CAM84 Selbstbau CCD

  • Ersteller des Themas Ersteller des Themas Erik
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Hallo Ulrich,

mit in Reihe schalten meinte ich schon elektrisch, so kommt man auf die von mir bevorzugten 12V. Mechanisch kommen die beiden übereinander (Sandwich), so erreicht man eine tiefere Temperatur.

Gruß

Martin
 
Hallo Martin,

ich befürchte, so wie Du das Dir vorstellst wird es nicht gehen.
Du kannst das ausprobieren, ich lass mich auch gerne überzeugen, habe aber Vorbehalte.

Grund: Ein Peltier ist nur eine Pumpe, die von einer Seite durch reingesteckte elektrische Energie
Wärme auf die andere Seite des Elements pumpt. Dabei muss auf der warmen Seite die rübergepumpte
Wärme plus die elektrische Energie abgeführt werden. Wenn das Element (was es sicher nicht hat)
100 % Wirkungsgrad besitzt, dann sinkt die Effizienz durch das 2. Element (mit gl. Leistung) im
Doppelpack, weil das 2. Element auch noch die el. Leistung des 1. Elemnts (die Wärme durch die reingesteckte Energie/Verlust wg. < 100% Effizienz) pumpen muss. Nicht umsonst
sind bei 2 stufigen Peltiers die Leistung des "wärmeren" Elements (meistens auch die Größe wg. Anpassung zum Kühler) größer. Mit 2 gleichen Elementen, die in Reihe vom gl. Strom durchflossen werden, bekommst Du keine niedrigere Temperatur, Du musst froh sein, wenn es überhaupt geht und nicht ein Peltier abraucht.
Allenfalls, wenn Du das eine Element mit geringerer Leistung als das hintere (wärmere) fährst, kann es gehen. Aber warum dann 2 Elemente, wenn Du mit einem schon die Temperatur erreichst...?

Gruss Ulrich
 
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Hallo Ulrich,

ich habe keine Erfahrungen mit Peltierelementen, aber ich lasse es auf einen Versuch ankommen. Nach meinem Verständnis funktioniert ein Peltier umso besser je mehr man an der warmen Seite die Wärme entfernt.

Dabei kommt zur Wärmedifferenz natürlich die rein gesteckte Energie hinzu. Ich sehe das so, schaffe ich mit dem ersten Peltier 40° Differenz von der kalten zur warmen Seite, dann vielleicht mit dem zweiten nochmal 20° um die ich die warme Seite des ersten Elements runter kühlen kann und so die Wirkung des ersten Elements steigern kann.

Gruß

Martin
 
Hallo Martin,

Du kannst das mal physikalisch mit Energieerhaltung prüfen.

Sagen wir mit Deinem Element bei Nennleistung (30W el. Leistung) schaffst Du es bei 20°C Umgebungstemperatur eine Temperatur von -20°C auf der kalten Seite zu bekommen (Temperaturdifferenz zur Umgebung 40°C), dann erhöht sich die Temperatur auf der warmen Seite auf über 40 °C, weil auch noch die el. Leistung dazukommt.
Dein zweites Element sieht nun nicht wie das erste Element nur 20°C, die es pumpen soll, sondern, sagen wir mal 50°C, hat aber nur dieselbe Pumpleistung wie das erste, bzw. schafft nur eine maximale Differenz zwischen kalt und warm die dem Element zu eigen ist. Dazu kommen noch Übergangsverluste.

*) mein Anastz bezieht sich auf Nennleistung, bei der bei jedem Element die maximale Temperaturdifferenz angegeben ist.
Die Warme Temperatur muss nun auch effektiv wieder an die Umgebung abgegeben werden (können). Durch Ventilator und viel Fläche.

Ich bin skeptisch, dass man damit "mehr kalt" bekommt.

Es gibt aber nette Sandwich Peltiers. Da ist das wärmere größer und hat mehr Leistung. Das sollte klappen.

Gruss Ulrich
 
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Hallo,

ich habe mir folgendes Peltier ausgewählt: TES1-127025 (gibt's bei Conrad etc.).
Gekühlt soll das mit einem Zalman CNPS2X-CPU-Kühler der vom Arduino mit 25 kHZ PWM angesteuert wird (damit er nicht pfeift). Der Kühler ist mit 83g sehr leicht und sollte die Wärme sehr gut wegbekommen.

Als Gehäuse bastle ich an einem 3D-Druck-Gehäuse, das die ganzen Einzelteile und Sensoren aufnimmt.
Der CCD ist aber noch old fashioned direkt auf der Platine und nicht in einer separaten Kühlkammer.
Der Kühlfinger ist unter Verzicht auf den Aluminiumdeckel dann 20 mm hoch. Das ist keine große Masse und sollte beherrschbar sein.
Anspruchvoll wird aber eine gescheite Abdichtung der Elektroniksektion werden. Und die ganze Verdrahtung ebenso. Da auch noch eine kleine USB-HUB-Platine Platz gefunden hat, ist das Ganze extrem beengt. Dafür gibt es einen USB-Doppelstecker, wo der PC und der Autoguider angeschlossen werden sollen.

Gruß

Erik

So sieht das im CAD-Entwurf aus:

 

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ich denke schon, dass man durch das zweite Element einen zusätzlichen Kühleffekt erhält. Denn es wird ja auch näherungsweise die doppelte Energie für 2 Peltierelemente aufgewendet.
 
Hallo Zusammen,

noch als kleiner Reminder: wer noch die Teile an mich schicken muss bzw. Geld überweisen, sollte das bis Ende August (Stichtag 2.9.) getan haben. Dann sende ich die Sammlung an den Bestücker. Vorher bin ich aber noch in Urlaub.

Für das miese Wetter entschuldige ich mich, da ich gerade noch einen alten 12" Pappröhrendobson erworben habe. Visuell sind die Dinger ziemlich gut. Und ich wollte einfach mal zurück zum Schnellspechteln ohne Technik.

Grüße

Erik
 
Na dann wird mir natürlich klar warum wir keine Sterne zu sehen bekommen :-)

Übrigens arbeite ich zur Zeit an einem Prototypen für die Kühlkammer wie auf meiner letzten Skizze zu sehen. Und 3D-Druckmodelle für eine justierbare CCD-Einfassung und Verbindungs/Durchführungsstück von der Platine zum Sensor.

Alles weitere später, brauche noch etwas Zeit!
 
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Eine alternativer Lieferant für das Gehäuse ist Reichelt: Das Gehäuse Hammond 1550Z107 passt.

Ich hoffe, demnächst mit dem Bau weiter voran zu kommen. Bisher habe ich erst den FTDI und etwas Kleinkram bestückt sowie das EEPROM programmiert und dann keine Zeit mehr gehabt.

Michael
 
Hallo,

die direkte Kühlung am CCD möchte ich jetzt auch realisieren. Das Hauptproblem ist die Wärme vom Pletier da wegzubekommen.

Ich werde ein 20x20mm Peltier TEC1-04905 mit kleiner Verteilerplatte aus Kupfer direkt am CCD einsetzen. Ein billiges LM2396 Modul wird über ein digitales Poti (MCP4725 12 Bit I2C) vom Arduino geregelt. Habe leider gerade nicht den mehr Link parat, wo das beschrieben ist. Dann braucht es keine aufwändige Extraschaltung.

Mal eine ganz andere Sache. Es gibt ja von den Urkrainern ja noch die CAM10 als Guiding/Planetenkamera. Hat irgendwer davon die PCB oder Gerberdateien ? Es gibt davon bei Astroccd.org und ein obskures .PCB-File, dass ich nicht öffen kann.

Gruß

Erik
 
Erik: Wo liegt für Dich der Reiz der Cam10? Der Sensor ist nicht der Kracher, aber inzwischen ja auch schon betagt. Der ADC ist intern, d.h. da ist nichts besser zu machen. Kameras in der Leistungsklasse sind durchaus bezahlbar, was bei der Cam84 nicht so ist.

Übersehe ich etwas?

Michael
 
Hallo Michael,

ich habe noch nicht genau untersucht. Ich hatte nur etwas Zeit und da spuckte der Gedanke "interner Guiding-Chip" in der CAM84 durch den Raum. Dafür ist der alte CMOS-Chip der CAM10 aber sowieso zu groß und das PCB-Design auch etwas abenteuerlich.

Ich habe vor vielen Jahren mal eine Webcam mit einem ICX424AL (s/w mit 7,4 um Pixeln) aufgebohrt, das war ein richtig empfindliche Lösung für Guiding (habe ich auch lange benutzt) und etwas Deepsky ging auch damit ICX424AL . Ich werde mal versuchen, ob der ICX424 in das Gehäuse der Kühlkammer mit reinpaßt, das der Chip sowieso schon von der Steuerplatine separiert ist.

Erik
 
Hallo Zusammen,

ich habe jetzt Alles zusammen für das Bestücken, morgen geht das Paket an den Bestücker raus. So bis Ende September halten wir hoffentlich alle das Ergebnis in Händen.

Gruß

Erik
 
Hallo Zusammen,

um die Wartezeit für den Bestücker zu überbrücken, habe ich an der Kühllösung herumkonstruiert.

Der CCD soll direkt in isoliert über ein 30x20x1 mm Kupferstücken (als Wärmeverteiler) auf dem CCD (ein TEC1-3104) sitzen.
Die Abwärme des Peltierelements wird von einem 30x20x5 mm Kupferblock mit zwei eingelassenen Sinter-Heatpipes (150x4 mm) zu einem analogen Kupferblock mit aufgesetztem CPU-Kühler geleitet.
Die Heatpipes müssen irgendwie am PCB vorbei, also werde ich Sie aus dem Alu-Gehäuse rausführen müssen.
Dadurch bleibt aber das Loch des PCB frei als Kabeldurchführung für den Temperatursensor und die Peltierstromversorgungsleitung.

Was noch fehlt ist die Anbindung des Sensors über Leitungen an das PCB. Wie kann man das möglichst störungsfrei realisieren ?
Eine Trockenpatrone in der CCD-Kammer fehlt natürlich auch noch.

Grüße

Erik
 

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Hallo Erik,

das sieht doch schon mal gut aus.

Ich würde die Verbindung zwischen Chip und Platine versuchen mit niederohmigen Konstantandraht herzustellen, dessen Adern ich z.B. mit Schrumpfschlauch versehen würde.

Grund: Konstantan leitet Wärme nicht sehr gut (schlechter als Kupferdraht) und man hat einen definierten Ohmschen Widerstand. Sowieso war ursprünglich der Chip über Widerstände in der Nikon angeschlossen, zum Schutz der Eingangs- und Ausgangs-Stufen im Chip. D.h. der kl. Widerstand des Konstantandrahtes ist so schlecht nicht.
Wärmeleitfähigkeit Konstantan 23, Kupfer 400, d.h. über Kupfer fließt mehr Wärme auf den Chip zurück als über Konstantan.

Grüße Ulrich
 
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Hallo Erik,

für die Trockenpatrone würde ich einfach ein Loch in die Kammer seitlich bohren und Gewinde reinschneiden, Z.B. M10.

Dann würde ich eine kurze M10 Schraube z.B. mit einem 6er oder 8er Bohrer längs mittig ausbohren, so dass das Gewinde und der Kopf noch unbeschädigt bleibt. Silika in den Hohlraum und ggf. etwas luftduchlässiges über die Öffung kleben, dann die Schraube mit O-Ring einschrauben.

Gruss U.
 
Hallo Ulrich,

das sind zwei sehr gute Tipps. Danke.
Die Heatpipes habe ich schon da, sobald ich die Kupferteile gefertigt habe (aus 20mm Flachstäben, braucht nur vier Bohrungen), werde ich die Kühlwirkung der Anordnung ohne Regelung und Sensor testen.

Grüße

Erik
 
Hallo Denny,

der Bestücker hat das Paket am 19.09. endlich erhalten. Nach Bulgarien dauerte das leider etwas.

Bis jetzt hat er sich über das Tütengrab nicht beschwert.

Der Sockel ist noch ein ungelöstes Problem.

Gruß

Erik

 
Hallo Denny,

die waren von Digi-Key. Welche genau, kann ich Dir jetzt gar nicht mehr sagen, da ich erst die falschen bestellt hatte und Tom dann bei seiner Nachbestellung die richtigen mit bestellt hat. Da müsste er mal in seinen Unterlagen nachschauen, welche Bezeichnung die hatten.

Gruß

Martin
 
Hi

Wie Martin schön sagte sollte ich die Bestellnummer für die Buchsenleiste haben. Leider finde ich die Liste nicht mehr aber vielleicht hilft auch der Hinweis das wir mit einem Messschieber einfach das Rastermaß ermittelt und dann nach einem passenden Artikel gesucht haben. Es war kein übliches Maß welches häufig verwendet wird sondern schon ein normal erhältliches aber eben mit dem benötigten Rastermaß.

Gruß, Tom
 
Hallo Martin, Tom.

Ich arbeite ja zur Zeit mit Hochdruck an einen Prototypen für eine externe Kühlkammer. Bei mir wird es ein 3D-Druckteil welches die Verbindung zwischen Platine und CCD herstellt.
Mich würde aber mal interessieren wie Ihr das Problem gelöst habt oder noch lösen wollt?

Könnt ihr mal Bilder oder Skizzen posten.

 
Hallo Udo

Zur Zeit liegt, zumindest bei mir, das Projekt auf Eis oder besser gesagt, die Prioritäten haben sich leicht geändert.

Nichtsdestotrotz möchte ich Dir eine Überlegung von mir mitteilen, vielleicht entwickelt sich ja was daraus.

Ich würde gerne das CCD mittels Langlöcher im Gehäusedeckel außerhalb, direkt im Adapter verbauen. Dabei könnten zwei Strategien zur Kühlung eingesetzt werden! Zum einen mittels Gehäuse kühlen oder mit einem zusätzlichen Kühlfinger die Wärme klassisch über Peltierelement wegführen.

Der Adapter würde als Kammer dienen und ist zudem immer noch justierbar.

Grüße, Tom
 
Hallo Tom,

also im Prinzip fast so wie ich es gerade baue.
Bei mir wird es eine seperate Kühlkammer die unter dem Adapter liegt, Also der Adapter dient als ´Deckel`und erhält seine Justierfunktion.
zu sehen auf meiner letzten Zeichnung auf Seite 6 ganz unten.
Ich tendiere wohl immer mehr zu einer Argonfüllung der Kammer.
Ich habe noch eine Flasche CORGON in der Werkstatt.
Corgon hat 82% Argon und 18% Co2
müsste doch eigentlich funktionieren, oder?
Ich werde noch ein paar Tage für die Konstruktion brauchen und es dann posten!
 
Hallo,

Was mir gerade noch einfällt ...

Bei mir wird das Verbindungsteil von Platine zum Sensor ja ein 3D-Druck.

Es sind aber Probleme mit der Bohrfähigkeit des Materials aufgetreten.

Der Drucker schafft es nicht die kleinen Durchführungen zu drucken.
Und beim Versuch diese zu bohren ist durch die Hitzeentwicklung das Material geschmolzen!
Also habe ich jetzt eine Silikon-Gussform hergestellt und werde das Teil jetzt aus Epoxi gießen. ... in der Hoffnung das es dann bohrfähig ist!
 
Hallo Urs, hallo All

Mann,Mann, was wir für einen Aufwand treiben um ein paar Photonen einzufangen ist schon der Hammer :D

Grüße, Tom und noch ein schönes WE
 
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Für alle, die nach der ersten BOM bestellten:

Die 180k Widerstände sollten 0603 sein, es sind aber 0402. Das geht, aber es ist nicht einfach.

Es ist nur 1 Kondensator 47 uF enthalten, aber es werden zwei gebraucht.

Beim Gehäuse von Reichelt ist zwischen den Löchern ein Steg. Ich weiss nicht, wie das beim Originalgehäuse ist. Man könnte das Board mit Distanzscheiben montieren. Ich habe den Steg weggefräst.

Michael
 
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