Die Avalon-Montierungen: Transportable Montierungen für die Astrofotografie

Das Ziel: Absolute Zuverlässigkeit 

Die Avalon LineAR und M-Uno Fast Reverse Montierungen sind parallaktische Montierungen, die speziell für die Astrofotografie entwickelt wurden. Mit einer Tragfähigkeit von 20 bis 25 kg sind sie von Ihrer Konstruktion, Klasse und Preis konkurrenzlos und für die visuelle als auch fotografische Beobachtung gleichermaßen gut geeignet. Die M-Zero bietet die selbe Technik, nur reisetauglicher und mit geringerer Traglast von 8 bis 13 kg. Die M-Zeta, mit einer Traglast von 20 kg bis 20+10kg in Dual Dec. Mode, eine völlig neue, azimutale Einarm- Montierung, bietet die bewährte Kombination aus Stil und Funktionalität, für die Avalon bekannt ist.

Das wichtigste Ziel von Avalon war, die perfekte Montierung für die Astrofotografie auf den Markt zu bringen. Sie sollte frei sein von Spiel oder Vibrationen, mit höchster Präzision gefertigt – und im Feldeinsatz absolut zuverlässig. Jeder Astrofotograf träumt von einer stabilen, leisen Montierung, die einfach nur problemlos ihren Dienst tut, gut zu transportieren ist, sich komfortabel einnorden lässt, sauber nachführt und dennoch erschwinglich ist.

Eine revolutionäre Technologie: Präzisions-Zahnriemenantrieb

Die Ingenieure von Avalon Instruments wollten alle durch Getriebespiel verursachten Probleme beseitigen und zugleich die mechanischen Komponenten (Zahnräder und Schnecken) traditioneller parallaktischer Montierungen eliminieren. Die Lösung war ein Antrieb mittels Triebscheiben und Zahnriemen. Dabei kommt ein vierstufiges Übersetzungsgetriebe zum Einsatz. Diese Technik wird mit großem Erfolg für industrielle mechanische Anwendungen eingesetzt, da sie eine perfekte Kraftübertragung ohne Spiel und Lärm ermöglicht. Die Kräfte werden dabei linear übertragen, was eine sehr hohe Präzision ermöglicht.

Vorteile des Zahnriemens

Ein Zahnriemenantrieb, der bauartbedingt kein Umkehrspiel aufweist, ist aufgrund seines Wirkungsprinzips anderen mechanischen Antriebskonstruktionen überlegen. Beim Einsatz von Schneckentrieben berühren sich die beweglichen Teile jeweils nur an einem Kontaktpunkt. Dadurch führen die Hebelkräfte und Spannungen im Montierungsantrieb zu kleinen, nichtlinearen Ungenauigkeiten im Antrieb. Dazu kommen – durch Fertigungstoleranzen bedingt – teilweise irreguläre Rundlauffehler von Schnecke und Schneckenrad. Das Ergebnis ist eine von Spitzen überlagerte Pendelbewegung des Antriebs, der so genannte periodische Schneckenfehler (PE = Periodic Error). Dieser Pendelfehler ist proportional zur Aufnahmebrennweite; je länger die Aufnahmebrennweite ist, desto stärker fällt er ins Gewicht.

Durch das vierfache Untersetzungsgetriebe haben auch die Avalon Montierungen einen Pendelfehler von typisch +/- 5 bis 7 Bogensekunden. Diese Pendelbewegung verläuft aber – im Gegensatz zu einem Schneckeradantrieb –absolut gleichmäßig linear und kann deshalb problemlos von jedem AutoGuiding System auskorrigiert werden.

Der Grund für den gleichmäßigen linearen Fehler liegt im Riemenantrieb, da es keinen direkten Kontakt zwischen den Antriebsrädern gibt und die Bewegungen durch den Riemen vollständig ohne Spiel weitergegeben werden. Der Zahnriemen liegt auf einer großen Fläche des Rads auf, sodass Bewegungen sehr fein und gleichmäßig übertragen werden – ohne die Spitzen, Brems- und Beschleunigungsphasen, die für Systeme mit Schneckenantrieb typisch sind und auch mit AutoGuidern zu Problemen führen können. AutoGuider reagieren in der Regel zu langsam, um so plötzliche Schwankungen im Antrieb auszugleichen.

Jeder erfahrene Astrofotograf weiß aus der Praxis, dass auch gut kalibrierte Autoguider bei traditionellen Montierungen an ihre Grenzen stoßen können, selbst wenn die Montierung gleichmäßig läuft. Störungen, die zwischen dem Leitrohr und der Mechanik des Instruments auftreten, werden von der Nachführkamera nicht aufgezeichnet.

Unterschiedliche Wärmeausdehnung, Verbiegungen und Verdrehungen vor allem in der Nähe des Meridians belasten das Getriebe (das im Gleichgewicht ist) unterschiedlich und führen zu Schwingungen, die zu unerwünschten Verschiebungen und plötzlichen Bewegungen führen.

Avalon-Montierungen und der Periodische Fehler

Dass auch die Avalon-Montierungen mit Zahnriemenantrieb einen Pendelfehler in Rektaszension haben, wurde bereits oben angemerkt. An dieser Stelle muss erwähnt werden, dass die klassischen Softwarelösungen zur Reduzierung dieses Fehlers (PEC) hier nicht greifen. Die Fehler der vier Untersetzungsgetriebe überlagern sich und zudem gibt es keine Schnecke und somit auch keine Schneckenposition, anhand der die Software den Pendelfehler messen könnte.

Die Montierung benötigt also – zumindest für die fotografische Beobachtung – ein AutoGuider System (die Nachführkontrolle kann natürlich auch manuell über ein Fadenkreuzokular durchgeführt werden). Dank der gleichmäßigen Nachführung und der schnellen Reaktion auf Korrekturen, sogar bei niedriger Korrekturrate von 0,125-fach, kann der Pendelfehler durch den AutoGuider perfekt auskorrigiert werden. Obwohl der Nachführfehler durch die Untersetzungsgetriebe absolut gesehen relativ groß ist (typische Werte liegen bei +/-5 bis +/-7 Bogensekunden), ist das kein Grund zur Sorge: Die Montierung hat dank der vierstufigen Untersetzung mit Zahnriemen einen sehr langsamen und gleichmäßigen Fehler, den Autoguider leicht ausgleichen können – sogar bei Teleskopen mit zwei bis drei Metern Brennweite.

NGC6888, Aufnahme von Sara Wager. Montierung: Avalon Linear Fast Reverse. Teleskop: Takahashi FSQ85 mit 0,73x Reducer. Kamera: Atik 460EXM mit 3nm H-alpha und 3nm OIII Filter. Belichtung: 10x 1800s H-alpha, 14x 1800s OIII, Gesamtbelichtungszeit 12 Stunden.

Das Ergebnis: Perfekt nachgeführte Bilder

Das Testbild rechts zeigt ein gestacktes Endbild von 4x30 Minuten und 1x20 Minuten Belichtung, aufgenommen durch ein Celestron C925 EdgeHD bei einer Brennweite von 2350mm, aufgenommen mit einer Canon 1000 D (keine Darks, keine Flats).

Bei der visuellen Beobachtung mit hohen Vergrößerungen fällt sofort die sehr gute Schwingungsdämpfung auf. Richtungswechsel bei Schwenks mit der Handsteuerbox werden sofort übertragen, auch bei großen Teleskopen mit langen Brennweiten stört kein Backlash und keine unvorhergesehenen Sprünge in der Nachführung. Durch den linearen Pendelfehler in Rektaszension und den umkehrspielfreien Antrieb können langbrennweitige Optiken von bis zu 3000 mm Brennweite durchaus mit kurzbrennweitigen Leitrohren von 500-600 mm Brennweite und einer geringen Korrekturrate von 0,125-fach nachgeführt werden.

Ein weiterer positiver Nebeneffekt: die Riemenantriebe arbeiten nahezu geräuschlos. Nicht zu unterschätzen, wenn häufig in der Nacht über die GoTo Steuerung positioniert wird.

Die Montierungen lassen sich sehr einfach perfekt ausbalancieren, da sie nicht unter den Problemen leiden, die durch Lastwechsel beim Schwenk über den Meridian auftreten. Die Kraftübertragung über eine vierstufige Untersetzung kann mechanisch gesehen zu größeren Nachführfehlern führen als bei konventionellen Montierungen derselben Preisklasse. Da es aber keine Spitzen oder plötzliche Geschwindigkeitsänderungen gibt, sind mit einem Autoguider sehr lange Belichtungszeiten mit extrem ruhigen Gleichlauf möglich. Sogar mit über zwanzig Kilogramm Nutzlast braucht die M-Uno oder LineAR den Vergleich mit wesentlich teureren und schwereren Montierungen nicht zu scheuen.

Das Ergebnis: Perfekt nachgeführte Bilder mit RUNDEN Sternen. Die positiven Eigenschaften der Zahnriemen-Untersetzung waren schon in der ersten Nacht zu sehen: nach vielen Tests mit Brennweiten zwischen 1 und 3 Metern Brennweite und einzelnen Belichtungszeiten von bis zu 30 Minuten gab es keine einzige Aufnahme mit verzogenen Sternen. Einige Aufnahmen, die mit der LineAR, M-Uno und M-Zero entstanden sind, finden Sie unter avalon-instruments.com (klicken Sie dort die Bilder an).

Wartungs- und justagefrei

Ein Nebeneffekt der Zahnriemen ist, dass Sie keine Schmiermittel benötigen – in der Montierung ist daher kein Schmierfett. Durch den Riemenzug gibt es unabhängig von Zuladung, Abnutzung oder Temperatur auch kein Getriebespiel. In der LineAR wurden keine Materialien verbaut, die für Abnutzung oder Korrosion anfällig sind. Sobald sie perfekt ausbalanciert ist, sind im laufenden Betrieb keine Veränderungen mehr nötig. Traditionelle Montierungen mit Schneckentrieb müssen vor und nach der Meridianpassage jeweils neu ausbalanciert werden, um den „Pendel-Effekt“ zu minimieren. Wenn die Avalon-Montierung einmal eingestellt wurde, existiert ein perfektes Massegleichgewicht – ideal auch für die Festaufstellung oder für ferngesteuerte Sternwarten.

Ein alternatives Montierungs-Konzept: M-Uno parallaktische Einarm-Gabelmontierung

Die klassische, parallaktisch aufgestellte Gabelmontierung wird erfolgreich mit kompakten Teleskopen wie Schmidt-Cassegrains eingesetzt. Ihre Stabilität und die kompakten Abmessungen gehören zu den Gründen für ihre Beliebtheit. Die Avalon M-Uno ergänzt diese Eigenschaften um hervorragende Stabilität und moderne Technik, um mögliche Probleme zu beseitigen. Die spezielle Konstruktion und das Design garantieren eine außergewöhnliche Stabilität, und die mit besonderer Sorgfalt entworfene Basis dämpft jede Art von Schwingungen. Der Arm, der die Optik trägt, kann entsprechend der Polhöhe justiert werden, um Teleskope mit verschiedenen Durchmessern aufzunehmen und das Ausbalancieren zu erleichtern. Letzteres ist besonders einfach, da die Achsen leichtgängig laufen und so perfektes Austarieren ermöglichen. So verschwinden Lastwechsel und Pendeleffekte bei der Meridianpassage.

Die M-Uno erlaubt sehr lange Beobachtungs-/Fotosessions ohne die typische Unterbrechung am Meridian, wo gängige Montierungen umschwenken müssen. Das ist nicht nur für die Aufnahme von „Pretty Pictures“ ein riesiger Vorteil, sondern auch für wissenschaftliche Arbeiten, bei denen ein Objekt lange Zeit beobachtet werden muss. So kann die wertvolle Beobachtungszeit optimal ausgenutzt werden, selbst wenn nur ein paar Stunden zur Verfügung stehen. Der Beobachter kann beginnen, wenn das Objekt in der Nähe des Meridians steht und sich seiner höchsten Position am Himmel nähert, ohne sich Sorgen um das Umschwenken zu machen.

Die M-Uno ist eine professionelle Montierung mit einer echten parallaktischen Einarm-Gabel. Daher braucht sie keine zusätzliche Polhöhenwiege, um die Vorteile einer parallaktischen Montierung zu bieten. Gleichzeitig wurden alle Quellen für Schwingungen beseitigt. Durch den Aufwand und die Sorgfalt bei der Herstellung ist die Montierung ausgesprochen zuverlässig und bietet ein hervorragendes Preis/Leistungsverhältnis – besser als manche teurere Alternative. Testaufnahmen zeigen, dass die Montierung auch bei Belichtungszeiten von einer halben Stunde Aufnahmen mit perfekten Sternen ermöglicht.

Drei klassische Beispiele

Prinzipiell sollten die Beobachtungsobjekte während der Beobachtung immer in der Nähe des Meridians stehen, denn hier sind die negativen Einflüsse der Erdatmosphäre wie das Seeing am geringsten und die Transparenz der Atmosphäre ist am höchsten.

• Exoplanetentransits: mit der heutigen Technik liegt die Beobachtung und der Nachweis von Exoplaneten durchaus im Rahmen der Möglichkeiten von Amateuren, auch mit kleinen Teleskopen. Der Erfolg solcher Beobachtungen ist stark von den Seeingbedingungen abhängig und deshalb sollten solche Beobachtungen in maximal möglicher Höhe über dem Horizont – also in Meridianstellung – des Sterns erfolgen.
• Planetenrotationen: auch für die Erstellung von animierten Planetenrotationen (z.B. Jupiter) ist es wichtig über einen längeren Zeitraum Einzelaufnahmen (z.B. avi-sequenzen, aufgenommen mit Webcams) belichten zu können – eben auch während der Meridianpassage des Planeten.
• CCD Aufnahmen in RGB oder LRGB Technik: Der Blauauszug einer RGB- oder LRGB Sequenz ist der kritischste, denn er erfordert maximale Transparenz des Himmels. Und die ist eben in Meridianstellung des Objektes maximal. Mit der Avalon M-Uno sowie der M-Zero Montierung kann so der Blauauszug während der Meridianpassage des Objektes aufgenommen werden, Rot und Grün vor oder nach dem Meridiandurchgang.

Generell entfallen bei der fotografischen Beobachtung ohne Umlegen des Teleskops während einer Meridianpassage klassische Probleme wie z.B. eine Veränderung der Bildorientierung und/oder eine erforderliche Neukalibration des AutoGuiders.

Klein und kompakt: Die M-Zero

Nach dem Erfolg der M-Uno kam der Wunsch nach einer kleineren, transportableren Version auf. Das Ergebnis war die M-Zero, die nicht nur wie die M-Uno eine parallaktische Einarm-Gabelmontierung ist, sondern auch als azimutale Montierung genutzt werden kann – ideal, wenn Sie eine rasch einsatzbereite Montierung für den schnellen Blick in die Sterne suchen, die auch voll und ganz fototauglich ist. Die M-Zero ist sehr kompakt und passt mit dem geeigneten Stativ sogar in einen Trolley, zum Beispiel für Flugreisen. Der Strombedarf ist mit 0,5A bei 12V sehr gering. Mit der StarGo-Steuerung lässt sie sich auch über Bluetooth oder WiFi steuern, je nach Modell.

Leicht, stabil und präzise

Die Teile des Montierungskopfs werden mit hochpräzisen CNC-Maschinen mit fünf Achsen aus einem einzigen Stück Aluminium gefräst. Das geschieht in einem einzigen Arbeitsgang, sodass das Werkstück nicht bewegt werden muss. Dadurch stehen die Flächen bis auf wenige tausendstel Grad exakt zueinander. Die Antriebsriemen der Montierung bestehen aus Polyurethan mit Stahl im Kern. Polyurethan ist ein höchst formstabiles Polymer mit einem großen Elastizitätsmodul, sodass es sich nicht im Lauf der Zeit verändert – selbst unter starker Last und großen Temperaturschwankungen. Außerdem wird an jeder Achse ein Vorspannelement verwendet, um jegliches Spiel zu eliminieren.Die Antriebszahnräder, welche Avalon Instruments selbst herstellt, werden aus einem glasfasergefüllten Gusspolyamid gefertigt und haben eine bemerkenswerte Stabilität. Die Ingenieure bei Avalon entwarfen besondere, geglätte Zähne, um Unregelmäßigkeiten bei der Nachführgeschwindigkeit zu minimieren oder sogar völlig zu beseitigen (eine Quelle für Nachführfehler), die ansonsten durch das Zusammenspiel von Zahnriemen und Antriebsrad entstehen können.

Lösungen für ein einfacheres Leben

Die Avalon-Montierungen bieten viele Lösungen, die Amateurastronomen das Leben vereinfachen, und räumen viele technische Probleme aus dem Weg. Zum Beispiel:

• Sehr stabil und leicht, dadurch sehr transportabel
• Tragegriff am Gehäuse
• Keine freiliegenden Kabel: Alle Kabel zu den Motoren und zur Elektronik sind im Inneren des Gehäuses verlegt (außer M·Zero)
• GoTo-Steuerung: Die Avalon-Montierungen verwenden das selbstentwickelte StarGo-System, das eine verlässliche Mikroschritt-Technologie verwendet. StarGo bietet die vollständige Steuerung über Bluetooth oder WiFi, je nach Modell, und einen einfachen Handcontroller. Sie ist mit der ASCOM-Plattform vollständig kompatibel.
• Alle Metalloberflächen werden hochwertig eloxiert, was einen exzellenten Schutz vor Kratzern bietet. Sie ist außerdem vor Umwelteinüssen geschützt und sehr langzeitstabil.