Sevus, ich suche Literatur zu Konstruktion eines Gehäuses/Chassis das sich bei Temperaturänderung möglichst wenig verzieht. Bei einem längliche geschlossenen Gehäuse ändert sich ja bekanntlich die Position von Befestigungstellen im µm-bereich. Im Gehäuse befindet sich neben exakt zu positionierender Optik Elektronik die zum Aufheizen und damit zur Längenausdehnung des Gehäuses führt. Erschwerend kommt hinzu das das Gehäuse geschlossen sein muß (blickdicht) , Lüftungsgitter/-schlitze etc nur an wenigen stellen möglich sind. Material ist Alu, Länge ist über einen Meter. Unter welchen Stichwort könnte man nach Standardprozeduren (Dehnungsfugen?, Invar?), Berechnungsvorschriften und Simulationen suchen?
Schau dir mal die Arbeit von Herrn Guillaume ( Nobelpreis ) an. Mit Metallen wird das schwierig. Polymerbeton oder Kohlefaser haben praktisch auch keine Längen- änderung. Grüße Bernd
Fpga K. schrieb: > Material ist Alu Es kommt ja nicht nur auf das Material, sondern auch auf die Farbe an, die bei Aufheizung noch eine Rolle spielen kann. Das wird wohl nicht ganz einfach bei Alu (WAK 23). https://de.wikipedia.org/wiki/Ausdehnungskoeffizient http://www.vision-doctor.de/bv-system-berechnungen/thermischer-ausdehnungskoeffizient-laengenausdehnuung.html
Für praktisch alle, im Handel erhältlichen, Materialien gibt es sogenannte, technische Daten Materialkoeffizienten oder wie auch immer die Tabellen heißen. Für praktisch alle Materialien gilt - auch die Stranggepressten – sie sind "demokratisch". D. h. dehnen sie sich um 10% in der Länge aus, so tun sie das auch in der Breite. Für praktisch allen Anwendungsfälle reicht somit eine bemaßte Zeichnung, hierbei insbesondere mit bemaßten Befestigungspunkten, aus. Damit ist es dann - etwas Fleiß vorausgesetzt - möglich jeden der "Bewegtpunkte" zu verfolgen. Also falls Du nicht auf einen Tipp zur Verhinderung der Ausdehnung hoffst, was ist das Problem? Letzteres lässt sich natürlich recht einfach dadurch verhindern, indem man für entsprechende Kühlung sorgt. Damit beißt sich aber dann die Katze in den eigenen Schwanz.
Fpga K. schrieb: > die Position von Befestigungstellen im µm-bereich µm-Bereich wäre schön. Je nach Temperaturdifferenz sind das 2 mm auf den Meter bei Alu. Ein Langloch auf der Leiterpaltte hilft zwar gegen Ausdehnungsdifferenzen, aber der hochgenaue Laserstrahl wird evtl. ein paar km weiter sein Ziel nicht erreichen? Evtl hilft eine mittige Befestigung?
In manchen optischen anordnugnen wird das mittels eines peltiers gelöst. das pumpt gleichzeitig die verlustleistung weg und regelt die längenaudehnung. Temperatur wird über eine rückkopplung aus dem optischen pfad geregelt also sowas wie ein swr. Literatur kenn ich keine dazu. Video: https://www.youtube.com/watch?v=3zkTlTWyNGw
Ach so, ich vergaß: Manchmal hilft eine clevere Befestigung. Also eine Befestigung an zu stabilisierender Position. Alle anderen Halter sind elastisch, haben Langlöcher oder sind so ausgeführt, dass das Innenleben gleiten kann (einfache, flächige Pressung).
Sebastian S. schrieb: > Für praktisch alle Materialien gilt - auch die Stranggepressten – sie > sind "demokratisch". D. h. dehnen sie sich um 10% in der Länge aus, so > tun sie das auch in der Breite. 10 Prozent würde zum Tod jedes Schaltschrankes führen, bei 50 Grad wäre er schon am verbiegen... Bei Eisen waren es so ein mm pro Meter um 100 Grad erwärmt, Erinnerung aus der Lehrzeit...
Fpga K. schrieb: > im µm-bereich Man könnte natürlich die theoretische Ausdehnung berechnen und aktiv kompensieren, aber wenn es um µ geht, wird das nicht genau genug funktionieren - die Ausdehnung ist wohl um das mehrhundertfache grösser als die zulässige Abweichnung. Ich würde daher eine Regelung vorsehen statt einer Steuerung: die Lage wird mit Laserinterferometer vermessen und mit Stellgliedern auf die Abweichung Null geregelt. Dann ist es auch egal, wodurch die Abweichung verursacht wird. Georg
Naja, die Berechnung hängt natürlich von den genauen Einbaubedingungen, Materialien etc. ab. Wieviel darf sich was verziehen? Um wieviel darf die Form / Länge des Gehäuses sich verändern? Oder geht es um die Einbauten? Könntest du die Optik auf einem anderen Träger montieren, der flexibel mit dem Gehäuse verbunden ist? Was diese Verbindung können muß, ist ja recht leicht abzuschätzen. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten sind ja bekannt. Bei Alu sind es z.B. 23.1*10^-6 K^-1, also 23.1µm pro Meter und Kelvin. Nimmst du Glaskeramik (Ceran) sind es eben nur 0.1µm pro Meter und Kelivin, bei Invar ca. 1.8 µm pro Meter und Kelvin.
Das Uhrenpendel wurde noch nicht erwähnt https://de.wikipedia.org/wiki/Kompensation_%28Uhr%29#Temperaturkompensation speziell die Konstruktion des "Rostpendel (synonym Harrisonsches Kompensationspendel)" circa 1725 erfunden. Zwei Metalle, die gegeneinander laufen kompensieren die Wärmeausdehnung.
butsu schrieb: > µm pro Meter und Kelvin. Wahrscheinlich wäre es einfacher, das Metallgefäß auf die höchste vorkommende Temperatur aufzuheizen (ähnlich wie bei manchem Quarz-Thermostat)? Isolierung+Thermostat=? Dann ist zumindest im Sommer bei 30 Grad im Büro noch etwas Genauigkeit vorhanden, sofern die Bauteile es vertragen?
Danke für die Tipps, im Prinzip gibt es also 4 Möglichkeiten: a) auf eine Stützkonstruktion aus INVAR oder Kohlefaser setzen b) durch entgegengesetzte Ausdehnung wie beim Rost-pendel kompensieren c) auf Betriebs-temperatur bringen und diese halten d) Strahlgangverschiebung messen und optisch kompensieren a und b haben die Vorteil das sie passiv ist, man muss also nicht ständig aktiv eingreifen damit sind diese Varianten sicherer als c und d b) scheint mir recht "wacklig" abhämgig von der Anzahl der zu kompensierenden Befestigungspunkte c) scheint standard zu, das Problem ist hier das der "Kasten" ziemlich lang ist und mehrere unterschiedliche Hitzequellen einwirken. Sollte man da mehrere heatpads einplanen und getrennt ansteuern um eine möglichst gleiche Temperaturverteilung zu erhalten? Peltierelemente scheinen im Vergleich deutlich aufwendiger zu sein. Für a) könnte man nur ein Grundgerüst aus Material mit TK=0 aufbauen das alle Befestigungspunkte "trägt". Das Gerüst wird dann so mit dem Alu beplankt das dessen thermische Verformung nicht als elastische Verformung auf das Grundgerüst überträgt. d) wurde ich technisch vorsehen also Abweichungsmessung und Aktorik zur Kompensation vorsehen. Sollte ohnehinschon aus anderen Gründen vorgesehen sein. Die vorgeschlagene Lit. zu "Athermal optomechanic" sichte ich noch, ich würde liebend gern auf einen fachtext zurückgreifen der die gesamte Problematik der diesbezüglichen Geräteentwicklung beschreibt. ich hatte auf alte Uhrmacherbücher gehofft aber die gehen das Thema Kompensation eher anders an. Die Probleme einzeln anzugehen könnte sich dann beim "zusammenfügen" fatal erweisen. wenn besipielsweise die thermisch stabile Konstruktion Bodenvibrationen oder Körperschall aufnimmt oder zu schwer oder zu spröde ist. MfG,
Was soll das werden??? Fpga K. schrieb: > Bei einem längliche geschlossenen Gehäuse ändert sich ja bekanntlich > die Position von Befestigungstellen im µm-bereich. Im Gehäuse befindet > sich neben exakt zu positionierender Optik Elektronik die zum Aufheizen > und damit zur Längenausdehnung des Gehäuses führt. Erschwerend kommt > hinzu das das Gehäuse geschlossen sein muß (blickdicht)...
Ein Laser muss sowieso luftdicht sein. Denn sonst gibt es Staubablagerungen auf den Spiegeln. Ja, es gibt Legierungen, haben null ausdehnung. Sowas wuerde ich zB im Weltraum verwenden, wenn es beliebig lange ohne wartung funktioneren muss. Und die Waerme hinreichend homogen auftritt, oder verteilt werden kann. Ja, man kann sowas thermisch stabilisieren, das wuerde man mit einem sogenannten Chiller machen, der bei kleinen Leistungen mit Peltier, bei hoeheren Leistungen, ab zB 50W thermisch mit einem Kompressor laeuft. ein externes Gerate mit Schlaeuchen angeschlossen. Also das ganze Mainboard, resp das Gehaeuse ist mit Wasser Rippen versehen und durchflutet. Ja, das Einfachste ist aktive Stabilisierung mittels Elektronik. Allenfalls muss man so einen Servoantrieb irgendwann wechseln.
Das müsste sich doch einfacher lösen lassen. Die Elektronik mit Optik in einem Kohlefaserrohr. Das Ganze in das Alurohr verfrachten. Gleichbleibende Temperatur sicherstellen ( Heizen oder Kühlen ). Fertig. Grüße Bernd
metallfunk schrieb: > Das müsste sich doch einfacher lösen lassen. > > Die Elektronik mit Optik in einem Kohlefaserrohr. > > Das Ganze in das Alurohr verfrachten. Gleichbleibende Temperatur > sicherstellen ( Heizen oder Kühlen ). Und das Kohlefaserohr schwebt frei im Alurohr? Eher nicht, irgendwoe sind die beiden miteinander verbunden. Das gibt Wärmebrücken und mechanische spannungendie sich vom Alu aufs Kohlefaserrohr übertragen. Gleichbleibende Temperatur ist auch einfacher gesagt als getan. Da ist elektronik dabei die flott auf 60° aufheizt. die muss man wegkriegen, mit Wärmestrahlung allein ist es kaum getan. Viel besser ist natürlich zwangsbewegte Luft. Aber einen Miefquirl wie beim PC kann man auch nicht so schnell mal in die Optik stellen ohne die optischen Verhältnisse zu ändern. Mani W. schrieb: > Was soll das werden??? Laser-Anwendung in der Medizin. Keine Panik -> ich bau nicht das Gehäuse das machen die Experten. Ich will mich nur schlau machen um beim Systemdesign mitreden zu können: Was kann die Elektronik zur Problemlösung beitragen , wo muß die Mechanik-konstruktion ihren Anteil zum technischen Wunder leisten. MfG,
Fpga K. schrieb: > d) Strahlgangverschiebung messen und optisch kompensieren Wenn Du etwas "genau" messen möchtest, brauchst Du einen recht genauen Anhaltspunkt, der wahrscheinlich schon durch thermische Differenzen sich um einiges verschiebt? Du könnte4st höchstens anhand bekannter Fehler den Strahl einigermaßen kalibrieren (Tabelle mit Korrekturdaten).
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