Beiträge von engineer im Thema „Schwingungsdämpfung von Teleskopen mit Flüssigkeit“

Ja, das Thema verselbständigt sich etwas, man sollte das eventuell abtrennen.

Eine Vernichtung in Widerständen findet ja statt, ist / wäre aber alleine eine passive Vernichtung. Wahrscheinlich auch eine komplexere, weil die mechanische Bewegung erst generatorisch in elektrische Energie um gesetzt werden müsste. Das erfordert aber (auch) eine Träge Masse oder wie bei Maschinen und rekuperierenden Autos eine Einspannung zur Drehmomenteinspeisung. Beim Auto z.B. ist es z.B. das Widerlager, das das Auto in seiner Länge zur Vorderachse bildet. Nur damit kann das bewegte Teil eine magnetisch aktive Anordung antreiben. Irgendwo muss das Drehmoment hin. Bei einem Teleskop ohne eine Befestigung vorne geht es nur über eine zusätzliche träge Masse.

Und ja, wie ich schrieb, kann und soll die kleiner sein, als die passive, weil man sie steuern kann. Es hängt am Ende daran, wie schnell die gegenregeln soll. Um einen Schlag komplett zu Schlucken, also einen Stoss von der Seite mit quasi-Null zu beantworten, muss eine Masse eben sehr hoch sein. Gibt man sich mit weniger zufrieden, reicht weniger. Zu beachten muss man dabei, dass diese Anordnung beim Teleskop nicht die volle Energie abfangen muss, sondern nur das, was die Montierung nicht packt.

Die aktive gesteuerte Masse muss nicht größer sein, als die Passive. Wo hast du das hineingelesen? Im Gegenteil.
Deine Überlegung zur Auslenkung stimmt, wobei die Zahlen etwas klein sind, finde ich. Ich rechne mit größeren Elongationen im Bereich von bis zu 1mm.
Dann: Wenn ein System angenommen 10x sichtbar ausschwingt und dabei mit 0,05mm beginnt, wird pro Schwingung nur rund 15% Energie vernichtet. Um das aperiodisch zu korrigieren, braucht es dann einen Faktor 6 auf die Masse. 5mm Auslenkung ist wiederum recht viel. Rechnen wir mal mit 2-3mm.
Massenfaktor 100:1 wird nichts bringen. Eventuell 10:1.

Du könntest ja mal reale Zahlen zu deinem System posten. Schwingungsfrequenz wäre schon mal ein guter Anhaltspunkt und Halbwertszahl (wieviele Schwingungen bis zur Halbierung der Elongation). Und die Masse natürlich.

Naja, man bräuchte maximal 50%, weil die da vorn das gleiche Trägheitsmoment bilden, wie 100% Rohr über der Achse verteilt. Außerdem braucht man nur das, was die Aufhängung nicht kann. Wenn das ein Kompromiss werden soll, dann wieder 25% Masse. Sagen wir 2 Kg?

Zur anderen Frage: Eine aktive Masse (geändert: Eine Regelung mit ...) aktiver Masse wird um Größenordnungen besser sein, weil sie mit bis zu 180° Gegenbeschleunigung arbeiten kann, während die Passive nur auf maximal 90° Phasenverschiebung kommt. Das Problem ist vor allem, dass ein passives System nur auf eine Frequenz abgestimmt werden kann. Ein Aktives kümmert sich um mehrere gleichzeitig.

Als Beispiel mal eine aktive Gegenregelung von Störschall an einem Blech, bzw einer Scheibe mit einem Gegenschwinger: Man bekommt das bis zu über 90% weggedämpft. Ich mache bei Gelegenheit mal eine Simulation.

Ganz einfach: Je größer die Masse, desto besser ist die Gegenregelung. Im Extremfall wird der Stoss von der Seite komplett an das Gegengewicht weitergegeben. Ähnlich wie das Kugelpendel, wenn die 1. auf die 2. stösst und die letzte fliegt, während die anderen in Ruhe bleiben.

Ja, ist eine Lösung für Leichtbaustative - oder sagen wir "grenzwertbelastete" Stative, wenn viel montiert ist und eben die, die bewegt werden sollen und dabei nachschwingen, bzw die nicht bewegt werden sollen und durch Wind gestört werden.

Die benötigte Masse, die geregelt werden muss, dürfte bei bis zu 50% der Masse des Teleskops liegen, weil die Masse in etwa linear verteil ist und damit das Trägheitsmoment, bei der halben effektiven Masse liegt, wenn diese komplett vorn wäre. Man kann aber sicher auch mit weniger auskommen, wenn man sich mit weniger schnellen Regelung zufrieden gibt. Wahrscheinlich gehen 20% ... 30%. Wenn man unterstellt, dass das Teleskop in sich sehr starr ist und man Längsbiegung irgnoriert, was man sicher kann, würde man die Zusatzmasse auch auf der Gegenseite montieren können. U.u entfällt dann ein Teil der Gegengewichte.

Mir fehlt leider für genauere Betrachtungen die Erfahrung mit den Teleskopmontierungen und deren Lagerverhalten. Da muss ich erst mal testen und messen.

a) Ja, die Zeichnung ist mit einem Animator gemacht. Sie soll aber auch der Planung meines Fernrohrs dienen. Ich will mir was zulegen und muss ein wenig Platzdesign betreiben, weil dort, wo das Gerät plaziert / geparkt werden soll, wenig Raum ist. Am besten wäre wohl ein Dobson zu verstauen.

b) Die erste Idee war einfach eine weiche und selbststellende Lageregelung als Verbesserung nach der "Honigmethode" von weiter vorn. Braucht eine Auflage, also ein weiteres Stativ. Das ist natürlich umständlich und für manche Anordnungen wohl nicht zu gebrauchen.

c) Die Verbesserung kam mir beim Zeichnen unter "Ausleihen" einer bereits anderweitig realisierten Vorgehensweise: Man nimmt einfach richtig Masse und installiert eine aktive Gegenregelung. Im Prinzip ein Bildstabilisator wie bei Objektiven nur eben etwas kräftiger. Der "tuned mass damper" geht schon in diese Richtung, allerdings bekämpft der ja Schwingungen, also in erster Linie Beschleunigung und Geschwindigkeit und wirkt Resonanzen entgegen. Diese Systeme sind passiv oder nur begrenzt aktiv. Die Teleskopsteuerung muss wie ein PID-Regler funktionieren und auch die Lage möglichst perfekt regeln. Wahrscheinlich muss man visuelles Beobachten quantitativ anders regeln, als fotografisches Abbilden mit Nachführung, wenn man leicht verschobene Bilder tolerieren kann, da eh nachzentriert und gestackt wird. Die Problematik hatte ich schon mal bei Lageregelung für eine Kamera in einen sich bewegenden Objekt, wo man die Bewegungen des Trägers, die Torsionsschwingungen wegregeln musste, aber einen Kompromiss brauchte, um dem Zielobjekt zu folgen. Ich würde jetzt mal schätzen, dass man bei deep sky mehr Lagetoleranz verkaften kann, aber dafür V nahe an Null braucht (?) Mir fehlt da jetzt ein wenig die Erfahrung. Allerdings habe ich, was schnelles Ausregeln von Lagestörung angeht, bereits Lösungen im Bereich Akustik gemacht und da auch einiges rumliegen. Möglicherweise braucht man gar keine allzugroße Masse. Mal sehen.

Ich will jetzt keine Pferde scheu machen und muss erst mal recherchieren, ob es das nicht schon irgendwie gibt - aber angehen werde ich das Thema irgendwann in jedem Fall. Ich habe mal testweise meine Kamera mit Objektiv auf meinem Stativ aufgebaut und etwas probefotografiert und sehe da bereits Windanfälligkeit. Wenn man das hinbekäme, würde man auch mit durchschnittlich stabilen Stativen die Lageruhe von einem sehr schweren statischen Teleskop nachbilden können. Am Ende ist es nur eine Frage des genauen Messens der Lageänderung. Die Natur macht es uns ja vor: Es gibt Greifvögel und Eulen, die kannst du auf den Arm nehmen und intuitiv hin- und herbewegen, um nicht zu sagen "schütteln" und der Kopf bleibt wie festgenagelt in der Luft stehen, sodas Augen ein ruhiges Bild haben.

So ungefähr ist das gedacht:
Blauer Ring = Schelle um das Teleskop an einem von der Schwingungsachse weit entfernten Punkt

Rote Buchsen = Dämpfer, entweder mechanisch oder eben elektrisch.

Weißer Block = Halter der Dämpfer und gfs Elektronik. Muss noch per Gelenk auf ein Stativ.

"Elektrisch" hat den Vorteil, dass man über Gyrosensoren eine aktive Lageregelung bauen könnte. Die Mimik läuft in etwa so wie bei den Drohnen, die eine Kamera ausbalancieren. Das geht mittlerweile so gut, dass man trotz wackelnden Drohen, Wind und Resonanzen im System ein sehr stabiles Bild hat. Der weiße Block hätte dann ausreichend Masse, um sich davon "abzustoßen". Damit muss das Stativ nicht so stabil sein.

Die Anordnung steuert in 2 Achsen, weil Sin-Cos-Anordnung. Damit kann man rotatorisches Schwenken = Umlenken des Wackelns in die andere Achse sehr gut bekämpfen. Diese besteht z.T. aus Schwingen in Y unc Y, z.T. auch Torsion. Selbige lässt sich auch ausgleichen, weil die Rotation des Tubus (da Stäbe aus der Achse) eine Positionsänderung verursachen will. Auch ohne Regelung wirkt da schon die effektive Trägheit des Systems. Mit einer Regelung kann aus den Gyrosensoren die Bewegung extrahiert- und auf die Lageregelung angewandt werden. Dabei werden Sin und Cos über einen PID-Regler angesteuert, der sich mittelfrisitig auf 0 stellt, um wieder Regelreserve zu haben. Wenn man sich vor Augen führt, dass Hochhäuser und Brücken auf diese Weise mit aktiven Gegengewichten gegen Wind und sogar Erdbeben gesichert werden, könnte das eigentlich sehr gut funktionieren. Im Grunde muss die Masse dann nicht einmal auf ein Stativ sondern nimmt nur die Schwingung auf. 2 Achsen sollten für ein Dobson rein, weil das nicht längs der Achse wegschieben sollte. Bei einem klassischen Stativ braucht man gfs ein 3-Achsen-System. Für ein Dobson stelle ich mir einen Drucknopf an dem weissen Block vor, der sowohl die Regelung ausschaltet, eine Bremse auf die Zapfen setzt, damit das stabil beweglich wird und gleichzeitig eine elektronische Bremse am Lager des Dobson löst, damit man das System frei bewegen kann. Bei der Zielposionen einfach Knopf loslassen.

Eine passive, rein mechanische Variante müsste sich mit 2 Stoßdämpfern für Modellautos bauen lassen. Die Feder schiebt das Teil auf Mittenposition und die Dämpfung (meistens ein leichtviskoses Öl) sorgt für Energieverluste. Da sich zwischen den Bewegungen des Block und der Teleskopspitze eine zeitliche Phasenverschiebung ergibt, wird die Auslenkung immer sehr viel geringer ausfallen und besser vernichtet. Die Federwirkung des eingespannten Fernrohrs (Schwingskonstante) wäre auf die der Dämpfer abzustimmen. Die Masse des Blocks müsste vermutlich (nur) so hoch sein, dass sie unter Berücksichtigung des Montageabstands ungefähr dem Trägheitsmoment des Fernrohrs entspricht.

1) Der Torsionsdämpfer bearbeitet offenbar nur eine Achse. Bräuchte man dann zwei? Generell braucht es eine sehr feine Regelung um geringe Winkeländerungen zu erfassen und auch ordentlich Drehmoment = Strom.

2) Meine Anordnung von der Vorseite wäre eine Bastellösung - sozusagen die KI-Variante der passiven Honig-dämpfer-Lösung und ja, sie wäre nicht so flexibel einstellbar. Man müsste die Spitze des Teleskops mit eben jener Anordnung bewegen, also durch Ausziehen der Stange und Bewegung derselben auf Rollen und dann das Teleskop an der eigentlichen Befestigung wieder arretieren. Einmal eingerichtet wäre das aber unschlagbar windstabil, würde ich sagen. Mit dem Trick der schwebenden Magnete, ließe es sich auch noch im Zehntel-mm-Bereich justieren, um einen Stern maximal perfekt zu fokussieren.

3) Einen weiteren Ansatzpunkt hätte ich noch: Ein EX-Kunde von mir baut OP-Mikroskope. Diese sind sehr träge und schwergängig, haben das Servo-unterstützte Bewegung und eine intelligente Bremse, die die Ausschwingzeit minimiert. Die Steuerung sieht ein wenig aus, wie ein Motorradlenker. Man löst die Bremse per Knopfdruck elektronisch, kann das System justieren und lässt sie los. So etwas Ähnliches bräuchte man für ein Teleskop. Keine Ahnung ob es das fertig zu kaufen gibt.

Zitat von Kalle66

ich hatte schon mal so Gedankenspiele, einfach ein Mikro mit Lautsprecher ans Bauteil zu kleben, und das Signal dann an den Lautsprecher phasengedreht weiter zu geben (aktiv).

So ein System verwenden wir zur Störschallunterdrückung - sowohl auf Membranen, als auch mit der Membran selber zur Luftschallabsorbtion und natürlich auf Grenzflächen wie Scheiben und Gehäusewänden. In der Tat sind das Klebemikrofone - sogenannte Körperschallwandler mit entsprechender Ansteuerung. Nur "Gegenphase" reicht aber nicht. Das schwingt und bringt einen Kurzschluss. Man muss die Kennlinie des Mikros und die des Lautsprechers auskorrigieren und einen Filter aufsetzen, der (autoadaptiv regelnd) die richtige Phasenlage und Amplitude bestimmt. Das wiederum ist eine Frage der Regelstrategie und der Randbedinungen. Man kann sehr schlecht ein komplettes Spektrum ausregeln. Man kann sich aber sehr leicht auf eine Frequenz und deren Oberschwingungen wie sie in Tubus-Anordnungen wie Pfeifen und Sichtmitteln vorkommt, konzentrieren.

Für einen speziellen Fall einer optischen Lageregelung habe ich das schon gemacht und die Kamera ist in einem schnell beweglichen Teil realisiert.

Für den hiesigen Anwendungsfall würde ich aber eine magnetische Konterregelung in 2 Achsen vorschlagen, d.h.man hat 2 Elektromagnete in denen 2 Stangen sitzen und in X und Y in die Mitte regeln. Damit könnte man auch eine feine Steuerung des Systems durchführen. Als Probeaufbau habe ich das für einen Laser schon realisiert. Für das Teleskop bräuchte es vorne an der Öffnung einen Ring, an dem über ein Kugelgelenk 2 Metallstangen in +45° und -45° schräg nach unten führen. Die stecken in den Elektromagneten, deren Stromstärke die Dämpfung und Lage bestimmt. Durch Gegenregelung wird der Strom konstant gehalten, reagiert also in 2 Achsen auf die Bewegung. Die Anordnung selber wäre auf einem Stativ positioniert, das natürlich nachjustiert werden müsste, wenn die Position geändert wird. Liefe wohl auf einen nach oben beweglichen Teleskopauszug auf einem Dreibein hinaus, dessen Füsse quer stabilisiert sind und auf Rollen stehen. Die Finjustierung wäre im Bereich von vielleicht +/- 0,5mm Hub möglich.