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Die
Erfindung betrifft eine parallaktische Montierung zum Nachführen
von astronomischen Teleskopen, insbesondere zur Astrofotografie.
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Parallaktische
Montierungen werden sowohl in der Amateurastronomie als auch in
der professionellen Astronomie verbreitet eingesetzt.
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Amateurastronomen
werden zunehmend mit dem als Lichtverschmutzung bezeichneten Phänomen
konfrontiert. Die intensive nächtliche Beleuchtung von
Städten und selbst kleinen Ortschaften in ländlichen
Gebieten zwingen dazu, die Ausrüstung zur astronomischen
Beobachtung transportabel für Kraftfahrzeug und Flugzeug
zu gestalten. Es müssen entfernte und möglichst
hoch gelegene Regionen, z. B. in den Alpen oder, wie zum Beispiel
häufig praktiziert, auf den Kanarischen Inseln oder in
Namibia, aufgesucht werden. Diese Umstände führen
zwingend dazu, leichte und kompakte, also auch fürs Fluggepäck
taugliche Ausrüstung mitzuführen. Das Gewicht
eines typischen astronomischen Fluggepäcks für
einen Astronomieurlaub liegt bei ca. 10 bis 15 kg. Erfahrungsgemäß entfallen
dabei auf Stativ, Montierung und Teleskop/Kamera jeweils ungefähr ein
Drittel. Das Gewichtslimit für die Montierung liegt demnach
bei 4 kg.
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Auf
dem Markt für amateurastronomische Ausrüstung
wird eine Vielzahl parallaktischer Montierungen, die übrigens
häufig als ”Deutsche Montierung” oder
auch ”Äquatoriale Montierung” bezeichnet werden,
angeboten. Daneben gibt es von den Amateuren selbst gebaute Exemplare.
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Eine
derartige Deutsche Montierung ist in der
Zeitschrift "Interstellarum" in
Heft 58, Seite 60 bis 64, detailreich beschrieben. Allein
das Achsenkreuz dieser Montierung hat eine Masse von ca. 18 kg.
Inklusive der nötigen Gegengewichte ergeben sich für
die einsatzfähige Montierung ungefähr 25 kg. Dies
ist für den Transport im Kraftfahrzeug kaum akzeptabel, keinesfalls
jedoch fürs Flugzeug. Die beschriebene Montierung verwendet
zum Antrieb der Nachführung Schneckengetriebe mit einem
Durchmesser des Schneckenrades von 171 mm. Dieser Durchmesser ist
die entscheidende Kenngröße für die erzielbare Genauigkeit
der Nachführung. Steigungsfehler und Radialschlag der Schnecke
sowie Teilungsfehler des Schneckenrades geben die Grenzen bei der
Herstellung vor. Ein möglichst großer Durchmesser
führt zu verringertem Winkelfehler bei der Drehbewegung
um die Achse. Insbesondere bei fotografischem Einsatz muss dieser
Fehler sehr klein gehalten werden, da sonst die punktförmigen
Abbildungen der Sterne zu Strichen entarten.
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Ein
Ausweg aus diesem Dilemma besteht darin, die angestrebte Präzision
des Antriebs durch die Anwendung eines zusätzlichen Leitfernrohres
mit Fadenkreuzokular bzw. heute üblichem Autoguider zu
erreichen. Über eine CCD-Kamera wird ein vom Leitrohr abgebildeter
Referenzstern erfasst, und über eine Auswerteelektronik
werden Korrekturbefehle an den Antriebsmotor des Schneckengetriebes
gegeben. Damit lassen sich die Ungenauigkeiten des Schneckengetriebes
kompensieren.
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Diese
Methode wird bei der stationär betriebenen Astrofotografie
häufig angewendet, sie ist aber aufwändig an Kosten
und Gewicht und kommt für die Astronomie-Exkursion per
Flugzeug meist nicht in Frage.
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Auf
dem Markt wird eine Reihe von Montierungen angeboten, die zwar die
vorgenannten Forderungen nach Kompaktheit und Gewicht erfüllen
können, jedoch allein schon wegen der klein dimensionierten
Schneckengetriebe die notwendige Nachführpräzision
für anspruchsvolle Astrofotografie nicht erreichen können.
Ein Beispiel einer solchen Montierung ist in der Zeitschrift "Sterne
und Weltraum", Dezember 2008, Seite 130, abgebildet.
Dargestellt ist eine Anordnung von Stativ, Montierung und Refraktor-Teleskop;
eine Kamera ist nicht angebracht. Mit dieser Ausrüstung
lässt sich das vorgegebene Gewichtslimit zwar erreichen,
die Präzision des klein dimensionierten Schneckengetriebes
reicht jedoch allenfalls für kurze Belichtungszeiten bei
kleiner Brennweite (Teleobjektive).
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Eine
Verbesserung lässt sich durch den Ersatz des Schneckengetriebes
durch einen Scherenantrieb erzielen. Diese aus der professionellen
Astronomie bekannte Methode, die auch in der Funktion als sektionierter
Schneckenantrieb bezeichnet wird, ist neuerdings auch für
den Amateurastronomen zugänglich. In der Zeitschrift "Sterne
und Weltraum", Heft 1/2009, ist auf Seite 2 ein
solcher Scherenantrieb dargestellt. Eine tangential in einem Radius
von ca. 30 cm angebrachte Präzisionsspindel wird von einem
Schrittmotor angetrieben und verschiebt den beweglichen Arm gegen
den fest montierten Arm. Damit ist dieser Scherenantrieb prinzipiell
mit der Genauigkeit eines Schneckengetriebes mit 60 cm Schneckenrad-Durchmesser
vergleichbar.
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Da
der Scherenantrieb nur das Schneckengetriebe einer herkömmlichen
Montierung ersetzt, ist gemäß der Abbildung noch
ein sogenannter Neigekopf zum Stativ hin und ein sogenannter Kugelkopf zur
Kamera hin zu erkennen. Die beiden Stativköpfe Neigekopf
und Kugelkopf komplettieren die Anordnung, um einerseits die zur
Nachführung notwendige Ausrichtung der Rektaszensionsachse
auf den Himmelspol, andererseits die Verstellung der Kameraachse
in Deklinationsrichtung zu ermöglichen.
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Eine
detailreiche Beschreibung einer reiseastronomischen Ausrüstung
auf Basis des beschriebenen Scherenantriebes mit zusätzlichen
Stativköpfen ist in der Zeitschrift "Sterne
und Weltraum, Heft 5/2008, auf Seite 98 bis 102 veröffentlicht.
Schwachpunkte dieser Anordnung sind die beiden Stativköpfe,
die für Normalfotografie, nicht jedoch für astronomische
Anwendung ausgelegt sind. Der Vergleich mit den bereits beschriebenen
parallaktischen Montierungen ergibt, dass die Funktion des Polblocks
zur Einstellung von Elevation und Azimut der Polachse vom Neigekopf
und die Funktion des Achsenkreuzes zur Bewegung um die Achsen vom
Kugelkopf übernommen werden. In beiden Funktionen sind
die Stativköpfe mangelhaft, insbesondere da die Massenschwerpunkte
von den Drehachsen weit entfernt sind und deshalb durch die Eigengewichte
und eventuellen Windeinfluss hohe Momente auftreten, die zur Verformung
des Aufbaues führen.
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Wie
aus der soeben zitierten und auch aus weiteren Veröffentlichungen
(zum Beispiel
Zeitschrift "Interstellarum",
Heft 60/2008) hervorgeht, werden zufriedenstellende Ergebnisse
durch den Einsatz der Stativköpfe nur über die
Beschränkung auf Teleobjektive und kurze Belichtungszeiten
erreicht. Beim angestrebten Einsatz von Refraktoren etwa zwischen 75
mm und 125 mm Öffnung wären die Stativköpfe überfordert,
nicht jedoch der für die Nachführung zuständige
Scherenantrieb.. Dieser ist durch die Belastung von Kamera und Teleobjektiv,
wie in den genannten Veröffentlichungen gezeigt, bei weitem
noch nicht ausgelastet.
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Die
oben erwähnten Refraktoren könnten problemlos
eingesetzt werden, wenn es gelingen sollte, die Funktion der beiden
Stativköpfe durch eine bessere technische Lösung
zu ersetzen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Überwindung
dieser Beschränkungen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale
der Erfindung dadurch gelöst, dass die beiden Funktionsgruppen
Polblock und Achsenkreuz einer parallaktischen Montierung aufgeteilt
werden und ein Scherenantrieb als Ersatz für das sonst
vorhandene Schneckengetriebe für die Nachführung
um die RA-Achse ins Gesamtsystem integriert wird.
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Die
durch die Verwendung eines Neigekopfs vorhandene unzureichende Steifigkeit
der bisher bekannten Anordnungen wird gemäß der
Erfindung dadurch entscheidend verbessert, dass ein formstabiler Polblock
die Funktion des Neigekopfes übernimmt. Diese Formstabilität
wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der
Polblock als starre, gelenklose und dadurch kompakte Einheit ausgeführt
ist. Bei herkömmlichen Montierungen ist der Polblock üblicherweise
zweigeteilt durch ein Gelenk mit horizontaler Achse. Über
dieses Gelenk wird die Neigung der Pol-(Rektaszension)Achse mit
Hilfe einer Druckschraube eingestellt und anschließend
durch Klemmelemente fixiert. Diese Anordnung ist baubedingt bezogen
auf Abmessungen und Gewicht nicht ausreichend stabil gegen Verformungen.
Die Erfindung vermeidet die genannten Nachteile durch die Verwendung
eines starren, gelenklosen Polblocks, wie in der Figurenbeschreibung
im Detail erklärt wird. Die Einstellung der Polachsenneigung
wird ebenfalls in der Figurenbeschreibung erläutert.
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Die
Funktion des Kugelkopfes der bekannten Anordnungen wird gemäß der
Erfindung durch ein kompakt aufgebautes Achsenkreuz übernommen. Die
beim herkömmlichen Antrieb durch Schneckengetriebe erforderlichen
langen Achsen und die dadurch bedingte fehlende Steifigkeit bei
hohem Eigengewicht entfallen. Das Achsenkreuz erlaubt eine saubere
Trennung von Rotationsbewegungen um die Rektaszensions- und die
Deklinationsachse.
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Die
technische Ausbildung ist durch den Anspruch 1 definiert. Ausgestaltungen
sind in den Ansprüchen 2 bis 5 dargestellt. Im übrigen
wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche
sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnungen verwiesen,
anhand derer die Erfindung noch näher beschrieben wird.
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In 1 ist
ein vertikaler Teilschnitt der gesamten Anordnung dargestellt. 2 erläutert
die räumliche Fixierung und 3 die Anpassung
an unterschiedliche geografische Breiten des Standortes der Montierung.
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In 1 ist
als Schnitt in der durch die Rektaszensionsachse 33 und
die Deklinationsachse 34 definierten Ebene eine Anordnung
zur Nachführung einer astronomischen Fotokamera dargestellt.
Das Kameragehäuse 1, vorzugsweise von einer digitalen Spiegelreflexkamera,
ist an das Linsenteleskop 2 angeflanscht, dessen Linsensystem 3 als
Objektiv wirksam ist. Das System Linsenteleskop/Kameragehäuse
ist über den Adapter 4 mittels der schematisch
mit 5 angedeuteten radial wirkenden Klemmschrauben im Deklinationsgehäuse 6 fixiert.
Dieses Gehäuse ist über den Lagerzapfen 7 und
den Dorn 8 axial und radial gelagert. Der Dorn 8 stellt
auch über sein Gewinde die Verbindung zum Rektaszensions-gehäuse 9 dar,
welches selbst über den Lagerzapfen 10 und die zugehörige
Druckplatte 11 und die Feststellschraube 12 mit
Handgriff 13 axial und radial gelagert ist. Das Rektaszensionsgehäuse 9 ist
auf den beweglichen Arm 16 des Scherenantriebs mit Gewinde 14 aufgeschraubt.
Der bewegliche Arm 16 ist über ein nicht dargestelltes
zentrales, koaxiales Lager mit dem festen Arm 17 des Scherenantriebes
verbunden.
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Der
Polblock besteht aus zwei Seitenwänden 19, die über
die obere Quertraverse 18 und die untere Quertraverse 20 miteinander
verschraubt sind. Die Schrauben selbst sind nicht dargestellt. Mittels
der Feststellschraube mit Handgriff 21 wurden Polblock
und Scherenantrieb miteinander verbunden.
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Die
beiden Arme 16 und 17 des Scherenantriebes sind
an ihren äußeren Enden über Lagerelemente
tangential über eine Gewindespindel verbunden, die mit 23 angedeutet
ist. Ein nicht dargestellter Schrittmotor ist im Gehäuse 24 untergebracht
und treibt die Gewindespindel über eine ebenfalls nicht dargestellte
Steuerelektronik an. Die Antriebsdrehzahl der Gewindespindel muss
in Abhängigkeit der Winkelposition der beiden Arme des
Scherenantriebes variabel sein, da sich der wirksame Radius des Antriebes
mit zunehmender Auslenkung verkleinert.
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Vervollständigt
wird die Anordnung durch die Gegengewichtsstange 25 und
das Gegengewicht 26. Das ist notwendig, um die Gewichtsbalance
um die Rektaszensionsachse zu gewährleisten. Die Verbindung
zum Stativ stellt die Feststellschraube mit Handgriff 27 her,
die den Polblock über die untere Quertraverse 20 gegen
die Stativplatte 28 zieht. Mit jeweils 29 sind die 3 Stativbeine
angedeutet. Zur Zentrierung des Polblocks zur Stativplatte dient
der Zentrierdorn 30, der für eine feinfühlige
Ausrichtung der Anordnung im Azimut in Zusammenwirkung mit den beiden
Einstellschrauben 31 wirkt. Die Einstellschrauben sind
auf einen an der Stativplatte angebrachten Block 31a gerichtet,
der nicht dargestellt ist, und werden zur Azimuteinstellung gegensinnig
bewegt.
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An
den Enden der Stativbeine 29 sind nicht dargestellte Nivellierelemente
angebracht. Sie ermöglichen die genaue Ausrichtung der
Rektaszensionsachse 33 auf den Himmelspol. Der Winkel 32 entspricht
dabei der geografischen Breite des Standortes.
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Andeutungsweise
sind noch die beiden Spannringe 35 und 36 eingezeichnet,
die in der Beschreibung zu 2 näher
erläutert werden.
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In 2 ist
ein gegenüber 1 vergrößerter
Schnitt in einer Ebene entlang der Rektaszensionsachse 33 und
senkrecht zur Deklinationsachse 34 dargestellt. Ein bei 37 geschlitzter
dünnwandiger Spannring 35 ist in eine geringfügig
breitere und auch tiefere Nut im Lagerzapfen 10 eingelegt
und beeinträchtigt deshalb nicht die Beweglichkeit um die
Rektaszensionsachse 33. Durch eine radial angebrachte Feststellschraube 38 (im
Beispiel als Rändelschraube ausgebildet) kann auf den Spannring 35 und
damit indirekt auch auf den Lagerzapfen 10 eine fein dosierbare
Klemmkraft ausgeübt werden. Entsprechendes gilt auch für
den Lagerzapfen 7, was zeichnerisch im Detail nicht dargestellt
ist.
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Die
Ausrichtung der Teleskopachse 39 auf ein Himmelsobjekt
wird bei gelösten Rändelschrauben durchgeführt.
Nach deren Festziehen ist die Teleskopachse 39 räumlich
fixiert. Zum Nachführen muss dann die Ansteuerelektronik
für den erwähnten Schrittmotor eingeschaltet werden.
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In 3 ist
eine weitere Ausgestaltung des erfinderischen Gedankens aufgezeigt.
Um die beschriebene Reisemontierung auch in Regionen mit deutlich
abweichender geografischer Breite ohne Nachteile beim Ausrichten
auf den Himmelspol einsetzen zu können, ist eine Modifikation
erforderlich. Die in 1 dargestellte Anordnung soll
z. B. einen Winkel 32 von 48° aufweisen. Damit
kann in weiten Teilen Mitteleuropas die Feinjustierung mit geringfügigen
Veränderungen an den Nivellierelementen der Stativbeine 29 erfolgen.
Ein Einsatz z. B. auf den Kanarischen Inseln erfordert einen um
ca. 20° verringerten Winkel 32a, wie in 3 dargestellt.
Die obere Quertraverse 18 in 1 wird in 3 durch 18a ersetzt,
sie besitzt einen Keilwinkel von 20°. Dadurch ist der Winkel 33a jetzt
von 48° auf 28° verringert, was der ungefähren
geografischen Breite dieser Region entspricht. Die Feinjustierung
erfolgt wie beschrieben an den Stativbeinen. Auf Regionen mit abweichenden
geografischen Breiten kann die Montierung auf diese Weise einfach
durch Austausch der oberen Quertraverse 18 zw. 18a angepasst
werden.
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Ein
weiteres nicht dargestelltes Merkmal ist die Verwendung von Teilkreisen
zur bequemen Einstellung von Koordinatendifferenzen. Solche Teilkreise
können nach bekannter Weise für die Bewegung um
beide Achsen angebracht sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Zeitschrift ”Interstellarum” in
Heft 58, Seite 60 bis 64 [0005]
- - Zeitschrift ”Sterne und Weltraum”, Dezember 2008,
Seite 130 [0008]
- - Zeitschrift ”Sterne und Weltraum”, Heft
1/2009 [0009]
- - Zeitschrift ”Sterne und Weltraum, Heft 5/2008, auf
Seite 98 bis 102 [0011]
- - Zeitschrift ”Interstellarum”, Heft 60/2008 [0012]