gekostet haben?
Wer hat den Rohling gegossen?

M.f.G.,
Robert

Hi Frank,

wirklich interessant, die Entwicklung nach dem letzten Tempern. Das Ergebnis sieht wirklich gut aus!. Mit einem derartigen Rohling dürfte seitens Spannungen nichts schieflaufen.

Wenn ich jetzt noch jemanden finde, der mir einen vorhandenen 10 Zoll Zerodurrohling mit 42mm Durchmesser exakt in der Mitte durchschneiden kann, weis ich ja, an wen die Scheiben zum tempern gehen müßten [;)]

Viele Grüße

Achim

Hallo Frank, hallo Achim und alle anderen Diskussionsteilnehmer,

(==&gt;)Frank: sehr schönes Ergebniss! Es freut mich, das Du das jetzt so gut hingekriegt hast und die viele Arbeit sich gelohnt hat.

(==&gt;)Achim: ich bin mir nicht sicher, aber ich glaube das mit dem Rohling teilen und Tempern kannst Du vergessen.
Zerodur wird meines Wissens so hergestellt, das durch eine gezielte Wärmebehandlung zwei Phasen entstehen, eine teilkristalline und eine amorphe. Durch die unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten dieser Phasen heben sich die Ausdehnungen gegenseitig auf. Ich glaube nicht, das man sowas spannungsarm glühen (tempern) kann, ohne die Eigenschaften grundlegend zu verändern.
Vielleicht weiß ja einer der Spezialisten hier mehr darüber, es würde mich wirklich interresieren.

Gruß Ulli

Danke Frank, dass du uns an deinem Erfolg teilhaben lässt - sehr interessant!!!

Auch wenn dieser Erfolg ja bedeutet, dass du das Teil nochmal überschleifen musst. ...was tut man nicht alles für den Erkenntnisgewinn.

Hallo Ulli, Achim,
ich kann aus ganz sicherer Quelle sagen: Ja, Zerodur kann man nachkühlen. Auch wenn Zerodur eine Glaskeramik ist kann diese thermisch entspannt werden. Dies macht aber normalerweise nicht viel Sinn, da der Ausdehnungskoeffizient ja schon ausreichend niedrig ist. Eine Nachkühlung kommt dann ins Spiel wenn beim Schleifen Zugspannungen entstehen, die man sicherheitshalber vermeiden will. Beispielsweise wenn man ein großes Mittenloch in den Spiegel bohrt (VISTA 4m Spiegel war so ein Fall) oder wenn man eine Leichtgewichtsstrukturierung macht (schleifende Bearbeitung der Rückseite). Im letzteren Fall wird aber meist nicht nachgekühlt, sondern mit Säure die Oberfläche angeätzt, da bei der schleifenden Bearbeitung die mechanischen Spannungen oberflächennah sind.
Gruß
Jedi

Hallo Frank!
Da ich die letzten Tage auf Urlaub war, habe ich erst heute Deine
Erfolgsmeldung gelesen. Gratulation, das hast Du perfekt hinbekommen.
Zum Vergleich habe ich Deinen neuen Temperaturverlauf zu den
bisherigen hinzugefügt:

Hier würde mich die Frage interessieren, ob der Erfolg mehr auf die
langsamere Abkühlung oder mehr auf den vermutlich homogeneren
Temperaturverlauf durch den Schamottunterbau zurückzuführen ist?
Wo lag eigentlich der 2. bereits getemperte Rohling, der sich nicht
mehr verbessert hat?

Hallo Jedi!
Vielen Dank für die interessanten Insiderinformationen.
Bei welchen Temperaturen man Zerodur entspannen kann wird
vermutlich ein Geheimnis sein, oder? [:)] Muß man nach dem
Entspannen die gewünschte Nullausdehnung durch einen speziellen
Tempergang wieder "aktivieren"?

M.f.G.,
Robert

Hallo Robert,
zum Thema Temperatur der Nachkühlung werde ich besser schweigen. Ein wichtiger Punkt ist, das man beim Zerodur nicht wirklich "0" Dehnung hat sondern immer zwischen -0,1 bis +0,1*10^-6 liegt. Beim Nachkühlen muss man natürlich auch Änderungen im Ausdehnungskoeffizient berücksichtigen.
Wer sich für Zerodur interessiert kann sich auf der Schott Homepage den Katalog herunterladen.
Gruß
Jedi