Mel Bartels

Nachführgenauigkeit in der Größe des Seeings, Go-To Funktion, PEC,PMC (DIE Anfahrgenauigkeit schlechthin!!),eine umfangreiche Datenbank für alle erdenklichen Objekte usw. dies war bis vor kurzem undenkbar für mich.

zur Vorgeschichte:

Meine Nachführung bestand aus einem 280mm Schneckenrad, welches von unzähligen Zahnrädern, Planetengetriebe und Schnecken übersetzt wurde. Als Antrieb stand ein 220 Volt 50 Hz Motor zur Verfügung. Dieser wurde über eine entsprechende Steuerung so geregelt, dass die Nachführung einigermaßen lief. Einigermaßen bedeutete aber in meinem Falle, eine Unregelmäßigkeit von fast 15 Bogensekunden. Diese Schwankungen verliefen stellenweise so schnell, dass selbst eine intensive Nachführkontrolle mit einem Fadenkreuzokular an einem 90mm f 11 Refraktor unmöglich war. Mein Ziel war es ja immer, durch das Hauptfernrohr eines 250mm Newton f6 zu fotografieren.

Der Grund für diese Ungenauigkeit lag sicherlich an den vielen Zahnrädern. Diese wurden aber benötigt, um dass richtige Übersetzungsverhältnis zu bekommen.

Ich war schon kurz davor, meine gesamte Ausrüstung zu verkaufen.

Als ständiger Mitleser einiger Astromailinglisten kam ich immer wieder in den Kontakt mit der Nachführung nach Mel-Bartels. Grundsätzlich überflog ich diese Seiten relativ schnell, da immer wieder zu lesen war, dass für diese Art der Nachführung Schrittmotoren, eine Steuereinheit und ein ganzer Computer zur Verfügung gestellt werden muss. Ich verlor also keine weiteren Gedanken an diese Möglichkeit der Nachführkontrolle.

Im Sommer 2001 las ich dann in einer Mail, dass jemand sein PCB, dies ist die Steuereinheit, welches die Informationen des Computers so umsetzt, das die Schrittmotoren damit etwas anfangen können, verkaufen wollte.

Der Umbau:

Ich setzte mich spontan mit dem Verkäufer in Verbindung, kaufte die gesamte Einheit und stand nun vor einem Haufen voller Kabel und einer PCB-Einheit. Zum Lieferumfang gehörte ein 10 Meter langes Druckerkabel, welches den Rechner mit dem PCB verbindet und ein Handtaster. Ich habe mir von dem Verkäufer sagen lassen, dass man das PCB selber bauen kann. Hierzu benötigt man nur die entsprechende Platine und einige elektrotechnische Kenntnisse. Genaueres kann der Homepage von Mel Bartels ( http://www.efn.org/~mbartels ) oder die sehr gute, wortgenaue Übersetzung auf der Internetseite von Alexander Urban entnommen werden

( http://www.geocities.com/alexanderurban ).

Nun musste ich meine komplette Montierung umbauen. Das gesamte Getriebe wurde herausgebaut und übrig blieb ein Schneckenrad mit seiner 40mm Schnecke. Hieran sollte nun ein Schrittmotor angeschlossen werden.Nun ging zunächst die Theorie los und ich musste mich mit den Bezeichnungen Vollschritte, Halbschritte Mikroschrittbetrieb usw. auseinandersetzen.

Mein Schrittmotor hat 1,8° pro Vollschritt, dies bedeutet, 200 Schritte pro Umdrehung. Ein weiterer Vorteil von Schrittmotoren ist es, sie im sogenannten Mikroschrittbetrieb fahren zu lassen. In meinem Fall arbeite ich mit 20 Mikroschritten pro Vollschritt. In der Praxis sind das nunmehr 4000 Schritte pro Umdrehung. Die Übersetzung meiner Schneckenrades beträgt 1:263. Da ich noch eine kleine Schnecke mit der Übersetzung 1:22,5 "herumliegen" hatte, wurde Diese zwischen Schrittmotor und Schnecke angebracht. Ein weiteres Ziel ist es, bei der Schrittweite des Motors einen Kompromiss zwischen Feinheit der Nachführung und schneller Positionierung zu finden. Hier muss ich aus der Praxis sagen, dass die Positioniergeschwindigkeit zu gering ist. Eine Übersetzung zwischen Schrittmotor und Hauptschnecke von 1:10 hätte vollkommen ausgereicht, stand aber zum Umbauzeitpunkt nicht zur Verfügung.

Der Umbau selbst ging relativ zügig voran, zumal mir mein Bekannter bei den nötigen Dreharbeiten ausgeholfen hatte. Zur Zeit konnte ich nur die Rektazentionsachse mit einem Schneckengetriebe vervollständigen. An meinem Tangentialarm der Dekl.-Achse wurde auch ein kleiner Schrittmotor angeschlossen, dieser dient aber nur zur Nachführkontrolle und nicht zur Anfahrhilfe.

Nun bemühte ich erst einmal das Internet um einiges mehr über das Programm "Scope" zu erfahren. Durch Zufall stieß ich auf die Seite von Willi (Wilfried) Wacker . Er ist leidenschaftliche Anhänger der Steuerung nach Mel-Bartels und er hat sich bemüht, in das englischsprachige Programm ein wenig Licht zu bringen. Beim durchlesen wurde mir einiges klarer und die meisten Fehler in diesem Programm liegen beim User selbst. Auch für Nichtanhänger dieser Nachführkontrolle ist ein Besuch seiner Homepage empfehlenswert.

Erst jetzt wurde mir der gesamte Umfang der Möglichkeiten diese Programms klar. Einige möchte ich hier exemplarisch auflisten:

► Ein Motor pro Achse.
► Halbschrittbetrieb bei erhöhter Spannung, wodurch üblicherweise zwischen 5000 und

1000 Halbschritte pro Sekunde erreicht werden.
► Niedriger Stromverbrauch üblicherweise 0,1 A bei 12V während des Nachführens oder

Anfahrens.
► Optionale 3-Stern-Initialisierung für noch größere Genauigkeit
► Antrieb des Bildfeldrotators während des Anfahrens
► Fokussierungskontrolle
► Getriebespiel-Korrektur in beide Achsen.
► Periodic error correction (PEC) (Elektronischer Getriebespielausgleich)
► Refraktionskorrektur
► Automatische Anfahren durch Goto aus einem Katalog (ueber 100 Datensaetze) oder

durch manuelle Eingabe der Koordinaten.
► Enge Integration von Project Pluto's Guide (DOS) und Win95 Versionen, sowie von

Allstar.
► Durch Kompatibilität mit dem LX200 Protokolls kann scope.exe durch einen externen

PC mit jedem der populaeren Astroprogramme gesteuert werden.
► Drift Kompensation (lunare und solare, Kometen und automatische Korrekturen, um das

Nachfuehren zu verbessern)
► Programmierbare Teleskopbewegungen, um z.B. den Cirrus-Nebel bei hohen

► Vergroesserungen automatisch abfahren zu koennen.
► Verbesserung der Programmierbarkeit um die Initialisierung und Analyse zu

Automatisieren und um Objekte automatisch aus den Datensaetzen extrahieren zu

koennen.
► Vorprogrammierbares Beobachtungsprogramm

Über die einzelnen Probleme am Anfang möchte ich mich nicht weiter auslassen, da der Umfang des Steki nicht ausreichen dürfte. Wenn aber erst einmal alles läuft, dann ist das Programm fast idiotensicher, da man neben den umfangreichen Möglichkeiten erst einmal nur wenige Einstellungen benötigt um sinnvoll arbeiten zu können.

Die Praxis:

Für den Betrieb benutze ich einen alten P100 mit 8MB Arbeitsspeicher und einer 540MB Festplatte. Ein 486DX 66 reicht auch aus. Beim Einschalten des Rechners sollte vorher alles angeschlossen sein. Bei mir steht der Rechner in der Garage und mit dem 10m Druckerkabel stelle ich die Verbindung zum PCB her. Als Kontrollbildschirm dient ein kleiner 9 Zoll Monitor. Man sollte das Programm nur unter DOS laufen lassen, da Windows nur störend ist und es manchmal auch zu Abstürzen kommen kann. Ich benutze DOS 6.2 und habe ansonsten neben dem Programm nichts anderes auf der Festplatte gespeichert. Daher würde für den Betrieb sogar eine 40MB Festplatte ausreichen.

Beim Hochfahren des Rechners werde ich noch gefragt, welche Art von Nachführung ich benutzen möchte. Man muss wissen, dass ursprünglich die Steuerung zum Betrieb eines Dobsen geschrieben wurde und auch heute noch zum größten Teil benutzt wird. Der Umbau des Dobson ist, nach dem was ich gelesen habe, relativ einfach zu gestalten und man kann in Verbindung mit einem Bildfeldrotator einwandfreie Astrofotos machen. Ich wähle also die parallaktische Montierung und schon bin ich im Hauptprogramm. Wenn nicht anders gewünscht, wird die Uhrzeit der Rechnerzeit angepasst.

Für einen genauen Betrieb ist neben einer genauen Uhrzeit, auch das richtige Datum und eine korrekte Ausrichtung der Montierung notwendig. Daher sollte man die Uhrzeit im Bios überprüfen und entsprechend anpassen.

Ein kleines Problem tauchte bei mir auf, nachdem ich versucht habe, aus der Datenbank einen Objekt des Sonnensystems aufzurufen. Bei der Sonne wurde mir mitten im Winter ein Deklinationswert von +12 Grad angezeigt. Nach einigem Herumprobieren erkannte ich dann bei der mitgelieferten Software ein kleines Zusatzprogramm. Dieses muss vor dem Start von "Scope" ausgeführt werden. Danach kann ich in der Datei „Datafile" nach dem Verzeichnis "Planet.dat" suchen und bei Aufruf erscheinen alle Planeten , der Mond und die Sonne mit den richtigen Koordinaten. Diese Koordinaten werden dann durch drücken von "Enter" in den Speicher „Input" auf Lauerstellung gelegt.

Ich schalte nun die Nachführung ein und gehe zum Teleskope. Sollte sich zum Beispiel der Planet Jupiter im Speicher befinden, stelle ich das Teleskope per Hand so ein, dass dieser im Gesichtsfeld des Okulars erscheint. Danach wird in dem Programm auf "Reset" gedrückt und die Koordinaten im Speicher werden übertragen. Jetzt weiß die Software, wo sich mein Teleskope aktuell befindet. Dieser Schritt, der immer nach dem Aufbau geschieht, kann bei einem fest aufgestellten Teleskope unterbleiben, ist bei mir aber notwendig.

Um weitere Objekte anzufahren gehe ich wie folgt vor: aus der Datenbank Menü "File" - "Datafile" such ich erneut unter den unzähligen "dat"-Dateien eine aus, tippe mich mit der Cursor Tasten bis zu einem gewünschten Objekt durch und „Enter!". Jetzt liegen die Koordinaten diese Objekts unter "input" auf dem Schirm. Nun geht man zu "Move-Equat (oder auch AltAz,wenn so was eingegeben wurde) und wird wahrscheinlich gefragt, ob man so viele Grad wirklich fahren will?? "Y" und das Teleskope bewegt sich auf das Objekt zu.

Hierbei fährt er im Vollschrittbetrieb. Die Geschwindigkeit kann eingestellt werden hat aber seine Grenzen. Irgendwann fängt der Motor an zu brummen und nichts geht mehr. Dann muss man die Anfahrgeschwindigkeit zurückschalten. Auch die Art der Rampe und die Steilheit der Sinus oder S-förmigen Kurve kann eingestellt werden. Nach einiger Übung weiß man aber wie schnell man gehen kann und die Werte werden fest eingestellt. Die Anfahrgeschwindigkeit kann eigentlich nur dann vergrößert werden, wenn man die Betriebsspannung von z.B. 12 V auf 24 Volt erhöht oder die Übersetzung verringert. Aber Vorsicht bei höheren Spannungen, die Motoren werden dann ganz schön heiß. Angeblich kann man mit bis zu 50 Volt das PCB betreiben. So hoch fahre ich aber nicht, da der Versuch mit 24Volt mein PCB fast zerlegt hätte.

Die Deklinationsachse wird bei mir noch per Hand eingestellt. Dies ist aber unproblematisch, da man hier keine Sternzeit berücksichtigen muss. Wenn mein Stern oder der Planet zur Initialisierung näher als 20 Grad vom Objekt lag, habe ich das Objekt direkt im Okular bei 80-facher Vergrößerung aufgefunden. Der Ganze Vorgang hört sich kompliziert an, dauert in der Praxis aber nur wenige Minuten.

Die Menüführung im Hauptprogramm ist sehr einfach und kann durch die Mausfunktion unterstützt werden. Wer sich den Luxus einer Funkmaus leistet, der hat auch die Möglichkeit, kabellos das Teleskope zu steuern. Hierzu hat die rechte und linke Maustaste verschiedene Funktionen, die durch die Anzahl der Mausklicks bestimmt werden. Ich habe diese Funktion ausprobiert, bleibe aber bei dem Handtaster, da deren Aufbau auch eine sichere Steuerung bei Minusgraden zulässt.

Hauptzweck meines Umbaues war in erster Linie die Nachführgenauigkeit zu verbessern. Genau hier liegen die großen Vorteile des Programms. Am Anfang muss dem Programm zuerst ein Wert eingegeben werden, der Aussage darüber liefert, wie viele Schritte der Motor für eine 360°-Drehung der Stundenachse benötigt. Oder etwas vereinfacht ausgedrückt, es muss ermittelt werden, wie schnell sich der Schrittmotor pro Zeiteinheit drehen muss, um nach 24 Stunden 360 Grad gefahren zu fahren. Hierzu wurde das Teleskope mit einer Wasserwaage in die Horizontale gebracht und mit der Anfahrgeschwindigkeit einmal um seine Achse gedreht werden, bis die Wasserwaage erneut ausgerichtet war. Auf dem Monitor wurde vorher der Az-Wert auf 0° gestellt. Wenn der vorher eingestellte Wert richtig war, muss die Anzeige wieder auf 0° ausgerichtet sein. Dies wird vermutlich nicht der Fall sein. Über einen Dreisatz kann nun der richtige Wert ermittelt werden. Um das ganze nicht noch weiter zu vertiefen sei zum Schluss gesagt, dass das ganze einacher ist als es hier beschrieben wurde. Ähnlich kann man auch die Schrittgröße des Deklinationsmotors bestimmen.

Als ich nun zum ersten Mal mein Teleskope auf einen Stern ausrichtete, war ich von dem was ich sah begeistert. Nicht etwa der Stern war es, der mich in einen Freudentaumel versetzte, sondern der ruhige Lauf der Nachführung. Der Umbau hatte sich gelohnt. Der Stern befand sich bei ca. 280-facher Vergrößerung völlig ruhig im Fadenkreuz. Keine schnelles herauswandern war zu bemerken. Über einen längeren Zeitraum konnte ich ohne Mühe einen Stern nachführen und ihn vom Faden bedeckt lassen. Mir viel aber auf, dass ich ständig in die gleiche Richtung korrigieren musste.

Nun kam ein weiteres Hilfsmittel zum tragen. Ich schaltete in der Software die Drift ein und ließ das Programm den Wert automatisch ermitteln. Hierzu brauchte ich nur einen Schalter auf dem Handtaster nach links bewegen und ich war in dem Nachführmodus. Hier führte ich einen Stern automatisch nach und ca. 20 Minuten später stellte ich den gleichen Schalter nach rechts und das Programm ermittelte mir aus den Nachführkorrekturen den Drift-Wert. Der Stern blieb nun im Fadenkreuz. Nur die Unregelmäßigkeiten in dem Schneckengetriebe war zu bemerken. Diese liegen bei meiner Montierung bei etwa 5 Bogensekunden.

Nun noch einige Worte zur Drift. Sehr nützlich ist die Ermittlung der Drift bei der Nachführung am Mond. Während der normalen Beobachtung und eingeschalteter Drift können die Schwankungen ggü. dem Sternhimmel in beiden Achsen automatisch ausgeglichen werden. Lediglich muss beim ersten Beobachten der Wert wie oben beschrieben jedes Mal erneut ermittelt werden, da besonders die Deklinationsbewegungen sehr unterschiedlich sind. Diese kleinen Korrekturen in der Deklination können dann auch über meinen Tangentialarm bewältigt werden. Somit bleibt auch ein Mond mit starker Deklinationsänderung über einen langen Zeitraum im Okular stehen. Auch am Kometen kann die Ermittlung der Drift sehr nützlich sein, besonders wenn am Kometen nachführen möchte. Die Drift-Werte werden in Bogensekunden / Minute angezeigt bzw. eingegeben. Wenn man einmal die Drift im Osten und im Süden ermittelt wird man schnell feststellen, dass es hierbei unterschiede gibt. Dies ist das Ergebnis einer nicht hundertprozentig aufgestellten Montierung.

Eine etwas andere Art des Getriebespielsausgleichs ist auch durch das Programm ermöglicht. Es handelt sich hierbei um das sogenannte "Backlash". Gerade im Selbstbau haben die Getriebekomponenten ein gewisses Spiel, welches sich beim Wechsel der Drehrichtung bemerkbar macht. Bei der Nachführgeschwindigkeit ist dies kein Problem, da sich die Drehrichtung nicht verändert. Der Motor dreht sich höchsten langsamer oder schneller, aber immer in die selbe Richtung. Anders ist es, wenn man im Halbschrittbetrieb mit einer Bogenminute pro Sekunde ein Objekt sucht oder über den Mond / der Sonne umherspechtelt. Da ist es ganz angenehm, wenn beim Wechsel der Drehrichtung die Montierung sofort reagiert. Das Getriebespiel wird beim Wechsel durch schnelles drehen des Motors ausgeglichen. Die Geschwindigkeit ist frei wählbar. Aber Vorsicht, der Wert muss genau sein, da ansonsten das Objekt herausläuft. Ein weiter Vorteil ist das „Backlash" bei meinem Deklinationsmotor. Im Nachführbetrieb dauert es normalerweise sehr lange, bis die Nachführung bei dem Wechsel der Drehrichtung reagiert. Jetzt, bei korrektem Getriebespielausgleich, reagiert die Nachführung sofort, da mit der 100-fachen Geschwindigkeit ggü. der Nachführgeschwindigkeit das Spiel überbrückt wird.

PEC: Periodic error correction (Elektronischer Getriebespielausgleich)

Mit der Möglichkeit von PEC habe ich mich noch nicht auseinandergesetzt. Dies ist aber in der nächsten Zeit notwendig, um die eigentlichen Vorzüge des Programms voll auszunutzen.

Leider ist die Einrichtung der PEC Funktionalität bei Mel Bartels scope.exe nicht ganz einfach. Eine gute Einführung zu dem Thema gibt es von Rolf Apitzsch, die in einer von Willi Wacker überarbeiteten und bereitgestellten Version unter http://www.starwack.de/pec_erst.html zu finden ist. Meine Ausführungen basieren auf seine Anleitung.

PEC bedeutet, dass das unvermeidliche mechanische ,,Eiern" einer Schnecke durch jeweils kleinste Geschwindigkeitsveränderungen im Antrieb ausgeglichen wird. Das ist eigentlich alles. Wichtig ist natürlich, dass diese Geschwindigkeitsänderungen immer synchron mit der Mechanik laufen. Konkret heißt das, man zeichnet eine periodische Fehlerkorrektur auf und diese gilt dann so lange, wie man Mechanik und den Programmablauf fest gekoppelt hat.

In der PEC.DAT speichert Mel diese Korrekturtabelle ab. Jeweils 200 Meßpunkte pro Schneckenumdrehung. Im ersten Teil 200 für die Altitude und im zweiten Teil 200 für den Azimut. Ein Korrekturwert von z.B 40 in dieser Tabelle bedeutet, dass das Programm an der entsprechenden Schneckenposition 4" Abweichung korrigieren muss. Positive Werte heißen: Montierung muss langsamer laufen. Negative Werte führen zur Beschleunigung des Antriebes. Bevor man mit PEC beginnst, müssen die „Bogensekunden pro Vollschritt" und der Getriebespielausgleich „Backlash" stimmen. Nachdem noch einige andere Voreinstellungen durchgeführt wurden, kann die eigentliche Aufzeichnung des PEC beginnen. Zuerst suche ich mir einen Stern um den Himmelsäquator herum aus und visiere ihn über mein Fadenkreuzokular an. Wenn möglich hoch vergrößern. Am Handtaster wird noch ein Schalter umgelegt und die Aufzeichnung beginnt.

Beim Starten der Aufzeichnung gibt der PC einen Ton von sich. Jetzt läuft die Aufzeichnung für 3 volle Umdrehungen der Schnecke. Man sollte diese Zeit vorher ausrechnen, damit man die Geduld nicht verliert. Es ist egal wo man auf der Schnecke gerade beginnt. Am Ende nutzt Mel die 2 in der Mitte liegenden vollen Aufzeichnungszyklen. Man kann das alles mehrmals machen und mit einer Barlow bei gutem Seeing immer weiter verbessern (oder bei schlechtem Seeing verschlimmbessern) OK, nach dem Ende der Aufzeichnung gilt es jetzt die Korrekturtabellen zu mitteln, zu glätten und zu aktivieren. Wenn man nun eine sogenannte Abschalt- und Einschaltprozedur beachtet, läuft die Mechanik PEC-korrigiert.

Die Guide (Nachführ)-Geschwindigkeit kann beliebig in Bogensekunden eingestellt werden. Bei mir ist der Wert 5 eingestellt. Dies bedeutet, dass bei einem Tastendruck von 1 Sekunde 5 Bogensekunden korrigiert werden können. Mit dieser Einstellung sind sehr weiche Korrekturen möglich.

Das PCB hat optional die Möglichkeit, einen Autoguider anzuschließen. Dies ist besonders für die PEC-Aufzeichnung ein gutes Hilfsmittel Da die Anschaffung eines Autoguiders zur Zeit aber nicht ansteht, wähle ich die sportlichere Variante und führe über ein Fadenkreuzokular nach. Eine ständige Kontrolle ist nach dem Umbau aber nur noch ab Brennweiten über 300mm notwendig. Testaufnahmen von 20 Minuten mit einem 200mm Objektiv ohne Nachführkontrolle ergaben absolut punktförmige Sterne. Nach dieser Zeit lag der Stern nur leicht außerhalb des

Fadenkreuze.

Die oben beschriebenen Möglichkeiten sind nur ein Bruchteil der Möglichkeiten, die dieses Programm bietet. So gibt es eine Zwei- und Drei-Sterne-Initialisierung oder andere Möglichkeiten, um die Anfahrgenauigkeit auch über große Strecken zu optimieren. Ich begnüge mich vorerst damit, eine helles Objekt in der Nähe des gesuchten Objekt einzustellen, die Koordinaten zu übernehmen, um dann aus der umfangreichen Datenbank die gesuchten Objekte anzufahren. Hierbei reicht es, ein Initialisierungsstern zu finden, der Näher als 30 ° vom Objekt entfernt ist. Dies ist immer gegeben. Ein weiterer Vorteil meiner Vorgehensweise ist es, dass das Fernrohr nicht so lange fahren muss, da bei meiner hohen Übersetzung nur 10° pro Minute gefahren werden können.

Alles in allem ist die Steuerung nach Mel Bartels eine kostengünstige Alternative, wenn man sein Fernrohr mit einer Nachführkontrolle ausstatten will, welche die oben beschriebenen Möglichkeiten bietet. Montierungen mit vorhandenen Schrittmotoren können ohne weiteres auf das System adaptiert werden, da die Steuerung einen hohen Spielraum in der Getriebeübersetzung zulässt. Wer einen Dobson hat und auch fotografieren möchte, findet ebenfalls das richtige Werkzeug für die Umsetzung.