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
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.
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).
