Barndoor Montierung

Bauanleitung einer Barndoor Montierung

Barndoor (engl.) = Scheunentor
zwei Holzbretter sind mit einem Scharnier verbunden. Die Scharnierachse wird zum Himmelspol ausgerichtet. Die beiden Bretter werden mit einer 6mm Gewindestange bei einer Umdrehung/Minute langsam auseinander bewegt.
Ein Brett ist fest mit dem Stativ verbunden, auf dem anderen sitzt die Kamera.

Hier eine Anleitung meiner Selbstbau Barndoor Montierung für die Astrofotografie. Mit dieser Selbstbau Montierung ist es möglich, mit sehr einfachen Mitteln beeindruckende Astrofotos zu erstellen.
Genaugenommen hat das aber mit Barndoor nicht mehr viel zu tun, weil kein (Barndoor = Scheunentor) Scharnier vorhanden ist.

Ich konnte keine spielfreien Scharniere finden. Ich dachte schon an eine kugelgelagerte Achse, aber warum müssen die Holzbretter immer durch ein Klappenscharnier miteinander verbunden sein?
Es ist doch viel einfacher die Holzbretter um eine gemeinsame Achse zu drehen. Die Holzbretter liegen platt aufeinander und sind durch eine M6 Gewindeschraube miteinander verbunden.
Im oberen Brett ist ein Kugellager mit 6mm Bohrung eingelassen, dadurch drehen sich die Bretter absolut spielfrei gegeneinander. Die zugewandten Holzoberflächen sind unbehandelt, die Bretter bewegen sich nicht gerade leicht gegeneinander, was ich bewusst in Kauf genommen habe. Die ganze Montierung wird dadurch sehr stabil, da wackelt nichts! Für die Nachführung benötigt man aber einen entsprechend leistungsstarken Antrieb. Ich habe lange im amerikanischen Internet herumgestöbert und eine Menge interessante Konstruktionen gesehen. Es gibt sehr viele Anregungen, den Tangentialfehler auszugleichen, z.B. mit einer zweiarmigen Konstruktion.
Den Kugelkopf habe ich wegen der besseren Positionierung der Kamera auf einen Zapfen aus Holz gesetzt. Wegen der besseren Erreichbarkeit habe ich die rechte obere Ecke gewählt. Bei aufgesetzter Kamera steht das Antriebsrad immer unter Druck, d.h. der Motor muss immer arbeiten, dadurch wird das Gewindespiel ausgeglichen.


Gekrümmte Gewindeachse

Die Idee mit der gekrümmten Gewindeachse hat mir am besten gefallen, die Konstruktion war mir sofort einleuchtend und relativ einfach zu bauen.
Aber Achtung, man muss hier sehr genau arbeiten und den richtigen Radius ganz exakt treffen!
Anfangs hatte ich versucht die Gewindeachse einfach übers Knie zu biegen, bis der Radius halbwegs passte. Zur Kontrolle hatte ich mir eine Schablone zurechtgesägt.
Der erste Versuch gab aber nur mäßige Resultate. Bereits nach 30s waren die ersten Nachführfehler sichtbar.

Holzschablone zur Kontrolle der Krümmung

Daher habe ich mir eine einfache Biegevorrichtung gebaut.

Die Gewindestange wurde mehrfach zwischen den Nylonrollen durchgezogen, dabei wurde der Anpressdruck der Mittelrolle mit der Schraubzwinge ständig erhöht.
Jetzt entsprach die Krümmung genau einem Kreissegment

Der Radius (Drehpunkt bis zum Mittelpunkt der 6 mm Gewindestange) beträgt wie üblich 228 mm (225+3mm).
Ein M6 Gewinde hat eine Steigung von 1mm. Bei einer Umdrehung bewegt sich die Mutter bei einem M6 Gewinde exakt um 1mm vorwärts.
In 24h (genaugenommen 23h 56m) wird bei 1 mm/Minute bei einem Kreis mit 228mm Radius genau eine volle Umdrehung erreicht.

Das Schneckenrad hat 72 Zähne, in die 10mm Bohrung habe ich eine M6 Mutter eingepresst. Die M6 Sechskantmutter hatte ich zuvor auf eine M6 Sechskantschraube gedreht und in eine Standbohrmaschine eingespannt. Bei laufender Maschine wurde die Mutter mit einer Feile auf 10mm Durchmesser abgeschliffen. Der Durchmesser war ca. 1/10mm größer als die 10mm Bohrung in dem Schneckenrad aus Pertinax.

Periodischer Fehler

Das Schneckenrad drückt beim Drehen gegen das obere Holzbrett und bewegt es nach links. Da die Gewindestange gebogen ist, dreht sich das Schneckenrad nicht exakt auf einer Ebene, das heißt, dass insbesondere der äußere Rand des Schneckenrades kaum sichtbar taumelt, was sich insbesondere bei Belichtungszeiten über 60s und bei Brennweiten ab 135mm bemerkbar macht (Periodischer Fehler)
Das gebogene M6 Gewinde hat am äußeren und inneren Radius eine etwas andere Steigung. Bei der Drehung bewegt sich das Schneckenrad dabei mit einer kaum sichtbaren Taumelbewegung (siehe roter Pfeil im unteren Bild), die sich natürlich an den Rändern des Schneckenrades bemerkbar macht.
Bei dem nachfolgenden Bild mit 135er Tele hatte ich die Montierung bewusst falsch (nach Westen) ausgerichtet und den Nachführmotor angestellt.
Die Sterne werden im Idealfall strichförmig abgebildet. Es ergibt sich dabei eine resultierende aus Sternbewegung durch die Erdrotation und Nachführung durch den Motor.

Durch die periodische Taumelbewegung des Schneckenrades bewegte sich das obere Brett aber immer schubweise vorwärts und rückwärts, daher die Schlangenlinien.

Ich habe eine Metallhülse über der Gewindestange mit einem 0,4mm größeren Innendurchmesser mit einer Schelle auf der „Druckseite“ des oberen Brettes befestigt. Das Schneckenrad drückt jetzt nur mit der eingepressten M6 Mutter gegen die Hülse.

Das Schneckenrad selbst hat keinerlei Berührung mit dem Holz!

Der periodische Fehler ist jetzt sehr gering und macht sich nur bei sehr langen Brennweiten (300mm) bemerkbar. Die Sterne werden bei Belichtungszeiten über 60s um einige Pixel strichförmig auseinandergezogen, was bei normaler Nachvergrößerung aber praktisch nicht sichtbar ist.

Hier eine Testaufnahme mit dem 135mm Tele und einer Belichtungszeit von 211 Sekunden. Die Blende wurde mit f16 sehr klein gehalten, damit der Himmel nicht überstrahlt. Die Sterne sind jetzt schön punktförmig.


Die Motorsteuerung

Verbesserte Drehzahlregelung für DC Motoren

Fast alle motorisch angetriebenen Barndoor Montierungen verwenden einen Schrittmotor für den Antrieb. Meine Montierung ist wegen der Stabilität sehr schwergängig, deshalb brauchte ich einen sehr kräftigen Antrieb dafür.
Mein Ziel war es, die Batterien bzw. Akku in der Montierung zu integrieren, damit ich sie auf Reisen mitnehmen kann. Schrittmotoren benötigen meistens eine Versorgungsspannung von 12V und sind wahre Stromfresser, daher ist häufig ein schwerer separater Akku (Autoakku) notwendig.
Bisher war es kaum möglich die Drehzahl von kleinen DC-Motoren konstant zu halten. Die beste Alternative war noch ein Regler mit Pulsweiten-Modulation (PWM). Ich hatte lange nach einer Möglichkeit gesucht, die Drehzahl möglichst exakt konstant zu halten, dabei sollte die zurückinduzierte pulsierende  Gleichspannung des Motors für die Drehzahlkontrolle genutzt werden. Diese rückinduzierte Spannung ist nämlich direkt proportional zur Drehzahl  des Motors. Ich hatte schon eine eigene Schaltung entworfen, da bin ich bei Internetrecherchen auf einen Bausatz von ELV gestoßen (Art. Nr. 68 36 620 dieser wurde ersetzt durch Art. Nr.036620), der genau hierfür geeignet ist. Ich hatte mir den Bausatz bestellt und zusammengelötet. Zum Glück waren die kleinen SMD Teile schon auf der Platine platziert und ich  brauchte bloß noch die Standard Bauteile einlöten, was kein großes Problem war.

Ansicht der Platine von unten
Original Bausatz nach dem Zusammenlöten
Nach der Modifikation; das 10K Poti wurde durch ein 100K Zehngangpoti und Spannungsteiler ersetzt
Hier der Spannungsteiler im Detail

Mit dem 100K Poti, das parallel zum 2,2K Widerstand des Spannungsteilers liegt, lässt sich die gewünschte Spannung von 2,642V sehr genau einstellen.  Ich habe mit der Motorsteuerung ausgiebige Tests durchgeführt. Die Drehzahl des Schneckenrades lässt sich sehr leicht mit einer Stoppuhr kontrollieren.
Am Schneckenrad wurde dazu eine Markierung mit einem Edding Stift angebracht und die Drehzahl mit der Stoppuhr kontrolliert.
Dafür hatte ich einen einfachen Küchen-Timer zum Eierkochen verwendet.

Über das 10gang Poti habe ich die Drehzahl genau auf eine Umdrehung in 60 Sekunden eingestellt. Dann habe ich die Nachführung laufen lassen und jeweils nach 5 Minuten kontrolliert.  Erst nach 30 Minuten konnte ich eine Abweichung von 2 Sekunden feststellen. Den gleichen Versuch hatte ich auch mit verschiedenen Belastungen durchgeführt, dazu habe ich die Kamera mit Tele in unterschiedlichen Ausrichtungen montiert.  Das Getriebe machte jetzt mehr Lärm, aber zu meinem Erstaunen blieb die Nachführgeschwindigkeit konstant.  Ich denke, dass man diesen Antrieb auch für Teleskopsteuerungen einsetzen kann. Es ist eine gute Alternative zu den sonst üblichen Schrittmotorsteuerungen,  mit dem Vorteil, dass der Antrieb erheblich preisgünstiger ist und weniger Strom braucht.Mit dem Getriebe und der elektronischen Motorsteuerung ist der Motor sehr kräftig, es ist nicht möglich den Motor von Hand anzuhalten!
Als Antrieb habe ich den Getriebemotor von Conrad (RB 35) mit einer Untersetzung von 1:50 verwendet, bei 12V macht er 150 UPM. Damit lassen sich auch schwere Montierungen antreiben.Der Motor benötigt im Lastbetrieb 40mA bei 8,4V, mit dem Akkupack (7 Ni/Cd Mignonzellen) lief die Nachführung in einer eiskalten Februarnacht bei -5°C  4 1/2 Stunden durch. Die Schaltung ist erstaunlich stabil gegenüber Spannungsschwankungen bei der Stromversorgung. Selbst wenn die Akkuspannung auf 7,5V absinkt bleibt die Drehzahl konstant.


Astrofotos mit meiner selbstgebauten Barndoor Montierung

Die Aufnahmen entstanden mit einer Canon EOS 500D mit unterschiedlichen M42 Festbrennweitenobjektiven. Die meisten Bilder wurden in Erftstadt von meinem Garten aus aufgenommen.
Ich hatte die Montierung  zwei Jahre im Einsatz und war immer wieder erstaunt, wie genau die Nachführung arbeitet.
Die Motorgeschwindigkeit habe ich nur ein Mal am Anfang kalibriert,
danach nicht mehr. Mit einem 55mm Objektiv konnte ich punktgenau bis 5 min und mit einem 200mm Objektiv bis 2 min belichten.

Sternbild Fuhrmann
h + Xi Persei mit EOS 500D,  55mm, Blende 8, ISO 800, 5 X 50s
Kassiopeja, 55mm Festbrennweite, f1/4,0 ISO 3200   30+33+37+78s
Kugelsternhaufen M35  Gesamtbild, im Bild darunter die Ausschnittsvergrößerung von dem etwas heller unterlegten Feld
Hier die Ausschnittsvergrößerung von der Übersichtsaufnahme (oben). Die Sterne sind immer noch schön punktförmig. Rechts unten von M35 ist ein Nebel zu sehen
Orionnebel M42, der Pferdekopfnebel ist andeutungsweise zu sehen, EOS 500D, 135mm Tele, Blende 8, ISO 800, Komposit aus 8 x 60s
Die Sichtbedingungen waren eher mäßig, durch den Dunstschleier hellt sich der Hintergrund schnell rötlich auf 
Einzelbild M42 mit dem alten Pentacon 300mm Tele (geeignet für die analogen 6X6 Kameras), das Tele alleine wiegt  über 3 Kilo, dafür mußte sich die Montierung ordentlich abmühen!
Die Whirlpoolgalaxie M51 ist mit dem 135 Tele schon gut zu sehen
Ich hätte nie gedacht, dass man die Galaxien M81 und M82 so einfach mit einem 135er Tele photographieren kann. Weiter oben links und rechts sieht man noch zwei weitere Galaxien.
Hier die Milchstraße mit 35mm Festbrennweite, f/2,8 mit ISO 800 und 60sec Belichtung, Einzelaufnahme. Es sind bereits eine Reihe von Messier Objekten zu erkennen
Andromeda M31 und die Nebengalaxien M110 und M32 mit 135mm Festbrennweite, ISO 800 f1/4,0
Cirrusnebel im Schwan, mit 55mm Festbrennweite f1/4,0 ISO 3200 31 + 81 s. Aufgenommen bei Neumond in Schleswig-Holstein, der Nachthimmel ist hier frei von störendem Großstadtlicht
Hier der Ausschnitt aus dem obigen Photo. Jetzt wird der Cirrusnebel deutlicher sichtbar. Erstaunlich ist, dass der Nebel ohne Spezialfilter und ohne Umbau der Kamera sichtbar ist
Zentralstern im Schwan Gamma Cygni mit galaktischen Nebeln, 135mm Festbrennweite, f1/40,0 ISO 3200, 16 + 42 + 61 sec
Dieses Bild entstand mit dem HDR Programm Photomatix Pro aus 3 Einzelaufnahmen mit 20, 60 und 120s. Man sieht sogar den Nordamerika Nebel und den Ringnebel M57, aufgenommen in Schleswig-Holstein ohne störende Beleuchtung
Nordamerikanebel mit 135mm Brennweite f4,5 ISO 800 mit CLS Clipfilter, Komposit aus 5 Bildern a‘ 155s
Andromeda mit 200mm Objektiv 5 x 90s
Plejaden mit 200mm Festbrennweite, ISO 800, 3 x 90s
Komet mit H + Chi, 200mm Festbrennweite, 4 x 90s
Hantelnebel mit 200mm Festbrennweite
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