Wie ein Teleskopspiegel entsteht.

Prolog

Hier mal wieder was aus der DIY-Ecke, oder einfach gesagt, Selbermachen.
Viele wissen es vielleicht nicht, aber man kann tatsächlich einen Teleskopspiegel selbst herstellen. Ich dachte zuerst auch, dass das viel zu kompliziert ist und verfolgte es nicht weiter, bis ich per Zufall günstig an 2 schöne Glasplatten kam. Und schon war ein neues Projekt geboren:
Einen 14″ (355mm) Spiegel selbst schleifen.

Wenn man sich den Spiegel selbst macht, hat man bezüglich der Daten ziemlich viel Spielraum. Man kann zB. sehr viel Brennweite einplanen und so einen “Planeten-Killer” bekommen, oder mit sehr kurzer Brennweite eine “Lichtkanone”.
Ersteres ist leichter herzustellen, aber nicht so lichtstark. Das Zweite wird eigentlich immer favorisiert, ist aber schwerer zu realisieren.
Man sollte es mit der Brennweite und damit mit dem Öffnungsverhältnis (F/D) nicht übertreiben, denn je kürzer, desto schwerer ist es später eine gute Parabel erreichen. F/5 ist ein guter Kompromiss und besonders für des ersten eigenen Spiegel schon sportlich genug.

So auch in meinem Fall. Allerdings gab es ein paar Unregelmäßigkeiten; Zum Einen war der Glasrohling seeehr dünn (19mm), zum Anderen nicht aus dem üblichen Pyrex, Zerodur oder anderer hochwertiger Gläser, sondern aus stinknormalem Float(Fenster)Glas.

Um einen Spiegel zu schleifen benötigt man natürlich Schleifmittel. Der bekannteste Lieferant dafür ist wohl Stahtis, bei dem auch ich die nötigen Pülverchen bestellt hatte.

Schleifen

Wenn man alles zusammen und einen stabilen Tisch hat, kann es endlich losgehen.
Im Prinzip sind die Schritte wie folgt:
– Grobschliff
– Feinschliff
– Politur
– Parabolisierung

Der Grobschliff

Der Grobschliff hat die Funktion die grobe Form herzustellen. Eine Sphäre. Man baggert also mit dem gröbsten Korn (bei mir K80) eine Senke ins Glas, deren Pfeiltiefe von der gewählten Brennweite abhängt. Je kürzer, desto tiefer.
Hierfür gibt man etwas Pulver und Wasser zwischen die beiden Scheiben (Rohling & Tool) und schleift möglichst chaotisch mit lautem Knirschen vor sich hin. Die Schwerkraft und etwas Druck erledigen dann den Rest.

Hier wurde eine Fase geschliffen, um Muschelbrüche zu vermeiden.

Ist die Pfeiltiefe erreicht, muss die Form sphärisch gemacht werden, falls das nicht schon der Fall ist. Das wird mit einem Filzstift getestet. Man zeichnet ein paar Linien auf die geschliffenen Flächen und schleift ein paar Minuten weiter. Verschwinden diese gleichmäßig ist alles ok, ansonsten muss nachgebessert werden.

 

Der Feinschliff

Der Feinschliff beseitigt die Löcher in der Oberfläche der vorherigen Körnung. Die Abstufung bei mir war; K180,K320, 24µ, 15µ, 9µ. Ab 24µ fangen die beiden Scheiben an zu saugen, wenn man nicht aufpasst. Sie kleben dann aneinander und sind nur extrem schwer wieder zu lösen. Dabei habe ich mir auch ein paar Muschlebrüche am zugezogen, sowas lässt sich kaum vermeiden. Es ist ein ähnlicher Effekt wie bei den Magdeburger Halbkugeln.

Pause zur Reinigung von durchgeschliffenem Schleifbrei

Die Geräuschkulisse wird mit jeder weiteren Körnung immer leiser und die Oberfläche immer glatter (samtartig). Bis bei der letzten Körnung fast nichts mehr zu hören ist und der Spiegel im streifenden Licht schon spiegelt.

Löcher in der Oberfäche (sog. Pits) sind mikroskopisch klein und werden mit Durchlicht und Lupe gesucht.

Sind alle Löcher ausgeschliffen und die Sphäre stimmt, wird es richtig spannend:

Die Pechhaut

Um zur Politur überzugehen und später zu parabolisieren, wird auf dem Tool eine Pechhaut benötigt. Das Poliermittel kann in diese etwas einsinken und entfaltet so seine Wirkung.

So wird das Pech eingeschmolzen

eine zugeschnittene Auto-Fußmatte sorgt für ein “Schokoladentafel”-Muster in der Oberfläche der Pechhaut. Es gibt viele verschieden Möglichkeite so ein Muster zu erzeugen, hier ist nur ein Beispiel. Das verhindert effektiv das oben erwähnte Saugen und sorgt für eine perfekte Anpassung der Pechhaut an der Spiegel.
(Das Pech gießen geht sehr gut, aber das anschließende Entfernen der Reste ist eine furchtbare Sauerei)

Fertiges Poliertool

 

Die Politur

Die Politur hat die Aufgabe die Rauhe Oberfläche des Schliffe zu glätten, bzw. noch vorhandene Löcher “zuschmieren”. Das ist entgegen dem Schleifen zum Teil ein chemischer Prozess indem Glas an der einen Stelle angelöst und dann an anderer Stelle angelagert wird.

Der Spiegel ist auspoliert wenn alle Löcher in der Oberfläche beseitigt sind.
Jetzt glänzt er schon und ist spiegelglatt. Man könnte meinen er sei fertig, aber wir haben ja immernoch eine Sphäre und wollen eine Parabel. Deshalb geht es dann weiter zum letzten Schritt.

 

Das Parabolisieren

Das ist der Spannendste Teil des Spiegelschleifens und es kann auch der längste werden. Je nachdem welchen Anspruch man an das Ergebnis hat, geht es sich hier doch um wenige nm.
Zum Parabolisieren benötigt man einen Focault-Tester. Mit ihm werden die Schnittweitendifferenzen der einzelnen Zonen gemessen.Er zeigt ein feinste Unterschiede des Spiegel, und zB auch in der Luft dazwischen. Man kann noch 30-60 sec danach sehen, ob jemand vorbeigelaufen ist!

Der Focault-Tester

Das Schlierenbild

Beim Parabolisieren muss der Krümmungsradius zur Mitte hin verkürzt werden. Um diese zu messen, benutzt man vorher gewählte Zonen, deren Brennweitendifferenz man misst.
Die gemessenen Werte (relativ! nicht absolut) werden in ein Auswerteprogramm eingegeben. Dieses spuckt eine Kurve aus, welche die Qualität der Parabel und damit des Spiegels zeigt.

Spiegel am Anfang. Hier war noch viel zu tun.

Mit dieser Kurve habe ich ihn für Fertig erklärt. Cool

Der Fertig geschliffene Spiegel wird nun zu einer Firma gegeben, die ihn mit einer hochreflektiven Aluminium-Schicht und einer Siliziumoxid-Schutzschicht belegt.

 

Fazit:

Nach 2 Nächten testen und Beobachten in der Eifel bin ich sehr zufrieden mit dem Ergebnis. Ich kann nur jedem Interessierten empfehlen es auch mal auszuprobieren und sich seinen/ihren eigenen Spiegel zu Schleifen. Es ist einfacher als man glaubt und ein tolles Gefühl mit dem >wirklich< eigenen Teleskop in den Nachthimmel zu schauen.

First Light!

Veröffentlicht von

www.astrotobi.de

Seit Ich 2003 zu Weihnachten mein erstes Teleskop geschenkt bekam hat mich der "Astrovirus" und alles was damit zu tun hat gepackt. Ich studiere zur Zeit Luft- und Raumfahrttechnik an der FH in Aachen und bin dort auch an der Volkssternwarte sehr aktiv. Vor meiner Studienzeit war die Starkenburg-Sternwarte Heppenheim e.V. (611) mein Heimatobservatorium bei dem ich immer noch Mitglied bin. Am meisten macht mir die Öffentlichkeitsarbeit Spaß. Was gibt es schöneres als staunende Besucher beim Anblick des Sternenhimmels? Ich versuche so oft wie möglich mit dem Teleskop zu Beobachten und mich mit Anderen auszutauschen. 2008 entdeckte ich mit Matthias Busch meinen ersten Kleinplaneten an der Starkenburg Sternwarte Heppenheim und bin Mitglied im Teide Observatorium Tenerife Asteroid Sourvey (TOTAS) welches zum Großen Teil an diese Arbeit anknüpft bzw. primär nach Near Earth Objects (NEO) sucht. Im Rahmen meines Studiums bin ich außerdem an dem Pico-Satellitenprojekt "Compass 2" beteiligt, welches zum Ziel hat schon den zweiten Cubesat der FH Aachen von Studenten zu bauen und zu betreiben.

9 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Zur Sphäre…

    …gibt es sozusagen keine Alternative.
    Man schleift beim Grobschliff mit MOT (Mirror on top) mit viel Überhang und langen Strichen. Dadurch wird die Mitte des Spiegels und der Rand des Tools an meisten bearbeitet. Wenn man immer schön chaotisch schleift und alle Teile andauernd dreht, haben die Teile keine Wahl. Denn nur bei einer Sphäre berühren sich dann alle Punkte der beiden Oberflächen.
    Es sind dafür keine 2 Glasscheiben notwendig. Das Tool kann auch aus anderem geeigneten Material sein. Viele Leute nehmen bei großen Spiegeln ein Fliesen- oder Granittool, weil ein zweiter Rohling zu teuer wäre.

  2. Parabolisierung

    Die Brennweite beträgt das 5-fache des Spiegeldurchmessers, also 1775 mm. Der Krümmungsradius muss doppelt so groß sein, also R = 3550 mm. Das ergibt bei einem Radius r in der Scheibenebene von r = 177,5 mm (also am Scheibenrand) eine Höhe (gegenüber der Scheibenmitte) von

    h = R – (R^2 – r^2)^(1/2) = 4,4403 mm.

    Wenn man nun für h eine Parabel mit der gleichen Krümmung im Zentrum ansetzt, dann hat man

    h = r^2/(2 R)

    und am Scheibenrand h = 4,4375 mm

    Die Differenz ist etwas genauer gerechnet 2777 nm, also mehr als 10 mal so groß wie die Messung beim noch nicht parabolisierten Spiegel.

    Wie kann der Spiegel schon vorher eher parabolisch als sphärisch sein? Oder wo mache ich einen Denkfehler?

  3. Parabolisierung

    Ich nehme an Sie meinen die erste Messkurve?
    Das liegt daran, dass man bei der Politur nicht perfekte Striche führt. Wenn dabei die Mitte (ungewollt) etwas zu stark vertieft wird, ist man schon auf den Weg zur Parabel. Ganz böse ist, wenn man schon eine super Parabel hat, der Rand aber noch nicht auspoliert ist oder man die Parabel total verhauen hat. Dann muss man den Rand wieder abflachen zurück zur Sphäre (alles im nm/µm-Bereich)
    Die erste Kurve zeigt nur meine erste Messung mit dem Focault-Tester. Ich hatte da schon ein paar Minuten Parabolisiert.
    Man muss hier einfach machen, schauen was passiert ist, was anderes machen, wieder schauen, usw…
    Zum Schluss wird mehr gemessen als alles andere.

  4. Noch eine Laienfrage:

    Danke für die Antworten.

    Der Rotationsguss von silikatischen Schmelzen benötigt hohe Temperaturen.

    Rotierende Quecksilberteleskope können nur nach oben sehen, und leiden auch durch Vibrationen beim Rotieren.

    Könnte man nicht eine Schicht Giessharz auf einer rotierenden Glasplatte langsam aushärten lassen?

    Die Glasplatte sorgt später für die Formstabilität, und das rotierende Giessharz sorgt für die parabolische Form der Oberfläche.

    Das Giessharz ist schon vor dem Aushärten relativ viskos, und es wird dann beim Aushärten langsam immer viskoser.

    Dadurch sollten sich eigentlich alle Vibrationen ausmitteln lassen.

    Die Luft über dem Giessharz sollte man natürlich einschliessen, damit sie ebenfalls mitrotiert.

    Hat das alles schon jemand versucht?

  5. Rotationsguss

    Hallo,

    Ich glaube nicht dass das schonmal jemand probiert hat.
    Soweit ich weis, werden aber die richtig großen Teleskopspiegel(-rohlinge) durch Gießen in Rotation hergestellt und müssen dann aber immernoch in die richtige Form geschliffen werden.
    Das Gießen allein ist also wohl noch viel zu ungenau.

  6. Guten Abend.
    Zum Thema Selbermachen, aber ganz anders!
    Ich habe schon öfters daran gedacht, ob nicht mit einer Spiegel-Haut, also eine spiegelnde Folie unter Vakuum, ein brauchbarer, großer aber leichter Spiegel zu realisieren wäre. Die Brennweite wäre dazu noch durch den Unterdruck wählbar/einstellbar. Ich dachte da an Alu-Folie, an Spiegelfolien aus dem Deko-Bereich oder an eine 40 mal 40 cm verspiegelte 2mm dicke Plexischeibe die ich habe.
    Welchen Denkfehler mache ich vielleicht.

  7. Hallo!
    Ich freue mich mal zu sehen dass es Leute gibt die auch selbst Spiege schleifen und dann sich enorm freuen an ein selbsgebauter Teleskop . Ich bin auch einer.

    Ich bin begeistert !!! Ich bin auch ein der ( mit 16 J) ein Teleskospiegel geschliefen hat ! Nur ein 140 mm F/ 3,8 Newton ( im 1993 ) .Dein Focault erinnert mich an meinem auch aus Holz :))).
    Nach mehr als 22 Jahre Pause werde ich mal wider die alte Kisten auspacken und wider mal anfangen zu schleifen .

    Gruss Florin

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