Beiträge von rainer-l im Thema „14 Zoll / F4 Stringdob mit intgr. VNS EQ-Plattform“

Hallo Axel

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> Insbesondere Rainer ist es auch zu verdanken, dass mir jetzt wirklich klar ist, wie wichtig eine ordentliche Seilspannung ist! Im Grunde ist es ein Punkt, der sozusagen die "Erst- oder Vorspannung" bildet: die Augenschrauben an der Basis. <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Ich hoffe wir haben uns richtig verstanden : Die Höhe der Seilspannung ist unkritisch solange die Konstruktion nicht einknickt !
Wichtig ist ein definierter und steifer Befestigungspunkt des Seils an der Box , ein steifes Seil , und ein definierter Befestigungspunkt am Hut . Nur so wird die geometrische Position des Huts zur Box bestimmt .
Die federnde Stange (mit kleiner Federrate) trägt fast nichts zur Position des Huts bei und ist deshalb unkritisch.

Viele Grüße Rainer

Hallo Miteinander

Da "wir" hier zum Teil sehr allgemein über "Stringdobsons" reden , ohne direkten Bezug zu Axel's Projekt , werde ich einen neuen Thread aufgemachen . Thema "Stringdob" .
Das Thema ist bewußt sehr weit gefast .

Viele Grüße Rainer

Hallo Kalle

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">diese Diskussion hätte man auch einfach per Hookschen Federgesetz führen können, indem man Stangen als Druck- und Zugfeder und Seile als Zugfedern betrachtet.
Und dann läuft das darauf hinaus, dass bei gleichem Material, die längenspezifische Federkonstante vom Materialquerschnitt abhängt.

<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Außer Hook'schen Gesetz braucht es außerdem noch ein wenig Statik .
Achtung , Systeme mit mehreren Federn (hier drei) sind fehlerträchtig . Einmal nicht aufgepasst und aus 2,1 mm werden 4,2 mm .
Dyneema besitzt nach dem Tauwerkhersteller LIROS eine mittlere UV Beständigkeit .
Bei Mondlich zerfällt es aber nach meiner Erfahrung innerhalb weniger Stunden .

Viele Grüße Rainer

Hallo Kai

Bei meinem letzten Bogen bestand die Sehne (wahrscheinlich Dacron) aus sehr vielen dünnen unverdrillten , also vollständig geraden Fasern . An den nicht umwickelten Stellen konnte man die Faser auseinanderziehen .
Auf den Bilder von Dyneemasehnen sieht es aber auch für mich so aus als ob Diese leicht verdrillt sind . Das wäre suboptimal . Ich werde mir mal Dyneemasehnen in natura ansehen . Nach Möglichkeit werde ich auch das E Modul eines Garns messen .
Die Motivation hängt schon vom E Modul ab .

Viele Grüße Rainer

Hallo Kalle

Bei Bogensehnen habe ich auch schon von Creep gelesen .
Das soll hauptsächlich bei hoher Temperatur auftreten .
Bei Sringteleskopen die bei nächtlichen Temperaturen für ein paar Stunden ünter einer kleinen Zugspannung stehen (die Strings sollen ja steif sein) wird ds nichts schlimmes passieren . Und wenn doch mal etwas kriecht , die Feder mit ihrer niedrigen Federrate hält die Spannung aufrecht .

Viele Grüße Rainer

Hallo Kai und Mitleser

Ok , auf 2,1 mm Verschiebung komme ich auch bei Dyneemaseil D = 1 mm.

Zwei Alustangen 20/18 mm ergeben 40µm Auslenkung und wiegen 0,316 kg

Zwei Dyneemaseile D = 7,34 mm ergeben ebenfalls 40 µm Auslenkung und wiegen 0,085 kg
Zusammen mit Alustange(20/18) 0,243 kg . Da bleibt noch etwas Gewicht für Spanner übrig , sodas beide Lösungen etwa gleich schwer und gleich steif werden . Der "String" mußte dazu allerdings das bessere Material benutzen .
7,34 mm ist recht genau Bleistiftdicke und eine im Bootssport bei Dyneema übliche Dicke .
6 mm ergeben 60 µm Auslenkung
5 mm ergeben 86 µm
4 mm ergeben 135 µm

Eine Rolle Dyneema unidirektionales Bogensehnengarn kostet ca. 40 Euro .
Das sieht soweit ganz praktikabel aus . Aber was ist mit Schwingungen ?
Bogensehnen werden in der Mitte und den Enden mit Garn bewickelt . Dabei werden die Einzelstränge zusammengezogen was die Reibung der Stränge untereinander erhöht .

Viele Grüße Rainer

Hallo Kai und Mitleser

Fall B : seitliche Last
Das mit der verspannten Stange habe ich noch nicht gelöst , es sind leider auch drei Federn . Da bin ich auf deine Lösung gespannt . Dafür habe ich den Sonderfall unendlich steife Stange und den "idealen String" . Dessen Herleitung ist schon etwas sophistisch , ich hoffe trotzdem nachvollziehbar und richtig .

Das Ergebniss :
Die seitliche Steifigkeit hängt nur vom Winkel und der Federrate der schrägen Stangen oder Seile ab .
Daher kann es bei gleicher Steifigkeit (und Material) nichts leichteres wie die Stangenlösung geben

Diese Aussage gilt solange man nicht aus praktischen Gründen (zB. Wandstärke , Verfügbarkeit) für die Knickfestigkeit größere Querschnitte verwenden muß wie für die Federrate nötig ist .
Bei deinem Beispiel , ist man mit Knickfestigkeit 1866 N weit davon entfernt , und das bei sehr realistischen Werten und Stangen . Da weiß man schon ohne Rechnung , das wird mit String nur weicher oder schwerer .

Viele Grüße Rainer

Ergänzung wegen schlecht lesbarer Skizze :
String :
1.) die seitliche Last hat keine Y Komponente ,
deshalb gibt es in Y Richtung nur die Vorspannkraft und die beiden Y Komponenten der Seile
2.) die Summe dieser drei Kräfte ist Null
3.) da die Vorspannkraft konstant ist , ist auch die Summe der Y Kompomenten der Seile konstant
4.) die Winkel bleiben bei der geringen Auslenkung näherungsweise konstant , und damit auch das Verhältnis der Seilkomponenten .
5.) dann gilt auch Fa + Fb = const.
6.) dann gilt Betrag zunehmende Dehnung = Betrag abnehmende Dehnung.

Somit ergibt sich bei (gleicher Federrate) die gleiche Auslenkung in X Richtung wie bei zwei Stangen .

Hallo Kai , Kalle und Mitleser

Die Feder existiert selbstverständlich völlig real !

Wer das nicht glaubt kann in einem von Axels Links nachlesen wie sie gespannt und eingestellt wird .
Der Hut ist so etwas wie ein an 6 (8) Seilen hängender Kronleuchter , nur das die Schwerkraft durch die Spannstangen ersetzt wird .

Damit sich bei Auslenkung des Huts und (oder) Verbiegung der Stange die Federspannung wenig ändert soll die Federrate der Spannfeder klein gegen die Federrate der Seile sein . Nur dann ist es ein "String" , weil so die Position des Huts überwiegend vom den Strings bestimmt wird .

Viele Grüße Rainer

Hallo Kai und Mitleser

Fall A Stauchung : Druckkraft auf Stange 985 N
Druckspannung Sigma = 16,4 N/mm^2
Stauchung Delta L = 234µm

Federrate R = dF/dS = 4201 N/mm !

Zugspannung Seil = 636,9 N/mm^2
Längung Delta l = 6,465 mm !

Federrate pro Seil 98,5 N/mm

Für zwei Seile unter 10° ergibt sich näherungsweise
Federrate = 194 N/mm !

Das was hier gerechnet wird ist eine abgespannte Stange ,also Stange steif , Seile elastisch .
Bei einer Stringkonstruktion sind die Verhältnisse genau gegensätzlich .
Ich mache deshalb mit Fall B weiter um die minimal erforderlichen Vorspannungen zu ermitteln .

Ein Seil muß die Querkraft von 10 N aufbringen . Der Anteil der Seilkraft für diese Richtung ist der Sinus von 10° = 0,174
Für 10 N Querkraft werden 57,6 N Seilkraft benötigt .

Die Komponente davon in Stangenrichtung (mal cos 10°) = 57 N
Sagen wir mal 60 N Vorspannung sind nötig .

Wir nehmen eine Feder mit einem Spannweg von 20 mm .
Dies ergibt eine Federrate von 3 N/mm !

Wir kennen die Federrate des Seils dürfen davon aber nur den Anteil in Richtung der Querkraft rechnen der wieder sin 10° beträgt .
Das ergibt nur 17,1 N/mm
Nehmen wir ein Seil mit 4 mm Durchmesser (statt 1 mm) haben wir die 16 fache Steifigkeit also 272 N/mm

Die Lastannahme mit 10 N war knapp , nehmen wir besser 90 N so erhalten wir eine erforderliche Federrate von 27 N

Die effektive Federrate (bei 10°) des Seils ist damit 10 mal die der Spannstange , wodurch Diese weniger kritisch wird .
Warum , das versucht meine Skizze von 17.01 Uhr zu erklären .

Das ist zumindest mein Versuch den auf den Bilder gezeigten String Konstruktionen Sinn zu geben .

Viele Grüße Rainer

Hallo Axel

Ja so kannst Du die Augschrauben anbringen .
Noch sehr viel günstigere Winkel kannst Du erhalten wenn Du die Seile kreuzt .
Das geht bei der 4 Stangenlösung perfekt weil dann Stangen und Augschrauben in den Ecken sitzen und trotzdem nichts in den Lichtweg kommt .

Viele Grüße Rainer

Hallo Kai

An dein Beispiel werde ich mich gleich machen . Nur soviel vorweg , die Stringkonstruktionen die ich bisher gesehen habe sind etwas anders .
Darum eine Skizze von mir wie Axels und meine "Inspirationen" aussehen .

Mit Federrate R = dF / dS : Rz1 und Rz2 sind die hohen Federraten der Seile .
RD die niedrige Federrate der Vorspannfeder mit der die Stangen versehen sind . Die Stangen alleine wären viel zu steif .

Viele Grüße Rainer

Korrektur : Achtung Vorzeichenfehler ! Es gilt jeweils
Delta = Laständerung / (Rzy + Rd)
Delta = Delta S + Rd /(Rzy + Rd)

Hallo Kai

Ein Seil = viele dünne Stäbe nimmt zweckmäßig dort wo elstische Biegung um kleine Radien erforderlich ist . Für gleiche Steifigkeit gegenüber einem Vollstab gleichen Querschnitts dürfen die Stäbe natürlich nicht verdreht sein und die Enden aller Einzeldrähte müßen zumindest durch Reibschluß so angeschlossen sein das sie schon bei der kleinsten auftretenden Spannung alle unter Last sind . Ein billiger Vollstab oder Rohr wird einfach angeschweißt und gut .
Ein Seil hängt in waagerechter Lage durch sein Eigengewicht mehr durch wie ein Vollstab gleichen Querschnitts und Dieser wieder mehr wie ein Rohr . Das Rohr kann man besser verschweißen . Es gibt viele gute Gründe gegen Seile wenn man nicht die Biegbarkeit braucht .

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Dummerweise kann ein Strick nur in eine Richtung Kräfte übertragen, die irgendwo anders abgefangen werden müssen.
Und das war mein Punkt: Das Abfangen der Vorspannung braucht dickere Querschnitte bei den Druckstangen.

Weiterhin meine ich, dass es nicht allein die Knicksteifigkeit (nach Euler) ist, die bei der Berechnung zu Grunde gelegt werden muss.
Auf welche Kräfte sollte sich das beziehen? Doch nicht etwa auf das Gewicht des Hutes, das wäre ein Witz un dmit gewickelter Alufolie zu erreichen. Auf das eigene Körpergewicht sicher auch nicht, obwohl es im Zenit praktisch ist, wenn man sich im Notfall langsam runten hangeln könnte<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Die Vorspannung muß nur so groß sein wie die maximal an einer Stangenaufhängung auftretende Druckspannung . Der Unterschied zur Stangenkonstruktion ist das die Druckkraft von einer zusätzlichen Komponenten geliefert wird , das es davon nur halb so viele gibt und deren Richtung .
Der größte Unterschied aber ist , wenn die Spannstange etwas durchbiegt , oder weil mehrteilig seitlich Spiel hat ,verändert das die Position des Huts nur sehr wenig. Solange die Vorspannung größer wie die entgegengesetzte Lastspannung ist wird die Position des Huts überwiegend von der Federrate der Seile bestimmt . Die Federrate der Stangen ist klein die der Seile groß . Damit ändert sich die Lage des Huts wenig , und folglich die Vorspannkraft fast nicht . Oder anders herum : Eine kleine Änderung der Stangenlänge bewirkt wegen der kleinen Federrate nur eine sehr kleine Änderung der Vorspannkraft . Diese sehr kleine Änderung der Vorspannkraft bewirkt wegen der hohen Federrate der Seile nur eine sehr sehr kleine Auslenkung der Seilpunkte .
Bei Last und Vorspannung in der gleichen Richtung ändern sich die Verhältnisse nur insofern , das die Zugkräfte nicht durch die Vorspannung begrenzt sind .

Zur Schwingneigung durch Wind : Da bei einem dünnwandigen Rohr Masse und Federrate ungefähr proportional zur Wandstärke sind sollte die Resonazfrequenz kaum von der Wandstärke abhängen . Bei der Amplitude würde ich erwarten , das das steifere Rohr mit geringerer Amplitude schwingt weil die anregenden Kräfte nur von Außendurchmesser abhängen . Ist Die Amplitude wirlich gleich ?

Viele Grüße Rainer

Hallo Jörg

In der praktischen Bewertung stimme ich Dir voll zu .

Es ging mir hier um die Behauptung , das eine Stringkonstruktion leichter wie eine Stangenkonstruktion ist .
Kai stellt das in Frage bzw. verneint das .

Wenn ein Bauteil statt auf Zug/Druck nur auf Zug beanspruche wird verschenkt man die Hälfte der Festigkeit .
Dadurch kann die Konstruktion nur schwerer werden .
Festigkeit ist beim Teleskopbau aber meist nur ein nützliches Abfallprodukt der erforderlichen Steifigkeit .
Außer man tritt mal ungünstig auf eine CFK Stange zum Beispiel .

Die Steifigkeit einer Stringkonstruktion ist aber die gleiche wie bei einer Stangenkonstruktion gleichen Querschnitts.
Deshalb habe ich gesucht , ob und wenn ja welche Bedingungen es gibt bei denen die Stringlösung leichter werden kann .

Ob ein extremer Leichtbau bestimmter Komponenten Sinn macht ist eine andere Frage . Der Verwirklichung eigener Ideen stehe ich solange positiv gegenüber wie nicht die Funktion geschädigt wird .

Viele Grüße Rainer

Hallo Kai und Mitleser

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Zu den Spannseilen:
Ich habe das nie verstanden, warum man auf der einen Seite (bei Seil) ohne Not auf Querschnitte verzichtet um auf der anderen Seite (Druckstangen) den Querschnitt mehrfach wieder draufzulegen.
Mir ist kein großes Teleskop bekannt, wo man das macht und da wäre der Effekt sehr viel größer.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Das ist eine phädagogische Frage oder ?

Die Antwort darauf kennst Du , ist aber von allgemeinen Interesse . Nur deshalb :

Weil man kleine (zB. 14")zerlegbare Teleskope bauen will .
Du kennst das Problem doch auch noch von deinen "mittleren" 30+ " .

Beispiel Rundstab :
Ein Zug/Druckstab braucht einen bestimmten Querschnitt für die Zug/Druckräfte und ein Flächenträgheitsmoment um nicht seitlich wegzuknicken . Verdoppele man den Durchmesser , steigt der Querschnitt auf das 4 fache , das Flächenträgheitsmoment aber auf das 16 fache .
Allerdings gilt für das nötige Flächenträgheitsmoment Stablänge^2 .
Große Teleskope sind meist relativ kurzbrennweitig oder man bringt ein paar leichte Steifen an um die Knicklänge zu reduzieren . Zusätzliche Steifen sind bei einem zerlegbaren Teleskop aber unerwünscht .
Das Problem Knicksteifigkeit bei kleinen Querschnitt führt bei zu Rohren mit relativ großen Durchmesser und geringer Wandstärke .
Einen String mit 4 mm^2 Querschnitt kann ich aus Bogensehnengarn problemlos herstellen , ein 20mm dickes Rohr hätte dann eine Wandstärke von 0,065 mm .
Bei kleinen Teleskopen werden Die Stangen daher für die Zug/Druckkräfte überdimmensioniert und insofern schwerer wie nötig.
Wenn man die Anzahl der (viel) zu schweren Druckstäbe reduziert , weil durch passend leichte Strings ersetzt , ist es möglich Gewicht zu sparen .
Aus diesen Grund ist es naheliegend nur zwei oder drei Stangen zu verwenden . Eine 4 Stangen Konstruktion ist allerdings statisch so viel günstiger (Folge=leichtere Stangen) das sie leichter werden sollte .
Wer runden Hut und ungünstige Stringbefestigung baut , verschenkt das Optimum an Leichtbau . Da habe ich wohl Grund zu der Annahme das bei der Entscheidung 3 oder 4 Stangen noch andere schwerwiegendere Gründe zB. das Aussehen eine Rolle gespielt haben .

Nachsts sollen (müßen) keine Seile verspannt werden . Die Seile bleiben montiert . Zwei , drei oder vier Stangen einschieben , diese spannen (auseinanderdrehen) ; fertig . Womit man die Kollimation durchführt ist eine andere Frage .

Eine weitere Frage ist die nach der statische Überbestimmung :

Ein 8 Stangen Truss ist statisch überbestimmt . Ganz einfach weil 6 Stangen auch reichen .
Das stört nicht , es wird aber auch nicht mit den Stangen kolliminiert .
Bei einer 4 Stangen Stringkonstruktion kann man zunächst mit 3 Stangen und ihren 6 Seilen kolliminieren und danach die vierte Stange und das 7. und 8. Seil spannen .
Meine Spiegelzellen und Refraktorobjektiv haben auch eine 4 Punkt Aufhängung . Zum Kolliminieren wird eine Aufhängung gelöst , die diagonal liegende bleibt fest (mit Federgegen Anschlag) . Mit den anderen Beiden werden unabhängig die 90° zueinander liegenden Achse einfachst (gegen Feder) justiert , 4. Aufhängung leicht festsetzen (Pusch Pull), fertig . Viel schneller wie die 120° Achs Justierung .

Für die Kollimation bringt der 4 Stangen String mit zwei unabhängige 90° Achsen keine Nachteile gegenüber der 3 Stangenlösung , eher im Gegenteil .

Viele Grüße Rainer

Hallo Axel

Vorsicht ! Hier werden Konstruktionen mit 2 gegen 3 Spannstangen verglichen .
Da die 2 Stangenlösung auch 6 Strings hat , bekommt der Hut natürlich zusätzliche Biegemomente und muß extrem steif sein .
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">1. It will be lighter, you would need at least three pairs of trusses to do the same thing. These trusses can be pretty light if you use expensive carbon fiber, but will certainly be much heavier than string and two spring poles.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">2. Use 3 pairs of strings, and 3 poles. Using 3 poles means your secondary cage doesn't have to be as stiff, and you need 1/3 less pressure to keep the strings taut.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

In den 28" Bildern sieht man sieht man eine "ungünstige" untere Stringbefestigung . Sind die Augbolzen beweglich am UT , dann gilt das gleiche wie bei deinen Spannern , sind Sie fest bekommen Sie Biegemomente . Sie sind aber nicht sehr biegesteif , also sollten Sie wenigstens kürzer sein .
Die pauschale Behauptung eine Stringkonstruktion sei leichter wie eine Stangenkonstruktion ist nicht richtig .
Für die gleiche Steifigkeit braucht man den gleichen Querschnitt .
Bei der gleichen Anzahl und Länge Stangen/Strings ist zunächst die Stangenkonstruktion leichter denn sie braucht keine zusätzlichen Spannstangen . Bei kleinen benötigten Querschnitten wird man in CFK aber nur schwer knicksteife Stangen von so geringen Querschnitt bekommen .

Meine nächste Konstruktion (8" oder 10") soll 4 Spannstangen (und 8 Strings) bekommen .
Der Hut soll aus 4 geraden Stangen (keine Biegemomente) bestehen und ebenfalls von 2 Strings nämlich der Spinne fixiert werden . Sieht etwas eckig aus , ist aber sehr gut superleicht zu bauen .

Viele Grüße Rainer

Hallo Axel

In deiner Konstruktion steckt ein kleiner Fehler .
Du fixierst mit den 6 Strings den Hut zur Ebene der oberen 3 Spanneraugen . Diese sind aber nur mit drei beweglichen Hebeln (den Spannern) mit dem UT verbunden .
Die Federkraft der Spannstangen bewirkt bei kleinen Verdrehungen der Hebel kein ausreichendes Rückstellmoment da der Hebel dazu zu gering ist .
Wenn Du alle 6 Strings einzeln aufhängst , kannst Du dieses Problem beseitigen und gewinnst zusätzlich die Freiheit die Aufhängepunkte günstiger zu wählen .

Statisch richtig günstig wird eine Konstruktion mit 4 Spannstangen und 8 Strings . Die ist dann statisch leicht überbestimmt , aber trotzdem einfach zu justieren .

Zum allgemeinen Verständändniss einer Stringkonstruktion :
Erst als ich die Federn an den Stangen sah , habe ich verstanden das die Strings die steifen Elemente sind die die Komponenten zueinnader fixieren und die Stangen nur die Vorspannung erzeugen .
Der mit der Kraft F vorgespannte String kann dann eine Kraft +- F übertragen . Die Kräfte gehen dann von null bis 2 F .
Die Ausnutzung der Festigkeit ist damit nur halb so gut wie bei einem Zug/Druckstab . Da es aber auf Steifigkeit ankommt stört das nicht , denn die ist genau so gut . Allerdings gibt es als zusätzliches Element die Spannstangen (Gewicht Aufwand), nur kann man diese leichter teilbar machen .

Viel Erfolg und Spass bei deiner Konstruktion wünscht Rainer

Nachtrag : Eine Rolle Dyneema Bogensehnengarn kostet nur ca. 40 Euro und läßt in Festigkeit und Steifigkeit Träume wahr werden .