Umbau der Montierung

Vollständiger Umbau einer LX 200 Gabelmontierung

Der Weg zum hochgenauen Encoderbetrieb

Bild der zerlegten Mechanik der LX200 Montierung.

Nach etwa 20 Jahren treuen Dienst gab es einen technischen "Supergau" in der großen LX200 Gabelmontierung meines Teleskops, vor dem sich wohl jeder Hobby-Astronom fürchtet; sie verweigerte mir erstmals vollständig den Dienst. Hatte es in der Vergangenheit immer Ideen gegeben, diverse Reparaturen und Verbesserungen selbst auszuführen, so musste ich jetzt erstmals passen. Der große Schaden in der Hauptelektronik und schwierig zu beschaffende Ersatz-Bauelemente zur Reparatur machten die Montierung nahezu irreparabel.

 Die von Meade angebotene und teure Austausch-Elektronik war vom heutigen, technologischen Stand der Technik und Anspruch in der Amateurastronomie vollkommen uninteressant. Daher griff ich zur Selbsthilfe...

 

Nach einigen Reparatur-Fehlschlägen und Wochen intensiver Überlegungen mit kleineren Tests hatte ich dann ein technologisch vollkommen neues Gesamtkonzept für die Steuerungs-Elektronik und Mechanik. Die Gabelmontierung sollte im Kern das mechanische Gehäuse weitgehend behalten, jedoch mit den Änderungen in max. Genauigkeit und gut funktionierenden Remote-Betrieb den Dienst verrichten.

Umbaubericht in der Interstellarum Heft 95/2014. -->

 
 
 

 

Alte Elekronik der LX200

Beim Umbau konnte die bewegliche Mechanik (inkl. Field-Rotator) mit Getriebe in der Basisausstattung verbleiben, der Rest der mechanisch beweglichen und elektronischen Steuerungs-Komponenten wurde vollständig ersetzt, teils verbessert und zugleich netztechnisch beträchtlich erweitert.

 

 

 

 

SiTech Servo II Steuerung mit Handccontroller (Eigenbau)

Die grundsätzliche Entscheidung fiel dabei auf eine Servosteuerung von Sidereal Technology, denn sie hat zwei leistungsfähige Kanäle für die vorhandenen Servomotoren und für zusätzliche, hochauflösende Achs-Encoder. Der USB Anschluß dieser Steuerung ist mit anderen Geräten direkt über den internen USB Server (Silex) und einem GBit-Router mit dem Heimnetzwerk (Lan+WLan) verbunden. Die Ansteuerung erfolgt dabei über hardwarekompatible Ascom Treiber auf beliebigen Steuerrechnern (PC oder Tablet) in meiner Netzwerkumgebung. Der Handcontroller wird nur noch für die wichtigsten Grundfunktionen und Korrekturen am Teleskop benutzt. Nach umfangreichem Umbau mußten natürlich noch die richtige Einstellung des Setups gefunden wurde, daher verging noch etwas an Test- und Anpassungszeit.

 

Motoren (im Bild Pittman Motor). Sind inzwischen Faulhaber 3557 mit Planetengetriebe, Untersetzung 14:1, 500 CPR Encoder auf der Schneckenwelle.

Neben dem Handcontroller (Eigenbau) als einfaches Benutzerinterface ist die Steuerung (mit hochauflösenden Encoderbetrieb) vollständig im Netzwerk über den remotefähigen Router eingebunden. Der Router befindet sich neben allen anderen Geräten und Anschlüssen in der Gabelmontierung. Das Konzept gewährleistet maximale Performance für die Benutzerschnittstellen und wahlweisen Zugriff unterschiedlichster Rechner für verteilte Aufgaben im Netzwerk. Damit es keinen "Kabelsalat" durch die Rotation der Hauptmontierungsachse (RA) gibt, sind die Basisanschlüsse (Power-/Netzwerk-/Datenleitungen) über Kontakt-Schleifringe durch die RA-Achse geführt und in der Gabel auf die seitlichen Anschlußfelder (GigE, USB und Powerswitch) verteilt.

 

Renishaw Encoder auf der RA Achse. In der Mitte der Spannring für die Kegelrollenlager und die Durchlassbohrung für die Schleifring-Leitungen.

Die Lagerschalen für die Aufnahme der Kegelrollenlager wurde passend ausgedreht und spielfrei gegeneinander verspannt. Die Montierung hat nicht nur enorm an mechanischer Stabilität gewonnen, sondern ist mit integriertem Teleskopserver, der neuen Sitech Servo II Steuerung und den hochauflösenden Renishaw Encoder auf den Achsen (RA/DEC) zu einem hochgenauen, professionellen Nachführ- und Goto- Teleskopsystem geworden; für die gesamte Elektronik war im Gehäuse der großen Gabelmontierung ausreichend Platz.

Alle technischen Änderungen im Überblick

  • Steuerung der gesamten Montierung (SiTech Servo II) und Elektronik-Anbauten über GBit LAN (Standard), 300MBit WLAN (2,4 u. 5 Ghz) , DSL/VDSL (VPN), USB Server oder Bluetooth
  • Achslager DEK; Lagerschale angepasst für hochgenaue Kugellager
  • Achslager RA; Lagerschale ausgedreht und vorgespannte für spielfreie Kegelrollenlager (150 mm)
  • Mechanische Tragfähigkeit der Montierung (nur Instrumente) ca. 100 kg
  • RA Achse mit 12 Zoll Durchmesser, 350 Zähne, Aluminium Schneckengetriebe
  • DEK Achse mit 12 Zoll Durchmesser, 350 Zähne, Aluminium Schneckengetriebe
  • Faulhaber Servomotoren RA/DEK mit 500 CPR (2000 in Quadratur)
  • Motor-Untersetzungen Planetengetriebe RA/DEK 14:1, 350:1 auf dem Schneckenrad
  • Hochauflösende Renishaw Encoder in die RA- und DEK- Achse mit 15,7 Mio. Ticks/Umdrehung oder 0,081 Bogensekunden je Tick
  • Mechanischer Rundlauf der Encoder-Ringe < 1/100 mm
  • Positioniergeschwindigkeit (Slew) 5°/Sek. im Normalbetrieb (bis max. 8°/Sek. einstellbar)
  • Encoderbetrieb mit Parkpositions-Sensoren in RA und DEK
  • Benutzerinterface mit einfachem Handcontoller und ASCOM-kompatibler Steuerungs-Software für PC
  • Teleskop Modellierung mit Pointingmodell (PointXP) vollständig in der Software integriert
  • Pointing (abhängig von der Belastung der Montierung) min. < 12“ RMS mit Pointing-Modell
  • Nachführgenauigkeit < 0,5“ RMS in 5 Minuten
  • Durch die gute "PID" Regelung ist kein besonderes Ausbalancieren der Achsen erforderlich
  • Leitungsversorgung durch die RA-Achse über rotierende Schleifringe (Power-/Netzwerk-/Datenleitungen). Das RA-Achsgehäuse wurde dazu durchbohrt
  • Spannungsanschluß der Montierung 110/220V, Integrierter Netzfilter, Überspannungsschutz, Kontrollleuchte und Netzschalter

Externe/Interne Anschlüsse

  • Guider Anschluß und 2x Ethernet (Gbit) Anschluss auf der Frontblende der Gehäuse-Basis
  • 8 x USB, 4 x GigE für Kameras und 4 x Gbit Ethernet Ports (Zusätzlich ist eine USB Festplatte einbaubar)
  • stromsparender WLan Switch/Router (300 Mbit/s) mit 4x 1GBit Port
  • stromsparender GBit- USB Server für alle USB Geräte
  • stromsparender GBit Switch mit 8 Ports
  • Bluetooth Interface (Extern ansteckbar)
  • Hutschienen-Netzteile 24V /5A, 12V /10A (Netzteile Wirkungsgrad > 90% (geringe Wärmeentwicklung) sowie Wandler für 48V/1A, 5V/1A
  • Remote Ferneinschaltungen der gesamten Montierungselektronik und der Kuppelsteuerung

HINWEIS:
Alle wichtigen Anschlüsse sind in und an der Gabel untergebracht. Es gibt im Betrieb durch die Kontakt-Schleifringe in der Hauptrotationsachs (RA) für Netzwerk und Power vollkommen freie Achsrotation ohne "Kabelsalat"!

Weitere Ergänzungen

  • Field Rotator, Umbau des Meade 1222 für Servoantrieb. Einbinden eines 2. Controllers (Sitech Servo I).
  • RMS Gaintest

    Neuer Funk-Handcontroller für die Grundfunktionen der Montierung

  • Gbit NAS Server für die Kameras (Bild- und Videodaten)

Testergebnisse des Encoderbetriebs:

Nach Einbau der Gabelmontierung in die Sternwarte erfolgte das Feintuning und die ersten Encodertests mit maximalen Setup bei ca. 80kg Zuladung.

-> Beide Achsen (Ra/Dek) mit den Getriebeeinheiten laufen sehr präzise bei Typ. 0,05" RMS (20 Sec. Messung am Encoder)!

Das Besondere ist, das diese guten Ergebnisse der Messungen auch bei ungünstigen Belastungsverhältnissen (Dysbalance durch Aufbauten) über Stunden vollkommen stabil bleiben.

Das Pointingmodel (PointXP) wurde mit dem Standard-Setup (max. Vergrößerung) bei kleinem Bildausschnitt mit Basler acA640 Kamera und Baader Barlow (2.1x / bei 8540mm Brennweite) als Setup für Planetenaufnahmen erstellt. Das Gesichtfeld ist 1,4 x 1 Bogenminuten bei einer teor. Auflösung der Kamera von 0,14"/Pixel. Die Genauigkeit (Goto und Tracking) kann noch durch mehr Referenzsterne gesteigert werden, 19 Referenzsterne sind aber genau genug. Das Positionieren (Goto) der Montierung liegt dabei immer im Gesichtsfeld der Kamera und entspricht einer vergleichbaren, theoretischen Vergrößerung (Okular) von min. 2500-Fach! Ein wirklich überzeugendes Ergebnis...

Positionierungtests mit Pointing Modell

Positionierungtests mit Pointing Modell

Mit dem einstellbaren Pointing Model ist eine sehr große Zielgenauigkeit beim Anfahren und Nachführen der Objekte gesichert. Servo/-Encoderbetrieb mit Schneckengetrieben bilden immer noch einen nicht zu unterschätzenden Vorteil gegenüber dem Direktantrieben mit Torque Motoren. Das selbsthemmenden Getriebe mit seiner hoher Haltekraft bei Lastwechsel oder bei plötzlichem Stromausfall sind gute Beispiele dafür. Sie garantiert ebenfalls über längere Zeiträume höchst exakte Nachführung ohne Guiden und gute Verfolgungsgenauigkeit beim Satelliten-Tracking; so wie es sonst nur bei Direktantrieben möglich wäre. Die atmosphärischen Störungseinflüsse (Seeing) im Betrieb sind jedenfalls deutlich grösser.
Alle mechanischen Fehler, die zwischen Motor- und Achs-Encoder auftreten, werden elektronisch korrigiert. Einflüsse von aussen (z.B. Windstöße) werden sogar beim Tracken von Satelliten in Hochgeschwindigkeit zuverlässig kompensiert und stellen damit ein robustes Nachführkonzept dar.

Damit steht sie in Konkurenz zu den anspruchsvollen und renomierten, kommerziellen Montierungsbauern wie z.B. ASA Austria, Astro Physics oder Planewave.

Videos, erster Montierungstest (Positionierungs- und Encodertest)

Wichtiger Hinweis:

Dieser Bericht erhebt natürlich keinen Anspruch auf Vollständigkeit!