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Montierungs - Allerlei für Einsteiger
von Dipl.-Ing. Wolfgang Paech (paech@uni-hannover.de)


Diese Webseite beschreibt für Einsteiger in das Hobby der Amateuastronomie die Grundlagen zu astronomischen Montierungen und deren elektrische Steuerungen. Die Montierung ist - ebenso wie das Teleskop selbst - ein wesentlicher Bestandteil des Teleskopsystems; ein Teleskop ohne Montierung - oder mit einer schlechten Montierung - ist nicht nutzbar!

In der einfachsten Form besteht die Montierung aus zwei Drehachsen, die im Winkel von 90 Grad zueinander stehen. Dabei dient die Montierung dazu, dass Teleskop auf einen bestimmten Punkt am Himmel auszurichten. So ist die Montierung das Bindeglied zwischen dem Teleskop und dem Stativ, zu dem am Ende des Artikels auch noch einige Anmerkungen folgen.

Dabei muß die Montierung der Teleskopgröße (und damit den nutzbaren Vergrößerungen) insoweit angepaßt sein, dass das Teleskop möglichst stabil und vibrationsfrei getragen wird. Man (Frau) muß das Teleskop - z.B. zum Scharfstellen des Bildes - ja anfassen können. Daraus resultierende Schwingungen muß die Montierung möglichst schnell wieder abbauen, bzw. darf sie erst gar nicht entstehen lassen.

Möchte man erreichen, dass die Montierung und damit das Teleskop der Bewegung der Himmelsobjekte folgt (eigentlich wird dabei die Erddrehung kompensiert), muß - je nach Art der Montierung - zumindest eine der beiden Drehachsen mit einem elektrischen Antrieb und einer dazu passenden Steuerung ausgestattet werden.

Die heutigen Hightech-Montierungen sind die sogenannten GoTo Montierungen, die es gestatten über die Handsteuerung oder einen angeschlossenen PC Beobachtungsobjekte selbstätig und automatisch einzustellen. Sie sind zudem auch mit der entsprechenden Software über das Internet fernsteuerbar.

Es ist aus der Erfahrung des Verfassers als Amateur und als langjähriger Leiter der Volkssternwarte in Hannover eine oft gestellte Frage: Was für eine Montierung soll ich denn nun kaufen? Meine Standardantwort darauf war und ist es auch noch heute: lieber die Montierung "eine Nummer" größer kaufen und vorerst ein kleineres Teleskop anschaffen. So kann man später bei Bedarf die Teleskopgröße aufstocken, der umgekehrte Weg ist nicht möglich. Möchte man dann ein größeres Teleskop, muß auch eine neue Montierung angeschafft werden.

In diesem Artikel werden deshalb auch keine Kaufempfehlungen ausgesprochen werden, da das Sortiment an Montierungen - bis auf wenige Ausnahmen - ständig wechselt. sondern es sollen hier - "quer Beet" - einige Grundbegriffe beschrieben werden.

DIE FREIHAND - MONTIERUNG
Die simpelste Art einer Montierung ist die sogenannte "Freihand-Montierung", d.h. man hält das Beobachtungsinstrument in den Händen. Der Körper selbst ist die Drehachse und das Genick die Höhenachse. Durch Drehen des Körpers und durch das Schwenken des Kopfes kann man so das Instrument (und seien es nur die bloßen Augen) auf jeden beliebigen Punkt des Himmels ausrichten. Der Vergleich "hinkt" stark, aber er beschreibt das Prinzip einer astronomischen Montierung.

Diese "Freihand-Montierung" kommt in der astronomischen Beobachtung eigentlich nur für schwach vergrößernde Feldstecher oder einfache Spektive in Frage. Jeder Beobachter, der schon einmal versucht hat, einen Feldstecher mit 10facher Vergrößerung ruhig zu halten, weiß was damit gemeint ist. Die Muskeln zittern unmerklich und dieses Zittern wird eben durch das optische Instrument mitvergrößert. Ab 10facher Vergrößerung weicht man dann spätestens auf ein Fotostativ mit Feldstecherklemme als Montierung aus, das es dann gestattet, den Feldstecher auf einen beliebigen Punkt des Himmels zu schwenken, festzuklemmen und zitterfrei zu beobachten.




Feldstecher auf Fotostativ (mit freundlicher Genehmigung: F. Schäfer).

Die andere Alternative - einen Feldstecher mit einem optischen oder elektronischen Bildstabilisator zu kaufen - kommt wohl für die meisten Amateure aus Kostengründen nicht in Frage.

Montierungen für astronomische Teleskope werden prinzipiell in zwei Gruppen unterteilt, wobei jede der beiden Gruppen verschiedene Unterkonstruktionen beinhaltet. Sie werden unterschieden in die sogenannten azimutalen- und in die sogenannten parallaktischen oder äquatorialen Montierungen. Beide Namen basieren auf dem Koordinatensystem für das sie konzipiert sind.

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DIE AZIMUTALEN MONTIERUNGEN
Azimutale Montierungen sind meist einfachst aufgebaut und werden oft mit den sehr preiswerten Kaufhausteleskopen (DM 100 - 300.-) mitgeliefert. Im englischsprachigen Raum werden Sie auch als ALT/AZ Montierungen bezeichnet.

Sie bestehen aus zwei Drehachsen, die im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Eine Achse ist die sogenannte Azimutachse (im englischen AZ für Azimut) und die zweite ist die Höhenachse (im englischen ALT für Altitude=Höhenachse). Der Name entlehnt sich aus dem azimutalen Koordinatensystem, welches manchmal auch als Horizontalkoordinatensystem bezeichnet wird.




Das Achssystem einer azimutalen Montierung (zusätzlich ist hier noch die optische Achse des Teleskops (Schmidt-Cassegrain) mit eingezeichnet.




Das azimutale Koordinatensystem

In diesem Koordinatensystem wird ein Punkt am Himmel über seinen Azimutwinkel (=Horizonttalwinkel; der Horizont wird von Süd über West, Nord und Ost in 360 Grad eingeteilt wobei Süd gleich zu 0 Grad definiert ist) und über seine Winkelhöhe zwischen dem Horizont und dem Zenit (das ist der Punkt genau über dem Beobachter) festgelegt.Der Höhenwinkel beginnt am Horizont mit 0 Grad zu zählen und endet im Zenit bei +90 Grad.

Diese Einteilung bezeichnet ein azimutales Koordinatensystem (in dieser Graphik ist A = Azimutwinkel und H = Höhenwinkel. Manchmal verwendet man auch Z=Zenitalwinkel).
B steht für den Beobachter.
Die Azimut - oder auch Drehachse steht dabei senkrecht zur Erdoberfläche, die Montierungsausrichtung ist beliebig. Jeder hat sicher schon einmal durch ein Aussichtsteleskop (da wo man eine Mark einwirft und es dann mit viel Glück und Gegentrommeln irgendwann funktioniert) geschaut. Aussichtsfernrohre sind immer azimutal in der einfachsten Form montiert.

Nun weiß man aber aus der täglichen Erfahrung, dass ein Stern - wenn er im Osten aufgeht - über dem Horizont erscheint und dann im Laufe der Nacht langsam in einem Bogen aufsteigt bis er im Süden seinen höchsten Punkt über dem Horizont erreicht um danach langsam Richtung West wieder bis zum Horizont abzusinken. Dabei bewegt sich aber nicht der Stern, sondern die Bewegung des Sternes wird durch die Drehung der Erde um ihre Rotationsachse vorgespiegelt.




Die Bewegung eines Sterns am Himmel infolge der Erdroation.



Wenn man die Koordinaten eines Himmelsobjekts im azimutalen Koordinatensystem angibt, gehört dazu also auch noch eine Zeitinformation - also z.B. um 21:30 steht das Objekt unter dem Azimutwinkel von 172- und dem Höhenwinkel von 32 Grad. Beide Winkelangaben ändern sich fortlaufend mit der Beobachtungszeit durch die Erdrotation.

Azimutale Montierungen gibt es in verschiedenen Bauformen, je nachdem wie das Teleskop auf der Montierung befestigt ist. In den allermeisten Fällen sind dies sogenannte Gabelmontierungen, wobei das Teleskop zwischen zwei Gabelarmen befestigt ist. Bei kleineren Teleskopen spart man sich den zweiten Gabelarm und befestigt es einseitig an einem Gabelarm. Im simpelsten Fall sind beide Achsen manuell einzustellen und können dann über Klemmvorrichtungen - wenn das Teleskop auf das Beobachtungsobjekt ausgerichtet ist - festgestellt werden. Beobachtet man nun sein eingestelltes Beobachtungsobjekt, bemerkt man ziemlich schnell, wie das Beobachtungsobjekt infolge der Erdrotation aus dem Gesichtsfeld verschwindet. Man muß also für eine längere Beobachtungszeit beide Achsen permanent nachstellen, um dem Beobachtungsobjekt zu folgen.

Technisch anspruchsvollere azimutale Montierungen verfügen dann - angeflanscht an beide Achsen - über sogenannte Schneckenradantriebe, die es gestatten das Teleskop über beide Achsen manuell langsam und sehr feinfühlig nachzustellen und damit die Erdrotation zu kompensensieren. Da der Stern am Himmel einen Bogen beschreibt, muß man beide Achsen gleichzeitig nachstellen, was nicht einfach und dabei ziemlich nervig ist, da man sich mehr auf die gleichmäßige Bewegung als auf die eigentliche Beobachtung konzentriert.

Stichwort Schneckengetriebe:
Ein Schneckengetriebe besteht praktisch aus einem Schneckenrad (ähnlich einem Zahnrad mit ganz breiten Zähne) und einer Schneckenwelle. Die Schneckenwelle greift dabei in das Zahnrad ein. Dreht man die Schneckenwelle um eine Umdrehung, dreht sich das Zahnrad um einen Zahn weiter. Im Prinzip ist ein Schneckenradantrieb ein Untersetzungsgetriebe. Man erreicht damit eine große Untersetzung, um die notwendige langsame Ausgleichsbewegung zur Erddrehung zu realisieren.

Richtwert:
ein Stern bewegt sich grob in Folge der Erdrotation pro Zeitsekunde um 15 Bogensekunden.

Stichwort Bogensekunde:
Ein Grad wird unterteilt in 60 Bogenminuten und jede Bogenminute wiederum in 60 Bogensekunden. Ein Grad entspricht also 3.600 Bogensekunden.

Anhaltswert:
Sonne und Mond erscheinen von der Erde aus unter einem Winkel von grob 0.5 Grad, dementsprechend 1.800 Bogensekunden.

Werden azimutalen Montierungen noch komfortabler, haben beide Achsen dann Antriebsmotoren, die über eine Steuerung so bewegt werden, dass Azimut und Höhe permanent nachgestellt werden und das Beobachtungsobjekt immer - mit gelegentlich notwendigen manuellen Korrekturen - in der Gesichtsfeldmitte stehen bleibt.

Das Nonplusultra der azimutalen Montierungen sind zur Zeit die neuen, sogenannten GoTo Montierungen. Diese Montierungen positionieren - nach Einstellung des Teleskoptubus in eine Grundposition (meist Nord und Tubus waagerecht) und der Eingabe von Datum, Uhrzeit und geografischen Koordinaten des Ortes von dem beobachtet wird, automatisch auf beliebige Objekte, die man aus verschiedenen Katalogen auswählen kann. Die bekanntesten Vetreter sind sicher die kleinen GoTo Teleskope von Celestron und Meade, die man ab ca. DM 600.- kaufen kann. Die Preise steigen dann - je nach Teleskoptyp und -größe bis ungefähr DM 1.700.- an.



Kleiner, kurzbrennweitiger 80 mm Refraktor von Celestron auf einer azimutalen GoTo Montierung.

Diese Teleskope haben hohe Positionierungsgeschwindigkeiten von 4 bis 8 Grad pro Zeitsekunde und diese enorme Drehgeschwindigkeit wird über Servomotorantriebe realisiert (Servomotore sind Gleichstromangetriebe Motore, später dazu mehr). Auf dieser Seite von Astronomie.de finden Sie eine Funktionsbeschreibung der kleinen Celestron GoTo Teleskope: http://www.astronomie.de/technik/berichte/gt80/gt80.htm

Einen gravierenden Nachteil haben diese azimutalen Montierungen; sie sind nicht Astrofotografisch tauglich. Das liegt daran, dass bei dieser Art der Aufstellung und des Ausgleichs der Erddrehung das Teleskopbildfeld langsam (einmal in 24 Stunden) um den Bildmittelpunkt rotiert. Es gibt für einige große Hightech Azimutalmontierungen sogenannte Bildfeldrotoren (Meade), die die Kamera am Okularauszug in der entsprechenden Zeitrate drehen.

Aus diesem Grund werden azimutale Montierungen hauptsächlich für rein visuelle Beobachtungen eingesetzt. Ihr unbestreitbarer Vorteil ist: sie sind leicht, leicht transportabel und in Minutenschnelle auf- und ebenso schnell wieder abgebaut.

  • Übrigens sind alle modernen professionellen Großteleskope mit azimutalen Gabelmontierungen (und natürlich auch mit Bildfeldrotoren) ausgestattet. Anders sind die Teleskopgewichte von einigen Dutzend bis zu einigen Hundert Tonnen mechanisch nicht mehr handhabbar. An solche Montierungen werden enorme Genauigkeitsanforderungen gestellt. Bei Bildauflösungen die heute - in Zusammenarbeit mit entsprechender adaptiver Optik im 1/100 Bogensekundenbereich liegt - darf sich der Teleskoptubus oder die Achsen der Mechanik in diesem Auflösungsbereich nicht verbiegen oder verwinden. Der mechanische - und der elektronische Steueraufwand der hier betrieben wird, ist oft an der Grenze des technisch machbaren.
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DIE PARALLAKTISCHE MONTIERUNG
Der zweite Grundtyp ist die sogenannte äquatoriale- oder parallaktische Montierung. Auch sie unterteilt sich in viele verschiedene Bautypen. Im Amateurbereich sind hier sicher die sogenannten "deutschen" Montierungen und die parallaktische Gabelmontierungen am verbreitesten. Beide Haupttypen unterscheiden sich durch die Art der Teleskopmontage auf dem Achssystem der Montierung. Der Vorteil der Gabelmontierung ist der, dass dieser Typ ohne ein Gegengewichtssystem für den Teleskoptubus auskommt, wogegen die deutsche Montierung zum Gewichtsausgleich für den Teleskoptubus Gegengewichte erfordert.

Ein häufiger Nachteil von Gabelmontierungen ist (zumindest bei den Amateurgeräten) die Anfälligkeit gegen Schwingungen.
Dies ist konstruktionsbedingt. Deutsche Montierungen sind wesentlich steiffer und damit oft stabiler und unanfälliger gegen Schwingungen.

Der Name äquatoriale Montierung stammt ebenfalls aus dem Namen eines Koordinatensystems, nämlich dem Äquatorsystem. Es kann folgendermaßen beschrieben werden:

Das astronomische Koordinatensystem Äquatorial mit dem Koordinatenpaar Rektaszension (adäquat dem Azimut) und Deklination (adäquat dem Höhenwinkel)

Das äquatoriale Koordinatensystem
Bezugsebene ist hier der Himmelsäquator (in türkis dargestellt), die Deklination (+ delta) gibt die Höhe des Objekts über dem Himmelsäquator an (oder - delta südlich des Himmelsäquators), der Stundenwinkel (alpha) dessen Abstand vom Meridian (Mittagslinie)

Die Positionen von Sternen und anderer Himmelskörper werden als Koordinaten auf der Himmelskugel eingetragen, einem imaginären Koordinatensystem, das Astronomen über den Himmel legen.

Wie die Erdoberfläche wird auch die Himmelskugel durch gedachte Längen- und Breitengrade unterteilt. Ihr Nord- und Südpol liegen in der gedachten Verlängerung der Erdachse genau über den entsprechenden Polen der Erde, und der Himmelsäquator ist die Projektion des Erdäquators auf die Himmelskugel.

Auf eine äquatoriale (parallaktische) Montierung projiziert, sieht das Achssystem so aus.

Die Abbildung zeigt ein 114 mm Newton Teleskop auf einer parallaktischen Vixen GP-E Montierung (mit freundlicher Genehmigung der Vehrenberg Kg)





Die Längen- und Breitengrade des Himmels werden ebenfalls in Grad, Minuten und Sekunden gemessen. jedes Grad ist in 60 Bogenminuten aufteilt, und jede Bogenminute in 60 Bogensekunden, jede Bogensekunde entspricht also einem 3.600stel eines Grads. (Astronomen gebrauchen für die himmlische Breite und Länge die Begriffe Deklination und-Rektaszension).

Abstände und auch Positionen am Himmel können in Grad oder Bruchteilen eines Grads angegeben werden. Die Angabe der Rektaszension wird dabei in eine Zeitskala umgerechnet; die Rektaszension wird immer in Stunden, Minuten und für präzise Angaben zusätzlich in Sekunden angegeben. So entspricht 1 Stunde in Rektaszension gleich 15 Grad. Um ein Objekt über seine Koordinaten von Rektaszension und Deklination am Himmel aufzufinden, benötigt man natürlich auch noch eine Zeitinformation; das ist hier die sogenannte Sternzeit, die der wahren Rotationszeit der Erde entspricht (23h 56m und 04.1 sek).

Eine parallaktische Montierung ist im Prinzip nichts anderes als eine azimutale Montierung, bei der allerdings die azimutale Drehachse unter dem Winkel des Himmelspols und in ihrer Richtung genau Nord-Süd aufgestellt wird. Die Drehachse nennt man dann Pol- oder Rektaszensionsachse, die Höhenachse wird zur Deklinationsachse.




Die Abbildung zeigt wie aus einer einfachen azimutalen Gabelmontierung eine parallaktische Gabelmontierung wird. Die Azimutachse ist auf einen Keil (Polhöhenwiege) gestellt der im Winkel der Polhöhe (Geographische Breite des Beobachtungsortes) entspricht (Original mit freundlicher Genehmigung: F.Schäfer).


Die entscheidenen Vorteile einer parallaktischen Montierung sind die, dass die Erddrehung über die Bewegung nur noch einer Achse - der Rektaszensionsachse - kompensiert werden kann und zudem auch keine Bildfeldrotation mehr auftritt.

Der sogenannte Polhöhenwinkel, unter dem die Drehachse aufgestellt werden muß, ist abhängig vom Aufstellungsort der Montierung; der Polhöhenwinkel entspricht dem Winkel der geografischen Breite (j) des Aufstellungsortes.

In der der Bundesrepublik sind das Winkel die grob zwischen 49.5 und 53 Grad über dem Horizont liegen. Stellt man eine solchen parallaktische Montierung am geografischen Nord- bzw. Südpol auf, stände die Rektaszensionsachse unter 90 Grad senkrecht nach oben. Am Erdäquator dafür unter 0 Grad.

Auch im äquatorialen Koordinatensystem benötigt man neben der Angabe der Rektaszension (a) und Deklination (d) ebenfalls eine Zeitinformation und zwar ist das die Angabe der aktuellen Sternzeit zum Beobachtungszeitpunkt.

Man findet praktisch in allen Katalogen astronomischer Objekte die Koordinatenangaben in Rektaszension und Deklination. Mit Rektaszension, Deklination und aktueller Sternzeit kann man dann über den sogenannten Stundenwinkel t (er ergibt sich aus Rektaszension und Sternzeit) jedes beliebige Objekt am Himmel blind einstellen, sofern die Montierung über Teilkreise - auf der Stundenwinkel und Deklination ablesbar sind - verfügt.

Nun kann man sich vorstellen, dass die exakte Aufstellung einer solchen Montierung nicht einfach ist. Wie oben schon beschrieben, muß ja die Rektaszensionsachse möglich exakt parallel zur Erdrotationsachse eingestellt werden (Polhöhenwinkel j und Nord-Südrichtung).

Zur exakten Aufstellung einer parallaktischen Montierung gibt es einen (langwierigen) Prozeß, den man "Einscheinern" nennt. Dabei werden unterschiedliche Sterne unter verschiedenen Positionen am Himmel in einem Fadenkreuzokular beobachtet. Aus den Abweichungen des Sterns zum Fadenkreuz, kann man dann erkennen, ob die Polhöhe der Rektaszensionsachse zu hoch oder zu tief und/oder wie genau sie in Nord-Süd Richtung steht. Für große Montierungen mit entsprechend großen Teleskopen dauerte eine solche "Einscheinerung" - je nach Erfahrung des Beobachters - einige Stunden bis hin zu einigen Nächten.

Das änderte sich etwa im Jahre 1980, als die bekannte japanische Teleskopfirma VIXEN parallaktische Amateurmontierungen mit sogenannten Polsucherfernrohren auf den Markt brachte. Die Montierung hieß damals Vixen-NP (New Polaris) Montierung und war eine sauber durchkonstruierte kleine deutsche Montierung für Instrumente bis ca. 7 Kilo Eigengewicht. Sie wird meines Wissens auch heute noch produziert und unter anderem beim Deutschen Generalimporteur - der Firma Vehrenberg - verkauft.

Das Prinzip war und ist simpel (wie so vieles auf dieser Welt). Die Rektaszensionsachse ist hohl und in diese ist ein kleines Fernrohr eingebaut. In dieses Fernrohr ist eine gravierte Glasplatte integriert, welches die Sternkonstellation zeigt, auf die die gedachte Erdrotationsachse am Himmel zeigt (für den nördlichen- und den südlichen Himmelspol). Das bedeutet, der Beobachter peilt durch das Polsucherfernrohr, und dreht den Winkel und die Höhe der Rektaszensionsachse so, dass die Sternposition mit der Gravierung zur Deckung kommen und die Montierung ist exakt poljustiert aufgestellt.

Meines Wissens nach, gibt es heute keine "deutsche" transportable Montierung mehr, die nicht über ein Polsucherfernrohr verfügt. Bei den parallaktischen Gabelmontierungen ist der Einbau eines Polsucherfernrohrs problematisch, aber hier gibt es Ersatzlösungen, in der das Polsucherfernrohr entweder aussen an der Montierung oder als Sucherfernrohr ausgelegt ist.

  • Und noch mal zur Erinnerung: eine exakt parallaktisch aufgestellte Montierung ist unabdingbar, wenn man durch das Teleskop nicht nur visuell beobachten, sondern auch fotografieren möchte.
Parallaktische Montierungen - egal ob als Gabel- oder deutsche Montierung ausgeführt wird, gibt es in vielen Ausbaustufen. Die einfacheren sind die, wo man aus Preisgründen Polsucherfernrohr und Motorantrieb(e) nachrüsten kann (als Beispiel sei hier die Vixen GP-E Montierung genannt). Hier kann man sukzessive Polsucherfernrohr, Rektaszensions- und Deklinationsmotor nachkaufen. Die einfachsten Motortypen sind hier Schrittmotoren (siehe weiter unten).

Auch kann man alle Vixen Montierungen mit einer GoTo Steuerung zur schnellen automatischen Positionierung nachrüsten (Vixen Sky Sensor 2000). Diese Aufrüstmöglichkeiten gibt es aber auch bei diversen anderen parallaktischen Montierungen von verschiedenen Herstellern (Meade, Celestron, EQ-Montierungen etc).

Das Nonplusultra an Hightech, Stabilität, Tragkraft und GoTo Performance (von seriengefertigten) Montierungen sind hier wohl die deutschen Montierungen der Firma Astro Physics (USA) und die Paramount Montierung von SkyBisque (Generalimporteur Baader Planetarium GmbH), die Instrumentenlasten bis zu 70 Kilogramm aufnehmen. Die Steuersoftware dieser Montierungen kann über das Internet aktualisiert werden, bzw. die Paramount läßt sich mit entsprechender Software auch über das Internet weltweit über den PC steuern. Die Preise liegen dann aber auch astronomisch hoch - bis zu DM 35.000.- und kommen als Anschaffung sicher nur für absolute Profis unter den Amateuren in Frage. Zudem man für ein geeignetes Teleskop auf solchen Montierungen weitere DM 20.000.- bis 40.000.- rechnen kann (oder sollte). Die größte Montierung von Astro Physics, die AP 1200, gilt noch als transportabel (das Achssystem ist hier zerlegbar in Rektaszension- und Deklinationsachse) und die Steuersoftware beinhaltet - neben einem Polsucherfernrohr - einige Softwareroutinen zum schnellen "Einscheinern".

Noch größere und tragfähigere Montierungen und die entsprechenden Teleskope dazu werden dann - auch für Amateure - in Einzelanfertigung gebaut. "Erste" Adresse ist hier in der Bundesrepublik sicher die Firma Astro Optik Keller, die Teleskope bis zur Metergröße realisiert hat. Allerdings braucht man dazu auch die entsprechende Finazierungsmöglichkeit.
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Zur elektronischen Steuerung der Montierung, bzw. deren Antriebsmotore

Hierzu vorweg einige Begriffsdefinitionen:

Die Nachführgeschwindigkeit (Ausgleich der Erdrotation):
Die Geschwindigkeit mit der die Rektaszensionsachse - oder bei azimutalen Montierungen beide Achsen - entgegen der Erddrehung gestellt werden muß, ist in Abhängigkeit des Beobachtungsobjetes unterschiedlich groß (der Mond hat z.B. eine Eigenbewegung). Hier hat man im allgemeinen folgende Einstellmöglichkeiten an der Steuerung zur Auswahl

  • Sonnengeschwindigkeit
  • Mondgeschwindigkeit
  • Sterngeschwindigkeit (oft als sideral bezeichnet)
Auch die Nachführgeschwindigkeit für Sterne ist - je nach ihrem Deklinationswert - leicht unterschiedlich. Hightech-Steuerungen für große Teleskope passen die Geschwindigkeit oft automatisch an.

Der automatischer Ausgleich des Getriebespiels:
In jedem Antrieb muß zwischen den einzelnen Elementen (Schnecke-Schneckenrad) ein wenig Spiel sein (eine alte Feinmechanikerregel lautet dazu: Null auf Null dreht sich nicht). Ändert man nun zu Korrekturbewegungen die Drehrichtung der Antriebe, so vergeht eine endliche Zeit, bis das Getriebe wieder "greift". Praktisch bedeutet dass, Sie drücken eine Korrekturtaste und der Stern bewegt sich nicht bis das Getriebespiel herausgefahren ist. Speziell in der langbrennweitigen Astrofotografie kann diese kurze Zeitspanne ausreichen eine Aufnahme zu ruinieren. Deshalb gibt es bei Schritt- und Gleichstrommotorsteuerungen oft die Möglichkeit dieses Getriebespiel im Schnellgang herauszufahren. Dazu werden die Motoren für eine einstellbare und durch Versuche herauszufindene Zeitspanne im Schnellgang betrieben und dann automatisch in die Korrekturgeschwindigkeit zurückgesetzt. Bei englischsprachigen Teleskopen oder Steuerungen heißt das Backlash Compensation.

Die PEC - Kompensation:
Jedes Schneckenradgetriebe hat Fertigungstoleranzen und somit sogenannte Rundlauffehler. Wäre dies nicht der Fall, so würde jedes Beobachtungsobjekt bei einer exakt aufgestellten parallaktischen Montierung praktisch unbegrenzt lange in der Gesichtsfeldmitte eines Teleskopes sichtbar. Dies ist leider nicht so. Ein Rundlauffehler macht sich durch eine periodische Geschwindigkeitsänderung der Nachführung bemerkbar. Das bedeutet der Antrieb läuft periodisch langsam und schneller (die Zeitperiode ist dabei von einer Umdrehung der Schnecke abhängig, die Perioden handeslüblicher Montierungen liegen grob zwischen 5 und 10 Minuten). In der Praxis sieht man einen Stern im Okular langsam "hin- und herpendeln". Mit "klugen" Steuerungen kann dieses Pendeln messen, sie haben einen sogenannten Lernmodus. Man führt dabei einen Stern für eine Schneckenzeitperiode möglichst exakt bei sehr starker Vergrößerung in einem Fadenkreuzokular nach. Aus den Korrekturgeschwindigkeiten die dabei durch den Beobachter eingegeben werden (Geschwindigkeit wird erhöht oder verlangsamt), rechnet der Mikroprozessor der Steuerung eine mittlere Nachführgeschwindigkeit, die aktiviert man die PEC Funktion, automatisch eingestellt wird. PEC kommt übrigens auch aus dem amerikanischen und bedeutet Periodic Error Compensation.

Je kleiner der Pendelfehler ist, desto präziser läuft eine Montierung und desto weniger Korrekturen muß man während astrofotografischer Aufnahmen vornehmen.

Aufgepasst: Der Pendelschneckenfehler wird heute bei einigen Montierungen unter den technischen Daten angegeben. Hier finden sich teilweise wirklich abenteuerlich kleine Werte, der Fehler wird dabei in Bogensekunden (+/-) angegeben. Die wirklich wahren Werte dürften bei Montierungen der Mittelklasse (um die DM 2000.-) so um die 8-10 Bogensekunden liegen. Montierungen der Spitzenklasse (DM 15.000 - 25.000) liegen bei ca. 3 bis 5 Bogensekunden.

Der Auto Guider Steuereingang:
Viele der Schritt- und Gleichstrommotorsteuerungen verfügen über sogenannte Auto-Guider Steuereingänge. Hier kann man (frau) eine CCD-Kamera anschließen, die dann automatisch die Nachführung und die notwendigen Korrekturbewegungen steuert.

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DER SYNCHRONMOTORANTRIEB
Elektrisch ansteuerbare Montierungen - zur Kompensation der Erddrehung und für Korrekturbewegungen verfügen - zumindest in der Rektaszensionsachse - über ein Schneckengetriebe, an welches ein Motor angekoppelt ist. Im simpelsten Falls ist dies ein sogenannter Synchronmotor. Das sind im allgemeinen 220 Volt Wechselspannungsmotoren (es gibt auch Niderspannunsversionen), die, wenn sie über eine konstante Frequenz und Spannung betrieben werden eine hohe Drehzahlkonstanz haben (Plattenspielermotore waren und sind Synchronmotore). Die Drehzahlvariation von Synchronmotoren ist sehr gering, das bedeutet, diese Motoren können nicht im Schnelllauf zum Positionieren eingesetzt werden.

Über eine Änderung der Ansteuerfrequenz kann man - zu Korrekturbewegungen - den Motor ein wenig langsamer oder schneller drehen lassen.

Synchronmotorantriebe sind simpel aufgebaut, robust und waren lange Zeit die Antriebssteuerung. Heute gibt es meines Wissens nach nur noch eine Montierung, die mit Synchronmotoren arbeitet. Dies sind die Siberia Montierungen aus Russland, die u.a. über die Firma Baader Planetarium importiert werden.



Synchronmotorsteuerung, z.B. für Siberia Teleskope.

Siberia Teleskope (manchmal werden sie auch unter der Bezeichnung TAL angeboten) sind komplette und preiswerte Teleskopsysteme, die auf einer deutschen Montierung (allerdings ohne Polsucherfernrohr) geliefert werden. In den Diskussionsforen von astronomie finden Sie viele Einträge und Erfahrungsberichte von Siberia Besitzern.

DER SCHRITTMOTORANTRIEB
Nach den Synchronmotorantrieben kamen Mitte der 80ziger Jahre die Schrittmotoantriebe auf. Ein Schrittmotor dreht beim Anlegen eines Spannungspulses die Motorachse um einen genau definierten Drehwinkel, der im allgemeinen zwischen 24 und 1.8 Grad liegt. Speist man diese Spannungspulse in einer hohen zeitlichen Rate (Frequenz) ein, ergibt sich - zumindest für das Auge - natürlich eine kontinuierliche Drehbewegung der Motorachse.

Der Vorteil eines Schrittmotors im Gegensatz zu einem Synchronmotor liegt in seiner wesentlich höheren Drehzahlvarianz und seiner hohen erreichbaren Drehzahl. Die elektronische Ansteuerung ist ebenfalls weitgehends simpel (solange man nicht in Grenzbereiche geht). Mit Schrittmotoren wurden die ersten GoTo Montierungen zum automatischen Positionieren realisiert, wobei die maximale Drehgeschwindigkeit allerdings auf etwa 0.5 bis 1 Grad pro Sekunde begrenzt war. Spezialmotore und entsprechende Ansteuerungen schaffen dann etwa 2.5 Grad/Sekunde (Montierungen von E. Alt). Die automatische Positionierung wurde erreicht, indem den Motoren eine bestimmte Anzahl an Schritten vorgegeben wurde, die von der Steuerung berechnet werden, um von einem Punkt des Himmels an einen anderen zu fahren.

Schrittmotorantriebe sind auch heute an einer Vielzahl von Montierungen weit verbreitet. Vorreiter für Schrittmotorantriebe war ebenfalls die Firma Vixen aus Japan. Die dazu serienmäßig gelieferten Steuerungen waren (und sind auch heute noch) aber eher einfach und schöpfen die Möglichkeiten von Schrittmotoren nicht aus.

Das führte dazu, dass Fremhersteller eigene Steuerungen produzieren, die in einem sehr breiten Funktionsumfang an praktisch beliebige Serienmontierungen - aber auch an Eigenkonstruktionen - angeschlossen und für diese programmiert werden können. In der Bundesrepublik liefert die Firma Boxdörfer die SINUS II und die SINUS III und die Firma Koch die Steuerungen der FS - Serie.

Der Verfasser besitzt selbst seit langer Zeit eine Boxdörfer SINUS II, die an drei verschiedenen transportablen - (Vixen GP, Astro Physics CNC 400 und einem Takahashi Space Boy) und einer selbstgebauten Montierung erfolgreich eingesetzt wird.





SINUS II, freiprogrammierbare Schrittmotorsteuerung der
Firma Boxdörfer.


Solche Steuerungen lassen sich für verschiedene Schneckenantriebe, Untersetzungsverhältnisse, verschiedene Korrekturgeschwindigkeiten, PEC-Korrektur, Ausgleich des Getriebespiels, Auto-Guider Eingang und viele andere Parameter programmieren.

DER GLEICHSTROMMOTORANTRIEB
Für Montierungen, die im schnellen GoTo Betrieb (Geschwindigkeiten größer 5 Grad proZeitsekunde) positionieren, werden heute im allgemeinen Gleichstrommotorantriebe eingesetzt (auch Schrittmotore schaffen die erforderliche hohe Drehzahl nicht mehr). Bei Gleichstromotoren wird die Drehzahl in einem sehr weiten Bereich über die Betriebsspannung geregelt. Positionierungsbewegungen werden dabei über - an den Motorachsen angeflanschte - Encoder überwacht.

Gleichstromantriebssteuerungen sind nicht einfach aufzu bauen und es gibt meines Wissens nach noch keine Steuerungen von Fremdherstellen zur Adaption an beliebige Montierungen. Ihr großer Vorteil ist die enorm hohe Drehzahlvarianz. Man kann mit einem Antrieb nachführen, korrigieren (in feinsten Nuancen) und sehr schnell positionieren.

Beispiel für eine Hightech Gleichstromsteuerung der Firma Astro Physics, bei der neue Softwareversionen durch den einfachen Wechsel des Eproms möglich ist.


In Zukunft sollen die Upgrades der Steuersoftware über das Internet möglich sein.
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Resumeé oder die Frage ... was soll ich denn nun für eine Montierung kaufen?
Wie ganz am Anfang schon erwähnt, sollte man die Montierung lieber eine Nummer größer wählen, als für das Teleskop notwendig wäre. Das kann natürlich nur gelten, wenn kein Komplettsystem angeschafft wird. Das ist aber eigentlich kein Problem, weil praktisch jeder Händler Teleskop und Montierung auch separat verkauft. Und von den absoluten Billigangeboten aus dem Supermarkt habe ich ganz am Anfang schon dringend abgeraten.

Zum zweiten gilt zu entscheiden: soll mit der Montierung nur visuell beobachtet werden, dann reicht eine azimutale Montierung. Zumindest sollte sie dann allerdings die Möglichkeit bieten, beide Achsen mit der Hand über Schneckenradantriebe nachzuführen. Ein Beispiel für eine kleine azimutale Montierung, die kleine Instrumente trägt, ist die BP 60 von Baader Planetarium. Der Verfasser hat sie bei vielen Gelegenheiten schon erfolgreich eingesetzt. Auf dieser Seite von Astronomie.de finden Sie eine kleine Beschreibung der BP 60: http://www.astronomie.de/technik/berichte/bp60/bp60.html

Soll mit zunehmender Beobachtungspraxis auch fotografiert werden, so muß die Montierung parallaktisch aufgestellt werden können - und zumindest in der Rektaszensionsachse über einen Motorantrieb verfügen. Die Fotografie mit langen Brennweiten erfordert dann auch einen Deklinationsantrieb mit Motor. Dabei muß es nicht unbedingt eine deutsche Montierung sein, auch Gabelmontierungen mit den beliebten Schmidt Cassegrain Teleskopen können erfolgreich eingesetzt werden.

Nicht unerwähnt sollte bleiben, dass es für viele der kleinen GoTo Teleskope (Celestron, Meade etc) mit azimutalen Gabelmontierungen sogenannte Polhöhenwiegen gibt, mit der man diese Teleskope dann auch parallaktisch aufgestellen kann.

Will man transportabel bleiben, um die besseren Beobachtungsbedingungen ausserhalb der Großstädte zu geniessen, ist ein Polsucherfernrohr an der Montierung unabdingbar. Man verbringt sonst die halbe Beobachtungsnacht mit dem "Einscheinern".

Es gibt heutzutage eine fast unüberschaubare "Flut" an kleinen und mittelgroßen Montierungen aus China, Taiwan und anderen - billig produzierenden - Ländern (die der Verfasser auch nicht mehr überschaut). Oftmals sind es baugleiche Montierungen die vom gleichen Produzenten für verschiedenen Teleskophersteller nur mit unterschiedlichen Produktnamen bezeichnet und verschiedenfarbig lackiert werden.

Ob eine Montierung gut oder schlecht ist, sieht man ihr von aussen - ohne entsprechende Erfahrung - selten an. Ihre Stabilität und Funktionalität zeigt sie erst in der praktischen Beobachtung. Lassen Sie sich nicht - von den oft abenteuerlichen Angaben der Hersteller zur Traglast einer Montierung - täuschen. Sicher kann ich auf eine Minimontierung auch ein Gewicht von 12 Kilo plazieren (wenn denn die Stativbeine nicht wegknicken). Wie sich aber die Montierung verhält, wenn die 12 Kilo auf eine Tubuslänge von 60cm verteilt und der Tubus von leichten Windstössen getroffen wird, dass zeigt eben erst die Beobachtungspraxis.

Montierungskonstruktion und -bau ist ein schwieriges feinmechanisches Problem. Auch die -für die Serienproduktion - eingesetzten Ma terialien spielen für Schwingungsanfälligkeit und Stabilität der Montierung eine große Rolle. Lassen Sie es mich so ausdrücken: Gute, mechanisch sauber aufgebaute Montierungen mit genauen - möglichst spielfreien - Antrieben können zwar preiswert aber nicht billig sein. Jedenfalls habe ich in über 35 Jahren Praxis eine solche Montierung noch nicht gesehen, geschweige denn eine besessen. Es ist aber auch nicht so, dass eine gute stabile Montierung möglichst schwer und massig sein muß, es kommt eben auf Werkstoffe und die Konstruktion an (der Verfasser verfügt über eine selbstkonstruierte- und gebaute Montierung, die nur 20 Kilo wiegt, und damit leicht transportabel ist, die aber 30 Kg Instrument und noch einmal 30 Kg Gegengewichte "locker wegsteckt".

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DAS STATIV FÜR DIE MONTIERUNG
Ein letzter Punkt für die Stabiltität eines Teleskopsystems ist das, die Montierung tragende, Stativ . Auch das Stativ spielt für Schwingungsanfälligkeit und Stabilität der gesamten Teleskopkonfiguration eine - im wahrsten Sinn des Wortes - tragende Rolle. Auch hier schneiden die Stative der Billigteleskope oft sehr schlecht ab. Diese Stative sind weit davon entfernt verwindungssteiff genannt werden zu können. Sie "klappern und schlottern" bei jedem leichtesten Windhauch und übertragen diese Schwingungen auf das Teleskop. Von mittlerer bis guter Qualität sind die den meisten Montierungen der mittleren Preisklasse mitgelieferten Aluminiumstative. Ihr Vorteil: sie sind extrem leicht und relativ verwindungssteiff. Höchste Stabilität, Verwindungssteiffigkeit und Schwingungsarmut bieten aber immer noch gute, professionelle Holzstative. Ihr Nachteil: sie sind schwer. Aber nicht umsonst wird in der Vermessungstechnik (z.B. bei Theodolithenmessungen) immer noch auf Holzstative gesetzt (auf den Flohmärkten ist hier oft ein Schnäppchen zu machen). In der Höhe einstellbare Stative sollten nur so hoch aufgestellt werden, wie es für die Instrumentengröße nötig und den Beobachten bequem ist. Je flacher das Instrument steht, desto stabiler ist es.

Und noch zwei letzte Tipps zum Abschluss:
Sind Sie Einsteiger und wollen eine Montierung oder ein komplettes Teleskopsystem kaufen, informieren Sie sich vorher bei anderen (erfahrenen) Amateuren, z.B. auf den Diskussionsforen auf astronomie.de. Auch bei Volkssternwarten werden Sie oft Ansprechpartner finden, die Ihnen fundierte Auskünfte geben und Ihnen weiterhelfen können.

Wenn Sie wenig Geld zur Verfügung haben, verschwenden Sie es nicht für ein absolutes Billigangebot. Vielleicht tut es dann zum Anfang auch ein guter Feldstecher auf einem stabilen Fotostativ. Auf der Seite von Astronomie.de finden Sie viele Anregungen und Tipps+Tricks zu Feldstechern: http://www.astronomie.de/technik/fernglas/index.htm

Der Verfasser bekam mit 15 Jahren ein solches Billigteleskop einer Kaufhauskette zum Geschenk. Mit diesem Gerät waren nur Sonnenbeobachtungen einigernmaßen machbar. Ich bin heute davon überzeugt; wäre ich nicht damals schon Mitglied einer großen Volkssternwarte geworden, würde ich heute einem anderen Hobby "frönen" und nicht der spannenden Amateurastronomie. Teleskop, Montierung und Stativ waren echt frustrierend.

Das absurdeste was dem Verfasser unlängst (vor ca. 6 Wochen) zugetragen wurde, waren 114 mm Teleskope mit 100facher Vergrößerung, die bei einem bekannten Internetauktionshaus von einem Händler ohne Montierung und Stativ zur Freihandbeobachtung angeboten wurden!

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Montierungs Allerlei.pdf (750 Kby)
Weiterführende Literaturempfehlungen:
Wesentlich mehr Informationen zu Montierungen und deren Ansteuerungen (und zur allgemeinen Teleskoptechnik) finden Sie in dem Sterne und Weltraum Taschenbuch (Hüthig-Verlag): Tipps+Tricks für Sternfreunde von Th. Baader und W. Paech, ISBN 3-87973-923-4

Eine sehr gelungene Einführung für Einsteiger zu Teleskopen, Montierungen, Zubehör und zur Beobachtungspraxis finden Sie in dem kleinen, preiswerten Taschenbuch des Kosmos Verlages von:

Klötzler, H. - Joachim: Das Astro-Teleskop für Einsteiger, Kosmos Verlag, ISBN 3-440-07833-7 (einige Abbildungen in diesem Text sind diesem Buch entnommen).

copyright: Wolfgang Paech und Astronomie.de im November 2001

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