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18 Zoll Gitterrohr-Dobson

Als neue Spiegelschleifherausforderung habe ich mir einen 18" Spiegel vorgenommen. Zugegebenermaßen war ich etwas übermütig und wollte eigentlich als nächstes einen 10" Ritchey-Cretien bauen, aber ich habe das erst mal nach hinten verschoben. Ausschlaggebend hierfür war die Tatsache, daß bei diesem ein recht kurzbrennweitiger Hauptspiegel (<f/3) benötigt wird, der zudem noch hyperbolisch ist und ebenso ein Sekundärspiegel, der ebenfalls hyperbolisch geschliffen ist. Also dachte ich mir, es wäre erst mal einfacher einen 18" f/4 Spiegel zu schleifen. Wenn ich den sauber hin bekomme, dann dürfte ich auch in der Lage sein mich an einen RC zu wagen.

Allgemein stellt sich die Frage, warum man einen derartigen Spiegel überhaupt selbst schleifen will. Schaut man sich auf dem TElskopmarkt einmal genauer um, so kann man eine Entwicklung feststellen, die nachdenklich macht. In den letzten Jahren haben sich immer mehr Leute gefunden, die das Hobby Astronomie aktiv betreiben. Dies hat zur folge daß quasi ein neuer Markt entstanden ist, der bedient werden will. Leider stellt man immer wieder fest, daß es einigen Herstellern eher darauf an kommt, Masse statt Klasse zu vertreiben. Der Telskopmarkt auf Ebay ist voll mit Namen wie Seben Tasco, Optrons und wie sie alle heißen, die dem Kunden optische Leistungen ihrer Produkte versprechen, die diese nicht einmal unter optimalen Bedingungen, weil durch physikalische Gesetze begrenzt, erreichen können. 'Geiz ist Geil' ist beim Kauf eines Teleskopes nicht angebracht. Fest steht, wer wirklich Qualität bei einem Händler haben will, muß tief in die Tasche geifen. Ein Blick in die Preislisten der Teleskophändler offenbart einiges. Man bekommt einen 18" Oldham Spiegel mit einem Öffnungverhältnis von f/4,4 für etwa 2500.-Euro. Wird das Öffnungsverhältnis noch kürzer, so explodiert der Preis auf mehr als 4000.-Euro für einen f/3,9-Spiegel. Dies ist auch verständlich, weil diese ungleich genauer geschliffen sein muß. Beim Hersteller Intes legt man sogar schon für einen f/5 Spiegel 3600.-Euro auf den Tisch.
Einerseits stellt man fest, daß der Preis zum einen von der Qualität des Anbieters und zum anderen sehr nichtlinear mit der Öffnung des Teleskops steigt. Es wird also klar, daß es sich im Gegensatz zu kleinen Spiegeln bei Größen ab 14" schon lohnt selber zu schleifen und man damit jede Menge Geld sparen kann. Außerdem habe ich beim Selbstschliff die Möglichkeit selbst zu steuern, wei gut mein Spiegel wird. Ich kann entscheiden, wann er meinen Anforderungen gerecht wird. Vor allem kann ich es selbst überprüfen und bin nicht auf Versprechungen eines Händlers angewiesen, der seinen Umsatz im Vordergrund sieht.

Meinen Spiegelrohling habe ich direkt von Stathis Kafalis bezogen. Es handelt sich um einen Borofloat-Rohling mit 460mm Durchmesser und 24mm Stärke und hat 240.- Euro gekostet. Hinzu kommt noch das Schleifmaterial. Man muss also mit etwas 320.-Euro rechnen. Nimmt man noch die anderen Materialien die man für den Schliff benötigt hinzu, so kommen etwa 450.-Euro zusammen.

Es fällt auf, daß der Rohling bezogen auf den Durchmesser extrem dünn ist. Das extreme Durchmesser-Dickenverhältnis stellt hohe Anforderungen an die Spiegellagerung, da sich so ein Teil ziemlich leicht verbiegen läßt, hat aber den entscheidenden Vorteil, daß der Spiegel sehr schnell auskühlt und sich der Umgebung anpaßt. Also wurde zunächst einmal mit PLOP das Ganze durchgerechnet und mit einer 18 Punkt-Lagerung für gerade noch machbar befunden. Da ist zwar kaum Sicherheitsspielraum aber ich liebe Herausforderungen und wollte es unbedingt angehen. Außerdem wird auf die klassische Schlinge verzichtet, da diese bei derartig dünnen Spiegeln zwangsläufig zu Lage-Astigmatismus führt und eine Rollenlagerung eingesetzt.

Berechnungen mit PLOP

 

Vorbereitungen

Sphärometerbau

Bei kleineren Spiegeln reicht das Messen der Pfeiltiefe um die Brennweite zu bestimmen in der Regel aus. bei größeren Spiegeln jedoch kann es oft passieren, daß diese in der Mitte einen anderen Krümmungsradius aufweisen als am Rand. Zur Bestimmung des Krümmungsradius benötigt man dann ein sogenanntes Sphärometer. Es gibt im Internet verschiedene Anleitungen wie man sich so etwas selber bauen kann. Ich entschied mich für die stabilste und auch genaueste Variante. Bei Ebay besorgte ich mir für ein paar Euronen Ein Handrad, wie es für Absperrventile benötigt wird. Dieses wurde auf der Unterseite etwas abgedreht und eine Rille hinein gedreht. Anschließend wurde ein alter Kugelauszug, wie er bei Schubkästen in Küchen verwendet wird, geschlachtet und 3 kleine (2mm) Stahlkugeln heraus gebaut. Diese klebte ich mit etwas Epoxidharz im 120° Winkel in die Rille (vorher mit dem Bohrer etwas senken). In die Mitte des Handrades wurde dann die Messuhr eingesetzt. Fertig! Geeicht wurde das Sphärometer dann auf einem 8" Rohling, den ich noch rum liegen hatte. Der war ziemlich plan und biegt sich aufgrund seiner Dicke auch nicht durch.

Sphärometerberechnungen

Zur Bestimmung des erforderlichen Sphärometerwertes bemühte ich das Internet und fand recht schnelle eine Berechnungsformel. Wie man mit einem Sphärometer den Krümmungsradius berechnet ist in den folgenden 2 Abbildungen dargestellt.

Für meinen Spiegel Ergibt sich bei einem Durchmesser von 460mm und einer beabsichtigten Brennweite von 1840mm ein Wert von etwa 0,265. Mein Sphärometer hat einen Basisraduis r=44mm. Zum einfacheren Rechnen habe ich mit ein Excel-File erstellt.

 

Fräsen/Flexen des Rohlings

Der Rohling hatte bei seiner Anlieferung schon eine kleine Fase sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite. Diese wurde zunächst noch einmal nachgezogen und etwas erweitert.
Danach wurde ein Haarlineal auf den Flach liegenden Rohling angesetzt. Es stellte sich heraus, daß die Oberfläche nicht ganz eben war. In der Mitte war der Rohling leicht Konkav. Also wurde einer Seite, die zukünftige Rückseite erst mal mit einer zweiten Scheibe (8mm stark) aus einer nahegelegenen der Glaserei und 320-er Karbo plan geschliffen. Wie dies im Einzelnen geschieht findet man leicht im Internet.


Bei der Frontseite stand ich vor der Wahl, entweder mühevoll bis zur geforderten Pfeiltiefe von immerhin mehr als 7mm bei f/4 mich mit Karbo vorzuarbeiten, oder den Rohling mit der Flex auszuhöhlen. Ich scheute den Arbeitsaufwand und die Kosten des Aushöhlens mit Karbo 80 und entschied mich für die Flex-Methode. Hier allerdings hatte ich nicht so viel Vertrauen auf meine Freihandfähigkeiten und baute mir eine einfache Fräsmaschine. Hauptsächlich besteht diese aus 6 Möbelrollern, 3 Stahlwinkeln, etwas Holz und einem Getriebemotor von Conrad zum Antrieb.




Der Rohling wird durch die drei unteren Möbelrollern auf der 70% Zone gestützt. Dies entspricht den Auflagepunkten einer 3-Punkt-Lagerung. So hängt er in der Mitte nicht so stark durch. Eigentlich dürfte dies allerdings nicht das Problem sein,da es beim Flexen eher darauf ankommt grob Material an den richtigen Stellen weg zu nehmen, um nicht alles manuell beim Grobschliff wegzuschrubben. Die Flex wird an ein Brett geschraubt, in welches die Kurve mit dem entsprechenden Radius eingearbeitet wurde. Hierzu baute ich mir aus langen Leisten (4 Meter lang) eine Art Zirkel. An diesen wurde das Brett angeschraubt und die Kurve mit dem erforderlichen Radius von 3680mm mit dem Stift angezeichnet. Dann wurde die Kurve mit der Stichsäge ausgesägt und mit schleifpapier geglättet.

Insgesamt dauerte es etwa 2 Stunden bis der Rohling fertig geflext war. Dies lag wohl an der geringen Drehgeschwindigkeit meines Conrad Motors, der mir den Spiegel drehte. Der brauchte fast 3 Minuten um den Rohling einmal komplett zu drehen. Wichtig bei meiner Konstruktion ist, daß der Spiegel genau mittig zwischen den beiden Auflageschrauben auf denen das Brett liegt, angeordnet wird. Man möchte ja die Kurve auch mittig auf dem Spiegel haben. Ich hatte einen Versatz von etwa 1mm, was sich aber erst später heraus stellte. Hierzu weiter unten mehr.

In der Mitte des Rohlings wurde eine kleine Nase stehen gelassen an welcher die Pfeiltiefe leicht gemessen werden konnte. Diese wird dann mit der Flex dann noch platt gemacht. Ich habe erst mal bis auf 5mm Pfeiltiefe geflext, weil ich ein vorsichtiger Typ bin. Die restlichen 2 mm mache ich zu Fuß. Das ist mir sicherer. Mir hat es schon weh getan, den Rohling überhaupt mit der Flex zu quälen ;-)

Das Schleiftool

Während man bei kleineren Spiegeln durchaus auch mit einem zweiten Glasrohling schleifen kann, ist dies bei größeren Spiegeln aufgrund der hohen Kosten nicht mehr sinnvoll. Aus diesem Grunde entschloß ich mich ein Fliesentool herzustellen. Ich besorgte mir bei Ebay speziellen Zahnarztgips, der die gute Eigenschaft hat nach dem Aushärten wasserabweisend zu sein. Dadurch läuft man nicht gefahr, daß sich das Tool später beim Schleifen eventuell auflöst.
Auf den vorgeflexten Spiegelrohling wurde nun eine Folie gelegt (aufgeschnittener Müllsack). Auf diesen kam dann ein Ring aus Sperrholz, mit etwas 80% Spiegeldurchmesser. Diesen hatte ich mal für meinen 12-Zöller gebaut und wollte da eine Abdeckkappe für den Tubus draus basteln. Dann wurde der Gips angerührt und hineingegossen. Diese Methode hat den vorteil, daß sich die vorgeflexte Kurve auf das Tool überträgt. Nach dem Aushärten, des Gipses wurde das Tool noch 2 Tage zum Trocknem gelagert (1 Tag davon im Herd bei etwa 60°C).
Nachdem das Tool nun augehärtet war, ging ich mit dem Fliesenschneider daran, meine Feinsteinzeugfliesen, die ich noch vom 8"Zöller im Keller hatte in 5x5cm größe Stücke zu schneiden. Diese wurden dann mittels Epoxydharz auf das Tool geklebt. Auch der Zwischenraum zwischen den Fliesen wurde mit Epoxidharz ausgefüllt. Das überstehende Harz schleift sich ziemlich fix mit Karbo 80 weg. Das fertige Tool wiegt etwa 12kg.

 

Der Schliff des Spiegels

 

Der Grobschliff

Durch dias Flexen ist die grobe Form der Kurve bereits vorgegeben und auch genug Material bereits abgetragen, sodaß nun das anpassen des Tools und der Grobschliff mit Karbo #80 erfolgen kann. Ich habe etwa 1,5kg Karbo #80 zur Verfügung. Zum Schleifen habe ich mir bei IKEA einen Holztisch Modell 'INGO' für 29.-Euro gekauft. Dieser wurde an den Beinen mit Brettern verstärkt (übriggebliebene Laminatpanele). Auf den Tisch wurde ein Reststück einer Küchenarbeitsplatte geschraubt. Dieses konnte ich im Baumarkt fü 5 Euro abstauben. Auf dieses wurde dann Teppich gelegt und darauf der Spiegel, welcher mit 3 runden Holzscheiben fixiert wird. Das ganze steht auf einem alten Teppich, damit das Laminat in meiner Wohnung keinen Schaden nimmt. Super stabil. Da wackelt nix mehr.

Nun konnte es los gehen. Ich begann also TOT (Tool on Top) mit zentralen 1/3-Strichen zu schleifen. Nach etwa 2 Stunden dieser schweißtreibenden Tätigkeit stellte ich fest, daß ich erst etwa 0,4mm näher an die gewünschte Pfeiltiefe heran gekommen war. Anscheinend hätte ich doch noch ein Stück tiefer flexen sollen. Die 2 Millimeter die ich stehen gelassen hatte waren eindeutig zu viel. Nach etwa 3 Stunden griff das Tool auf der gesamten Fläche.
Den Krümmungsradius habe ich regelmäßig mittels Sphärometer gemessen. Dabei mußte ich feststellen, daß mein Wunschwert von 0,265mm auf 0,25mm abgefallen war. Da ich aber noch genug Glas zu bearbeiten hatte, konnte ich das noch korrigieren. ICh wußte nicht recht, wie ich die Mitte wieder tiefer bekommen sollte und schrieb ich deshalb eine Email an Stathis. Dieser antwortete mir kurz und knapp, daß dies mit meinem großen Tool nur MOT (Mirror on Top) gehen würde. Ich wollte dies aber eben nicht so machen, da ich den 18-Zöller als Übung für etwas noch Größeres betrachte und grundsätzlich nur TOT schleifen wollte. Also dachte ich nach und fand eine Lösung. Ich schliff mit großem seitlichen Überhang. Dies führt jedoch normalerweise zum Abtragen des Spiegelrandes. Wird MOT geschliffen, so entsteht ein Kippmoment, welches die Spiegelmitte, die auf dem Toolrand schleift, stärker abträgt als den Rand des Spiegels. Dieses Kippmoment mußte ich nun quasi simulieren. Ich hob also leicht den überhängenden Toolrand an und drückte anderen gegenüberliegenden Toolrand fest mit der anderen Hand auf die Spiegelmitte.
Nach etwa 10 Chargen Karbo #80 konnte ich schon eine Verbesserung des Sphärometerwertes auf 0,255 feststellen. Auf diese Weise höhlte ich die Mitte weiter aus. Als ich in der Mitte 0,27mm erreicht hatte, bin ich wieder zu normalen zentralen 1/3-Strichen übergegangen. Damit das Schleifen etwas schneller voran geht, habe ich das Tool zusätzlich mit einer 10kg Hantelscheibe beschwert. Jetzt werkelten da also etwa 23kg plus meine Andruckkraft und es ging in der Tat wesentlich besser. Interessanterweise ging die arbeit nun leichter vonstatten, da ich das Tool nur noch bewegen mußte und nicht zusätzlich noch andrücken. Es glitt recht gut auf der Spiegeloberfläche, die inzwischen nur noch wenige Spuren des Flexens aufwies.

Meine Kurve entwickelte sich nun wieder zum Rand hin und das Sphärometer zeigt mir bei einem noch unbearbeitetem Rand von etwa 6mm und einer Pfeiltiefe in der Mitte von 6,92mm (Ziel: 7,21mm) einen Sphärometerwert von 0,265mm an. Punktlandung!. Ich versuchte diesen Wert bis zum Wechsel aufs nächste Karbo beizubehalten.

Der Feinschliff

Als ich mit meiner Kurve nun bis etwa 4mm an den Rand kam, entschloß ich mich, auf die nächste Körnung (#180) herunter zu gehen. Der Rand sollte sich mit dieser Körnung noch bis zur Fase schleifen lassen. Mein Spiegel hat in der Mitte jetzt noch eine Dicke von etwa 17mm! Dies ist schon sehr kritisch weshalb ich auch den Grobschliff nicht bis zum Rand ausgeführt habe. Beim Feinschliff wöre ich dann garantiert in der Mitte noch ein paar Zehntel tiefer gekommen.

Nach etwa 15 Chargen Karbo 180 ist die Kurve nun auf der einen Seite 1,5mm und auf der anderen 2,5mm an die Fase heran gekommen. Auf diesen Versatz hatte ich im Anschnitt Flexen schon einmal hingewiesen. Er ist jedoch nicht als kritisch zu betrachten und hat auf den Spiegel eigentlich keinerlei Auswirkungen. Man sollte auch tunlichst vermeiden dies korrigieren zu wollen indem man die größere Seite stärker bearbeitet. Das endet garantiert in Astigmatismus! Man sollte die Kurve einfach kommen lassen.

Ein Blick mit einem Okular auf die Oberfläche zeigte noch vereinzelte Pits der 80-er Körnung. Dies bedeutet, daß trotz der bereits angefallenen 2 Stunden Schleifen noch mindestens eine weitere Stunde angesagt ist. Man sollte peinlichst darauf achten, beim Feinschliff die einzelnen Körnungen komplett durchzuschleifen. Beim Wechsel auf eine feinere Körnung dauert es ungleich länger, die übersehenen Löcher noch auszuschleifen.

Nach weiteren 15 Chargen Karbo 180 und etwa 2,5 Stunden Schleifarbeit bin ich nun mit der Kurve fast an der Fase angelangt. Es fehlen nur noch etwa 0,5mm. Auf der Oberfläche sind jetzt schon keine Pits der 80-er Körnung mehr zu sehen und mein Sphärometer zeigt mir immer noch meine gewünschte Brennweite über die gesamte Fläche. Es ist kein Wackeln des Zeigers feststellbar.

Die Politur

Ich musste die Erfahrung machen, daß die Politur eines 18-Zöllers doch nicht so einfach ist, wie ich mir das dachte. Das erste Problem auf das ich stieß war die Herstellung einer Pechhaut. Diese stellte ich genauso her wie das Schleiftool her, indem auf den Spiegel eine Folie gelegt wurde und ein Ring aus Plastik mit etwa 80% Spiegeldurchmesser. Diesen habe ich dann mit Gips ausgegossen. Damit er stabil wird habe ich eine Fliese darin "versenkt". Nachdem der Gips einige Tage an der frischen Luft unter viel Sonnenschein ausgehärtet war, sollte das Pech darauf gegossen werden. Leider ging der erste Versuch tüchtig in die Hose, da ich beim Gießen zu vorsichtig war. Das Pech war in der Mitte schon zu hart geworden, bevor ich am Rand ankam. So nützte alles Pressen und Furchen ziehen nichts mehr. Die Pechhaut wollte nicht auf der ganzen Fläche passen. Also musste sie wohl oder über vom Tool wieder herunter. Außerdem hielt das Isolierband mit dem ich den Rand des Tools abgeklebt hatte den Temperaturen nicht stand und zog sich nach Innen ins Pech hinein.

Im nächsten Versuch wurde das Pech etwas flüssiger gemacht und dann mittig auf den Spiegel gegossen. Anstelle Isolierband verwendete ich nun ein Alu-Band von Tesa. Das sollte wohl einige hundert Grad aushalten können. Das Pech floss schön gleichmäßig an den Rand. Nachdem alles etwas fester geworden war wurde das Alu-Band abgezogen und der mit Spülmittel eingeriebene Spiegel darauf gepresst. Ergahrungegemäß passte die Pechhaut immer noch nicht. So wurde das ganze Teil in der Badewanne unter heßem Wasser auf die nötige Temperatur gebracht. Ein Einpressen von Rillen in die Pechhaut ermöglichte, daß das Pech besser fließen kann. Dann wieder den Spiegel drauf, und mich selbst als Gewicht drauf gestellt. Diese Aktion musste 3 mal wiederholt werden, bis die Pechhaut auch bis zum Rand gute Haftung hatte. Anschließend wurde das am Rand herausgequollene Pech mit einem scharfen Messer abgetrennt (Fase).

Nun konnte die Politur endlich beginnen. Nach etwa 2 Stunden war die Mitte schon schön blank, jedoch waren noch deutlich Reflexe des Laserpointers zu sehen. Der Rand war zwar schon abgegriffen, aber doch noch deutlich trüber als die Mitte. Dies ist aber im Allgemeinen normal und besorgt mich auch nicht sonderlich. Ich fand, daß es schon mal an der Zeit wäre, einen ersten Foucault-Test zu machen um zu schauen, ob alle in Richtung Sphäre geht. Da mein alter Foucault-Tester zu wackelig war und die Toleranzen bei 18" f/4 wesentlich genauer einzuhalten sind als bei meinem 8-Zöller, habe ich mich entschlossen einen neuen Foucaulttester zu bauen. Die Messung erfolgte mit in der Spiegelzelle gelagertem Spiegel was so aussah.

und hier das Foucault Bild. Ich verwende einen neuen Foucault-Tester mit einer weißen LED. Diese hat den Vorteil, daß deutlich kontrastreichere und plastischere Faucault-Bilder entstehen.


Wie im Bild zu erkennen ist, ist in der Mitte ein Berg und der Rand etwas abgefallen. Es gibt also noch etwas zu tun um eine Sphäre zu bekommen. Als Ursache für den Berg vermutete ich eine nicht so gut in der Mitte passende Pechhaut. Da ich den großen Spiegel TOT poliere, sehe ich natürlich nicht, ob die Pechhaut auch super passt. Also mal kurz MOT und da zeigte sich das Problem. In der Mitte fehlte etwa ein etwa 10cm großer Bereich, der nicht richtig gepasst hat. Da hilft nur noch einmal neu warm pressen. Da der Spiegel abe bei Weitem noch nicht auspoliert ist will ich den Berg nicht so ernst nehmen. Die Hellen Flecken am Rand sind Kalkflecken. Zu diesem Zeitpunkt mache ich mir noch keinen Kopf bezüglich der Reinheit der Oberfläche.

 

 

Hut

Den Hut habe ich in klassischer Bauweise aus 2 Holzringen die mit 4 Aliminiumstangen verbunden wurden hergestellt. Im Gegensatz zu den Höhenrädern wurde er komplett mit der Oberfräse selbst gebaut. Auf dem 6mm starken Focuserbrett sirtze ein HC2 Okularauszug. Diesen habe ich gewählt, weil er zu einem vernbünftigen preis sehr flach baut und damit der Fangspiegel entsprechend verkleinert werden kann.

Die Fangspiegelspinne ist eine recht einfache, dafür aber sehr effiziente Konstruktion. Sie besteht aus zwei 0,6mm starken Edelstahlblechen, die durch ein Stück Aluminium-Kastenprofil geführt sind welches die Halterung des Fangspiegels aufnimmt. Die zentrale Bohrung wurde bereits um den errechneten Fangspiegeloffset versetzt gebohrt. Somit hann die Spinne direkt zentrisch im Hut platziert werden.

Die Spinne selbst wird durch 8 Inbus-Schrauben an den 4 Holmen befestigt. Der Hut der Schrauben wurde mit einem schmalen Sägeblatt eingeschlitzt (0,8mm). in diesen Schlitz wurde dann das Blech der Spinnenarme eingezogen und verlötet.