Eine verbesserte Fassung für einen Refraktor 70/700

Eine verbesserte Fassung für einen Refraktor 70/700

(dieser Artikel ist im VdS-Journal Nr.19 erschienen)

 

Wer ein so relativ kostspieliges Hobby wie Astronomie betreibt und nicht über ein üppiges Bankkonto verfügt, dürfte auf der Suche nach kostengünstigen Alternativen sein, wenn das Instrumentarium erweitert werden soll. Seit einiger Zeit werden besonders kostengünstige Massenprodukte chinesischer Herkunft angeboten. Da wir für ein größeres Fernrohr ein Leitrohr benötigten, wurde ein Internetauktionshaus genutzt, um den Tubus eines Fraunhoferrefraktors 70/700 für ein paar Euro zu ersteigern. Diese Fernrohre werden unter verschiedenen Marken angeboten. Die Testberichte über diese Fernrohre reichen von überschwänglichem Lob bis zu vernichtender Kritik. Unser Fernrohr erwies sich beim ersten Test am Himmel als unbrauchbar. Sterne waren undefinierte, farbige lang gezogene Kleckse und beim Saturn wurde der Ring mit einem 10mm orthoskopischen Okular von Zeiss gerade so als solcher erkannt. Da schon mehrfach Amateure Chinaprodukte verbessert haben, entschlossen auch wir uns zu basteln. Es ist anzunehmen, dass die Linsen unseres Refraktors in Ordnung sind. Linsen können als Massenware großtechnisch hergestellt werden und es kann davon ausgegangen werden, dass durch die Technologie der Massenherstellung auch die Toleranzen einigermaßen eingehalten werden. Aufwändiger ist es da schon die Linsen präzise zu fassen. Die Fassung unseres Refraktors bestand aus Plastik, und die Objektivlinsen wurden von einem schief eingesetzten und mit der Fassung verklebten Ring gehalten. Nachdem der Ring mit sanfter Gewalt  entfernt wurde, mussten wir feststellen, dass die Linsen in der Fassung gehörig Spiel hatten. Ähnliches wurde auch schon in anderen Berichten erwähnt. In  [4] wird vorgeschlagen, das Spiel durch Tesafilm zu beseitigen. Dies ist sicher ein gangbarer Weg. Allerdings haben wir Zweifel, ob eine Fassung aus Plastik in der vorliegenden Form überhaupt geeignet ist, Linsen mit der erforderlichen Präzision über eine längere Zeit bei intensiver Nutzung stabil zu fassen. Da wir über eine Drehbank verfügen, haben wir uns deshalb entschlossen, eine entsprechend steife Fassung aus Aluminium anzufertigen. Nun ist Aluminium zwar auch nicht das ideale Material für Präzisionsfassungen, aber selbst Zeiss Jena hat kostengünstige astronomische Optik in Alu gefasst. Da bei anderen chinesischen Objektiven schon festgestellt wurde, dass der Abstand beim original gefassten Objektiv zu groß ist [3][4], stellte sich auch uns die Frage nach dem richtigen Linsenabstand. Die Linsen bei unserem Objektiv wurden von einem etwa 2mm breiten Ring auf Abstand gehalten. Bei Fraunhoferobjektiven werden die Linsen gewöhnlich durch dünne Plättchen auf Abstand gehalten. Mit dem Abstand zwischen den Linsen ändert sich der Öffnungsfehler des Objektivs. Öffnungsfehler (auch als sphärische Aberration bezeichnet) bedeutet, dass nicht alle achsenparallele Strahlen, die mit verschiedenen Einfallshöhen durch das Objektiv fallen, in einem Brennpunkt vereinigt werden. Außerdem ändert sich mit dem Linsenabstand auch der Farbfehler des Objektivs. Es wird aber davon ausgegangen, dass das Objektiv so korrigiert wurde, dass der geringste Farbfehler bei dem Linsenabstand erreicht wird, für den auch der Öffnungsfehler minimal ist. Da die Optikdaten des Objektivs nicht bekannt sind und auch kein präzises Sphärometer zur Verfügung steht, haben wir überlegt, wie der Linsenabstand trotzdem abgeschätzt werden kann. Formeln zur Optikrechnung finden sich in [1] und [2]. Es wird angenommen, dass die Linsen aus Glas bestehen, das ähnliche optische Eigenschaften wie BK7 und F2 hat. Dies sind die kostengünstigsten Gläser. Außerdem ergeben Sondergläser  in der Regel angespanntere  Objektivkonstruktionen mit stärkeren Radien.  Aus der Achromasiebedingung ergeben sich für ein Objektiv mit 700 mm Brennweite aus Bk7 und F2 Brennweiten von 304,4 mm und -538,6 mm für die Einzellinsen. Der negative innere Radius wurde mit Focaulttest zu -240 mm bestimmt. Die beiden inneren Radien waren bei unserem Objektiv fast gleich, die Linsen passten bis auf ein paar Newtonringe aufeinander. Mit der Annahme gleicher innerer Radien lassen sich die fehlenden Radien aus den Brennweiten berechnen. Für das so berechnete Objektiv wurde der Öffnungsfehler auf der Achse mit den Formeln zur Durchrechnung von Meridionalstrahlen aus [2] berechnet. Als Maß für den Öffnungsfehler auf der optischen Achse kann der Betrag der maximalen Schnittweitendifferenz dienen. Als Schnittweite wird der Abstand des Schnittpunkts des Strahls mit der optischen Achse vom Scheitel der letzten Linse bezeichnet. Wenn man, beginnend von der optischen Achse, zum Linsenrand Strahlen durch das Objektiv durchrechnet und die jeweiligen Schnittweiten berechnet, erhält man die maximale Schnittweitendifferenz, indem man die größte Differenz zwischen den Schnittweiten bestimmt.  Ein Minimum der maximalen Schnittweitendifferenz ergab sich bei einem Linsenabstand von etwa 1,8 mm (Bild 1).

 

Bild 1: Betrag der maximalen Schnittweitendifferenz über die Öffnung in Abhängigkeit vom Abstand der Einzellinsen.

 

 

Die Schnittweitendifferenz über die Einfallshöhe bei einem Linsenabstand von 1,8 mm ist in Bild 2 dargestellt.

 

Bild 2: Öffnungsfehler bei einem Linsenabstand von 1,8 mm, dargestellt als Schnittweitendifferenz zur Schnittweite auf der optischen Achse bei verschiedenen Einfallshöhen.

 

 

Zu bemerken ist, dass näherungsweise mit dünnen Linsen gerechnet wurde. Eine Kontrollrechnung mit dicken Linsen erbrachte ebenfalls das Ergebnis, dass das Öffnungsfehlerminimum bei ca. 2 mm liegt. Damit scheint bei unserem Objektiv der Ring, der sich zwischen den Objektiven befand, korrekt dimensioniert zu sein. Da ein solch dünner Ring schwer zu drehen ist, und der vorhandene Ring recht gut gefertigt war, wurde dieser wieder verwendet. Die fertige Fassung im Rohzustand noch ohne entsprechende Schwärzung ist in Bild 3 zu sehen.

 

 

Bild 3: Verbesserte Fassung im Rohzustand.

 

 

Die Fassung ist justierbar. Das Objektiv wird durch einen dünnen Aluring gehalten. Zur Realisierung einer federnden Dreipunkthalterung wurde der Ring geschlitzt und es wurden 3 Auflageflächen aus dünnem Blech aufgeklebt. Der Ring selbst wird mit 3 Madenschrauben gehalten und ist nicht als Vorschraubring ausgeführt. Der Test am Himmel zeigte mit einem 4 mm orthoskopischen Okular von Zeiss fast perfekte Beugungsscheiben. Beim Defokussieren lässt sich kein Öffnungsfehler erkennen. Lediglich eine leichte Koma ist auf der Achse zu bemerken. Offensichtlich ist der Plastering zur Abstandshalterung doch nicht perfekt parallel. Allerdings ist die Koma so gering, dass es sich nach unserer Einschätzung immer noch um ein gutes Objektiv handelt. Nach den üblichen Verbesserungsmaßnahmen am Tubus (Auszug kürzen, Blenden korrigieren, Tubus innen mit Mattlack schwärzen) verfügen wir jetzt über ein recht gutes Fernrohr. Aufgrund der gemachten Erfahrungen glauben wir jetzt auch Testberichten, die das Fernrohr loben. Offensichtlich existieren Exemplare, in denen die Linsen zufällig richtig zentriert und nicht verkippt sind. Es ist nur schade, dass die Fernrohre solch minderwertige Fassungen besitzen. Mancher Anfänger wird sicher von weiterer Himmelsbeobachtung abgeschreckt, wenn er ein solch schlechtes Exemplar wie unseres erwischt.                    

 

[1]  Handbuch für Sternfreunde; Springer Verlag; Berlin, Heidelberg 1989

[2]  Haferkorn, Heinz: Optik; VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften; Berlin 1980

[3]  Weisheit, Bernd: Der 127-mm-Refraktor AR-55 von Meade; SuW 12/2004, S.74

[4]  Korff-Karlewski, Michael: Der Sky-Watcher 150/1200; SuW 7/2001, S.570