Vor ein paar Jahren kam in mir der Wunsch auf, für die Fotografie das Fokussieren zu vereinfachen. Bei meinem Aufnahmeprogramm APT stolperte ich über die Fokussierhilfe und die integrierte Funktion mit einem motorisierten Fokussierer das ganze automatisieren zu können. So baute ich an meinen kleinen Apo einen Motor an die Untersetzung. Die ersten Versuche zur Ansteuerung machte ich mit dem Nachbau einer Selbstbausteuerung, die auf das Robofocus-Protokoll hört.

Allerdings wird hier der Strangstrom mit einfachen Treibern und über Vorwiderstände realisiert, was leider viel Leistung kostet, da die Motoren nicht korrekt bestromt werden können. Auf der Suche nach einer geeigneten Lösung stieß ich irgendwann auf den vom Hersteller so genannten TMCM-1110 Steprocker von Trinamic.
Diese Platine bietet im Grunde alles was man für eine Fokussteuerung braucht:

All diese Punkte machen die Karte perfekt für die verschiedensten Anwendungen. Um einen Fokussierer hieraus zu machen benötigt man neben der Karte und einem Motor keine weitere elektronische Beschaltung. Das einzige Problem: für eine Nutzung mit gängigen Aufnahmeprogrammen wird ein ASCOM oder ein INDI-Treiber benötigt. Bei diesen waren Freunde so nett mir weiter zu helfen.

Bei meinem ersten Prototypen, der mir knapp drei Jahre treue Dienste leistete wurde in ein billiges Universalgehäuse gewurschtelt und verrichtete ausschließlich mit der Ansteuerung vom PC aus seinen Dienst. Allerdings habe ich in der letzten Zeit so viel an meiner Ausrüstung verändert, da dachte ich dass ich doch auch meinem Maksutow mal eine Motorisierung gönnen könnte. In diesem Zuge wollte ich auch endlich die Steuerung mal in ein ordentliches Gehäuse packen und auch den Funktionsumfang erweitern. 

Aber eins nach dem anderen. Zuerst musste ein Weg gefunden werden, einen geeigneten Schrittmotor zu finden und am Maksutow zu befestigen. Direkt mit einer Kupplung an die Welle zu montieren geht nicht, weil dort später die Kamera im Weg ist. Davon abgesehen ist auch das Drehmoment des angedachten Motors zu niedrig um den Fokussierer direkt anzutreiben. Da bleibt nur entweder ein Schneckengetriebe oder Kegelräder. Bei einem Schneckengetriebe habe ich zwar eine gute Untersetzung und damit ausreichend Drehmoment. Allerdings müsste die Antriebswelle verlängert und fixiert werden damit ich mit dem Schneckengetriebe weit genug vom Tubus weg komme um den Motor montieren zu können, was die Mechanik recht aufwändig macht.
Die Alternative sind Kegelräder. Hier habe ich den Vorteil, dass ich keine Probleme mit der Montageposition und mit den Längen der Wellen bekomme. Allerdings habe ich hier das Problem, dass das Drehmoment des Motors zu gering ist. Abhilfe schafft hier ein Schrittmotor, bei dem direkt ein ~13:1-Planetengetriebe angeflanscht ist. Damit habe ich beide Probleme gelöst. Da ich keine Mechanische Veränderung an den Funktionalen Bauteilen oder am Tubus selbst vornehmen wollte, habe ich mich dafür entschieden, die ganze Mechanik mit einer Klemmung an dem Falz zu befestigen, der die Lagerung der Fokussierwelle enthält. Dadurch war keine Veränderung am Tubus erforderlich. Ausgenommen hiervon war eine Abdeckung auf der Rückseite, welche die die Öffnung abdeckt, an der ursprünglich die Lüftung saß. In diese Abdeckung habe ich einen kapazitiven Näherungsschalter eingebaut, um eine reproduzierbare Referenzierung des Spiegels zu ermöglichen. Der gewählte Sensor erkennt wenn sich der Spiegel auf etwa 1,5mm an diesen nähert. Eine rein mechanische Lösung war hier nicht zu realisieren. Das machte einen Sensor notwendig. 
An dieser Stelle möchte ich mich noch bei meinem Neffen bedanken, der mir bei der Konstruktion des Haltewinkels und des Gehäuse geholfen hat. 
Da ich kein Freund von offen liegender Mechanik bin und auch noch Platz für das Anschlusskabel sowie die Kabel von Motor und Sensor brauchte stand von Anfang an fest, dass es ein Gehäuse um die Mechanik geben wird. Das Grunddesign lag mir bereits vor und wurde nur noch ein wenig erweitert. Wohl wissend, dass es noch kleinere Nacharbeiten geben sollte. Das Gehäuse habe ich mir bei einem Dienstleister im SLS-Verfahren drucken lassen. Ich habe mich bewusst für einen Dienstleister entschieden, weil ich so nur erfolgreich gefertigte Teile zahlen muss. Außerdem habe ich die Wahl aus verschiedenen Verfahren das geeignete raussuchen zu können. Und für das Geld, was ein eigener Drucker kostet, kann ich einige Teile drucken lassen. 

 

Das vormontierte Gehäuse.

Das gedruckte Teil. Ich habe es direkt beim Dienstleister einfärben lassen. Diese Farbe geht zwar nur wenige zehntel Millimeter tief, aber für den Aufpreis von ca. 4€ kann ich es kaum selbst einfärben.

Ich finde es beeindruckend, wie gut die sehr kleine Schrift rauskommt. Auch wenn ich mich außerhalb der Spezifikationen des Herstellers bewege, was man auch im Detail sieht, so bleibt es doch insgesamt sehr gut lesbar.

Die Steuerung stellte mich vor ein paar kleinere Probleme. Zum einen hatte ich das Handrad eingebunden, um das ganze auch ohne Rechner sinnvoll nutzen zu können. Für die Steuerung gibt es im wesentlichen drei Betriebsmodi:

Für diese Umschaltung habe ich an der Vorderseite einen Schalter angebracht. Ein weiteres Problem bestand darin, dass beide Teleskope unterschiedliche Einstellungen für die Referenzierung und die Motorparameter erfordert. Hier entschied ich mich dazu, einen Eingang der Steuerung so zu beschalten, dass bei einem 1-Signal andere Motorparameter und eine andere Referenzierungsroutine ausgeführt werden. Dadurch dass ich dann einfach Teleskopseitig eine Brücke gesetzt habe, erkennt die Steuerung automatisch welches der beiden Instrumente angeschlossen ist.

Der Anschluss des Motors an den Steprocker stellt kein großes Problem dar, weil der Motorstrom per Software eingestellt wird. Was bedeutet dass ich diesen auch im Treiber auswählen könnte. Der Anschluss des Drehgebers gestaltete sich etwas schwieriger. Die Steuerung arbeitet hier mit TTL-Pegeln. Und das einzige was nicht zur Verfügung gestellt wurde, ist eine 5V-Spannung. Zum Glück ist die Stromaufnahme enorm niedrig und so konnte ich einen Ausgang der Steuerung einfach auf Hi setzen und dort die Spannung für den Drehgeber abgreifen.
Für den Referenzschalter stellte sich ein ähnliches Problem ein. Vorgesehen ist eigentlich einfach ein mechanischer Öffner-Kontakt gegen Masse. Da es die kapazitiven Sensoren aber leider nur mit 12-24V Betriebsspannung gibt, hier aber als NPN und PNP-Sensoren verfügbar sind bedeutet das immer einen High-Pegel von Ub. In meinem Fall also 12V. Da ich also ohnehin das Signal auf 5V umsetzen muss und auch nur einen PNP-Sensor bekommen konnte entschied ich mich dazu mit einem kleinen Schaltregler und einem Minirelais auf einer kleinen Platine die entsprechende Anpassung vorzunehmen. Außerdem lötete ich noch eine zweite kleine Platine die mir einfach ein paar Pegel verteilt und auf der Vorwiderstand für die Kontroll-LED montiert ist.

 

Platine zur Umsetzung des Pegels vom Referenzschalter

Innenansicht der Steuerung. Links die Steprocker-Platine, rechts unten der Pegelwandler und drüber der kleine Verteiler.

Die Unterseite von Links nach Rechts:

  • LED für Referenzfahrt
  • USB-Anschluss
  • 8-Polige Buchse für Motor und Schalter
  • 4-Poliger Stecker für Stromanschluss

Eine Gelegenheit das ganze System am Stern zu testen hatte ich leider noch nicht. Es beunruhigte mich ein klein wenig, dass die ganze Inbetriebnahme so reibungslos lief. Und sobald der INDI-Treiber fertig ist, werde ich auch diesen und auch den ASCOM-Treiber noch einmal ergänzen.

Das Schildchen ist ein nettes, kleines Gimmick, das bei einem Lehrgang bei meinem Arbeitgeber abfiel. Da es hervorragend passte und mir gut gefiel, klebte ich es einfach mit einem Tropfen Sekundenkleber auf. Aber im Großen und Ganzen bin ich mit dem Ergebnis auch von der Optik her sehr zufrieden.

Wenn ihr Fragen habt, schreibt mich einfach an.