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...oder kurz: Die ELW :totlach2:
Frage Nr. 1: Was soll das - was macht das - wem nützt es?
Die Idee ist entstanden, nachdem ich die neue AZ-GTi von Skywatcher in die Finger bekommen habe (http://forum.astronomie.de/phpapps/ubbthreads/ubbthreads.php/topics/1299606/Erste_Erfahrungen_mit_der_Sky-#Post1299606)
Meiner Einschätzung nach hat das Teil das Potential, alle anderen Reisemontierungen dieser Gewichtsklasse weit hinter sich zu lassen. Allerdings gibt es da ein großes Problem:
Wenn ich von einer Reisemontierung spreche, will ich damit irgendwann Richtung Süden - zumindest nach La Palma oder besser noch nach Namibia.
Eine azimutale Montierung kann man zwar über eine Polhöhenwiege entsprechend neigen - aber das bedeutet eine große Belastung für die Azimut- (dann RA-) Achse.
Die Montierung wird sich also in Äquatornähe wesentlich schwerer tun, als bei unseren gemütlichen 51° - aber wie viel das ausmacht, ist quasi nicht zu testen. Außer man fährt hin. Und das - in Namibia mit einer Reisemontierung aufschlagen, die nicht tut - ist so ziemlich das letzte, was ich mir antun möchte...
Die Lösung liegt eigentlich auf der Hand: Wenn man die Montierung einfach azimutal lässt, hat sie keinerlei Probleme mit dem Azimutal-Lager und verhält sich in Namibia ebenso wie bei uns. Daraus ergibt sich aber eine Bildfelddrehung - und die kann man kompensieren: Mit einem Bildfeld-Derotator.
Also habe ich angefangen, einen entsprechenden Derotator zu konstruieren, was allerdings nicht so einfach ist, wie ich vorher gedacht hatte. Aber der Reihe nach...
Ich habe keinerlei Erfahrungen damit, aber ich habe ein Excel-Sheet mit einer Formel gefunden, welche die Bildfeld-Rotation (°/s) in Abhängigkeit von der Position und der Deklination des Objektes berechnet. Im Umkehrschluss müsste das also die Geschwindigkeit sein, mit der der Derotator drehen muss, um die Bildfelddrehung auszugleichen.
Also habe ich als Basis meiner ELW (eierlegenden Wollmilchsau) ein Kugellager eingebaut. Groß genug, damit die Kamera (mit Korrektor etc.) hindurchlinsen kann. Hier kommt die erste Einschränkung: Obwohl es theoretisch auch größer ginge, habe ich mich erstmal auf 2" beschränkt. Mehr als APS-C wird damit also nicht gehen.
Dann kommt das Thema Guiding: Leider hat die AZ-GTi keinen ST-4-Port und selbst wenn man (wie wir es schon ausprobiert haben) das Ding mit EQDirect ansteuert und darüber guidet - wird das im Azimutalmodus nicht so toll sein. Man könnte zwar mit Leitrohr guiden - aber wenn dann der Leitstern nicht in der Mitte des Aufnahme-Bildfeldes sitzt, hat die Bildfelddrehung ein anderes Zentrum als der Derotator. Ich möchte deshalb per OAG guiden und zwar ebenfalls durch den Derotator hindurch. Damit das geht, muss über dem Derotator ein kleiner X/Y-Kreutisch mit der 2"-Klemmung sitzen, welcher über zwei Schrittmotoren um einen gewissen Weg (jew. +/-4mm) hin und her bewegt werden kann. Hier wären Piezo-Aktuatoren wohl besser - aber ich fange mal mit Steppern an.
Tja - und damit hat das Teil jetzt schon eine gewisse Größe bzw. optischen Weg und man wird hinter den meisten Okularauszügen nicht mehr in den Fokus kommen. Also muss der jew. Original-OAZ weg und das Teil braucht einen eingebauten Fokussierer, der idealerweise natürlich motorisiert ist (Robofocus).
Damit ist bis auf einen Begriff die Überschrift erklärt. Fehlt noch "Tilt"...
Einen OAZ mit Motor-Tilt habe ich mir vor Jahren schon für meinen Newton konstruiert. Das Ding funktioniert auch sehr gut - aber die Tilt-Funktion braucht man eher selten. Höchstens wenn man eine Kamera mit einem ziemlich schief eingebauten Chip hat - was durchaus vorkommt.
Für das nun geplante Teil ist die Tilt-Funktion aber sehr wichtig:
Da ich beim besten Willen keinen Platz für eine Derotator-Lagerung mit zwei Kugellager habe, muss ich mich auf eines beschränken. Den Antrieb des Derotators könnte ich theoretisch über einen Stirnrad-Trieb machen - aber da das alles auf dem 3D-Drucker entsteht und der für feine Zahnrädchen nicht genau genug läuft, mache ich an der Stelle lieber einen Zahnriemen-Trieb. Dieser muss aber zwangsläufig über oder unter dem Kugellager ansetzen. Dadurch wird das Lager (keine Ahnung wie stark) aber zwangsläufig etwas verkippt. Und genau diese leichte Verkippung kann man über die Tilt-Funktion wieder ausgleichen. :respekt:
Das war nun in grobem Zügen die Theorie. Bevor ich zur Praxis komme, noch ein wenig Rechnerei. Schließlich soll das alles ja zum Schluss auch funktionieren und in allen Komponenten genau genug sein.
Fangen wir mit dem Derotator an. Da habe ich einen normalen NEMA17-Stepper geplant. Dieser hat eine Zahnriemenscheibe mit 20 Zähnen (GT2) und einem Durchmesser von ca. 12mm. Der Gegenpart ist keine Zahniemenscheibe (für die der Drucker wieder nicht genau genug wäre) - stattdessen befestige ich die beiden Enden des Zahnriemens an einer Position auf dem Umfang einer glatten Hülse. Das begrenzt natürlich den Drehwinkel - aber mehr als 270° wird es dafür ohnehin nicht brauchen. Außer man hat sehr lange Nächte am Nordpol - und dann braucht man keinen Derotator
Diese Hülse hat einen Außendurchmesser von 74mm, woraus sich mit dem Antriebsrad und dessen 12mm Durchmesser ein Übersetzungsverhältnis von 1:6,16 ergibt.
Pro Umdrehung des Derotators macht der Stepper also 6,16*200 Schritte = 1233 Steps/U
Der Drehwinkel pro Schritt beträgt also ca. 0,3°
Bei einem APS-C-Chip mit einer Größe von 22,5x15mm beträgt der Abstand von der Mitte bis zur äußersten Ecke SQRT(11,25^2+7,5^2)=13,5mm
Ein Vollschritt des Derotator-Steppers würde das Pixel in der äußersten Ecke also um tan(0,3°)*13,5mm=70,68µm verschieben. Mit 1/32 Mikroschritten sind es dann also 2,2µm. Ich denke, das geht. Zur Not könnte man mit dem Mikroschritten ja auch noch weiter hoch...
Für den Fokussier- und Guiding-Part benutze ich kleine Stepper vom Typ 15BY-298-20M3. Die haben einen Schrittwinkel von 18°, ein eingebautes Getriebe von 1:298 und enden in einer M3-Gewindespindel mit 0,5mm Steigung.
Das bedeutet: Pro Vollschritt bekomme ich eine Drehung von:
18°/298 = 0,06° und das bedeutet bei einer Steigung von 0,5mm einen Vorschub von:
0,5mm/360°*0,06°= 0,083µm
Das wird sowohl für die Fokussierung, als auch für die Guiding-Bewegung mit Sicherheit genau genug sein. Ein Problem könnte höchstens sein, dass ich nicht die notwendige Geschwindigkeit beim Guiden erreiche. Man wird sehen...
Zur Praxis:
Wie bereits erwähnt, habe ich keine Werkstatt für Feinmechanik, sondern lediglich einen 3D-Drucker. Um mit dem Plastikkram die notwendige Stabilität zu erreichen, kann man also die Wandstärken nicht zu knapp machen - was der Miniaturisierung gewisse Grenzen setzt. Auch kann man es bei den meisten Teilen vergessen, mit 20% Infill zu drucken. Stabil wird das ganze nur, wenn man wirklich massiv druckt - und bei Teilen dieser Größe braucht das nunmal seine Zeit.
Da ich keine eigene Halle für den 3D-Drucker habe und die Toleranz meines Weibchens durchaus Grenzen hat, muss ich zunächst meinen 3D-Drucker auf absolute Lautlosigkeit trimmen. Das ist mir bereits soweit gelungen und wird Mitte kommender Woche abgeschlossen sein. Ich hoffe dann, Tag und Nacht drucken zu können, ohne Bekanntschaft mit dem Nudelholz zu machen.
Die Konstruktion sieht aktuell so aus:
Link zur Grafik: http://www.watchgear.de/PictureLink/ELW.jpg
Natürlich kann man daran nicht viel sehen. Sobald ich einzelne Baugruppen fertig habe, gibt es kleine Clips der jew. Funktion.
Problematisch ist es nicht zuletzt auch, die ganze Elektronik unterzubringen. Ich brauche 7 Motortreiber (DRV8825) und will mit 2 Arduino-Nano arbeiten. Mit einem Nano habe ich nicht genügend Ports und für einen Mega o.ä. ist nun wirklich kein Platz.
Infolgedessen sieht der Basisteil schon aus wie ein schweizer Käse. Hoffentlich wird das zum Schluss alles stabil genug...
Ich bin für Anregungen und Kritik jederzeit dankbar und werde fortlaufend berichten.
Gruß
Klaus
Frage Nr. 1: Was soll das - was macht das - wem nützt es?
Die Idee ist entstanden, nachdem ich die neue AZ-GTi von Skywatcher in die Finger bekommen habe (http://forum.astronomie.de/phpapps/ubbthreads/ubbthreads.php/topics/1299606/Erste_Erfahrungen_mit_der_Sky-#Post1299606)
Meiner Einschätzung nach hat das Teil das Potential, alle anderen Reisemontierungen dieser Gewichtsklasse weit hinter sich zu lassen. Allerdings gibt es da ein großes Problem:
Wenn ich von einer Reisemontierung spreche, will ich damit irgendwann Richtung Süden - zumindest nach La Palma oder besser noch nach Namibia.
Eine azimutale Montierung kann man zwar über eine Polhöhenwiege entsprechend neigen - aber das bedeutet eine große Belastung für die Azimut- (dann RA-) Achse.
Die Montierung wird sich also in Äquatornähe wesentlich schwerer tun, als bei unseren gemütlichen 51° - aber wie viel das ausmacht, ist quasi nicht zu testen. Außer man fährt hin. Und das - in Namibia mit einer Reisemontierung aufschlagen, die nicht tut - ist so ziemlich das letzte, was ich mir antun möchte...
Die Lösung liegt eigentlich auf der Hand: Wenn man die Montierung einfach azimutal lässt, hat sie keinerlei Probleme mit dem Azimutal-Lager und verhält sich in Namibia ebenso wie bei uns. Daraus ergibt sich aber eine Bildfelddrehung - und die kann man kompensieren: Mit einem Bildfeld-Derotator.
Also habe ich angefangen, einen entsprechenden Derotator zu konstruieren, was allerdings nicht so einfach ist, wie ich vorher gedacht hatte. Aber der Reihe nach...
Ich habe keinerlei Erfahrungen damit, aber ich habe ein Excel-Sheet mit einer Formel gefunden, welche die Bildfeld-Rotation (°/s) in Abhängigkeit von der Position und der Deklination des Objektes berechnet. Im Umkehrschluss müsste das also die Geschwindigkeit sein, mit der der Derotator drehen muss, um die Bildfelddrehung auszugleichen.
Also habe ich als Basis meiner ELW (eierlegenden Wollmilchsau) ein Kugellager eingebaut. Groß genug, damit die Kamera (mit Korrektor etc.) hindurchlinsen kann. Hier kommt die erste Einschränkung: Obwohl es theoretisch auch größer ginge, habe ich mich erstmal auf 2" beschränkt. Mehr als APS-C wird damit also nicht gehen.
Dann kommt das Thema Guiding: Leider hat die AZ-GTi keinen ST-4-Port und selbst wenn man (wie wir es schon ausprobiert haben) das Ding mit EQDirect ansteuert und darüber guidet - wird das im Azimutalmodus nicht so toll sein. Man könnte zwar mit Leitrohr guiden - aber wenn dann der Leitstern nicht in der Mitte des Aufnahme-Bildfeldes sitzt, hat die Bildfelddrehung ein anderes Zentrum als der Derotator. Ich möchte deshalb per OAG guiden und zwar ebenfalls durch den Derotator hindurch. Damit das geht, muss über dem Derotator ein kleiner X/Y-Kreutisch mit der 2"-Klemmung sitzen, welcher über zwei Schrittmotoren um einen gewissen Weg (jew. +/-4mm) hin und her bewegt werden kann. Hier wären Piezo-Aktuatoren wohl besser - aber ich fange mal mit Steppern an.
Tja - und damit hat das Teil jetzt schon eine gewisse Größe bzw. optischen Weg und man wird hinter den meisten Okularauszügen nicht mehr in den Fokus kommen. Also muss der jew. Original-OAZ weg und das Teil braucht einen eingebauten Fokussierer, der idealerweise natürlich motorisiert ist (Robofocus).
Damit ist bis auf einen Begriff die Überschrift erklärt. Fehlt noch "Tilt"...
Einen OAZ mit Motor-Tilt habe ich mir vor Jahren schon für meinen Newton konstruiert. Das Ding funktioniert auch sehr gut - aber die Tilt-Funktion braucht man eher selten. Höchstens wenn man eine Kamera mit einem ziemlich schief eingebauten Chip hat - was durchaus vorkommt.
Für das nun geplante Teil ist die Tilt-Funktion aber sehr wichtig:
Da ich beim besten Willen keinen Platz für eine Derotator-Lagerung mit zwei Kugellager habe, muss ich mich auf eines beschränken. Den Antrieb des Derotators könnte ich theoretisch über einen Stirnrad-Trieb machen - aber da das alles auf dem 3D-Drucker entsteht und der für feine Zahnrädchen nicht genau genug läuft, mache ich an der Stelle lieber einen Zahnriemen-Trieb. Dieser muss aber zwangsläufig über oder unter dem Kugellager ansetzen. Dadurch wird das Lager (keine Ahnung wie stark) aber zwangsläufig etwas verkippt. Und genau diese leichte Verkippung kann man über die Tilt-Funktion wieder ausgleichen. :respekt:
Das war nun in grobem Zügen die Theorie. Bevor ich zur Praxis komme, noch ein wenig Rechnerei. Schließlich soll das alles ja zum Schluss auch funktionieren und in allen Komponenten genau genug sein.
Fangen wir mit dem Derotator an. Da habe ich einen normalen NEMA17-Stepper geplant. Dieser hat eine Zahnriemenscheibe mit 20 Zähnen (GT2) und einem Durchmesser von ca. 12mm. Der Gegenpart ist keine Zahniemenscheibe (für die der Drucker wieder nicht genau genug wäre) - stattdessen befestige ich die beiden Enden des Zahnriemens an einer Position auf dem Umfang einer glatten Hülse. Das begrenzt natürlich den Drehwinkel - aber mehr als 270° wird es dafür ohnehin nicht brauchen. Außer man hat sehr lange Nächte am Nordpol - und dann braucht man keinen Derotator
Diese Hülse hat einen Außendurchmesser von 74mm, woraus sich mit dem Antriebsrad und dessen 12mm Durchmesser ein Übersetzungsverhältnis von 1:6,16 ergibt.
Pro Umdrehung des Derotators macht der Stepper also 6,16*200 Schritte = 1233 Steps/U
Der Drehwinkel pro Schritt beträgt also ca. 0,3°
Bei einem APS-C-Chip mit einer Größe von 22,5x15mm beträgt der Abstand von der Mitte bis zur äußersten Ecke SQRT(11,25^2+7,5^2)=13,5mm
Ein Vollschritt des Derotator-Steppers würde das Pixel in der äußersten Ecke also um tan(0,3°)*13,5mm=70,68µm verschieben. Mit 1/32 Mikroschritten sind es dann also 2,2µm. Ich denke, das geht. Zur Not könnte man mit dem Mikroschritten ja auch noch weiter hoch...
Für den Fokussier- und Guiding-Part benutze ich kleine Stepper vom Typ 15BY-298-20M3. Die haben einen Schrittwinkel von 18°, ein eingebautes Getriebe von 1:298 und enden in einer M3-Gewindespindel mit 0,5mm Steigung.
Das bedeutet: Pro Vollschritt bekomme ich eine Drehung von:
18°/298 = 0,06° und das bedeutet bei einer Steigung von 0,5mm einen Vorschub von:
0,5mm/360°*0,06°= 0,083µm
Das wird sowohl für die Fokussierung, als auch für die Guiding-Bewegung mit Sicherheit genau genug sein. Ein Problem könnte höchstens sein, dass ich nicht die notwendige Geschwindigkeit beim Guiden erreiche. Man wird sehen...
Zur Praxis:
Wie bereits erwähnt, habe ich keine Werkstatt für Feinmechanik, sondern lediglich einen 3D-Drucker. Um mit dem Plastikkram die notwendige Stabilität zu erreichen, kann man also die Wandstärken nicht zu knapp machen - was der Miniaturisierung gewisse Grenzen setzt. Auch kann man es bei den meisten Teilen vergessen, mit 20% Infill zu drucken. Stabil wird das ganze nur, wenn man wirklich massiv druckt - und bei Teilen dieser Größe braucht das nunmal seine Zeit.
Da ich keine eigene Halle für den 3D-Drucker habe und die Toleranz meines Weibchens durchaus Grenzen hat, muss ich zunächst meinen 3D-Drucker auf absolute Lautlosigkeit trimmen. Das ist mir bereits soweit gelungen und wird Mitte kommender Woche abgeschlossen sein. Ich hoffe dann, Tag und Nacht drucken zu können, ohne Bekanntschaft mit dem Nudelholz zu machen.
Die Konstruktion sieht aktuell so aus:
Link zur Grafik: http://www.watchgear.de/PictureLink/ELW.jpg
Natürlich kann man daran nicht viel sehen. Sobald ich einzelne Baugruppen fertig habe, gibt es kleine Clips der jew. Funktion.
Problematisch ist es nicht zuletzt auch, die ganze Elektronik unterzubringen. Ich brauche 7 Motortreiber (DRV8825) und will mit 2 Arduino-Nano arbeiten. Mit einem Nano habe ich nicht genügend Ports und für einen Mega o.ä. ist nun wirklich kein Platz.
Infolgedessen sieht der Basisteil schon aus wie ein schweizer Käse. Hoffentlich wird das zum Schluss alles stabil genug...
Ich bin für Anregungen und Kritik jederzeit dankbar und werde fortlaufend berichten.
Gruß
Klaus
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