Riemen-Antriebseinheit (Avalon DIY)

[Guido_M]

Hallo Selbstbauer,

Ich bastel schon seid einiger Zeit/Jahren meine eigenen Montierungen. Auslöser war der Erwerb eines Skywatcher Evostar ED80 und die Erkenntnis, dass fast jedes zweite 30s Bild verwackelt war. Meine gebrauchte NEQ3 mit SyncScan GoTo taugte da wohl nicht viel.

Ich baute Montierungen mit selbstgefertigten Schneckenrädern (diese hier mit OnStep) mit der Gewindeschneidermethode, aber ich wollte mal etwas anderes ausprobieren.

Die Technik mit dem Riemenantrieb der Avalon faszinierte mich. Die benutzen jedoch ziemlich kleine Riemen. Dafür könnte ich keine Riemenräder selber fertigen. Also wählte ich HTD-3M Riemen mit 9mm als Basis. Das sollte dann grob so aussehen:

Die Grundplatte misst 240x120mm. Die Riemendoppelräder haben ca. 60mm Durchmesser. Die Untersetzungsverhältnisse sind: 96:12, 60:12, 60:12 und 60:20, also 8x5x5x3 = 600-fach.

Achja, die Riemendoppelräder (und auch sonst alles) ist CNC-gefräst. Das HTD-3M Profil eignet sich gerade noch so mit einem 2mm Fräser gefräst zu werden. Das 12-Zahn und 60-Zahn-Profil, sowie die Bohrung für die Achse wurde in einer Aufspannung gefräst.

Mittlerweile sieht das Ganze so aus:

Auf den Aluplatten in den Aluringen ist jeweils ein Kegelrollenlager verbaut. Als Welle dient eine 35mm Hartalustange gegen deren Enden jeweils eine Aluscheibe geschraubt wurde, die dann auf das Rollenlager drückt. Kann sein, dass das maschinenbautechnischer Murks ist. Verbesserungsvorschläge sind willkommen. Kegelrollenlager sind auch komplett ungeschützt. Ich muss also noch eine Art Dichtung basteln.

Für eine Montierung braucht man natürlich zwei solcher Antriebseinheiten. Ich konnte es aber mit Teilen meiner anderen Selbstbaumontierung testen und komme auf einen Nachführfehler von 1" RMS. Soweit so gut. Könnte besser sein, weil ich Perioden sehen die der Zahnfrequenz des ersten und zweiten Riemens (von der Achse aus gesehen) entsprechen. Deswegen fragte ich im Montierungsunterforum nach PHD2_GuideLogs des Originals, um das einmal vergleichen zu können.

Gruß und CS
Guido

 

[Guido_M]

Noch ein paar Details zu den Riemenuntersetzungen. Die sind natürlich auch nicht völlig frei von periodischen Fehlern, wie ich oben schon erwähnte. Bei meiner Riemenantriebseinheit ergeben sich folgende Perioden, einmal für die Achse und einmal für die einzelnen Zähne:

0: Untersetzung 96:12 = 8, Perioden: Welle: 86400s, Zähne: 900s
1: Untersetzung 60:12 = 5, Perioden: Welle: 10800s, Zähne: 180s
2: Untersetzung 60:12 = 5, Perioden: Welle: 2160s, Zähne: 36s
3: Untersetzung 60:20 = 3, Perioden: Welle: 432s, Zähne: 7.2s
Gesamtuntersetzung: 600

Schaut man sich die Frequenzanalyse von PHD2 an, so finden sich einige der Perioden dort wieder:

Insbesondere 36s und 180s.

Das war dann auch der Grund warum ich im Montierungsunterforum nach PHD_GuideLogs zur Avalon fragte. Ich würde gerne wissen in wie weit sich ähnliche periodische Fehler dort auch finden lassen.

Anfangs waren die 36s noch stärker ausgeprägt, aber ich konnte durch stärkeres Spannen der Riemen, den Fehler etwa drücken. Ich vermute, dass der HTD-3M Riemen nicht optimal über das 12 Zähne-Ritzel abrollt. Der wird halt schon ziemlich stark gebogen und es sind relativ wenige Zähne im Eingriff.

Meine jetzigen Riemen sind irgendwelche Nonames. Ich habe jetzt auf gut Glück zwei andere (kompatible) Typen von Riemenprofilen bestellt: HTD/Omega und RPP3. Mal schauen, ob die biegewilliger sind.
Alternativ kann ich noch probieren 64:16er Riemendoppelräder zu fertigen. Das kleine Ritzel wäre dann deutlich größer und der Riemen rollt besser ab. Jedoch würde es die Gesamtuntersetzung auf 1:384 herabsetzen. Für einen Test ersteinmal vertretbar.

CS Guido

 

[Guido_M]

So, mittlerweile habe ich eine zweite Antriebseinheit fertiggestellt. Damit lässt sich dann schon eine Montierung zusammenstellen.

Die zwei Antriebseinheiten und wie sie verbunden sind sieht man hier:

Ähnlich wie bei der Avalon M-Zero kann man die DEC-Antriebseinheit gegenüber der RA-Antriebseinheit verschieben. Hier in drei Positionen mit 2cm Abstand. Als weitere Möglichkeit kann man die DEC-Antriebseinheit auch noch herumdrehen, so dass die DEC-Achse näher an die RA-Achse kommt.

Die Polhöhenverstellung ist noch ein Provisorium meiner alten Selbstbaumontierung. Das muss noch anders.

Gesteuert wird die Montierung, wie schon mein Eigenbau davor, mit OnStep auf einem MKS Gen-L V1.0 Board mit TMC2100 Treibern. Vollautomatisiert wird das Ganze dann mit einem Raspberry Pi4 mit Astroberry, einer Linux Distribution mit KStars/INDI/Ekos.

Gruß + CS
Guido

 

[Guido_M]

Tja, wie gut ist es denn nun?

Mein erster Test war mit einem Skywatcher ED80 und einem TravelScope 70 als Guidescope. PHD2 Guiding erreichte damit einen RMS Fehler von 0,80".

Um das zu erreichen war es wichtig die von Avalon vorgeschlagenen Einstellungen zu nehmen:

• Lowpass2
• Agressiveness 90
• Minimum move 0

Damit regelt PHD2 sofort jeden Fehler aus, was die Vorteile eines Antriebs ohne Backlash voll ausspielt. (Den Guidelog habe ich auch angehängt, falls jemand an Details interessiert ist)

Apropos Backlash. Wo Licht ist, ist auch Schatten. Die Montierung verhält sich ein wenig wie ein Gummiband. Bei Tests auf dem Trockenen konnte ich sehen, dass die Antriebseinheit bei Richtungswechseln zwar mehr oder weniger sofort mit einer Bewegung reagiert, aber zunächst nur mit minimaler Geschwindigkeit. Es dauert dann einige Sekunden bis die Endgeschwindigkeit erreicht ist.
PHD2 ist bei der Kalibration und beim Guiding Assistent nicht glücklich über dieses Verhalten und meckert herum. Naja, Guiding funktioniert zum Glück trotzdem recht gut.

Ich bin kein Maschinenbauer/Konstrukteur und kenne mich nicht mit den Details von Riemenantrieben aus. Jedoch las ich schon hier:
"Metric AT series belts have been designed for high performance linear positioner applications. Utilizing optimized, larger tooth section and stronger steel reinforcing tension members these belts provide asignificant increase in tooth stiffness and overall belt stiffness."
AT3 Riemen wären für diese Art Anwendung also besser. Ich nahm HTD-3M hauptsächlich, weil ich die Riemenräder dafür selber auf meiner CNC-Maschine fertigen kann.

Weiß jemand mehr über Riemenantriebe und wann man welchen Typ verwendet?
Und ja, ich habe verschiedene Riemenspannung ausprobiert, aber das hatte keinen großen Effekt.

Gruß + CS
Guido

 

[Ehemaliger Benutzer [73139]]

Hammer Aufbau 5 Sterne
ich hab eine Avalon M-Uno aus Italien gekauft. wenn ich eine CAD und andere Maschinen hätte; würde ich auch alles selber herstellen! die könnten fast verwechselt werden
grüsst aus der Schweiz *entfernt*
zum vergleich meine

 

[Guido_M]

Das Original ist natürlich etwas eleganter und leichter.
Meine Montierung wiegt 14kg und ist etwas klobig. Avalon Instruments fräst die Teile aber auch mit einer 5-Achsen CNC-Maschine aus dem Vollen.

Im Moment teste ich die Montierung mit einem 8" F5 Newton (TS Photon). Das war auch der eigentliche Grund die Montierung zu bauen (und dem Spass am Basteln natürlich). Bis jetzt genieße ich den Newton noch rein visuell. Letztes Wochenende hatte ich kurz PHD2 Guiding getestet und lag bei "nur" ~1" RMS. Der Newton ist mit 9kg natürlich schwerer als das ED80 mit 3kg. Ausserdem nahm ich den Sucher zum guiden (176mm statt 400mm Brennweite).

Jedenfalls passt die Größe des 8" rein optisch schon besser zur Montierung:

Ich tue mich schwer die Tragfähigkeit zu beurteilen. Wenn ich den Newton feste antippe schwingt der natürlich. Jedoch scheint die Säule schon zu schwingen (Alurohr mit 100mm Durchmesser, 3mm Wandstärke).
Rein visuell ist das aber alles kein Problem. Ich kann manuell fokussieren ohne dass das Bild im Okular störend wackelt.

Gruß + CS
Guido

 

[Ehemaliger Benutzer [73139]]

wie schwerer meine M-Uno wiegt 15 Kg da ist deine leichter mit 14 Kg. Hihihi -1 Kg gesparrt mit deiner M- Uno 5.0 marke Eigenbau.
sende die Fotos an Avalon und hilf ihnen die M-Uno noch leichter zu bauen.

grüsst *entfernt*
Hammer wie deine Aussieht: ist zum verwechseln ähnlich.

 

[Guido_M]

OK, ich hatte die M-Zero im Kopf. Der Kopf soll nur 5.5kg wiegen.
Ich könnte meine auch leichter bauen. Das ist im Moment alles 10mm dickes Alu. Da könnte man noch Aussparungen reinfräsen, und/oder generell dünneres Material nehmen ohne zuviel an Stabilität einzubüßen.

Kannst Du erkennen wie bei der Avalon die Achsklemmung realisiert ist? Falls die ähnlich zur M-Zero ist, bei der man auf beiden Seiten der DEC-Achse Equipment montieren kann.
Die Bilder aus meinem ersten Beitrag hatten noch keine Achsklemmung. Das letzte Riemenrad der Untersetzung wurde fest mit der Achse verschraubt. So kann man aber die Montierung nicht ausbalancieren. Ein leichter "Freilauf" ist dafür unverzichtbar.
Mir gefiel die Möglichkeiten der M-Zero auf beiden Seiten der DEC-Achse Optiken zu montieren.
Meine Lösung war ein 35mm Edelstahlrohr in dem an den Enden Nadellager sitzen, um innen eine 25mm Edelstahlwelle zu lagern. Die Enden der 25mm Welle sind mit Alu-"Kappen" verschraubt, die wiederum mit Axiallagern aussen gegen die Kegelrollenlager verspannt sind. Eine Kappe ist etwas länger, weil sie noch um ein Stück Edelstahlrohr greift. Dort kann ein Klemmhebel die Kappe mit dem Edelstahlrohr klemmen. Da beide Kappen mit der 25mm Welle verschraubt sind, wirkt die Klemmung gleichzeitig auf beide Seiten.
Genutzt habe ich die Möglichkeit bislang noch nicht. Viel Platz ist da nicht, aber ein Sucher als Guidescope würde schon hinpassen.

Gruß + CS
Guido

 

[Ehemaliger Benutzer [73139]]

ich vermute mal nur Vorne in der Mitte. hab ein Foto gefunden. das könnte weiter helfen. was es mit der Hinteren Rändelschraube aufsiech hat kann ich dir nicht sagen.
bei meiner ist es klar (M-Uno) : es sind zwei Rändelschrauben, für die Pol Einstellung.
CS
*entfernt* aus der Schweiz

 

[Guido_M]

Meinen neuen 8" Newton benutze ich im Moment noch rein visuell. Wenn denn mal Wetter ist hier im Rheinland...

Testweise habe ich meine Montierung einmal auf Alt-Az umgebaut. Also eigentlich nur die Polhöhenverstellung durch eine Adapterplatte ersetzt. OnStep ist flexibel genug auch Alt-Az Montierungen anzusteuern. Das sieht dann so aus:

Mir war garnicht bewusst wie praktisch Alt-Az für die visuelle Beobachtung ist. Das Okular bleibt praktisch immer in der gleichen Position, nur die Höhe variiert. OnStep führt natürlich weiterhin korrekt nach. Also wie Dobson ohne Schubsen.
Fotografisch hätte man natürlich mit der Bildfeldrotation zu kämpfen, die je nach Position am Himmel sehr unterschiedlich ausfallen kann. OnStep könnte einen (De)Rotator ansteuern und es würde mich reizen irgendwann einen zu bauen.
Es gibt noch viel zu Basteln...

Gruß + CS
Guido

 

[Ehemaliger Benutzer [73139]]

einfach der Hammer... grüsst *entfernt*
da bleiben mir die Worte weg...
das gib nochmals 5 Sterne einfach nur Top

 

[admerge]

Moin Guido,

WOW. ein Hammerding hast Du da gezaubert ! Respekt ! Genial !
Ich überlege gerade meine ganz alte Alt5 auf Riemen umzurüsten. Der Grund dafür ist ein Schneckenfehler der echt grottig ist. Liegt wohl daran das die Alt so alt ist das die Stundenache mal nachträglich motorsiert wurde. Ist jedenfalls nicht so wie man es kennt von Alt Montierungen....

Egal... Ich habe da 3 Fragen:
Inwieweit ist die größe des kleinen Riemenrades wichtig ? Du hattest geschrieben wenn zu klein dann rollt der Riemen nicht so gut ab...

Wie groß sollte die Gesamtübersetzung gewählt sein ? Jetzt habe ich ein 36:1 Getriebe am Motor und über den Riemen würde ich dann auf Gesamt 360:1 kommen. Ist das praktikabel ? Die Steuerung ist eine DIY mit Arduino und frei programmierbar.....

Wie ist das mit der Achsklemmung ? Schneckengetriebe lassen sich ja so nicht drehen..... Wie ist das bei Zahnriemen ? Die zum drehen notwenige Kraft müsste ja von der Übersetzung abhängig sein....
Bei 360:1 läßt sich die Achse noch manuel drehen gegen das Getriebe ? Zur manuellen Positionierung ? Wie ist das bei Dir ? Bleibt der Newton stehen selbst bei Ungleichgewicht ?

Viele Grüße aus dem Norden,

Stefan

 

[Martin_B]

Klasse Projekt!
Hab das heute erst entdeckt.
Respekt

 

[Guido_M]

Hallo Stefan,

Generell ist es sicher besser das kleine Riemenrad so groß wie möglich zu machen. Eventuelle Fehler werden dann auf mehr Zähne verteilt.
Leider bin ich auch noch nicht dazu gekommen die unterschiedlichen Konfigurationen zu testen. Die Antriebseinheit auf RA hat je 12 Zähne beim kleinen Riemenrad, die auf DEC 16. Ich bräuchte die also nur zu tauschen.
Dafür müsste man aber wenigstens mal zwei Tage ein stabiles Wetter haben um je einen Abend mit einer Konfiguration zu testen. Mir ging's hauptsächlich darum, ob ich Unterschiede in den überlagerten periodischen Fehlern sehe.
Die Gesamtübersetzung ist 600 auf RA und 512 auf DEC.

Auf meiner ersten Selbstbaumontierung hatte ich ein 1:360 Schneckenrad mit Direktantrieb. das funktioniert ganz gut. Jedoch nehme ich immer 0.9° Schrittmotoren mit 16x Mikroschritt Treibern. Meine Steuerelektronik besteht im Moment aus einem MKS Gen-L 1.0 Board (eigentlich für 3D Drucker gedacht) mit TMC2100 Schrittmotortreibern. Auf dem Board läuft OnStep.

Die Alt Montierungen sehen ja recht schwer aus, wenn Du diese hier meinst. Das ist sicher eine ganz andere Liga. Ich sehe folgende Probleme:

• Bei dieser Art Montierung wird man größere Teleskope und somit längere Brennweiten einsetzen wollen. Da ist 1:360 eventuell von der Auflösung her knapp.
• Bei der Größe wirken ganz andere Kräfte auf den Riemen. Da wird man auf jeden Fall etwas größeres und breiteres als HTD-3M nehmen wollen. Ausserdem sollten die freien Riemenabschnitte möglichst kurz gehalten werden, also mit Umlenkrollen wie hier. Meine Montierung ist mit einem 10" F6 Newton ziemlich am Limit (Gewicht, Hebel). Das geht gerade noch so visuell. Ich denke der Riemen oder eher die Zähne des Riemen federn etwas nach.

Zur Achsklemmung gleich mehr.

Gruß + CS
Guido

 

[Guido_M]

Bei der Achsklemmung war ich selber erstaunt. Die RA/DEC-Achse lässt sich selbst bei abgeschalteten Schrittmotor nicht drehen. Ein Zahnriemen unter Spannung hat halt schon einen gewissen Widerstand. Vom Schrittmotor in Richtung Achse ist das kein Problem wegen der hohen Untersetzung, aber in der anderen Richtung potenziert sich der Widerstand.

Bei einer gespannten 1:10 Untersetzung und entsprechend engen Führung mit Umlenkrollen müsste man genug Widerstand haben, so dass die zusätzliche Untersetzung des 1:36 Getriebes ausreichen wird die Achse in Position zu halten.

Meine Riemenantriebseinheiten haben einen Freilauf mit Klemmung. Also vereinfacht gesehen wird dort ein Rohr vom Riemengetriebe angetrieben. In dem Rohr ist eine Welle mit Nadellagern gelagert. Die Welle wird dann geklemmt. Mit Gewalt rutscht eher die Klemme durch, als dass das Riemengetriebe den Motor dreht.

Gruß + CS
Guido

 

[admerge]

Moin Guido,

jo, so eine Alt meine ich. Auf meinem Profilbild ist sie zu sehen....

Also Klemmung geht.... Ich habe ja noch die Klemmung wie Alt sie gebaut hat. Ist eine Rutschklemmung die so ähnlich funktioniert wie Deine.
Mit der Übersetzung und den kurzen freien Riemenstrecken... Also lieber hier nochmal eine 2. Übersetzung einbauen ? Erste Stufe 5:1 und die 2, Stufe auch 5:1 ?
Dann wären das 25:1 und mit dem original Getriebe dann 900:1
Die Riemen wären dann auch nicht sooo lang.
Ich hatte an AT5 Riemen gedacht. Die sind bei meinen Abmessungen mit xa. 300Nm angegeben.... PU mit Metallkern.
Riemen und Scheibenräder bei Mädler ausgesucht

Grüße,

Stefan

 

[Guido_M]

Hallo Stefan,

Wenn man die Riemen mit Umlenkrollen so führt, dass die Riemenräder möglichst weit umschlungen werden, wären die freien Riemenstrecken auch möglichst kurz. Ich würde die Riemen möglichst breit wählen, wie es bei Dir baulich möglich ist. Mit zwei Übersetzungen hast Du sicher auch noch mehr Hemmung. Jedoch wird das dann immer aufwändiger zu bauen. 900:1 ist jedoch eine gute Übersetzung.
AT5 ist wahrscheinlich besser als HTD. Ich las mal in einem Artikel, dass trapezförmige Zähne weniger stark deformiert werden, als runde. Ausserdem noch der Metallkern. Avalon benutzt auch trapezförmige Riemen.

Ich musste HTD-3M nehmen, weil ich das Profil der Riemenräder gerade noch so auf meiner CNC Maschine fertigen konnte. Hätte ich etwas anderes genommen, so hätte ich die Doppelriemenräder in meinem Riemengetriebe aufwändig aus je zwei Riemenrädern fertigen müssen.

Aber nochmal, die Alt-5 ist schon eine andere Gewichtsklasse. Deswegen die Warnung: Alle meine Angaben sind ohne Gewähr. Ich bin kein Maschinenbauer, nur ambitionierter Bastler.

Gruß + CS
Guido

 

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Moin Guido,

So, Testaufbau ist dran. Ist nur eine Untersetzung geworden. Mal sehen on aich das ändere...

2 Probleme habe ich , vielleicht hast Du aus Erfahrung hier eine Idee:
- Wenn ich den Strom abschalte hat der Motor keinen Haltesrom mehr und dreht frei.... Und die Achse dreht sich sammt allem was drauf ist.....
- Wenn Strom auf dem Motor ist kann ich trotzdem die Achse um ca 5-10 Grad drehen..... Ist das ein Zeichen das das am Motor angebaute Getriebe zu viel Spiel hat ? Ist alles etwas in die Jahre gekommen :-(

Grüße

Stefan

 

[Guido_M]

Hallo Stefan,

Nochmal zum Verständnis: An Deinem Schrittmotor ist ein 1:36 Getriebe und dann folgt eine Riemenuntersetzung zur eigentlichen Achse, richtig?
Welches Verhältnis hast Du da jetzt?

Also ohne Strom dreht sich Dein Schrittmotor, wenn Du versuchst die Achse der Montierung zu drehen?
Wenn Strom auf dem Motor ist, kannst Du dann sehen, ob sich die Motorachse dreht, wenn Du die Achse der Montierung bewegst?
Bei meinen Motoren kann ich normalerweise die Achse auf der Rückseite des Schrittmotors sehen. Da könntest Du eine Markierung anbringen.

Welche Achse kannst Du 5-10 Grad drehen? Die an der Montierung? Das wäre echt viel.

Kannst Du Bilder von Deinem Aufbau zeigen. Zumindestens von Schrittmotor und seinem 36:1 Getriebe?

Gruß + CS
Guido