Die Nirosta-II-Montierung

von Herbert Zellhuber

Mit der Nirosta-Montierung eignete ich mir Erfahrungen mit der Astrofotografie an. Die damit gewonnenen Erkenntnisse setzte ich zum Bau einer neuen, größeren Montierung mit 50-mm-Achsen um. Die bewährten Kegelrollenlager wurden beibehalten, ebenso die Konstruktion des Schneckengetriebes und die stufenlos einstellbare Rutschkupplung. Die Gehäuseteile sollten allerdings nicht mehr aus Edelstahlrohr und angeschweißten Platten hergestellt werden, diesmal wurde Aluminium verwendet. Zuerst war geplant, diese Teile aus 80er Vierkantmaterial herzustellen, es scheiterte aber an der Schwierigkeit, dieses zu beschaffen. Ich entschied mich deshalb, das Pol- und Deklinationsgehäuse (2 und 19) aus 100er Rundmaterial anzufertigen und es nach dem Bearbeiten seitlich auf 80 mm abfräsen zu lassen. Ich wählte die Vierkantform deshalb, weil die Befestigung des Polgelenks und die Montage der Polachse an das Deklinationsgehäuse auf einer ebenen Fläche für mich weniger Probleme bereitet als eine runde.

Als erstes begann ich, die beiden Gehäuseteile herzustellen. Die Lagersitze müssen natürlich genau zu einander fluchten, deshalb wurden diese zwischen Spitzen gedreht. Die Lagersitze stellten schon gleich hohe Anforderungen an die Präzision. Das Lagerpassmaß darf keinesfalls zu eng gewählt werden oder unrund sein, damit sich das präzise geschliffene Kegelrollenaußenlager (5) darin nicht verziehen kann. Zwei Lagersitze wurden auch prompt 0,02 mm größer als vorgesehen und deshalb mussten später die Lagerschalen mit etwas Zweikomponentenkleber fixiert werden, um kein Spiel zu haben. Danach wurden die Gehäuse mittig auf 51 mm durchbohrt. Dann gab ich die Teile zum Fräsen des Vierkants fort. Nun wurden die Achsen angefertigt. Als Material wählte ich St 50. Sie wurden wieder zwischen Spitzen gedreht. Das Vordrehen der Wellen gestaltete sich mit meiner relativ kleinen Maschine als etwas langwierig, da dieses Material doch ziemlich hart und zäh ist. Aber Hauptsache war, dass ich die nötige Präzision einhalten konnte. Die Kegelrolleninnenlager (4) müssen sich einerseits von Hand aufschieben lassen, andererseits sollten sie möglichst wenig Spiel aufzuweisen.


Schnittzeichnung


Nachdem die Gehäuseteile gefräst waren, montierte ich das Polgelenk (2a). Die Teile wurden miteinander verschraubt sowie mit Zweikomponentenkleber verklebt. Der Polblock (3) ist aus zwei 20er Aluplatten hergestellt und wird mit jeweils vier Schrauben M 8 an das Polgelenk geschraubt. Ich gab dieser Lösung gegenüber einer zentralen Verschraubung den Vorrang. Statt der Bohrungen könnten natürlich auch Langlöcher gefräst werden, um eine weitere Verstellmöglichkeit zu haben. Zur Fertigung des Gewindes für die Polachse (1) in das Deklinationsgehäuse (19) musste das Werkstück auf die Plandrehscheibe gespannt werden (siehe Bild 2). Auf ähnliche Weise wurde das Gewinde in die Grundplatte (20) geschnitten. Diese 20 mm dicke Aluplatte wählte ich möglichst groß. Ich konnte sie gerade noch spannen, ohne dass sie am Drehmaschinenbett anstieß. Nachdem die Nutmuttern (8) hergestellt waren, konnten die Teile erstmals vormontiert werden.


Dann beschäftigte ich mich mit dem Schneckengetriebe. Ich konnte mir einige Getriebe aus Papierbelichtungsgeräten ausbauen, welche ausschlachtet und der Rest verschrottet wurde. Ich machte mit dem 140er Schneckenrad schon mit der ersten Montierung gute Erfahrungen. Auf der einen Seite, bei der die Schnecke beim Nachführen eingreift, dürfen die Zahnflanken natürlich keinen Verschleiß aufweisen.
Schade, dass bei diesen Schneckenrädern ein Stück ausgefräst war. Ich musste deshalb ein Segment einpassen, das ich aus einem gleich großen Schneckenrad aussägte. Dies gelang erstaunlich gut. Mit einer Messuhr und einem speziell angefertigten Messtaster konnte ich die Höhe und den Abstand der Zahnflanken zueinander überprüfen.


Da die Schnecke für meine Zwecke noch nicht die passende Lagerung hatte, musste ich auch diese selbst anfertigen. Dazu baute ich eine Vorrichtung, mit deren Hilfe die Schnecke exakt mit der Messuhr ausgerichtet wurde, um danach die Gleitlager zwischen Spitzen abdrehen zu können (siehe Bild 4). Die Schnecke sollte natürlich möglichst wenig Höhenschlag aufweisen, um damit den periodischen Fehler zu minimieren. Deshalb machte ich mir die Mühe, einen Höhenschlag von maximal 0,01 mm einhalten zu können. Als nächstes sägte und feilte ich die Getriebeplatte (7) aus einer 10er Aluplatte zurecht. Diese stellt eine genügend steife Verbindung zwischen Gehäuse und Getriebe her. Die Lagerböcke (13) wurden auf einer kleinen Plandrehscheibe hergestellt. Natürlich musste auch hier wieder mit der nötigen Präzision gearbeitet werden, um das genaue Lagerpassmaß zu erreichen. Bei der Montage der Schnecke wird das axiale Spiel mit einer Fühlerlehre sowie die Flucht der beiden Bohrungen in den Lagerböcken eingestellt. Zudem ist das Zahnflankenspiel zum Schneckenrad zu berücksichtigen. Man sollte auf alle Fälle darauf achten, dass die Schnecke über den ganzen Umfang des Schneckenrades nicht an irgend einer Stelle klemmt. Zuviel Spiel sollte das Ganze natürlich auch nicht haben. Um die Einstellarbeiten zu erleichtern, sind Justier- und Anschlagschrauben an den entsprechenden Stellen angebracht.

Ich baute wieder die stufenlos einstellbare Rutschkupplung (siehe Bild 5) ein, die sich schon bei der ersten Konstruktion gut bewährte. Durch Anziehen der Druckschraube (17) bzw. der Druckmutter (21) übertragen sich die Kräfte über die beiden Scheibenfedern mit den Zwischenstücken (16) auf die drei Druckbolzen (15) welche im Rutschkupplungsgehäuse (14) geführt sind. Diese pressen die Druckplatte (12) auf das Schneckenrad (9), die von der Schneckenradbuchse (11) zentrisch auf der Welle gehalten wird.


Nach fünf Monaten sporadischer Freizeitbeschäftigung waren die meisten Arbeiten an der Drehbank erledigt. Es waren noch die Schrittmotoren mit den Untersetzungsgetrieben 100:1 und die Zahnräder zur Schnecke anzubauen.
Um das Getriebe vor Staub zu schützen, wurde ein Gehäuse aus 0,7 mm Edelstahlblech hergestellt. Nachdem die Lager eingestellt und mit MoS2 (Schmierfett für Gleichlaufgelenke im Kfz-Bereich) gefettet waren, konnten der Testbetrieb und die Abstimmarbeiten beginnen. Erwähnenswert dürfte auch der Polsucher sein. Da ich vermeiden wollte, die Achsen zu durchbohren, ist dieser am Deklinationsgehäuse befestigt. Der Pol kann auf diese Weise ebenso eingestellt werden wie bei durchbohrten Achsen. Mit 27 kg ist die Montierung noch transportierbar und ich denke, dass sie 30-35 kg Instrumentengewicht zu tragen in der Lage ist.

Noch ein Wort zum Materialpreis: Die Kegelrollenlager konnten für knapp 200 DM beschafft werden; das Material für die Gehäuseteile, Wellen, Gegengewichte sowie Fräsarbeiten kosteten um die 400 DM. Viele andere Teile konnte ich für den Gegenwert von ein paar Kästen Bier aus Schrottcontainern entnehmen. Man kann sich also durchaus mit relativ geringen Kosten eine deutsche Montierung selbst bauen - vorausgesetzt natürlich, man eignet sich das nötige Know-how an und hat das geeignete Werkzeug dazu.
Versuche mit einem Reibradantrieb waren recht erfolgreich.
An dieser Montierung habe ich Steifigkeitsmessungen durchgeführt. Sie können den Artikel »Das Messen der Steifigkeit und das Beurteilen des Schwingungsverhaltens an Teleskopmontierungen« nachlesen.
Tipps zur Herstellung eines Montierungsgehäuses aus Aluminium-Vierkantmaterial
Wer sich eine deutsche Montierung selbst konstruieren möchte, dem empfehle ich, das Kapitel "Teleskopmontierungen und ihre elektrischen Einrichtungen" im "Handbuch für Sternfreunde" von G. D. Roth, Springer-Verlag, aufmerksam zu lesen. Wer z.B. die allgemeinen Konstruktionsgrundlagen schon mal verstanden hat, wird auch Konstruktionsfehler leichter vermeiden können. Das Kapitel enthält unter anderem:

Gelegentlich gestellte Fragen

Macht sich die unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen Aluminiumgehäuse und Stahlachse nachteilig bemerkbar?
Bisher habe ich keine nachteiligen Eigenschaften entdeckt, die auf die verschiedene Wärmeausdehnung zu führen wäre. In der Regel wird die Montierung zwischen 20°C (laue Sommernacht) und -5°C (Winternacht) verwendet. Das sind 25°C Differenz. Bei einem Lagerabstand von 180 mm dehnt sich das Gehäuse dabei um 0,1 mm und die Stahlachse um 0,05 mm - insgesamt sind das 0,05 mm Unterschied.
Nach eigener Einschätzung sollte das Kegelrollenlager mit einem Drehmoment von 0,5 bis 2,0 mkp vorgespannt sein, das entspricht ungefähr einer siebtel Umdrehung an der Nutmutter, was wiederum 0,15 mm in der Länge bedeutet (Gewindesteigung 1 mm). Wird also das Kegelrollenlager bei 20°C mit einem Drehmoment von 1,5 mkp vorgespannt, so beträgt der Wert bei -5°C immer noch 1,0 mkp - das liegt schön im Toleranzbereich. Andererseits ist eine Erwärmung der Montierung auf 40°C an einem heißen Sommertag auch nicht tragisch; die Vorspannung wäre trotzdem unter dem Wert von 2,0 mkp.

Wie kann man das Anzugsmoment zum Vorspannen des Kegelrollenlagers kontrollieren?
Für eine Nutmutter gibt es leider keinen Einsatz für den Drehmomentschlüssel. Man kann das Anzugsmoment aber mit einer Federwaage überprüfen. Am Hakenschlüssel habe ich am hinteren Ende eine Nut eingefeilt, in welche eine Federwaage eingehängt wird. Der Abstand von der Nut zur Achsmitte beträgt 20 cm. Wenn ein Drehmoment von 1,5 mkp benötigt wird, muss man an der Federwaage mit 7,5 kp ziehen - also mit der fünffachen Kraft wie bei einem Hebel mit einem Meter. Man kann davon ausgehen, dass bei einem Anzugsdrehmoment von 1 mkp eine Vorspannkraft von 800 kp erreicht wird (bei einer Gewindesteigung von 1 mm).

Hinweis: Wie Sie sehen, verwende ich zum Messen der Kräfte immer noch gerne kp ( Kilopond ) und mkp ( Meter x Kilopond ) für das Drehmoment. Ich halte das für übersichtlicher als N (Newton), zumal mein Drehmomentschlüssel noch mkp anzeigt.

Wer sich für praktisch nachvollziehbare Experimente zu Reibung, Drehmoment und Vorspannkraft an Schrauben interessiert, kann hier nachlesen.

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