Teleskope

Selbstbau eines Triplett-Apochromaten
Auf der Hückelhovener Astronomiemesse im Herbst 2006 lag an einem Verkaufsstand ein gefasstes einzelnes Objektiv. Ich nahm es in die Hand und ließ das Licht der großen Turnhallendeckenbeleuchtung hindurch auf den Boden fallen. Die Abbildung war sehr naturgetreu, ohne Farbstiche, Bildfeldverzerrungen oder sonstige Auffälligkeiten. Auf der Objektivfassung stand unter anderem „Triplet-APO“.

Nach dem Messebesuch beschäftigte ich mich auf meiner Heimfahrt neben dem Autofahren vermehrt mit dem Gedanken, ob ich mir nicht einmal versuchsweise als „Projekt für Regentage“ ein Teleskop bauen sollte. Der Gedanke reifte immer mehr, und so habe ich ein halbes Jahr später den Händler kontaktiert, ob dieses Objektiv noch zu haben sei, und ob er es mit zum ATT nach Essen bringen könnte. Ich hatte Glück, das Objektiv war noch zu haben. Hierbei erfuhr ich auch, warum diese vereinzelten Objektive überhaupt angeboten wurden. Der Händler bekommt grundsätzlich mehr Objektive geliefert als bestellt. Im Falle von Reklamationen durch nicht bestandene Wareneingangsprüfungen kann er ohne großen bürokratischen Aufwand sofort ein Ersatzobjektiv einsetzen. Die Konsequenz ist, dass nach einiger Zeit ein paar gute Objektive übrig sind, die der Bastler wunderbar nutzen kann. Ich hatte mir dann das Objektiv bestellt und war seit dem ATT im Frühjahr 2007 ein stolzer Besitzer eines Triplett-Apochromaten, mit dem ich vorerst allerdings noch nicht viel anfangen konnte.

Die Entwicklungsphase
Mit Hilfe einer optischen Bank (Prismenschiene mit Skalierung) wurden zunächst die Fokuslagen im „Unendlichen“ für alle vorliegenden Zubehörteile an einem weit entfernten Strommast bestimmt (Abb. 1). Unter Berücksichtigung des Okularauszugstellbereiches konnte ich ab einer zuvor definierten Kante des Objektivs die erforderliche Tubuslänge bestimmen. Im Unternehmen hatte ich durch meinen Vorgesetzten zudem die Möglichkeit bekommen, ein CAD-Programm während meiner Pausenzeiten zu nutzen. Mit dem CAD-Programm habe ich mir nach erfolgreicher Einarbeitung das komplette Teleskop zunächst als dreidimensionales Modell virtuell entwickelt. Hierzu zählte einerseits die Überführung von bereits vorhandenen Zukaufteilen in ein Modell. Zum anderen mussten Einzelteile neu konstruiert werden.

Das Objektiv
Das Objektiv hat einen freien Durchmesser von 80 mm und eine Brennweite von 560 mm. Die drei Linsen des Tripletts sind geschraubt gefügt. Es entstammte der SCOPOS-Modellreihe von Teleskop-Service.

Der Okularauszug
Bei dem Okularauszug habe ich mich für ein Zukaufteil von Teleskop-Service entschieden. Er besitzt eine 10:1-Untersetzung, die als gleiche Modellreihe schon an meinem 12-Zoll-Newton erfolgreich zum Einsatz gekommen war. Zudem wäre die komplette Neuentwicklung einer solchen Fokussiereinheit zu aufwändig gewesen, warum sollte ich hier das Rad wieder neu erfinden?

Die Objektivhalterung
An der Objektivhalterung habe ich etwas länger entwickelt, da ich unbedingt verhindern wollte, dass man zur Justierung des Objektivs Werkzeug von vorne in die Taukappe stecken muss. Hier hatte ich Bedenken, dass man während der nächtlichen Justierung am Stern abrutscht, und sich dabei das Objektiv beschädigt. Das Ergebnis war eine Halterung, bei der man das Objektiv okularseitig mit jeweils drei Zug- und Druckschrauben einstellen kann. Hierdurch konnte auch der Durchmesser der Taukappe merkbar verkleinert werden, weil der sonst zusätzliche Platzbedarf für die Zug- und Druckschrauben neben dem Objektiv entfallen konnte.
Tubus, Taukappe und Sucherhalterung. Ich habe mich letztlich trotz bekannter Temperaturausdehnungsproblematiken für Aluminium entschieden, da dieses Material leicht zu bearbeiten und bezahlbar war. Die Taukappe besitzt einen Durchmesser von 120 mm mit einer Wandstärke von 3 mm. Das Tubus-Rohr hat hingegen bei 90 mm Durchmesser nur 2 mm Wandstärke und ist nach Berücksichtigung aller Fokuslagen meines Zubehörs letztlich 335,5 mm lang geworden. Die Taukappe wird über eine „Filz-Passung“ auf die Objektivhalterung aufgeschoben, während das Tubus-Rohr sowohl am Okularauszug als auch an der Objektivhalterung mit Schrauben fixiert wird. Ich hatte noch einen Sucher von der russischen INTES-Baureihe übrig. Eine entsprechende Sucherhalterung habe ich hierfür an meinem Maksutov. Diese wurde vom Prinzip her einfach kopiert, lediglich der Auflage-Radius der Sucherhalterung wurde entsprechend an den neuen Tubusdurchmesser angepasst.

Die Streulichtblenden
Mit diesem Thema habe ich mich nach längerer Internetrecherche an Wolfgang Höhle (ist Fachgruppenmitglied bei Amateurteleskope/Selbstbau) gewandt, der in der Szene für seine Eigenbauten bekannt ist. Die Diskussion mit ihm war sehr wertvoll. Sie veranlasste mich schließlich, Kegelblenden zu verwenden. Diese haben die wesentlichen Vorteile, dass sie einerseits leicht zu fertigen sind. Andererseits streuen sie durch die messerscharfen Kanten fast kein Licht. Weiterhin ist durch die objektivseitige Kegelform sichergestellt, dass vagabundierende Reflexionen in die Tubusinnenwand gelenkt werden und darin „totlaufen“. An dieser Stelle noch einmal herzlichen Dank an Wolfgang für die kompetente Beratung. Die Kegelblenden (insgesamt 7 Stück) wurden schließlich so ausgelegt, dass ein Kleinbild-Negativ im Fokus vignettierungsfrei belichtet werden kann. Die Abstände der Blenden untereinander müssen dabei so dimensioniert sein, dass man (durch den Okularauszug Richtung Objektiv schauend) keine Tubus-Innenwand sehen darf. Je nach gewähltem Tubusdurchmesser ergibt sich somit eine bestimmte Anzahl von Blenden. Generell gilt, je größer der Tubusdurchmesser, desto weniger Blenden werden benötigt, an denen Streulicht generiert werden kann. Es war für mich aber auch eine Frage des persönlichen Geschmacks. Ich habe lieber ein paar Blenden mehr spendiert, damit der Refraktor am Ende nicht wie ein aufgeblasener Kugelfisch aussieht. Eine Vorstellung der finalen Anordnung gibt das geschnittene dreidimensionale Modell des – zumindest virtuell – fertiggestellten Teleskops (Abb. 2).

Die Fertigungsphase
Nach Bestellung des Rohmaterials habe ich die Komponenten Taukappe, Tubus und Blendenringe drehen lassen. Die Objektivhalterung war hingegen aufwändiger zu fertigen und erforderte eine Bearbeitung auf einer CNC-gesteuerten Fräsmaschine (Abb. 3). An der Sucherhalterung hat sich ein Auszubildender versucht – mit Erfolg. Auch hier möchte ich es nicht versäumen, mich für die Unterstützung zur Bearbeitung der Metallteile zu bedanken!
Es geht manchmal aber auch etwas schief. Daher soll es auch nicht unerwähnt bleiben, dass sich der erste Taukappenrohling trotz festem Anzug aus dem Spannfutter der Drehmaschine gerissen und dabei ehrfurchteinflößende Verformungen erlitt. Gott sei Dank wurde niemand verletzt und der Schaden reduzierte sich ausschließlich auf einen neuen Taukappenrohling. Das verformte „Mahnmal“ ziert noch heute meinen Hobby-Schrank für den Fall, dass ich noch einmal mit so einem Projekt beginnen sollte.

Die Fertigstellung
Ich weiß nicht warum, aber für mich ist ein klassischer Refraktor immer weiß. Damit auch im täglichen Gebrauch keine Lackschäden auftreten, sobald man einmal versehentlich gegen das Teleskop stößt, habe ich die Einzelteile pulverbeschichten lassen. Taukappe, Sucher und Tubus wurden weiß beschichtet, während die Objektivhalterung, die Suchertaukappe, die Sucherhalterung und die zugekauften Rohrschellen schwarz beschichtet wurden. Die Montage aller Einzelteile führte dann im Dezember 2008 zum fertigen Teleskop (Abb. 4). Die 3-Zoll-Prismenschiene ist ebenfalls ein Zukaufteil, welche noch mit zwei zusätzlichen 1/4-Zoll-Gewinden ergänzt wurde. Somit ist der Refraktor selbst im Urlaub auf einer kleinen Super-Polaris-Montierung problemlos montierbar.

Das „First Light“
Am Abend des 29. Dezember 2008 konnte ich dann mein „First Light“ unter klarem Himmel durchführen. Die Trapezsterne im Orion waren auffällig sauber getrennt, M 42 war im 30-mm-Okular mit knapp 19-facher Vergrößerung ein toller Anblick. Einige Tage später habe ich dann den Mond fokal belichtet (Abb. 5). Weiterhin entstand eine erste fokale RGB-Aufnahme von M 42 (Abb. 6). Auch M 27 zeigte nach erfolgter Farbkalibrierung [1] eine schöne Sternabbildung bis in den Randbereich (Abb. 7).

Ein Fazit
Es hat sehr viel Spaß gemacht, sein eigenes Teleskop zu entwickeln, auch wenn das Linsenschleifen nicht speziell dazugehörte. Die benötigte Zeit von eineinhalb Jahren erscheint natürlich im ersten Hinblick sehr lang. Jedoch muss hierbei die Einarbeitungszeit für das CAD-Programm sowie die immer nur in kleinen Stückchen vorangetriebene Entwicklung am dreidimensionalen Modell berücksichtigt werden, die leider nicht in zusammenhängenden, länger andauernden Arbeitsphasen durchgeführt werden konnte. Die Kosten überstiegen zwar – wie schon zu erwarten – die eines käuflichen Teleskops dieser Klasse, allerdings konnten bei meinem Gerät dafür individuelle Wünsche integriert werden. Ich bin mit dem Refraktor absolut zufrieden [2], die befürchteten Temperaturprobleme konnten bisher nicht als störend identifiziert werden, auch wenn sie physikalisch natürlich nicht wegzudiskutieren sind. Im täglichen Gebrauch jedenfalls liegt für den visuellen und fotografischen Einsatz ein sehr taugliches Gerät vor, mit 4,5 kg in entsprechend robuster Ausführung. Zudem wurde im August 2010 mit diesem Gerät die offizielle Aufnahme in die Internationale Astronomische Union (IAU) durch einen eigenen „MPC-code“ genehmigt [3]. Dies belegt zumindest ein Stückweit die Qualität meiner Eigenentwicklung. Wenn ich etwas mehr Zeit hätte, würde ich so ein Bastelprojekt sofort wieder beginnen!

Autor: Thorsten Zilch

Literaturhinweise:
[1] H. Tomsik, P. Riepe, 2008: „Farbkalibration einer CCD-Aufnahme mit Hilfe von G2-Sternen“, VdS-Journal für Astronomie 5, 57
[2] T. Zilch, 2010: „M17 – Mein erster Projekterfolg“, VdS-Journal für Astronomie 33, 74
[3] T. Zilch, 2011: „Der Weg zum eigenen MPC-Code“, VdS-Journal für Astronomie 42, 61

Abb. 1: Erster Test auf einer optischen Bank

 

Abb. 2: Schnitt durch das CAD-Modell des virtuellen Teleskops

 


Abb. 3: Die Objektivhalterung nach der Bearbeitung

 

Abb. 4: Fertiggestelltes Teleskop

 

Abb. 5: Mond, 06.01.2009, 10 x 0,01 s, ATIK-16HR-CCD-Kamera

 


Abb. 6: M 42, 25.01.2009, RGB je 10 x 120 s, ATIK-16HR-CCD-Kamera
 
 

Himmelsspiegel – entspannte Sternbeobachtung mit dem Fernglas
So, ist fertig …“ Kurz und knapp war die E-Mail von Tischlermeister Ron Dienes aus meinem Heimatdorf, um mir mitzuteilen, dass meine Fernglasmontierung aus Korkeichenfurnier abgeholt werden konnte.

Doch zunächst zur Vorgeschichte. Der Begriff „Himmelsspiegel“ ist meine freie Übersetzung für eine vor mehr als 15 Jahren in den USA angebotene, hochwertig verarbeitete Fernglasmontierung mit dem Namen „Sky Window“. Die aus eloxiertem Aluminium sauber verarbeitete Fernglasmontierung wurde seinerzeit zum „Hot Product“ erkoren und hatte schnell viele Liebhaber. Nur wenige Jahre später wurde die Produktion aus Kostengründen leider eingestellt.

Was verbirgt sich hinter diesem „Sky Window“? Es ist eine komplett aufgebaute Vorrichtung zur Montage eines Fernglases, mit dem man mittels eines integrierten Spiegels den zenitnahen Sternenhimmel in bequemer Sitzhaltung beobachten kann. Es handelt sich jedoch nicht um einen handelsüblichen Wandspiegel, sondern um einen sogenannten „First Surface Mirror“, zu Deutsch um einen „Vorderflächenspiegel“. Dieser hat im Gegensatz zum Wandspiegel seine Reflexionsschicht nicht auf der Rückseite des Glasträgers, sondern direkt auf der vorderen Fläche. Des Weiteren unterscheidet sich der notwendige Spiegel durch eine ausreichend genaue Planheit. Für die Beobachtung mit Ferngläsern und moderater Vergrößerung sollte die Oberflächengenauigkeit mindestens bei Lambda 1 der Lichtwellenlänge des sichtbaren Lichts (gemessen bei ca. 560 Nanometer) liegen. Wo findet man diese Vorderflächenspiegel noch? Zum Beispiel an vielen Supermarktkassen mit Lichtscannern oder Umlenkspiegeln für Bildprojektionen. Hier reichen allerdings meist Genauigkeiten von Lambda 6. Diese Spiegel sind für die Fernglasbeobachtung jedoch wenig geeignet. Ein niederländischer Sternfreund besitzt solch ein „Sky Window“ schon seit mehr als 15 Jahren und inspirierte mich schon früh damit. Doch tiefer eingestiegen in die Thematik bin ich erst wieder im Mai 2018.

Es nahm seinen Anfang auf der Messe „ATT“ in Essen und war eine „hochpreisige“ Bauchentscheidung, die so nicht geplant war. Aufgrund vieler Augenfehler und der Tatsache, dass ich nur noch mit Brille beobachten kann, war die Suche nach einem geeigneten Fernglas nicht einfach. Die Entscheidung fiel nach vielen Testbeobachtungen „augenscheinlich“ auf ein Swarovski EL 12×50. Ein Kilogramm schwer, aber trotzdem handlich. Die ersten Blicke an den Sternenhimmel, noch am gleichen Abend, waren faszinierend, so dass schnell der Wunsch aufkam, dieses Glas mit einem Sky Window stationär einsetzen zu wollen.

Abb. 1: Diese Aufnahme zeigt den einsatzbereiten Prototypen des Himmelspiegels mit montiertem Fernglas auf einem Fotostativ.

Über drei Monate habe ich vergeblich nach einem gebrauchten Instrument gesucht und entschied mich letztendlich für einen Selbstbau. Versuche, im Inland an einen geeigneten Vorderflächenspiegel zu gelangen, scheiterten an der Tatsache, dass ich „nur“ Privatperson bin und nicht geschäftliche Avancen hatte. So habe ich nach einiger Recherche im Internet einen Vorderflächenspiegel aus den USA bezogen [1]. Bestellung und Lieferung funktionierten problemlos. Binnen drei Tagen war der 200 mm x 250 mm messende und 6 mm starke Vorderflächenspiegel mit einer Genauigkeit von Lambda 1 geliefert. Kosten inklusive Fracht und Co. betrugen rund 80 EUR (Stand August 2018). Erste provisorische Beobachtungen mit Spiegel und Fernglas waren erfolgreich. So legte ich den Spiegel entweder auf eine Decke auf die Wiese oder auf einen Tisch und beobachtete über den Spiegel mit dem Fernglas im Stehen oder Sitzen. Eine passende Fernglasmontierung musste also her.

Abb. 2: Eine Skizze mit Maßen diente als Vorlage für die Tischler-Version des Himmelsspiegels.

Im August 2018 besorgte ich mir diverse Holzteile und Utensilien, die geeignet waren, einen Prototypen zu bauen. Buchenrundstäbe, Rohrbefestigungen aus dem Heizungs- und Sanitärbereich und Multiplex Holzplatten aus dem Baumarkt dienten als Baumaterial. An einem Samstagnachmittag entstand so ein Versuchsaufbau (Abb. 1), den ich auf einem Fotostativ montierte und noch am gleichen Abend am Sternenhimmel ausprobierte. Als Lohn entstand eine Zeichnung des sogenannten Kleiderbügelhaufens (ein Asterismus im Sternbild Vulpecula), der hoch am Himmel stand und sich im Sitzen bequem beobachten und zeichnen ließ. Der Praxistest war also bestanden. Da ich ein Freund von schönen Dingen aus Holz bin, sollte es nicht bei diesem sicher funktionellen Aufbau bleiben. Der Prototyp fand inzwischen schnell einen dankbaren Abnehmer. Inspiriert durch andere Selbstbauten erstellte ich unter Einbindung meiner Erfahrung mit dem Versuchsaufbau eine grobe Konstruktionszeichnung (Abb. 2), die als Grundlage für eine professionelle Version dienen sollte. Da ich nicht über geeignetes Werkzeug verfüge, recherchierte ich im Internet nach lokalen Tischlerei-Betrieben, um mir eine edle Holzversion nach meinen Plänen bauen zu lassen. Geschickterweise ergab es sich, dass ein junger Tischlermeister nur wenige hundert Meter weiter im gleichen Dorf wohnte, und seine Werkstatt in der Nähe lag. Der erste Kontakt war sehr vielversprechend, und nach Einsicht meiner Pläne hatte ich ihn für dieses außergewöhnliche Projekt sofort gewinnen können, nur etwas Zeit müsse ich mitbringen.

Abb. 3: Der Spiegeltisch ist so konstruiert, dass er sich entlang eines Schlitzes einige Zentimeter verstellen lässt, um ggf. auf einen abweichenden Neigungswinkel des Fernglases zu reagieren. Mit den Rändelschrauben lässt sich die Friktion der Neigeachse des Spiegeltischs einstellen.

Er war der ideale Partner für dieses Projekt, da er selbst exklusive Projekte wie Holzverkleidungen an Motorrädern usw. verwirklichte. Ein eigens von mir angefertigtes simples Pappmodell diente als greifbare Vorlage, wobei ich ihm einen gewissen künstlerischen Freiraum zur Umsetzung gab. Auch die Materialwahl legte ich nicht fest. Nach etwa zehn Wochen war dann mein eigener „Himmelsspiegel“ fertig. Als Material verwendete er u.a. Korkeichen-Furnier als Multiplexmaterial, welches mit Öl nach der Holzbearbeitung entsprechend veredelt wurde. Die fertige Version sieht sehr filigran aus und hat mir auf Anhieb gefallen. Der Spiegel passt, ohne zu verspannen, perfekt in den Haltetisch und lässt sich mit einer farblich passenden Korkplatte vor Staub schützen. Der Spiegeltisch ist gemäß meinen Plänen nicht fixiert, sondern lässt sich einige Zentimeter in einem Schlitz verstellen (Abb. 3). Ebenso ist die Neigung des Fernglases einstellbar. Optisch passende Rändelschrauben dienen zur Befestigung bzw. Einstellung der Spiegeltisch-Friktion sowie der Neigung der Fernglashalterung der Firma Berlebach, welche mein Fernglas aufnimmt. Eine in die Holz-Grundplatte der Fernglasmontierung eingebrachte Fotogewindebuchse dient zur Montage auf einem 2D-Neiger auf einem Fotostativ, so dass der komplett aufgebaute Himmelsspiegel am Sternenhimmel in alle Richtungen bewegt werden kann (Abb. 4). Eine passende hölzerne Transportkiste für den Himmelsspiegel ist in Planung.

Abb. 4: Kompletter Aufbau des Himmelsspiegels mit Abdeckung auf einem 2D-Neiger auf Fotostativ. Auf der Unterseite der Grundplatte sind drei Filz-Füße montiert, um den Himmelsspiegel auch direkt auf einem Tisch oder einer anderen geraden und glatten Fläche zu positionieren. Eine universale Fernglashalterung der Firma Berlebach ist auf einem schwenkbaren Holzsteg montiert, um die Neigung des Fernglases zu variieren.

 

Autor: Jens Leich

Quellen
(Stand: Februar 2019):
[1] Bezugsquelle Spiegel: https://frstsurfacemirror.com/glass-frstsurface-mirror/ (Stand 26.10.2018)

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