Spiegelschleifen
Der Parabolspiegel eines Teleskops ist ein hochpräzises optisches Bauteil, dessen Oberfläche nur wenige hunderttausendstel Millimeter von der theoretisch idealen Form abweichen darf.
Umso erstaunlicher ist es, dass man solch einen Spiegel durch Handarbeit und mit verhältnismäßig einfachen Hilsmitteln selbst herstellen kann. Die erreichbare Qualität ist dabei mindestens so gut wie ein industriell gefertigter Spiegel, oft sogar deutlich besser.
6 Zoll/f8
Das Schleifkit für meinen ersten Spiegel bestehend aus dem BK7- Rohling und den Schleifmitteln für einen 6 Zoll- Spiegel, habe ich bei der Materialzentrale der VdS bestellt. Das Schleifwerkzeug habe ich aus einer 20mm dicken Eisenscheibe und einer 10mm dicken Fensterglasscheibe mit UHU-Plus zusammengeklebt.
Der Grobschliff ging zügig voran und die Arbeit mit dem Glas hat viel Spaß gemacht.
Ich finde es faszinierend zu beobachten, wie im Laufe des Schleifprozesses aus einer flachen Glasscheibe ein Hohlspiegel mit immer feinerer und schließlich spiegelblanker, hochgenauer Oberfläche wird.
Wie ich heute weiß, habe ich die einzelnen Chargen viel zu lange durchgeschliffen. Es ist völlig ausreichend, die Charge nur so lange zu schleifen, bis das mahlende Geräusch der Schleifkörner deutlich leiser wird. Dies ist meist nach spätestens 2 Minuten der Fall.
Das Polieren und das Parabolisieren haben viel Geduld erfordert, was nicht zuletzt am verwendeten Spiegelmaterial BK7 lag, das im Vergleich zu Zerodur, Pyrex oder Duran weicher ist und sich dadurch schwerer in die richtige Form polieren läßt.
Fazit nach dem Schliff des 6- Zöllers:
- Werkzeug aus Eisen ist schwer und schlecht zu handhaben; daher nicht zu empfehlen.
- Im Vergleich zu beispielsweise Duran ist es deutlich schwieriger BK7 zu polieren
10 Zoll/f5
Der Rohling ist aus Duran, 42mm dick und hatte schon eine anpolierte /f8 Kurve als ich ihn gekauft habe.
Das Schleifwerkzeug hat 240mm Durchmesser und besteht aus zwei 10mm starken Glascheiben aus Fensterglas, die mit UHU-Plus aufeinander und anschließend auf einen Unterbau aus drei Muliplexscheiben geklebt wurden. Die mittlere dieser Sperrholzscheiben ist im Durchmesser 2 cm kleiner, dadurch ensteht rundum eine Griffnut, in der das Tool beim Auflegen und Abnehmen auf den Spiegel sicher gehalten werden kann.
Um das Werkzeug vorzufräsen, habe ich es an drei Dachlatten befestigt am Balkongeländer pendelnd über einer Diamantscheiben- bestückten Fliesenschneidemaschine aufgehängt und dann die konvexe Kurve vorgefräst.
Dann folgte der Grobschliff mit K60 , abwechselnd MOT/TOT, jeweils halbe bis ganze zentrale Striche im Wechsel mit Chaos- Strichen.
Zur Verwendung im Bino mußte die Brennweite des Spiegels so gut als möglich mit der des schon vorhandenen GSO- Spiegels übereinstimmen. Zu Beginn des Grobschliffs hatte der Spiegelrohling ein Pfeilmaß von 2,08mm. Nach 4 Stunden Grobschliff mit K60 war ein Pfeilmaß von 3,02mm erreicht (Soll- Fertigmaß =3,26mm).
Die Tiefe des Spiegels habe ich mit dem Balkensphärometer gemessen.
Diese Messmethode ist zur Festsellung der Tiefe der Spiegelmitte zwecks Brennweitenbestimmung recht genau, da der Abstand zwischen den Auflagepunkten maximal ist. Dreht man jedoch den Balken um einen beliebigen Winkel auf dem Spiegel, wird man zumeist einen geringfügig anderen Wert messen, wenn auch nur im Bereich von ca. 1/100mm. Als ich dieses Phänomen zum erstenmal nach Abschluß des Feinschliffs K400 beobachtet habe, schwante mir Böses (Astigmatismus). Das Werkzeug glitt aber auch bei minimalem Schleifmittelfilm ohne zu haken und zu rucken wie auf Samt, deshalb erschien mir ein Astigmatismus sehr unwahrscheinlich.
Zur Nachprüfung der Kugelform habe ich dann ein Sphärometer verwendet, das auf drei Punkten auf der zu messenden Fläche steht. Damit war dann kein Unterschied des Krümmungsradius mehr messbar. Die mit dem Balkensphärometer gemessenen Differenzen kommen wohl daher, dass die Auflagestelle des Balkens nach dem Drehen nie dieselbe ist und der Rand des Spiegels vieleicht auch noch leichte Unregelmäßigkeiten vom Anschleifen der Fase aufweist.
Nach dem K60 ging der Spiegelschliff mit dreiviertel und halben, zentralen Strichen im Wechsel mit Chaos- Strichen und ständigem Messen des Pfeilmaßes weiter:
K80: 3h MOT/TOT; Pfeilmaß 3,22mm
K120: 2,5h MOT/TOT; Pfeilmaß 3,22mm
K220: 2h TOT kurze zentrale Striche; Pfeilmaß 3,25mm
K320: 2h MOT/TOT jeweils im Wechsel, kurze, zentrale + Chaos- Striche; Pfeilmaß 3,26mm
Körnungen 400,600,800,1200 jeweils 2h TOT kurze zentrale Striche, keine Änderung des Pfeilmaßes mehr.
Damit war die erste Hürde auf dem Weg zum zweiten Spiegel für das Bino genommen: Das Pfeilmaß stimmte auf 1/100mm mit dem angestrebten Wert überein.
Polieren
Zum Polieren habe ich das 240er Tool mit einer Pechhaut beschichtet und diese in einer mit Wasser gefüllten Schüssel mittels eines Sägeblattes mit Rillen versehen.
Nach 3 Stunden polieren mit langen, zentralen Strichen zeigte sich der Rand unberührt.
Also das Pech wieder runter vom Tool und 2h schleifen mit 800er Carbo, ganz kurze zentrale Striche.
Nachdem die Pechhaut neu gegossen und gepresst war, zeigte sich nach einer Stunde polieren ein ganz anderes Bild:
Der Rand war jetzt höher, eine gute Vorausetzung, um die Fläche gleichmäßig polieren zu können.
Nach weiteren 12 Stunden Polieren mit dem 240mm Werkzeug war die Sphäre erreicht.
Parabolisieren
Zu Beginn habe ich mit dem 240mm Werkzeug und W-Strichen parabolisiert, und der erste zarte Parabel- Schatten zeigte sich schon nach ca. 1 Stunde.
Nach weiteren 5 Stunden W- Strichen im Wechsel mit Chaos sah der Spiegel dann so aus:
Die Kurve entwickelt sich in der Tendenz sehr schön, auch wenn sie in der Mitte noch deutlich zu flach ist. Das Ronchi- Gitter hat 6 Linien/mm
Der Foucault- Tester mit Webcam bewährt sich jetzt !
Da die Mitte noch zu flach ist und das Parabolisieren mit dem 240mm Tool deutlich langsamer voranschreitet als zu Anfang, entschließe ich mich mit dem 150mm Tool weiterzumachen. Das bringt den gewünschten Erfolg und die ersten Zonenmessungen im grünen Bereich. Am 21.05.02 messe ich Lambda/6 Wellenfront. Bei Kurt Schreckling prüfen wir den Spiegel in Autokollimation mit Kurtīs 12" Quarzmonster.
Der Spiegel sieht gut aus, Kurt diagnostiziert "ganz leichte Unterkorrektur", in der Mitte ist immer noch ein kleiner Berg .
Ich entschließe mich, dem zentralen Hügelchen mit einem 120mm Polierer zu Leibe zu rücken. Nach 10 Minuten Polieren sagt Figure45 Lambda/11.
Gegen alle Vernunft (jetzt bloß keinen Kratzer mehr einfangen !) nehme ich den Polierer noch einmal zur Hand, diesmal für 4 Minuten.
Die Auswertung der Zonenmessung ergibt bei Figure45 Lambda/18, bei Parabel von Martin Trittelvitz Lambda/17. Die Fäche sieht sehr glatt aus.
Abschließend vergleiche ich die Brennweiten der beiden Spiegel im Foucaulttest. Das Ergebniss ist besser als ich zu Anfang hoffen konnte, beide Spiegel haben exakt 1252mm Brennweite.
Auswertung der Zonenmessung des fertigen Spiegels mit Figure45. Wenn die Werte auch nur annähernd stimmen, hab ich einen guten Spiegel !
Fazit nach dem Schliff des 10- Zöllers:
- Duran läßt sich hervorragend schleifen und polieren, viel besser als BK7.
- Der 10Zoll- Spiegel war vom Handling her angenehmer und trotz des größeren Öffnungsverhältnisses erheblich einfacher herzustellen als der 6Zöller.
- Das "letzte Lambda" läßt sich mit einem kleinen Werkzeug ( Durchmesser ca. halber Spiegeldurchmesser) wesentlich feinfühliger polieren.
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Um das Werkzeug vorzufräsen, habe ich es an drei Dachlatten befestigt am Balkongeländer pendelnd über einer Diamantscheiben- bestückten Fliesenschneidemaschine aufgehängt und dann die konvexe Kurve vorgefräst.
Dann folgte der Grobschliff mit K60 , abwechselnd MOT/TOT, jeweils halbe bis ganze zentrale Striche im Wechsel mit Chaos- Strichen.
Diese Messmethode ist zur Festsellung der Tiefe der Spiegelmitte zwecks Brennweitenbestimmung recht genau, da der Abstand zwischen den Auflagepunkten maximal ist. Dreht man jedoch den Balken um einen beliebigen Winkel auf dem Spiegel, wird man zumeist einen geringfügig anderen Wert messen, wenn auch nur im Bereich von ca. 1/100mm. Als ich dieses Phänomen zum erstenmal nach Abschluß des Feinschliffs K400 beobachtet habe, schwante mir Böses (Astigmatismus). Das Werkzeug glitt aber auch bei minimalem Schleifmittelfilm ohne zu haken und zu rucken wie auf Samt, deshalb erschien mir ein Astigmatismus sehr unwahrscheinlich.
Zur Nachprüfung der Kugelform habe ich dann ein Sphärometer verwendet, das auf drei Punkten auf der zu messenden Fläche steht. Damit war dann kein Unterschied des Krümmungsradius mehr messbar. Die mit dem Balkensphärometer gemessenen Differenzen kommen wohl daher, dass die Auflagestelle des Balkens nach dem Drehen nie dieselbe ist und der Rand des Spiegels vieleicht auch noch leichte Unregelmäßigkeiten vom Anschleifen der Fase aufweist.
Nach dem K60 ging der Spiegelschliff mit dreiviertel und halben, zentralen Strichen im Wechsel mit Chaos- Strichen und ständigem Messen des Pfeilmaßes weiter:
Also das Pech wieder runter vom Tool und 2h schleifen mit 800er Carbo, ganz kurze zentrale Striche.
Nachdem die Pechhaut neu gegossen und gepresst war, zeigte sich nach einer Stunde polieren ein ganz anderes Bild:
Der Rand war jetzt höher, eine gute Vorausetzung, um die Fläche gleichmäßig polieren zu können.
Nach weiteren 12 Stunden Polieren mit dem 240mm Werkzeug war die Sphäre erreicht.
Parabolisieren
Zu Beginn habe ich mit dem 240mm Werkzeug und W-Strichen parabolisiert, und der erste zarte Parabel- Schatten zeigte sich schon nach ca. 1 Stunde.
Nach weiteren 5 Stunden W- Strichen im Wechsel mit Chaos sah der Spiegel dann so aus:
Die Kurve entwickelt sich in der Tendenz sehr schön, auch wenn sie in der Mitte noch deutlich zu flach ist. Das Ronchi- Gitter hat 6 Linien/mm
Abschließend vergleiche ich die Brennweiten der beiden Spiegel im Foucaulttest. Das Ergebniss ist besser als ich zu Anfang hoffen konnte, beide Spiegel haben exakt 1252mm Brennweite.