Cygnuksen Barndoor-seurantalaite
Teksti: Kari Laihia
Alkuperäinen lähde: http://www.saunalahti.fi/~klaihia/barnd.htm
Kuvausvalmis barndoor-seurantalaite
Aloitus ja valmistelua
Cygnus-kiertokoneistohanke sai alkunsa vuoden 2001 laitepäivillä. Silloin keskusteltiin laiterakentajien pienessä ryhmässä 2001 Cygnuksen rakennusohjelmasta. Mukana olivat ainakin Hannu Määttänen, Yrjö Pullinen, Jorma Koski ja Kari Laihia. En enää muista kuka ehdotti kiertokoneiston rakentamista, mutta siitä sovittiin. Tarkennettiin vielä että tehdään ns. barndoor systeemi. Lupauduin valmistelemaan hommaa. Keräämään hieman tietoa asiasta.
Olin myös kokeillut ns. kahden varren laitteella jo 1980-luvun alussa.Tällöin kokeiltava laite oli tehty höyläämättömästä laudasta 6 mm ruuvista ja ilman moottoria. Käsin pyörittämällä ruuvia tein noin 10 minuutin valotuksia 125 mm:n optiikalla. Kuvat onnistuivat kohtalaisesti. Tähtiä en pyrkinytkään seuraamaan valotuksen aikana. Keskityin vain kelloon ja pyörittämiseen. Tulos riippui kokolailla siitä, oliko laite asennettu ns. napaan.
Toinen ongelma oli se että, tärinöitä se ei siedä seurannan aikana. Ruuvin kiertäminen varovasti on pidemmillä valotuksilla melko vaikeaa. Joten tarvitaan moottori. Tietoa laitteesta löytyi internetin hakukoneiden avulla melko mukavasti. Vanhoista Sky & Telescope -lehdissä löytyi myös April 1989, February 1888, October 1984, erilaisia versioita. Niistä kokosin aineistoa Cygnukselle, kopioiden muodossa. Materiaaliakin tarvittiin projektiin. Olin hankkinut viime talvena metallisorvin, jota nyt tarvittiin kääntömutterin valmistamisessa.
Kääntömutteri (kuva: Mikko Mannonen)
Kääntömutteri on eräs laitteen kriittinen osa, toiminnan kannalta. Mutterissa on kierretankoa vastaava sisäkierre ja tukilaakerit sivulla. Tästä tulikin yllättävän haasteellinen tehtävä, vaikka olikin sorvi käytössä. Ongelmaksi muodostui kierrereiän poraus suoraan pyöreään mutteriin. Ei onnistunut kunnolla edes pylväsporakoneessakaan. Ratkaisin ongelman siten että porasin reiän sorvissa. Asetin pyöreän messinkitankoaihion poikittain kolmileukapakkaan. Kaksi leuoista puristi sivuilta ja kolmanteen nojasi tangon pää. Nyt porasin keskiöporalla ja sopivalla terällä reiän tangon keskelle. Lopuksi sorvasin tangosta mutterin laakerit. Lisäsin myös porattuun reikään kierteen kierretapilla. Samalla tein useamman mutterin 6mm ja 8mm tankoihin.Mutterien laakerointiin käytin alumiinista 20x20 mm:n U-profiilia. Moottori, joka löytyi varastoistani oli sen verran heikolla ulostuloakselilla varustettu että tarvitsi myös painelaakerin.
Kesälomani alkaessa tein materiaalin hankintamatkan Tampereen Biltemaan (vaimon mukaan "miesten taivaaseen"). Sieltä ostin ruostumatonta kierretankoa, haponkestäviä ja messinkisaranoita useampaa kokoa. Haponkestäviä puuruuveja useita kokoja. Vaneriakin tarvittiin, sitä taas löytyi Nakkilasta Valtatie 2:n vierestä, Mustajärven Kone ja Romu -liikkeestä. Valitsin 18 mm:n lakattua koivuvaneria 35x80 levynkappaleita 2 kpl. Lisäksi myös 3 mm alumiinilevyä ja 18x30 profiilia. Cygnukselle lähdettäessä pakkasin kaikki nämä peräkärryyn ja lisäksi melkoisen määrän kone sekä käsityökaluja mukaan.
Cygnus-retken aloitin Imatralta. Ajelimme sieltä Topi Heinäsen kanssa Lopen Räyskälään. Poikkesimme matkalla Kouvolan Prismaan, josta hankimme 2 mm poranteriä (paketti 10 kpl ~22 mk), hiomapaperia ja venelakkaa. Torstai-iltana pidimme saunan jälkeen,suunnittelekokouksen .Siinä päätimme rakentaa Trott malli 4:n parannetun version. Malli on optimoitu ja sillä pääsee teoriassa kahden tunnin valotusaikaan. Pienellä alle yhden kulmasekunnin virheellä. Perjantaina aloitimme työt, aamulla klo 9 optiikkateltassa. Materiaalia oli kaksi levynkappaletta, kooltaan 350x800 mm kummatkin. Ensin mitoitimme pohjalevyn kokoon 520x350 mm, siis yksi levy poikki, sen toisesta puolesta tehtiin varret 2 kpl 80x280 mm ja 1 kpl 190x280 mm.
Matti ja Kari hiovat (kuva: Mikko Mannonen)
Nyt aloimme tutkia miten ne liitetään toisiinsa. Tässä vaiheessa suunnitteluryhmä huomasi rakentavansa mallin 3 mukaista laitetta! Ei hätää taas mietittiin mitä tehdään. Joku tuumas että taitaa tulla tuluskukkaro kuten entisessä sadussa.Tämän totesi muistaakseni Risto Lehti, joka toimi koko projektin ajan ns. neuvovana insinöörinä.
Huomasimme tarvitsevamme jotain, mikä sitoisi varret toisiinsa. Onneksi peräkärrystä löytyi U-mallista 21x30 mm:n alumiinikiskoa, sisämitta juuri 18 mm. Ongelma tuli taas ratkaistua elegantisti. Katkaisimme 350 mm:n kappaleen kiskoa. Kaksivartisessa systeemissähän yleensä kameravarsi on keskellä ja moottorivarsi(varret) sivulla. Meidän ratkaisussamme kameravarret ovat sivulla ja moottorivarsi keskellä.
Katkoimme myös apupalikat, joihin saranat kiinnitetään. Kameravarsien saranoille 2 kpl 80x110 mm ja moottorivarrelle 55x190 mm. Ne tarvitaan, jotta saranoiden liikevarat saadaan riittäväksi. Sahatut kappaleet hiottiin reunoistaan santapaperilla. Siinä hommassa kunnostautui erityisesti Jari Kuula. Kiinnitimme apupalikat kunkin kolmella 4x30 mm:n ruostumattomalla uppokantaruuvilla ison laatan takaa.
Käyttämämme vaneri oli erittäin kovaa ja liukasta pinnaltaan. Ensin porattiin 2 mm:n poralla apureiät isoon laattaan. Palikka asetettiin paikalleen ja puristettiin paikalleen isolla jousipuristimella. Jousipuristin on kätevä apulainen yksinkin työskenneltäessä. Nyt päästiin poraamaan merkkireiät apureikien läpi palikoihin. Vielä porattiin ison laatan apureikien läpi lopulliset 4 mm:n reiät, jotka lopuksi vielä porattiin upotusporalla sopiviksi ruuvien kannoille. Parhaimmillaan samassa palikassa oli kiinni kolmen miehen sormet ja neljäs porasi koneella. Ihme kyllä tiettävästi kukaan ei saanut reikiä sormiinsa. Lopuksi ruuvit palikoihin ruuvinvääntimellä.
Seurasi saranoiden kiinnitys varsiin. Valitsimme saranoiksi messinkiset, valittavissa oli myös ruostumattomia. Valinnan ratkaisi esteettisyys, messinkiset olivat kauniimpia. Moottorivarteen 30x100 mm ja kameravarsiin 20x75 mm. Kiinnitimme aluksi saranat varsien päihin ns. väärinpäin. Apureiät 2 mm poralla. Saranoiden mukana oli myös messinkiruuvit.Porasimme upotusporalla saranoiden takapuolelle hieman upotusta. Ruuvasimme vääntimellä ruuvit paikoilleen, muutama katkesi heti juuresta. Jouduimme irroituspuuhiin ja hylkäsimme messinkiruuvit.
Varsia kiinnitetään (kuva: Jorma Koski)
Käytimme ruuveina 3,5x16 mm uppokantaisia ruostumattomia, niitä ei saanut vääntimellä poikki. Seurasi tarkkuutta vaativa osa työstä, varsien kiinnitys isoon laattaan. Tästä riippuu, miten jouheasti varret kääntyy, ne eivät saisi nojata sivuista liikaa toisiinsa, vaan saranoiden pitäisi ottaa kuormitus vastaan. Arvioimme, että varsien väliin kannattaa jättää rakoa noin 2 mm. Kiinnitimme siis ensin keskimmäisen moottorivarren ja suuren saranan. Ensin yksi ruuvi kiinni, sarana suoraan ja apureiät mahdollisimman keskelle saranan reikiä. Ruuvit kiinni ja tiukkaan.
Sivuvarsien kiinnityksessä mitattiinkin sitten tarkasti saranoiden etäisyys 4,575 tuumaa, laskettiin myös milleissä 116,25 mm. Varsien ollessa kiinni voitiinkin nyt mitata kääntömutterin paikka. Päätimme käyttää alkuperäistä 1/4 tuuman kierretangon mitoitusta, vaikka meidän tankomme oli 8 mm. Tätä kyllä myöhemmin kaduttiin. Mitaksi tuli moottorivarren saranan keskeltä - kääntömutterin keskelle 16,656 tuumaa, milleissä 423,06. Oikea olisi ollut 416,4 mm, 8 mm:n ruuville. Porasimme säätöporalla 18 mm reiän, ensin toiselta puolen ja sitten läpi toiselta puolelta, jottei reunat repeilisi. Säätömutterin kiinnike kiinni ja päivän työt oli tehty.
Rakenne päältä (kuva: Mikko Mannonen)
Lauantaiaamuna aloitimme työt Matti Lehtosen kanssa ennen klo 9, kohteena kuvausvarsia yhdistävä alumiinikisko. Kiinnitimme sen yhdellä ruuvilla kumpaankin varteen. Samalla säädimme varsien päiden etäisyyden, niin että klappia ei ollut. Vähitellen muutkin rakentelijat heräsivät. Jouni Sorvali ja Jorma Lameranta ilmestyivät juuri sopivasti paikalle, kun aloimme ideoida telinettä. Tähän oli tarkoitus kiinnittää suuri pohjalaatta. Laattahan tulee napakorkeutta vastaavalle vinoudelle. Täällä pohjoisessa noin 61 astetta. Sahasimme käsisirkkelillä 275x180 mm:n levyn.
Kaikessa sahauksessa käytimme tekniikkaa, jossa rima oli jousipuristimilla kiinni leikattavassa levyssä, rima toimi näin sirkkelin ohjaimena. Terä oli säädetty niin, että se tuli vain vähän levyn läpi. Tähän levyyn tulivat sitten kiinni vinotuet. Mitoiltaan alapäästä 180 mm ja ylhaalta 15 mm korkeudeltaan 275 mm. Vinotuet sidottiin yläpäästä (20 mm) 55x190 mm levynpalalla toisiinsa.
Kiinnitystä levyyn pohdittiin porukalla, ehdotettiin myös ratkaisua, jossa saadaan asetettua eri leveysasteille. Emme kuitenkaan valinneet tätä ratkaisua, vaan hieman yksinkertaisemman kiinteän. Sahasimme 21x30 mm U-alumiinikiskosta 210 mm:n kappaleet, joilla kiinnitimme peruslaatan vinotukiin. Päät viistosimme reilusti, noin 40 mm:n matkalta. Kiskot tulivat kiinteästi peruslaattaan ruuveilla. Vinotukien reuna tuli kiskon sisään. Kiinnitys tapahtui kahdella 4 mm:n messinkiruuvilla ja siipimutterilla kiskon lävitse. Mitoitus niin, että levyn voi kääntää ympäri. Ominaisuus tarvitaan moottorin kiertosuunnan tai eteläiselle pallonpuoliskolle siirtymisen johdosta.
Rakenne takaa (kuva Mikko Mannonen)
Vielä tarvittiin moottorin kiinnitys. Moottori kiinnitettiin 80x130 mm:n levyyn. Siihen porattiin säätöporalla reikä, johon tuli ns. painelaakeri. Moottorilevy kiinnitettiin saranoilla moottorivarren (keskimmäinen varsi) päähän. Saranoina pienet messinkisaranat kooltaan 10x40 mm.
Sunnuntaiksi jäikin pyöritysmoottorin asennus ja moottorikotelon teko. Synkronimoottori vaihdelaatikolla toimi 220 V:n jännitteellä. Tämä asettaa kovat vaatimukset suojaukselle, jotta rakenne olisi turvallinen kosteassa ulkotilassa. Rakensimme tiiviin moottorikotelon vanerista. Kooksi muodostui: pituus 165 mm,leveys 100 mm ja korkeus 120 mm. Yhden seinän jouduimme tekemään 3 mm:n alumiinilevystä vanerin loppumisen takia. Levy kooltaan 120x165 mm leikattiin kuviosahalla käyttäen hienoa puuterää. Ensin teipattiin alumiinilevyyn maalarinteipillä suojat, leikkuun kohdalle noin 2 mm:n vapaa alue. Suojaplexi silmien suojaksi ja kintaat sahurille käteen. Sahauksen aikana kuuma alumiinipuru polttaa muuten käsissä tai puhkoo silmät. Hyvät suojavarusteet ovat tarpeen! Levy vielä viilattiin reunoistaan ja hiottiin himmeäksi, Jouni Sorvalin ohjeiden mukaan.
Verkkojohtona käytettiin kolmijohtoista kumikaapelia. Kytkentä tehtiin ruuviliitinrimaan. Verkkojohto vaati tukevan vedonpoiston. Maadoitukset kytkettiin alumiinilevyyn ja moottoriin kaapelikengillä. Kytkennät mitattiin varmuuden vuoksi yleismittarilla.
Nyt voitiin sovittaa ruuvia moottoriin, huomasimme että ruuvin ohennettu pää olikin liian lyhyt. Taas olivat hyvät neuvot tarpeen. Ratkaisu löytyikin taas Jounilta. Ruuvi kiinnitettiin porakoneeseen toisesta päästään ja tuettiin laudanpätkään toisesta. Nyt voitiinkin viilata pyörivää ruuvia, improvisoitu sorvi toimi hyvin runsaan apujoukon avustamana. Ruuvi kiinnitettiin uudelleen moottorin kytkimeen, jotta voitiin mitata moottorikiinnikkeiden korkeus. Kiinnikkeet tehtiin kulmaan taivutetuista messinkipäällystetyistä raudoista. Porasimme kameravarsiin 3 kpl 6 mm:n reikää kumpaankin. Reikiin kiersimme 1/4 tuuman ruuvit kameroita varten. Laitteeseen voidaan siis asentaa 6 kpl kameroita kuvaamaan yhtäaikaa.
Kuvausvalmiina (kuva: Mikko Mannonen)
Laitoimme laitteeseen sähköt päälle, hyvin näytti toimivan. Ruuvi pyöri tasaisesti eikä äänikään ollut paha. Joku huomasi, että hommassa oli jotain pielessä. Vaikka ruuvi pyöri, niin se ei lyhentynytkään. Tarkemmin katsoen moottori vaihtoi pyörimissuuntaansa puolen minuutin välein. Otin kopan auki ja tutkin tarkemmin moottoria. Sen vaihteistosta puuttui ns. hakaslaite, joka estää moottoria pyörimästä molempiin suuntiin.Totesimme, että moottori pitää vaihtaa myöhemmin.
Mukana oli runsaasti väkeä rakentelemassa ja seuraamassa projektia koko ajan, josta kaikille kiitos! Lopuksi vielä esittelimme aikaansaannostamme koko Cygnus-tapahtuman osanottajajoukolle.
Korjauksia ja kokeilu
Korjausrakentamisen aloitin noin kolme viikkoa ennen tähtipäiviä. Aloitin muuttamalla kääntömutterin paikan oikeaksi siis 423 mm -> 416,4 mm. Jouduin rakentamaan 50x5 mm:n alumiinilaatasta apukappaleen, johon kiinnitin kääntömutterin. Samalla tein siihen noin 2 mm:n säätömahdollisuuden. Olin muös tilannut uuden moottorin OEM Electonics Oy:stä, noin 300 markan hintaan.
Uusi 5 W:n moottori ilman koteloa
Moottori oli teholtaan 5 W ja vaihdelaatikolla varustettu. Lähtöakseli oli tukevaa laatua ja kunnolla laakeroitu. Painelaakeria ei tarvittu tällä moottorilla, joten rakenne muuttui yksinkertaisemmaksi. Moottori vaati vielä 1,5 mikrofaradin kondensaattorin pyörimissuunnan valintaan. Lisäsin vielä vesitiiviin kytkimen moottorikoppaan.
Lakkaus olikin sitten melkoinen työ. Vaikkei tarvinnutkaan käsitellä kun levyn reunat. Tarvittiin neljä kerrosta venelakkaa. Ensin sivelin lakan vanerin reunoihin ja sen jälkeen poistin ylimääräisen levyn pinnoista talouspaperilla. Tämä piti tehdä ennen lakan kiinnitarttumista. Levythän oli lakattu valmiiksi eikä tarkoitus ollut pilata hienoja pintoja.
Pääsin kokeilemaan laitetta ensi kerran perjantai-iltana 19.10.2001. Sää oli hieman suttuinen, mutta sai kelvata.
Olin juuri saanut Jari Kuulan entisen RET-putken jalustan säilytykseen. Jari oli tehnyt jalustan kolmesta kaapelihyllyn kannakkeesta ja 120 mm:n muoviputkesta. Muoviputki oli täytetty puupalikoilla jotka jäykistivät sen ja hyllynkannakkeet taas tukivat putken maahan,niissä oli myös säätöruuvit, joilla oli helppo säätää jalusta suoraan. Se sopi hienosti seurantalaitteen jalustaksi.
Ensikokeilussa ei ollut vielä tähtäinputkea navan suuntaamiseksi. Suuntasin sen katsomalla levyn reunasta suoraan Pohjantähteen ja arvioimalla noin 1/2 asteen verran Kassiopeian suuntaan. Tarkempaan seurantaan tarvitaankin sitten suuntausputki ehkä vielä tähtikartalla varustettuna. Filminä oli jotain ISO 400 -värinega, ehkä Ferrania, sitä sattui olemaan kinofilmi Chinonissa.
Kuvausvalmis barndoor-seurantalaite