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Die
Erfindung betrifft eine transportable parallaktische Montierung
für die
astronomische Himmelsbeobachtung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Stand der Technik, Probleme
u. Nachteile
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Die
astronomische Himmelsbeobachtung erfordert bei visueller und insbesondere
bei fotografischer Anwendung eine zweckmäßige erschütterungsfreie Aufstellung der
Teleskope mittels einer „Montierung". In 1 findet sich
auf Seite 99 eine kurze Übersicht über astronomische
Montierungen. S. dazu auch 1.
Von besonderer Bedeutung, ist dabei insbesondere die Parallaktische
Montierung, auch Deutsche Montierung oder Aquatoriale Montierung,
genannt nach J. Frauenhofer (1787–1826).
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Mit
Ausnahme der Großteleskope
mit Spiegeldurchmessern jenseits ca. 50 cm ist diese Montierungsform
heute die gebräuchliche
Teleskopmontage für
private und professionelle Anwendungen. 2 zeigt die prinzipielle Wirkungsweise.
Die Drehachse liegt parallel zur Drehachse der Erde und weist zum Himmelspol.
Weiterhin kann das Teleskop in zwei Koordinaten geschwenkt werden,
um jeden beliebigen Punkt observieren zu können.
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Die
besondere Polausrichtung bringt in Verbindung mit einer Nachführung (Drehbewegung
des Teleskops um die Längsachse
(Stundenachse)) den Vorteil, dass astronomische Objekte während der
Erdrotation ihre Lage im Fernrohrfokus beibehalten.
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Dies
ist zur visuellen Beobachtung vorteilhaft, insbesondere jedoch für die länger dauernde
fotografische Beobachtung zwingend erforderlich. Gäbe es diese
Möglichkeit
nicht, so würde
sich das Himmelsbild in der Beobachtungsebene drehen und demgemäss konzentrische
Strichspuren auf dem Belichtungsmedium hinterlassen.
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1 zeigt schematische ortsfeste äquatoriale
Säulen
bzw. Fundamente für
die Teleskop-Montierung.
In der Praxis ist für
diese individuelle Bauart der Aufwand zu hoch. Man verwendet eine äquatoriale
Montierung mit variabler Polhöheneinstellung. Solche
Geräte
können
in Serie hergestellt werden und sind am Aufstellungsort gemäß der jeweiligen geografischen
Höhe einstellbar.
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3 zeigt schematisch den
typischen Aufbau einer parallaktischen Montierung.
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Das
Fernrohr (0), hier abgebildet als Linsenteleskop (Refraktor),
bestehend aus Optik (0.1), Tubus (0.2), Fokusiervorrichtung
(0.3) und Okular (0.4) ist mittels einer Montageschiene
(0.5) und zwei Rohrschellen (0.6, 0.7)
am Deklinationskopf (1.0) des Deklinationsblocks befestigt.
Dieser verfügt
weiterhin über
die Deklinationsachse (2.0), die im Deklinationsgehäuse (2.1)
mittels Lager (2.2 u. 2.3) fixiert ist. Das Zahnrad
(in der Regel ein Schneckenrad 2.4) sitzt meist fernrohrseitig
oberhalb dem oberen Lager auf der Deklinationsachse und verlängert den
Deklinationsblock. Es bildet zusammen mit der Schnecke (2.5),
dem Antriebsgehäuse
(2.6) und dem Motor (2.7), oder wahlweise Handantrieb,
die Deklinationssteuerung. Zur Ausbalancierung des Fernrohrgewichtes
besitzt der Deklinationsblock die Gegengewichtsstange (2.9)
mit Gegengewicht (2.10).
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Es
sind auch Konstruktionen bekannt, bei denen der Deklinationsantrieb
unter dem unteren Lager auf der Seite des Gegengewichtes angeordnet
ist und auf dieser Seite die Geometrie des Deklinationsblockes entsprechend
vergrößert. Sein
Gewicht muss in diesem Fall nicht zur Nutzlast addiert werden. Der
Deklinationsblock ist mittels Rektaszensionskopf (4) am
Rektaszensionsblock befestigt.
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Die
Rektaszensionsachse (3.0) ist meist in voller Länge durchbohrt
(3.8) und mit einem kleinen Polsucherfernrohr zur exakten
Ausrichtung der Montierung in Polrichtung ausgerüstet. Zusätzlich ist demgemäss die Deklinationsachse
quer durchbohrt (2.8), da sie sich in Verlängerung
der Rektaszensionsachse befindet. Der Rektaszensionsblock ist mittels
Latitudkopf (5.0) am Latitudblock (Polhöheneinstellung 6.0)
befestigt. Dieser besteht meist aus zwei mittels Steckachse (6.1)
drehbar gelagerten Teilen 6.2 und 6.3 und ist
wiederum auf einer Azimutplatte (6.4) befestigt, welche
zumindest eine geringfügige azimutale (horizontale)
Feinjustage der kompletten Montierung ermöglicht. Die Azimutplatte wird schließlich an
der Montageplatte (7.0) des Fundamentes, in der Regel ein
Säulen-
oder Dreibeinstativ (8.0), befestigt.
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Der
Azimutblock besteht in der Regel aus zwei parallelen Aluminiumblöcken, die
auf der Azimutplatte stehen und zwischen denen der obere Teil gelagert
ist. Die Konstruktion ist meist zentral auf der Azimutplatte platziert.
Je schmaler der obere Teil ausfällt,
um so kleiner sind die Hebelwege und um so geringer ist die Stabilität (4). Spielfreie Lager sind
an dieser Stelle nicht bekannt. Manche Montierungen erlauben ein
Verklemmen des oberen Teiles des Azimutblockes zwischen den Wangen
des unteren Teiles. Zur Vergrößerung der
Stabilität
wird der Aluminiumblock zum Teil verbreitert. Der Steifigkeitsvorteil
resultiert dabei aus der weiter außen angreifenden Kräften. Die
unnötige
zusätzliche
Masse, die diese Verfahrensweise bedingt, vergrößert jedoch das Gewicht der
Montierung.
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Teilweise,
insbesondere bei größeren Geräten, kommt
eine zusätzliche
Justierung (8.1) zur Anwendung. Damit kann die Montageplatte
der Säule exakt
wagerecht ausgerichtet werden. Die Säule schließlich steht auf der Erde (9.0).
Die Geometrie der Dreibeinstative wird hier nicht näher behandelt – ist nicht
Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung.
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4 bis 6 zeigen beispielhaft unterschiedliche
Montierungen verschiedener Hersteller. Hier lassen sich die beschrieben
Konstruktionselemente leicht verifizieren. Bei (4) handelt es sich um die Great Polaris-Montierung
der Firma Vixen. Sie trägt
ca. 10 kg, ist bei Hobbyastronomen weit verbreitet und wird heute
in unterschiedlichen Varianten im Original von Vixen sowie von zahlreichen
anderen Herstellern als billige Kopie chinesischer Produktion vermarktet.
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5 zeigt die PaMont II von
Carl Zeiss Jena. Sie wurde/wird für gehobene Ansprüche bis
ca. 20 kg Last bei kleinen Sternwarten eingesetzt und wird heute
noch von Astro Physics USA vertrieben.
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6 zeigt eine Montierung
5-ADN der Firma Baader-Planetarium/BR-Deutschland für den professionellen
Bereich. 5 trägt bis ca.
50 kg Nutzlast und ist aus Gewichtsgründen und wegen der Abmaße nur ortsfest
zu betreiben, während 4 und 5 transportabel sind.
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Bei
transportablen Montierungen besteht die Möglichkeit zur ortsvariablen
Verwendung. Solche Montierungen sind samt Poljustierung in vertretbarer Zeit
und mit vertretbarem Gewicht auf- und abbaubar. Sie können demnach
vom ambitionierten Hobbyastronom wie auch vom Astronomie-Profi für unterschiedliche
Anwendungsfälle
ortsunabhängig
zum Einsatz kommen. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn
der Astronom für
seine Beobachtungen „dunkle" Gebiete ohne Lichtverschmutzung
aufsuchen muss oder astronomische Ereignisse auf bestimmte lokale
Gebiete beschränkt
sind, z.B. eine Sonnenfinsternis.
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Beim
transportablen mobilen Einsatz spielt die Handhabbarkeit und damit
insbesondere das Gewicht und die Baugröße einer Montierung die entscheidende
Rolle für
deren Verwendbarkeit.
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Je
größer und
schwerer eine Montierung ist, um so umständlicher sind Transport und
Aufbau. Das gilt insbesondere für
Fernreisen und hier wiederum insbesondere für Flugreisen mit beschränktem Gepäckkontingent,
aber auch für
den manuellen Transport zu unzugänglichen
Beobachtungspunkten.
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Leider
bedingt die parallaktische Montierung in der aktuellen Bauform prinzipbedingt
hohe Gewichte und viel Masse, um präzise Nachführungen der Objekte zu ermöglichen.
Damit verbunden sind große
Abmaße
und hohe Produktionskosten bei vergleichbar geringer Produktionsstückzahl.
Während kleinere
Montierungen (4) aus
Aluspritzguss hergestellt werden, verbietet sich dieses Verfahren bei
Fernrohrgewichten ab ca. 10 kg. Hier reicht die erzielbare Steifigkeit
einer Spritzgusskonstruktion nicht mehr aus. Bei diesen Montierungen
werden die einzelnen Bestandteile heute in spanabhebenden Verfahren
als Drehteile- und Frästeile
aus massiven Aluminiumblöcken
hergestellt. Dies bedingt hohe Materialverluste und hohe Herstellungskosten
bei komplexen Formen. Meist sind hochpräzise numerisch gesteuerte Mehrachsenfräsmaschinen
in der Produktion erforderlich.
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Die
einzelnen konstruktiven Elemente einer Teleskopmontierung und deren
mechanische Probleme werden unter Verwendung von 3 nachfolgend kurz erläutert. Die
Notwendigkeit massiver und schwerer Bauteile wird hierdurch erkennbar,
insbesondere wenn hohe Verwindungssteifigkeit für schwere Geräte und/oder
hohe Beobachtungspräzision
gefordert wird.
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Der
Fernrohrtubus (0.2) wird mittels notwendiger Montageelemente
(0.5..0.7) am Deklinationskopf befestigt. Bei
hohem Gewicht von Optik und Mechanik und der Anforderung nach hoher
Biege- und Torsionssteifigkeit in allen drei möglichen Raumkoordinaten (im
weiteren Text zwecks Vereinfachung zusammengefasst und als „Steifigkeit" oder „Festigkeit" bezeichnet; die
Steifigkeit kennzeichnet gemäß Festigkeitslehre
eine geringe Elastizität
der Materialien und Verbindungen) sowie unter der Forderung einer stabilen
steifen Verbindung mit der Deklinationsachse, stellt sich die Anforderung
nach einer soliden und damit schweren Konstruktion für den Deklinationskopf.
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Die
Deklinationsachse ist einem starken Biegemoment ausgesetzt und muss
demgemäss über eine
entsprechende Biegesteifigkeit verfügen. Dies erreicht man mit
einer möglichst
dicken Achse. Die Bohrung für
die Polausrichtung erhöht
diese Anforderung noch. Die Deklinationsachse ist über kräftige Lager
im Deklinationsgehäuse
verankert. Die gesamte durch die besprochene Masse bei vorhandener
Gravitation erzeugte Kraft wird über
diese Lager auf das Deklinationsgehäuse übertragen.
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Die
Lager müssen
spielfrei eingebaut sein. Meist werden Gleitlager, Axiallager und/oder
Kegelrollenlager verwendet. In Gleitlager (Alugehäuse) gelagerte
(Stahl)Wellen können
im Prinzip nicht spielfrei sein, wenn die Lagerkräfte mehrseitig
angreifen, wie dies bei Teleskopmontierungen der Fall ist. Man kompensiert
das Lagerspiel in der Praxis durch reichlich Lagerfett. Dies wirkt
sich jedoch u.a. sehr ungünstig bei
tiefen Temperaturen aus und kann dazu führen, dass die Wellen nicht
mehr drehbar sind. Alterungsbedingt findet zusätzlich eine Verharzung der
Fette statt. Lagerfett ist für
sehr langsam laufende Lager, wie dies hier der Fall ist, schlecht
geeignet.
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Gegengewichtsstange
und Gegengewicht wirken in der gleichen Biegerichtung wie das Teleskop
und der Deklinationskopf und verstärken das Biegemoment auf die
Achse. Das Deklinationsgehäuse muss über eine
demgemässe
Festigkeit verfügen und
ist meist ebenfalls aus massivem Aluminium gefertigt. Das Deklinationsgehäuse ist
ein langgestreckter beidseitig gelagerter Hohlkörper (ein Rohr), der mittig
am Rektaszensionskopf befestigt ist. Diese Befestigung überträgt die gesamte
Kraft auf den Rektaszensionskopf.
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Auch
hier ist ein massives Teil und entsprechende Übergänge zwischen den Konstruktionselementen
erforderlich, um die gesamte Kraft ohne elastische Verformung auf
die Rektaszensionsachse zu übertragen.
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Bis
hierhin muss jedes aufgeführte
Element eine entsprechende Steifigkeit hinsichtlich der Summe aller
Gewichte der jeweils zuvor beschriebenen Elemente aufweisen. Dies
ist ein grundsätzliches Prinzip
und setzt sich auch weiterhin bis zur Befestigung der kompletten
Konstruktion auf der Erde weiter fort.
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Beim
Rektaszensionskopf, der Rektaszensionsachse, dem Rektaszensionsgehäuse und
dem Latitudkopf wiederholen sich sinngemäß die beschriebenen Anforderungen
des Deklinationsblockes und der entsprechenden Komponenten. Die
Rektaszensionsache ist meist zur exakten Polausrichtung zur Aufnahme
eines Polsucherfernrohres in voller Länge durchbohrt. Dies muss bei
der Dimensionierung der Achse natürlich berücksichtigt werden. Der Latitudblock
ist bei zahlreichen vorhandenen Konstruktionen leider unterdimensioniert, da
die Addition aller Montierungskomponenten zur Nutzlast an dieser
Stelle zu wenig Beachtung finden.
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Zu
den beschriebenen Komponenten muss noch ergänzt werden, dass sich die Baulänge der Achsen
verstärkend
und damit negativ auf Biegemomente und Gewicht auswirken. Konstruktiv
bedingt werden die Achsen jedoch lang und müssen durch noch mehr Material
in den Gehäuseteilen
und der Achsdicke kompensiert werden. Noch mehr Material im oberen
Montierungsbereich bedingt demgemäss wiederum zusätzliches
Material im unteren Montierungsbereich. Je kräftiger und schwerer die Bestandteile
des Deklinationsblockes mit Fernrohrmontage und Nutzlast sind, umso
mehr Gegengewicht ist erforderlich.
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Das
Gegengewicht verstärkt
die Anforderungen auf die weiter unten liegenden Montierungsteile. Das
Gegengewicht wird auch größer, je
weiter der Schwerpunkt des Fernrohres vom Mittelpunkt der Rektaszensionsachse
entfernt ist, da das Gegengewicht das Drehmoment der teleskopseitigen
Summe aller Massen bezüglich
Rektaszensionsachse kompensieren muss.
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Je
nach Aufstellungsort muss der Latitudblock erhebliche Momente aufnehmen,
da die komplette Masse von Achsenkreuzes (alles oberhalb Latitudblock)
und Nutzlast nicht ausbalanciert ist, sonst wäre ein zusätzliches Gegengewicht erforderlich.
In der Praxis resultiert höchstens
1/3 der einwirkenden Kräfte
unmittelbar aus der Nutzlast. Der Rest resultiert aus der Montierung
selbst und dem Gegengewicht.
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Azimutplatte,
Stativ- Montageplatte und das Stativ selbst müssen dem gewachsen sein und
werden vertikal sowie zusätzlich
auf Biegung beansprucht.
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Die
Anforderungen an das Stativ steigen mit dem Gewicht und den Abmaßen der
Montierung.
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Neben
den statischen Gewichten und Momenten müssen dynamische Momente bei
allen angeführten
Komponenten jeweils berücksichtigt
werden, die aus Wind, Berührung
und Motorbewegungen resultieren.
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Eine
leichtere Montierung und geringere Abmessungen wirken sich demnach
natürlich
auch günstig
auf das Stativ aus. Sie erhöht
die Gesamtsteifigkeit des Systems und reduzieren ebenfalls das erforderliche
Gewicht des Stativs.
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Die
Nachteile der üblichen
Konstruktion einer parallaktischen Montierung liegen wie dargestellt in
deren hohem Gewicht, bezogen auf die Nutzlast, den großen Abmessungen
sowie in den herstellungstechnisch bedingten hohen Kosten.
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Erfindungsgemäße Aufgabe
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
vorzuschlagen, auf dessen Basis die Nachteile heute verfügbarer parallaktischer Fernrohrmontierungen
verringert werden können. Insbesondere
ist es wünschenswert,
dass die Montierung in Bezug auf die Nutzlast leichter und möglichst
auch kleiner wird. Zusätzlich
ist es wünschenswert,
dass konstruktive Änderungen
in der Art einfließen,
dass die Herstellungskosten durch weniger Werkstoffeinsatz und/oder
vereinfachte Herstellungsprozesse verringert werden.
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Wenn
diese Ziele erreicht werden, ergeben sich erhebliche Vorteile für die kommerzielle
Vermarktung, da sich mehr Anwender eine parallaktische Montierung
oder eine „stärkere" parallaktische Montierung
als bisher aus Transport- oder Finanzgründen leisten können und
somit präziser
Observieren und höhere
Nutzlasten verwenden sind. Darüber hinaus
erschließen
sich durch das verringerte Gewicht erweiterte Anwendungsmöglichkeiten
und neue Einsatzgebiete im transportablen/mobilen Einsatz.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs
1.
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Erläuterung
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Die
Erfindung wird unter Verwendung von Zeichnungsfiguren, die hier
lediglich eine mögliche Ausführungsart
in schematischer Darstellung beschreiben, erläutert, wobei sich anhand der
Zeichnungsfiguren weitere Anwendungsgebiete und Ansprüche ergeben.
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Die
erfindungsgemäße parallaktische
Montierung folgt völlig
unterschiedlichen Konstruktionsprinzipien im Gegensatz zu den beschriebenen Merkmaler
vorhandener Montierungen. Dabei gelten folgende grundsätzliche
Prinzipien:
Da der Zahnraddurchmesser ein wesentliches Kriterium
für die
Nachführpräzision einer
Montierung ist, orientiert sich die gesamte Konstruktion an den
Dimensionen der Schneckenräder.
Kleiner können
die Abmaße
nicht werden. Sie sollen jedoch möglichst auch nicht nennenswert
größer werden,
damit keine unnötigen
Momente und Massen entstehen.
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Für maximale
Stabilität
werden Lager mit möglichst
großem
Durchmesser verwendet. Wegen der beschriebenen mechanischen Nachteile
von langen Achsen und Achsgehäusen
wird hierauf konsequent verzichtet. Die Verbindung zwischen den
Einzelteilen der Montierung erfolgt nicht punktförmig, wie die Montage der beschriebenen
Deklinations-, Rektaszensions- und Latitudköpfen auf den jeweiligen Achsen
konventioneller Montierungen, sondern unter Ausnutzung der geometrischen
Abmessungen der Konstruktion in der Art, dass die maximal möglichen
Abmessungen und Abstände
verwendet werden, um möglichst
geringe Biegemomente und damit maximale Steifigkeit unter Einsatz
geringster Massen für
die Montierung bei vorhandenem Gewicht der Nutzlast zu erreichen.
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Ein
Beispiel soll dies verdeutlichen:
Bei 3 soll ein 20 cm Schmidt Cassegrain Reflektor
mit 10 Kg Nutzlast verwendet werden. Die Deklinationsachse hat 5
cm Durchmesser, der Deklinationskopf ist mittig verschraubt. Die
Montageschiene ist 3 cm hoch, der Deklinationskopf 5 cm. Daraus
ergibt sich ein einwirkende Biegekraft auf die Verbindung zwischen
Achse und Kopf von ca.: Fb = 98 N × 0,18 m/0,025 m = 706 N, was
mechanisch durch eine entsprechend solide Konstruktion aufgefangen
werden muss. Die achsmittige Schraubmontage eines Aluminiumblockes
auf der Deklinationsachsachse reicht dabei nicht mehr aus, die Deklinationsachse wird
deshalb im Alu-Block verankert, um die Hebelwege zu verlängern. Ein
massiver Alublock ist erforderlich.
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Wie
weiter unten deutlich wird, besitzt die erfindungsgemäße Montierung
(7) bei gleicher Last
hier lediglich ein Kraft von:
Fb = 98 N × 0,04 m/0,07m = 56 N, die
jedoch nicht als Biegekraft auf die kurze Steckachse, sondern axial auf
das massive Primärlager
von 14 cm Durchmesser trifft.
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Die
Nutzlast verursacht in diesem Beispiel bei 2 ein Biegemoment auf die im ersten Lager eingespannt
Deklinationsachse von rnd. 98 N × 0,26 m = 25 Nm. Bei der erfindungsgemäßen Montierung existiert
kein Biegemoment auf die Achse, sondern lediglich eine Radialkraft
auf die Hauptlager.
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7 zeigt schematisch und
beispielhaft die konstruktiven Elemente der erfindungsgemäßen transportablen
parallaktischen Montierung.
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Deklinations
und Rektaszensionsblock sind konstruktiv gleichartig und bestehen
jeweils aus drehbar zueinander gelagerten rechteckigen oder quadratischen
Platten, deren Abstand durch die Dicke des eingeschlossenen Lagers
(Kegelrollen-, Axial-, Feinring-Rillenkugellager oder Gleitlager)
definiert ist. Die Platten liegen direkt auf dem Lager auf und bilden
eine verwindungssteife biegefeste Konstruktionseinheit. Ein zweites
Lager (R10), vorzugsweise vorgespannt, dient dem Zusammenhalt dieser Sandwich-Bauweise
und zur freien Drehbarkeit beider Platten gegeneinander. Das kleinere
Lager kann bei geeigneter Ausführung
einer oder beider Platten alternativ innerhalb der Bauhöhe beider
Platten und innerhalb des Primärlagers
angeordnet sein.
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Die
obere Platte des Deklinationsblockes (D1) dient direkt zur Montage
des Fernrohrtubus (Rohrschellen oder Montageschiene). Die untere Platte
(D2) ist im 90°-Winkel
an der oberen Platte des gleichartig aufgebauten Rektaszensionskopfes
(R2) befestigt. Der Deklinationsblock ist im Vergleich zum Rektaszensionsblock
quasi umgedreht, so dass beide Antriebe und Motoren innen liegen
und ohne Gefahr einer Kabelverdrehung oder -Quetschung einfach verkabelt
werden können.
Zusätzlich
sichern zwei jeweils an den äußeren Rändern beider
Blöcke angeordneten
Verbindungsplatten (D3/R3) für
größtmöglich Steifigkeit
der Konstruktion unter Nutzung der größtmöglichen geometrisch bedingten
Hebelwege, wodurch die unerwünschten
angreifenden Biege- und Torsionsmoment auf das kleinst mögliche Mindestmass
reduziert werden (nur einseitig sichtbar).
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Die
untere Platte des Rektaszensionsblockes D1 bildet gleichzeitig die
Verbindung zur Azimutplatte (A0). Diese ist vergleichbar der Verbindung zwischen
Deklinations- und Rektaszensionsblock und aus mechanischen Gründen ebenfalls
so weit wie möglich
nach außen
verlagert. Es handelt sich hier um zwei getrennte klemmbare Schraubverbindungen
(L1), die im fixierten Zustand spielfrei halten. Die Verbindungen
sind nicht wie üblich,
mittig zur Azimutplatte angeordnet, sondern befinden sich einseitig
an dessen Ende, so dass die je nach Aufstellungsort und entsprechendem
Polwinkel schräg
eingestellte Rektaszensionsblock eine möglichst geringe Bauhöhe erzielt.
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Der
Rektaszensionsblock wird bei einer Verlagerung des Einsatzortes
zum Äquator
hin immer mehr aufgerichtet und nicht, wie bei bisherigen Konstruktionen
um das untere Teil des Latitudblockes gedreht. Die gesamte Konstruktion
kann durch diese Verfahrensweise mit erheblichen Vorteilen an Steifigkeit
und Massereduktion sehr niedriger ausgeführt werden. Diese Verfahrensweise
schafft günstige
geometrische Verhältnisse,
und geringe zu kompensierende Fehlerkräfte bei langen Hebellängen zur
Kompensation der Fehlerkräfte.
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Massereiche
schwere Verbindungen, massive Gehäuseteile oder massive lange
Achsen sind bei dieser Konstruktion nicht erforderlich. Zusätzliche Festigkeit
schafft die Polhöheneinstellung
(L2). Sie erstreckt sich in Form einer Platte über die volle Breite der Konstruktion
und ist an beiden oberen und unteren Ecken vorzugsweise seitlich
klemmbar mit Azimutplatte und Rektaszensionsblock verbunden (L3/4).
Der Polwinkel kann mittels Gewindespindel (L6) beliebig zwischen
0Grad und 90 Grad eingestellt werden. Somit ist die Montierung auch
als Azimutale Montierung verwendbar und z.B. auch für die Erdbeobachtungen
geeignet.
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Die
Zahnradantriebe vergrößern bei
der erfindungsgemäßen Verfahrensweise
nicht die Geometrie in Richtung Nutzlast oder Gegengewicht. 7 zeigt ein Schneckenrad
(R12), welches radial zum Hauptlager (R5) angeordnet ist. Es vergrößert in dieser
Bauweise den Durchmesser der Montierung – nicht die Baulänge. Die
Verfahrensweise spart zudem Gewicht, da Zahnräder in der Regel massiv sind und
aus Bronze bestehen. In der Regel sind große Durchmesser der Lager für Stabilität und große Durchmesser
der Zahnräder
für präzise Nachführung erforderlich,
was hier unter Einsparung von Gesamtgewicht optimal kombiniert wurde.
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Die
seitlichen Verbindungselemente (A1/R21) bilden in beschriebener
Weise zusätzliche Versteifungen.
Durch die einfache Geometrie und den geringe Bearbeitungsbedarf
der jeweiligen Platten wird eine besonders bevorzugte Ausführungsart derart
hergestellt, dass größere Bleche
in Biegetechnik als U-förmige
Grundelemente Verwendung finden. Hierdurch entfallen Schraub- oder
Schweißverbindungen
und es wird besonders große
Steifigkeit erreicht.
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A2
dient zur Feinjustierung der Azimutausrichtung (durch zwei entgegengesetzte
Spindeln in Verbindung mit einem Dorn in der Montageplatte).
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsart wird
aus vorzugsweise hochfestem rostfreien Stahlblech mit hoher Biegesteifigkeit
hergestellt. Dies ist gleich mehrfach vorteilhaft. Die Konstruktion
lässt sich
einfach und kostengünstig
mit geringem Werkzeug- und Materialeinsatz herstellen. Es müssen nicht
große
Mengen von Material spanabhebend abgetragen werden, wie dies bei
einer gedrehten und gefrästen
Aluminiumkonstruktion erforderlich ist. Stahl besitzt zudem bei
ca. doppeltem spezifischen Gewicht mindestens die drei- bis vierfache
Festigkeit gegenüber
Aluminium. D.h. bei der erfindungsgemäßen Platten- bzw. Blechkonstruktion
kann eine Stahlkonstruktion mit dem halben Gewicht einer Aluminiumkonstruktion
bei vergleichbarer Festigkeit gefertigt werden. Ein weiterer Vorteil
einer Stahlkonstruktion besteht in der gleichen Wärmeausdehnung
aller relevanten Konstruktionselemente. Fernrohrmontierungen werden
in weiten Temperaturbereichen zwischen typische 40°C und –20°C eingesetzt.
Bei konventionellen Montierungen kommt es bei unterschiedlichen Temperaturen
oft zur Verklemmung von Lagerungen und Antrieben, die jeweils durch
Schraubverbindungen auch während
einer Beobachtungsperiode nachreguliert werden müssen.
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Bei
massereichen konventionellen Konstruktionen wird konstruktionsbedingt
bei großen
Geometrien sehr viel mehr Material verwendet, als aus Festigkeitsgründen jeweils
erforderlich ist. Hier hätte eine
Ganzstahlausführung
fatale Folgen für
das Gewicht der Montierung.
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Alternativ
kann bei der erfindungsgemäßen Verfahrungsweise
nahezu jedes möglichst
unelastische Material verwendet werden. Je nach Anforderung kann
dies Holz, Glas, Kunststoff, ein Faserverbundwerkstoff FVW (Glasfaserverstärkter Kunststoff GFK,
Carbonfaserverstärkter
Kunststoff CFK oder Synthesefaserverstärkter Kunststoff SFK etc.),
Keramik, Beton oder Metall sein.
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7 wird nachfolgend weiter
im Detail erläutert.
Der Deklinationskopf besteht hier lediglich aus einer Platte (D1),
die bedarfsweise optional verdickt und/oder mit Schwalbenschwanzführung zur Geräteaufnahme
ausgestattet ist. Eine Mittelbohrung dienst ebenfalls zur Schnellmontage
von Nutzlast. Der Deklinationsblock ist vergleichbar oder identisch zum
Rektaszensionsblock aufgebaut und unterscheidet sich lediglich in
der Ausführungsart
der seitlichen Verstrebungen (s.u.). Ein Deklinationsgehäuse im herkömmlichen
Sinn ist hier nicht vorhanden. Zwischen der oberen Deklinationsplatte
(quasi der Deklinationskopf) und der unteren Deklinationsplatte
befindet sich das Hauptkugellager mit großem Durchmesser.
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Die
untere Deklinationsplatte (D2) ist als U-Profil (D3) ausgeführt und
wird mittels zwei Schraubverbindungen (RD1/2) an der oberen Rektaszensionsplatte
(R2) befestigt, die ebenfalls als U-Profil (R3) ausgeführt ist.
Alle Schraubverbindungen mit Verstell- oder Fixiermöglichkeit
sind alternativ mit Handrad realisierbar.
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Die
Schraubverbindungen bieten den Vorteil, dass die Montierung zum
Transport zusammengefaltet werden kann. Hierbei wird der Deklinationsblock auf
den Rektaszensionsblock gefaltet und bietet in Kombination mit dem
zusammengeklappten Azimutblock kleinste Transportmaße, wie
sie bisher bei parallaktischen Montierungen völlig unbekannt sind. Das Langloch
(D4) dient dabei dem Höhenausgleich
der Deklinations- und Rektazensionsskalenringe. Bei bekannten Montierungen
kann höchstens
der Deklinationsblock vom Azimutblock getrennt sowie die Gegengewichtsstange
entfernt werden.
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Während die
erfindungsgemäße Montierung im
Betriebsszustand nur ca. die halbe Höhe einer konventionellen Montierung
mit gleichem Schneckenraddurchmesser besitzt (aber erheblich höhere Tragkraft)
schrumpft das Transportmaß sogar
auf ca. ¼ der
Bauhöhe
konventioneller Montierungen.
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Der
Rektaszensionsblock ist zum Teil als Schnittzeichnung dargestellt.
Die Achse (R6) verbindet die untere (R1) mit der oberen Platte (R2).
Sie ist für
Kabeldurchführungen
oder zur Befestigung von Zubehör
durchbohrt (R7) und zumindest am oberen Ende mit Innengewinde ausgestattet.
Das Hauptlager (Primärlager
R5) besitzt sehr großen
Durchmesser und bildet zusammen mit beiden Platten ein stabiles
Gefüge.
Angreifende Torsions- oder Biegekräfte an dieser Dreierkombination
wirken im mechanischen Ersatzschaltbild auf die Parallelschaltung
aller Komponenten; d.h. es ist eine wesentlich höhere Kraft zur elastischen
Verformung der Dreierkombination erforderlich, als für eine Einzelkomponente.
Bei konventionellen Montierungen sind die Komponenten in Reihe geschaltet.
Die Nutzlast verformt die Achse, die Lager und das Gehäuse, wobei
sich die Verformungsstrecken addieren.
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Einlassungen
in beiden Platten verhindern zusätzlich
Biegemomente auf die Achse (R8/9). Das Nebenlager (Sekundärlager R10)
dient der drehbaren Lagerung der oberen Platte. Die Lagerkonstruktion
ist mittels Federscheibe (R11) vorgespannt. Das Schneckenrad (R12)
dreht sich frei auf dem Hauptlager und wird horizontal durch den
Zahnradring (R13), oder durch gewichtssparende Abstandsbolzen fixiert. Das
Schneckenrad besitzt radial Vertiefungen oder Bohrungen (R14), in
denen eine mit verstellbarer Federkraft vorgespannte Kugel rastet
(R15). Diese Verfahrensweise stellt eine Rutschkupplung mit präzise einstellbarem
Kupplungsmoment dar. Herkömmliche Montierungen
verfügen über eine
Quetschmöglichkeit
ohne Rutschkupplung (3),
oder eine einstellbare Rutschkupplung ohne Skalierung. Die hier
verwendete Verfahrensweise ist im Gegensatz zu herkömmlichen
Verfahren temperaturunempfindlich.
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Optional
besitzt die Montierung integrierte Winkelgeber, bestehend aus Winkelgeberscheibe (R16)
und Optischem Sensor (R17), die im Gegensatz zu konventionellen
Montierungen ebenfalls keine Geometrievergrößerung bedingen. Die Rektaszensionsskala
(18) ist auf der Lagerabdeckung (R19) angebracht, der Nonius
(R20) auf der oberen Rektaszensionsplatte. Schnecke und Motorantrieb
sind schematisch skizziert (R4/21).
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Die
Bohrung der Deklinationsachse kann zur Aufnahme einer Gegengewichtsstange
oder einen Halter für
zusätzliche
sich mit dem Fernrohr drehende Optik verwendet werden. Alternativ
wird ein Gegengewichtsgestänge
am Rektaszensionsblock angebracht; vorzugsweise zwei seitlich angebrachte L-Profile
oder Rundstäbe,
die eine verstellbare Aufnahme für
Gegengewichte besitzen. Bevorzugt werden hierbei keine speziellen
Rundgewichte, die ausschließlich
als Gegengewicht dienen und die Transportmasse vergrößern, sondern
Gegengewichtskomponenten, die ohnehin vorhanden und transportiert werden
müssen,
wie Akkus, Okulare, Zubehör,
Steuerelektronik oder dgl. Alternativ trägt die Gegengewichtshalterung
auch offene oder geschlossene Behältnisse für Materialien, die ohnehin
am Beobachtungsort vorhanden sind, für Steine, Erde, Sand oder Flüssigkeit
(Wasser). Vorteilhaft ist dabei, dass sich das Gegengewicht bei
dieser Anordnung nicht um die eigene Achse dreht. Bei dieser Verfahrensweise
werden keine schweren Stahlstangen als Gegengewichtshalter verwendet,
sondern zur Einsparung von Transportgewicht rel. Leichte Stahlblech-,
Alu-Faserverbundwerkstoff- oder Titankonstruktionen.
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7E zeigt die Montierung
in der beschriebenen Ausführungsart
als grobe räumliche
Skizze.
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8 zeigt eine besonders kostengünstige und
einfache Ausführungsform
der erfindungsgemäßen parallaktischen
Montierung. Sie kann u.a. bisherige azimutale Dopson-Montierungen ersetzen
bzw. als Montierung für
Newton-Teleskope dienen. Die Platten sind hier beispielsweise aus
schichtverleimten wasserfesten Holzplatten hergestellt. Die Primärlager bestehen
aus Teflonfolie o.ä,
die Sekundärlager aus
je einer Sinterbronze-Lagerbuchse.
Die Schneckenräder
befinden sich aus Festigkeitsgründen
der Platten sowie wegen der Einfachheit der Konstruktion nicht wie
bei 7 zwischen den Plattenpaaren, sondern
an einer Achsverlängerung über der
oberen Rektaszensionsplatte bzw. unterhalb der unteren Deklinationsplatte.
Dies ist optisch nicht so elegant, dafür aber einfacher realisierbar.
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Alle
verwendeten Werkstoffe sind sehr leicht zu beschaffen und zu verarbeiten.
Die Montierung eignet sich zum Selbstbau oder als Bausatz, beispielsweise
in Schulen, Volkshochschulen und Sternwartenseminaren und ist je
nach steigenden Wünschen
und finanziellen Möglichkeiten
jederzeit erweiterbar und ausbaubar. Beginnend mit einer antriebslosen
Montierung können
jederzeit leicht Schneckenantriebe und Handräder nachgerüstet werden, bzw. größere präzisere Schneckenantriebe
und eine elektronische GoTo-Steuerung. Bis auf die Achsen handelt
es sich bei allen Verbindungselementen um Standardteile, die Schneckenradklemmung
beispielsweise erfolgt bei der gezeigten Ausführungsart mit Achsklemmern,
die in jedem gut sortierten Fahrradladen erhältlich sind.
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Zeichnungen
und Anlagen
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1 Bauformen von Teleskopmontierungen
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2 Wirkungsweise der parallaktischen Teleskopmontierung
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3 Prinzipdarstellung einer
parallaktischen Montierung
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4 Great Polaris-Montierung
der Firma Vixen
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5 PaMont II von Carl Zeiss
Jena und Astro-Physics
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6 5-ADN der Firma Baader-Planetarium
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7 Erfindungsgemäße transportable
parallaktische Montierung
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8 Alternative Ausführung
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Literatur
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- 1) Lexikon der Astronomie, Spektrum Akademischer Verlag,
8. Aufl. 1995