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BASICS
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Abb. 5: Schwingungsmoden einer rechteckigen
Optischen Tischplatte.
Material und Aufbau einer
Optischen Tischplatte
Nun stellt sich die Frage nach dem optimalen
Material für eine Optische Tischplatte.
In der Vergangenheit wurden diese häufig
aus Beton oder Granit gefertigt. Beide
Materialien besitzen eine hohe Dichte,
haben aber den Nachteil, dass sie Wasser
absorbieren und sich danach verformen.
Ein weiteres in Frage kommendes Material
ist Stahl. Neben der hohen Dichte
besitzt er auch noch eine hohe Festigkeit.
Nachteilig bei einer massiven Stahlplatte
ist jedoch, dass sie bei unterschiedlichen
Frequenzen klingt wie eine „Glocke“.
Beim Design einer Optischen Tischplatte
galt es deshalb zunächst, ein Material
und eine Struktur zu finden, welche die
Anforderungen „hohe“ Dichte, Steifigkeit
und Dämpfung erfüllen. Die Lösung für
die Struktur konnte direkt von der Natur
abgeschaut werden: Genau diese Anforderungen
erfüllt die in Stahl ausgeführte
Bienenwabe.
Die Theorie zum Stahlwabenkern
Betrachtet man die Biegefestigkeit eines
dünnen Metallstreifens, so stellt man fest,
dass dieser in seiner Längsrichtung sehr
formbeständig (Abb. 6) ist. Würde man
das Innere einer Optischen Tischplatte mit
vertikal angeordneten und parallel zueinander
verlaufenden Metallstreifen ausfüllen,
hätte die Platte in der Richtung der
Streifen eine sehr viel höhere Formbeständigkeit
als in die übrigen Richtungen.
Im nächsten Schritt betrachtet man nun
die Konstruktion, bei der die Metallstreifen
unter einem Winkel von 90° zueinander
angeordnet und fest miteinander verbunden
sind (Waffelmuster). Durch diese
Anordnung besitzt die Tischplatte in ihren
beiden Hauptbiegerichtungen eine hohe
Formbeständigkeit. Wie jedoch in Abb. 5
zu sehen ist, kann es auch zu einer Torsion
der Platte kommen. Die Verformung tritt
in Richtung der Ebene auf, die unter 45°
zu den beiden rechtwinklig angeordneten
Metallstreifen steht. In dieser Richtung
wird die Formbeständigkeit auch durch
eine rechtwinklige Konstruktion nicht
verbessert. Offensichtlich ist es vorteilhaft
eine Struktur zu finden, bei der die
Metallstreifen unter einem Zwischenwinkel
angeordnet sind. Dieser Anforderung wird
die Honigwabe nahezu gerecht. Sie kann
als sechseckige oder sinusförmige Zelle
geformt sein.
Aufbau der Optischen Tischplatte
und Breadboards von LINOS und
TMC
Damit eine möglichst große Steifigkeit
und optimale Dämpfung erzielt wird,
haben LINOS und TMC alle aus der Theorie
gewonnenen Richtlinien konsequent
umgesetzt. Ihre Tischplatten zählen daher
zur Klasse der Besten der am Markt
erhältlichen Optischen Tischplatten und
Breadboards. Die Optischen Tischplatten
(Abb. 7) bestehen aus einem Stahlwabenkern,
der unter Verwendung eines speziellen
Epoxidharzes unter hohem Druck
zwischen zwei geläppten Granitplatten mit
der Deck- und der Bodenplatte verbunden
wird. Die Seitenwände sind ebenfalls aus
Stahl gefertigt und bilden daher mit den
übrigen Bestandteilen des Tisches einen
strukturell konsequent einheitlichen Aufbau.
Im Inneren sind die Tischplatten mit
jeweils speziell abgestimmten Dämpfungsmechanismen
ausgestattet: Dämpfungsmatten
an den Seitenwänden und Dämpfungsmassen
an strategischen Punkten der
Tische. Die Breitbandcharakteristik dieser
Einrichtungen wirkt auch bei wechselnden
Belastungen gleichermaßen effizient. Die
Gewindebohrungen sind gegen das Innere
des Tisches mittels spezieller Kappen
versiegelt. Diese CleanTop Ausstattung
verhindert, dass die Verklebung beschädigt
wird – beispielsweise durch eintretende
aggressive Flüssigkeiten.
Stahlwabenkern
Der Stahlwabenkern besteht aus einem
0,25 mm dicken, korrosionsfest beschichteten
Stahlblech. Der Wabenquerschnitt
kann aufgrund der schlanken Kappen,
welche bei der CleanTop Ausstattung
Verwendung finden, auf 3 cm 2 reduziert
werden. Diese hohe Wabendichte sorgt für
eine exzellente Steifigkeit der Optischen
Tischplatte. Die mittlere räumliche Wabendichte
beträgt 0,27 g/cm 3 und der Schermodul
des Wabenkerns 1,9 x 10 9 N/m 2 .
Deckplatte
Die Deckplatte wird spannungsfrei direkt
mit dem Wabenkern verbunden. Sie
besteht aus einem kaltgewalzten ferromagnetischen
Edelstahl. Die Dicke beträgt
wahlweise 3 oder 5 mm. Die Planität ist
besser als +/- 0,13 mm über die gesamte
Tischfläche. Um störende Reflexe weitestgehend
auszuschließen, ist die Oberfläche
angeschliffen.
Parallele Anordnung
Ineinander verzahnte
Anordnung (Waffelstruktur)
Sinusförmige oder hexagonale
Anordnung (Wabenstruktur)
Richtung der
maximalen
Steifigkeit
Abb. 6: Richtung der maximalen Steifigkeit bei
unterschiedlichen Strukturen.
16 optolines No. 8 | 4. Quartal 2005