Selbstbau
einer zweiarmigen Barndoor Montierung mit Schrittmotorsteuerung
(Oktober 2007) Nach sehr langer Zeit hatte ich endlich die Muße, diese Seiten zu überarbeiten. Ich habe einige Anfragen von Sternenfreunden bekommen, es scheint, als wären einige Textpassagen noch unklar formuliert. Weiters wollte ich auch ein paar Zeilen über die Erfahrung mit meiner Konstruktion anfügen.
(Mai 2006) Ich war lange Zeit auf der Suche nach einer relativ leichten und transportablen Reisemontierung. Zuerst dachte ich an meine Astro-3 vom Lidl-Teleskop, verwarf den Gedanken aber gleich wieder, da diese Montierung zu sperrig und ungenau war. Später schaffte ich mir eine gebrauchte NexStar8 Montierung an, diese war mit dem aufgesattelten MTO 10/1000 Objektiv leider noch größer und somit ebenfalls ungeeignet für Flugreisen.
Zwischendurch las ich von so genannten Barndoor-Montierungen, allerdings waren sie mir ob ihrer einfachen Bauweise (2 Brettl mit einem Scharnier verbunden und einer Gewindespindel als Antrieb versehen), nicht ganz geheuer. Obwohl einige Sternenfreunde ihre wirklich sehr guten langzeitbelichteten Fotos in den Foren präsentierten, dauerte es noch einige Zeit, bis die Idee der Barndoor wieder zu mir durchdrang. Just in dem Moment, als ich mir eine leichte EQ-1 / EQ-2 Montierung anschaffen wollte, stolperte ich wieder über so ein Barndoor "Ungetüm".
Ich machte umfangreiche Recherchen im Web und stieß auf hochinteressante Seiten von Amateuren, die hochpräzise Barndoor-Montierungen bauten.
Mein Ziel war es, ebenfalls eine Montierung zu bauen, die folgende Ansprüche erfüllt:
- leicht transportierbar
- kleine Abmessungen
- lange Belichtungszeiten in der Fotografie (präzise Nachführung)
- schnell und unkompliziert am Nord- und Südpol ausrichtbar
- motorisiert mit Schrittmotor aber auch manuell betreibbar
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Ohne seine meisterhafte Beherrschung von Drehbank und Fräse hätte dieses Projekt niemals verwirklicht werden können. |
Nach längerem Überlegen entschied ich mich, eine
zweiarmige Montierung aus Aluminiumabfällen zu Bauen. Dieser
Montierungstyp erlaubt noch längere Nachführzeiten
als die herkömmliche Bauweise.
Viele Anleitungen im Web kamen von Amateuren aus dem
angelsächsischen Bereich. Es wurden zwar genaue
Maßangeben gemacht, allerdings leider im zölligen
Format. Auch die für die korrekte Nachführung sehr
wichtige Steigung der Gewindespindel war häufig nur im
zölligen Maß angegeben.
Schlußendlich stieß ich auf die Seite von Stephen
Tonkin. Diese war eine der am
Besten dokumentierte Seite zu dieser Art von Montierung und was
für mich viel wichtiger war, alle Angaben waren im metrischen
Maß.
Zusätzlich machte sich der Autor auch Gedanken zur
Motorisierung, zur genauen Ein-Nordung und zur
Nachführgenauigkeit der Montierung.
Ich habe keinerlei Zeichnungen angefertigt, Eduard und ich
verließen uns auf die sehr klaren und guten
Ausführungen von Stephen und passten alle
Materialien, die uns zur Verfügung standen, danach an.
Das Endergebnis unserer tagelangen Bemühungen kann man in den folgenden Aufnahmen sehen. Herausgekommen ist eine sehr leichte und, meiner Meinung nach, auch elegante zweiarmige Montierung, Durch die vielen von Eduard gefrästen Langlöcher ist sie in jedem Dreh-Punkt justierbar.
Durch die Verwendung einer
Gewindespindel M6
mit
1 mm Steigung und einem Schrittmotor mit 1,8°
Schritten mussten folgende Maße exakt eingehalten
werden, damit die Nachführung korrekt funktioniert:
r = 399.5 mm b = 254 mm c = 116 *)
*) Nachtrag: Stephen Tonkins Berechnungen ergeben bei einer Gewindestange M6 (mit 1 mm Steigung) den Abstand r = 333 mm, ich verwendete aber r = 399,5 mm. Die Erklärung dazu kommt ebenfalls von Stephen: Er benutzt als elektrischen Antrieb (so wie ich) einen Schrittmotor mit einem Schrittwinkel von 1,8° und eine Ansteuerfrequenz von 4 Hz. Nun benötig dieser Motor aber für eine Umdrehung (360° / 1,8° x 4 =) 50 Sekunden, dieser Faktor muß nun ebenfalls mit eingerechnet werden, daher der neue Wert von r.
Die Montierung hinterläßt auch mechanisch einen sehr guten Eindruck. Als Grundmaterial kam ein sehr verwindungssteifes Aluminiumprofil aus der Alteisenkiste zum Einsatz. Die Gewindespindeln sind aus rostfreiem Material, die Beilagen aus Messing.
Das schwächste Glied im gesamten Aufbau ist das Fotostativ mit zweifach ausgezogenem Mittelrohr, da das Geländer meines Balkons sonst zu hoch ist.
Barndoor
Montierung (klicken für größere Ansicht)
Wir verwendeten Kugellager an beiden Schenkeln die im Aluminiumprofil laufen. Sie sind mit den wunderbar gefrästen Langlöchern optimal justierbar. Die Lager sind mit Hilfe der selbstsichernden Muttern am äußeren Profil leicht vorgespannt, so dass die innere Schiene beinahe spielfrei ist. Oben am unteren Bild kann man den schwarzen Kunststoffrundling erkennen, der die Gewindespindel aufnimmt und zugleich die äußeren Schenkel stabilisiert.
Barndoor
Lagerung (klicken für größere
Ansicht)
Um die absolute Spielfreiheit zwischen Gewindespindel und Aufnahme zu gewährleisten, schnitten wir ein M6 Gewinde direkt in den zähen Kunststoff. Allerdings war das Haltemoment für den kleinen Schrittmotor, den wir zwischendurch immer wieder zu Testzwecken montierten, zu hoch. Wir entschieden uns daher eine M6 Messingmutter in den Kunststoff zu pressen. Die Konstruktion ist zwar nicht mehr spielfrei, aber durch die vielen streng laufenden Achsen ist dies auch nicht mehr notwendig. Da sich der Motor für eine Langzeitbelichtung ständig in eine Richtung weiter dreht und in Folge die Zahnflanken der Gewindespindel in der Mutter greifen, dürfte dort kein weiteres Spiel auftreten.
Barndoor
Mutter für Spindel (klicken für
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Die Gewindespindel ist an der Motorseite mit zwei selbstsichernden Muttern an einer Kunststoffstange fixiert. Durch diese beiden Muttern kann die Rotation der Spindel sehr gut eingestellt werden. Die Fixierung der Kunststoffstange ist ebenfalls justierbar mit Langlöchern realisiert.
Da ich meine Barndoor auch in der "Pampas" verwenden möchte oder aber auch Probleme mit der Elektronik oder der verfügbaren Stromversorgung auftreten können, wollte ich den Motor entkoppelbar machen um ihn durch eine biegsame Welle ersetzen zu können. Durch Öffnen der kleinen M3 Schraube kann die Motorwelle von der Gewindespindel getrennt werden.
Barndoor
Motorkupplung (klicken für größere Ansicht)
Der Motor selbst ist mit Hilfe einer Stahlfeder "schwimmend" gelagert. Dadurch kann sich der Motor in Abhängigkeit des Winkels der Gewindespindel bewegen und ist zugleich sehr rasch demontierbar geworden. Die Stahlfeder selbst gleitet im Aluminiumprofil und ist nicht fixiert.
Der Motor ist ein unipolarer Schrittmotor (mit 5 Anschlußdrähten) aus der Wühlkiste der Firma Conrad, mit einem Schrittwinkel von 1,8° und einem Spulenwiderstand von 33 Ohm. Die Schaltung nimmt im Betrieb unabhängig von der eingestellten Drehzahl einen elektronisch begrenzten Strom von ca. 300 mA bei 12 VDC auf.
Der Motor erwärmte sich beim Betrieb mit der Nominalleistung (2x350 mA bei 12 VDC) sehr stark, so dass ich gezwungen war eine Strombegrenzung in die Schaltung einzubauen. Durch die Reduktion des aufgenommenen Stromes auf ein Drittel reduzierte sich das Drehmoment ebenfalls um diesen Wert. Nun konnte ich zwar die Spindel mit einem leichten Druck zweier Finger relativ Rasch blockieren, aber bedingt durch die beiden langen Hebel der Montierung ist die reduzierte Kraft des Motors trotzdem mehr als ausreichend.
Barndoor
Motoraufhängung mit Stahlfeder (klicken für
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Ich habe die Schaltung auf eine simple Lochrasterplatine aufgebaut. Diese hat nun sogar im Aluminiumprofil der Montierung Platz. Der Deckel wird erst erstellt, wenn die Montierung ihren ersten Test am Sternenhimmel erfolgreich bestanden hat :-)
Bei allen im Web publizierten
Schrittmotorsteuerungen von denen ich gelesen habe, fiel mir eine
kleine
Ungereimtheit auf:
Es war bei diesen Schaltungsentwürfen nicht möglich,
bei
beiden
Drehrichtungen (eine für Norden, eine für
Süden) mit der schnelleren Geschwindigkeit zu fahren, sondern
es wurde nur eine bevorzugt. Wenn man nun, so wie ich, von der Nord-
zur
Südhalbkugel reisen möchte um zu fotografieren, ist
dies keine optimale Lösung. Der zusätzliche
Stoppschalter funktionierte ebenfalls nur in einer Richtung und nur bei
der langsamen Geschwindigkeit.
Ich verwendete statt dessen 3 einpolige Wechselschalter, einen als
Einschalter, einen zum Umschalten der Drehrichtung und einen
für die Geschwindigkeit (1 mm und 8 mm pro Minute). Nun kann
ich in beiden Richtungen schnell und langsam fahren.
Da ich im kommenden Urlaub wenig Zeit zum Fotografieren haben werde, habe ich eine Halterung für einen richtigen Polsucher vorgesehen. Damit kann ich die Montierung schnell und ausreichend genau aufstellen. Ich werde noch eine rote LED aus der Steuerung für eine simple Polsucherbeleuchtung einplanen. Der Polsucher wird ein Orion-SkyPol von Teleskop-Service Ransburg sein, da dieser ohne Datumsscheiben auskommt und sowohl am Nord- als auch am Südhimmel einsetzbar ist.
Barndoor
Polsucherbefestigung (klicken für größere
Ansicht)
Da der finale Test am Sternenhimmel im Moment buchstäblich in das südösterreichische Pfingst(regen)wasser gefallen ist, kann ich leider noch nichts über die Nachführgenauigkeit und Stabilität der Montierung sagen.
Nachtrag: Die Nachführgenauigkeit ist mit Stephens Lösung ohne Fehl und Tadel, allerdings ist meine mechanische Umsetzung leider nur mangelhaft. Wichtig bei langbelichteten Aufnahmen ist natürlich eine akkurate Polausrichtung. Leider verschob sich die Achse wo der Polsucher montiert war sehr stark, wenn ich meine relativ schwere Nikon D100 dSLR am Fotokugelkopf befestigt hatte. Nun mußte ich bei jeder Lageänderung des Fotoapparates eine Vorhaltung für die Polachse mit einkalkulieren, das ist natürlich sehr mühsam, daher plane ich schon an einer stabileren neuen Barndoor-Montierung!
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| schlechte Polausrichtung 130mm Brennweite 190s Belichtungszeit 400 ASA |
gute Polausrichtung 70mm Brennweite 100s Belichtungszeit 400 ASA |
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| Weitfeldaufnahme bei 32mm Brennweite, 340s Belichtungszeit bei 400ASA |
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Fazit: Aus den nun gemachten Erfahrungen kann ich bestätigen, dass bei der mechanischen Konstruktion einer Barndoor-Montierung die Stabilität unbedingt vor der Baugröße kommen muß! |
Herzlichen
Dank an all jene
Amateure, die ihre Projekte selbstlos im Web zur Verfügung
stellen, damit sich andere z.B. eine Barndoor-Montierung nachbauen
können:
Thank you to all for sharing your experience and your knowledge of how
to build a
barndoor mount.
Michael Oates: http://www.mikeoates.org/mas/projects/scotch/
Dave Trott, 1988 in Sky and Telescope, erste Vorstellung einer mehrarmigen Montierung: http://hometown.aol.com/davetrott/page17.htm
G.Y. Haig, Erfinder der Montierung, April, 1975 in Sky and Telescope: (leider keine Homepage gefunden)
Frohnleiten, am 3. und 4. Juni 2006, bzw. am 29. Oktober 2007