De bouw van een 18 “ lichtgewicht Boldobson Jurrian Zijl

De bouw van een 18 “
lichtgewicht Boldobson
Jurrian Zijl
ATM dag der Lage Landen
8 November 2014
Universiteit Gent
Inhoud
 Inleiding
 Principe van een Boldobson
 Lichtgewicht construeren
 Bouwwijze van onderdelen
 Gebruikers ervaringen
 Conclusies
Inleiding: Waarneem locatie
Ede ligt op de Veluwe, een uitgestrekt natuurgebied van bossen en
heide met zeer veel goede fietspaden en slechte zandwegen waar je
's avonds niet kan/mag komen met de auto
Inleiding: Kijker historie
Zelfbouw Obsession
F=4.4
D=457 mm
Massa:
Oculairhoogte :
58 kg
195 cm
Mooie telescoop maar...
ZWAAR !!
Alleen te vervoeren met auto
Inleiding: Kijker historie
PVC schuim 30x150 Bino
f=750 mm
D=150 mm achromaat
Massa:
12.5 kg
Widefield 2.2 graden.
Mee te nemen op de fiets naar de heide.
Net stevig genoeg.
Eerste ervaring met lichtgewicht constructies
Na 1.5 jaar waarnemen wil je iets meer detail...
Inleiding: Kijker historie
Boldobson
f=1992 mm
D=457 mm
Massa
27 kg
Oculairhoogte : 173 cm
Evt. mee te nemen op een fietskar
naar de heide.
First light 3 juli 2014
Principe van de Boldobson
In balans als som van de momenten t.o.v bolcentrum :
Zeer groot waarneem comfort omdat de telescoop kan ronddraaien om optische as
Principe van de Boldobson
Berekening van de momenten
 Eindeloos de waarden in de excel file invullen en kijken wat voor een invloed
het heeft op het eindgewicht.
 100 gram extra gewicht aan de uppercage moet gecompenseerd worden met 400
gram contragewicht ==> lichtgewicht constructie is een must
Lichtgewicht construeren
1
“gewichtsbesparing van 1 kg kan niet, wel 1000 keer 1 gram”
 Juiste keuze materiaal:
Composiet i.p.v. MDF/ Berken triplex.
Carbon fiber vanes i.p.v. Aluminium/staal.
 Juiste ontwerpkeuzes maken:
Uppercage ring i.p.v Uppercage tube.
Hoge spider vanes i.p.v groot lichtschild.
Helical focuser i.p.v Crayford focuser.
 Juiste constructie techniek gebruiken:
Dekplaat
Kern
Dikke sandwich wordt heel stijf.
Alleen hardpoints voor bevestiging.
Lichtgewicht kern gebruiken.
Beide kanten bekleden.
dekplaat: sterk materiaal (carbon/glasweefsel) met hoge E-modulus
Kern:
zacht materiaal (Airex/ Styrofoam) met lage E- modulus
Lichtgewicht construeren
Sandwich theorie
1) balk
h
S := E I
E
3
bh
I
12
S=stijfheid
I=traagheidsmoment
E= Youngs modulus
b=breedte
h=hoogte
b
2) dubbellaags composiet balk
t
3
2
3
Ef b t Ef b t ( ct ) Ec b c
S :=


6
2
12
dekplaat (Ef)
c
kern (Ec)
S=stijfheid
Ef= Youngs modulus dekplaat
Ec=Youngs modulus kern
b=breedte
t=dikte dekplaat
c=dikte kern
b
3) dekplaat moet ver van neutrale buiglijn zitten om hoge stijfheid te verkrijgen
Neutrale lijn
x
x
x
Fout !
Lichtgewicht construeren
Keuze van kern materiaal
Airex/Styrofoam Ec=0.1 GPa
430gr/m^2
Hout Ec=8 GPa
6000gr/m^2
S [Nm^2]
S=stijfheid
Ef= Youngs modulus dekplaat
Ec=Youngs modulus kern
b=breedte
t=dikte dekplaat
c=dikte kern
Invulwaarden voor deze grafiek
t=0.257 mm
c=10 mm
b=30 mm
Ef=200 GPa (carbon)
E-modulus kern materiaal [Pa]
Dubbelzijdig lamineren hout met carbon: slechts 22 % stijver maar factoren zwaarder !!
Lichtgewicht construeren
Stijfheid
Weefsel doek moet wel strak en glad met de core verlijmd worden,
anders worden de bovengenoemde stijfheden niet gehaald !!
Lichtgewicht construeren
Massa
Factor 4.6 !!
Lichtgewicht construeren
Prijs
 Airex kan gebogen worden als het warm gemaakt wordt, Styrofoam niet.
 Wanneer er alleen vlakke platen gebruikt worden, voldoet Styrofoam heel goed
als kern materiaal ! ===> zelfde prijs,stijfheid maar 4.6 x lichter dan triplex
Lichtgewicht construeren
Praktijk: Maken van een sandwich
 Maak de vorm in airex/styrofoam met evt. hardpoints
 Vorm overtrekken op blauwe vuilniszak.
 Plastic zak met weefseldoek opspannen op karton.
 Insmeren met epoxy totdat contouren weer zichtbaar worden.
 Uitknippen en opplakken op het Airex.
 In de vacuum zak stoppen en vacumeren.
 Laten drogen.
 Randen afwerken.
Bouwwijze
Algemene kenmerken
Spiegeldiameter
Brandpuntsafstand
Hoogte oculair in zenit
Totaal massa
: 457 mm
: 1992 mm
: 1.73 m
: 27 kg
Lowrider design
6 punts spiegelcel
20x1 mm alu truss buizen
vangspiegelverwarming
2 ventilatoren voor koeling
6x30 zoeker
Bouwwijze Rocker
 16 inch fietsvelg met pootjes.
 Teflon blokjes op pootjes.
 Afstand tussen steunpunten 33.5 cm.
 Daardoor laagste stand 5 graden.
 Massa 465 gram.
Bouwwijze
Bol
Locaties: Rivieren en Kanalen
Bolhelften zagen
Boldiameter:
Wanddikte:
Materiaal:
Eerste laag glasweefsel
650 mm
6 mm
PMMA (plexiglas)
24 segmenten maken
Bouwwijze
Bol
Locaties: Zee
Segmenten
In de vacuumzak
 Massa van de bol: 5.5 kg
 Moeilijk onderdeel om te maken
2e laag klaar !
Bouwwijze Cage &Trusses









Upper Cage volledig van lichtgewicht materiaal (Airex,carbon).
Drie lagen glasweefsel doek bij focuser segment.
Lowrider design omdat trusses dan 3 cm korter worden.
Helical focuser gebruikt voor 200gr gewichtsbesparing.
Massa 745 gram (excl. vangspiegel, oculair en zoeker).
Aluminium buizen 20x1 mm.
Klemsysteem gekopieerd van Albert Highe.
Stijf genoeg in combinatie met Cage.
Carbon trusses zijn lichter maar erg duur
Bouwwijze Spiegelhouder





Sandwich: glasweefsel-carbon-honingraat-carbon-glasweefsel.
Glasweefsel toegevoegd voor goede bevochtiging.
Dikte 1.5 mm.
Massa 114 gram.
Extra hoge spider vanes die ook dienen als klein lichtschild.
Bouwwijze Spiegelcel & rand
ondersteuning






Standaard 6 punts spiegelcel
Afgevijlde hoeken om in de bol te passen
Berekend met PLOP
RMS 3.88 nm
Collimeerbaar aan de achterkant
Massa 1420 gram
 Steunpunten op 22.5 en 67.5 graden
t.o.v verticaal
 Wiffle tree principe
 RMS 5.88 nm @ horizon
Bouwwijze koeling
 Koeling is beperkt mogelijk door weinig
ruimte.
 2 ventilatoren blazen lucht door halve maan
gaten.
 Toerental regelbaar tot 4500 rpm.
 Een accu kan geplaatst worden dat tevens
dient als contragewicht.
Eerste gebruikers ervaringen
 Ongekend waarneemcomfort door draaien om optische as en het
ontbreken van een opstapje.
 Transporteren van deze Boldobson is een makkelijker.
 Collimeren door bol gaat goed alhoewel het zoeken van het inbusgat
soms lastig is.
 Stijfheid trusses is goed en binnen 4 sec. is alles uit getrild.
 Koeling is beperkt mogelijk, met ventilatoren aan is de telescoop na 40
minuten op temperatuur.
Conclusies
 Een lichtgewicht 18” Boldobson kan gemaakt worden met composiet
materialen.
 Om dit te bereiken is de juiste toepassing van de sandwich theorie en
vacuüm techniek nodig om de maximale verhouding stijfheid/massa te
verkrijgen.
 Vooral het composiet materiaal Styrofoam-glasweefsel biedt perspectieven
voor de ATM-er:
+ Bijna zelfde prijs als berkentriplex
+ Zelfde stijfheid als berkentriplex
+ Ruim een factor 4 lichter
Einde
Appendix 1
Formules voor stijfheidsberekening van enkelzijdig en dubbelzijdig laminaat
2 
2

 3
 c 2 Ec 2 Eft c Eft2 c    b t3
 t c 2 Ec 2 Eft c Eft2  
bc



  

  


 
S_enkel := Ec  b c 
  Ef  b t  c 
2    12
2 ( c EcEft )  
 12
 2 ( c EcEft )
 2
S_dubbel :=
Efb t
6
3

Efb t ( ct )
2
2

Ec b c
12
3
S=stijfheid
Ef= Youngs modulus dekplaat
Ec=Youngs modulus kern
b=breedte
t=dikte dekplaat
c=dikte kern
t
t
dekplaat (Ef)
dekplaat (Ef)
kern (Ec)
kern (Ec)
b
Dubbelzijdig laminaat
b
Enkelzijdig laminaat
Appendix 2
vergelijkingsoverzicht van enkelzijdig en dubbelzijdig laminaat van
carbondoek en glasweefsel
Te zwak
Te duur
Optimaal

Download Report