CAM84 Selbstbau CCD

  • Ersteller des Themas Ersteller des Themas Erik
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Hallo zusammen,
ich habe einen ersten Entwurf für einen Kühlfinger erstellt (siehe Bilder). Dabei wird der schwarze POM-Ring passend geklemmt, sodass sich der exakte CCD Abstand einstellen lässt. Gleichzeitig dient er zur Abdichtung mit dem Gehäusedeckel und wird von Hinten - Peltier- bzw. Kühlkörperseite - verschraubt.
Als nächstes werde ich ein Angebot einholen... wollte jedoch hören, ob auch dafür noch von anderen Interesse besteht.
Vorweg: Grundsätzliche Änderungen wird es da nicht mehr geben. Es ist für eine hinten angebrachte Peltierkühlung mit einem 25x25mm Element gedacht…

Viele Grüße
Tobias
 

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Hallo Tobias,

das musst du aber mal genauer erklären!

Kannst du davon mal eine Schnittzeichnung in Skizzenform einstellen, damit man mal die genaue Position der Teile im Bezug zum Gehäuse der Platine und CCD erkennen kann!
 
Hallo Zusammen,

der Bestückter hat mir mitgeteilt, dass nächste Woche die fertigen Platinen rausgehen. Mit Postweg sollten die also in knapp 14 Tagen bei mir eingehen.

Bei der Gelegenheit sollten die noch säumigen Zahler in sich gehen und die fehlenden Beträge an mich überweisen.

Gruß

Erik
 
Hallo,
so habe das etwas genauer gezeichnet, ich hoffe jetzt wird es klarer...
CS Tobias
 

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Hallo Tobias,

ja jetzt wird's klarer!

Das grüne Element in der Zeichnung, steht symbolisch für die Platine und CCD, oder soll es eine Isolierung darstellen?

Bei einer flexiblen Einstellung der CCD Ebene müssten die Beinchen des Chips auch verlängert werden ?!
Oder wird die Platine mit dem Kern verbunden und bewegt sich mit?

Bei so einem langen Kühlweg, sollte der Kern nicht besser aus Kupfer sein?

Alles in Allem finde ich, ist es ein interessanter Ansatz für eine Kühlung von hinten.
 
Hallo Udo,
ja das Grüne ist der Platz den die Platine mit CCD im worst Case einnimmt.
Mein CCD ist gesockelt, dann drückt es ihn aus der Fassung anstatt ihn zu sprengen, wenn etwas nicht richtig läuft... und man kann ihn wechseln. Ob das auch ohne geht... dann steht sicherlich der Stempel weiter hinten raus und für das Kupfer ist kein Platz.
Bewegen soll sich da nichts ;)
Ich habe Alu und Kupfer durchgerechnet und sehe keine wirklichen Vorteile von Kupfer - besser die Kälte so "weit" leiten, als die Wärme. Ist nicht wirklich sehr weit, wenn ich mich richtig erinnere ca 35mm.
Der Peltier-Kühler wird dann mit dem POM verschraubt.

Hat noch jemand Interesse - habe noch kein Angebot kommt aber bestimmt. Ich frage auch nach, ob und wenn ja was eine Gehäuse Bearbeitung kostet.

CS Tobias
 
Hallo,

ich habe eine Bemerkung zum letzten Beitrag von Tobias.
Soll jedoch nur ein sachlicher Hinweis sein. Also nicht falsch verstehen. :)

Mir geht es um das physikalische Prinzip der Wärmeleitung.
Damit nochmal der Augenmerk auf die Funktion der Peltierkühlung gelenkt wird.

Grundsätzlich fließt Wärme immer von warm nach kalt. Deswegen gibt es eigentlich keine "Kälteleitung" wie es vielleicht bei dem Ansatz von Tobias angenommen wird.

Und das Peltier pumpt einfach durch zugeführte elektrische Leistung Wärme von einer Seite auf die andere Seite.

Bei dem Ansatz von Tobias strömt nun von allen Seiten Wärme durch die Umgebung auf Chip und den Kühlfinger. Um nun eine niedrige Chiptemperatur zu erreichen, muss die Wärme abgesaugt werden, und zwar vom Chip UND der Masse des Kühfingers. Je größer der Kühlfinger umso mehr Wärme kann er aus der Umgebung aufnehmen, was das Peltier am anderen Ende wegpumpen muss. D.h. auch, dass der Kühfinger auch sehr kalt wird. Die kälteste Stelle, bei geeignetem Peltier ist genau dort, wo das Peltier den Kühlfinger berührt.

Es wird jedoch keine Kälte von dort zum Chip geleitet, sondern es wird nur ein Wärmestrom vom Chip zum Peltier erzeugt. Wobei der Chip in der Kühlkette das wärmste Element ist.

Das Peltier muss besonders leistunsstark sein, damit es die ganze Wärme pumpen kann, und die Wärme muss auch von der heißen Seite wieder abgeführt werden. Man benötigt also sehr leistungsfähige Kühlfinger / Ventilator damit man die ganze Wärme plus die elektrische Wärme des Peltiers in die Umgebungsluft abgeben kann.

Optimaler ist immer der Ansatz nur den Chip zu kühlen, d.h. das Peltier direkt am Chip zu befestigen und von dort die Wärme weg zu transportieren.

Grüße Ulrich



 
Hallo,

ich habe die Lösung mit den Heatpipes das erste mal unter Strom gesetzt. Im Bild ist die kühle Seite oben.
Die Teile sind nur mit Wärmeleitpaste miteinander verbunden.
An der kalten Seite ist lediglich ein 30x20x2mm Kupferplättchen für die Temperaturhomogenität an der Unterseite des Sensors (hier noch nicht montiert).
Die erzielte Temperatur war 7°C, in meinem Fall eine Temperaturdifferenz von 22°C. Das Peltier braucht aber maximal nur 12,5W Leistung.
Leider hat mein Voltmeter nicht mitgespielt, so dass ich keine Chance hatte die Voltzahl gezielt einzustellen.
Daher kann ich auch noch nicht sagen, wo das Optimum der Lösung liegt.
Das DC/DC-Modul hat zwar eine Anzeige, die ich ohne Last auf die 3,8V Maximalspannung des TEC eingestellt hatte.
Es zeigt aber unter Last leider nur 1,6V (?) an.

Sobald ich das sinvoll messen und einstellen kann, werde ich das Optimum der Kühlung ausloten.
Sollte das funktionieren, werde ich eine Regelung nach diesem Vorbild realisieren:
Steuerung eines DC/DC-Kontrollers über digitales Poti

Grüße

Erik

 

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Hallo zusammen,

vor einiger Zeit hatte ich eine Skizze hier gepostet wie man die Kühlung über eine externe Kühlkammer realisieren könnte.

Zur Erinnerung hier noch mal die Skizze:

Link zur Grafik: http://forum.astronomie.de/phpapps/ubbthreads/ubbthreads.php

Bei dem Versuch der Umsetzung wurde immer Klarer das die Kühlkammer doch ein recht komplexes Dreh- und Frästeil werden würde.
Doch nach dem Motto "wer nicht wagt der nicht gewinnt"
habe ich mich trotz meiner leienhaften Drehtechnik Kenntnissen
an das Ding heran gewagt.

Probleme bereiteten auch die 3D-Druckteile. Es stellte sich heraus, dass man zwar recht einfach Teile Konstruieren kann, aber bei der Umsetzung fangen die Schwierigkeiten an.
z.B. schräge Kannten wie erst bei der Abdeckung geplant, werden sehr unsauber gedruckt.
Und die feinen Löcher in dem Adapter zur Verlängerung der CCD-Beine gingen gar nicht, mussten also nachträglich gebohrt werden.
Und beim Versuch diese zu Bohren schmolz das Material dahin!
Abhilfe musste her und nach einer Internetsuche bin ich dazu übergegangen Silikongussformen von den Teilen zu machen und habe sie dann aus Epoxidharz gegossen!
Spannend wurde es dann beim Bohren, immerhin 2x 17 Löcher in 1,2mm mit einem Zentrumsabstand von 1,75mm!
Aber es hat funktioniert!!

Anbei erst mal ein Gruppenbild der einzelnen Komponenten:

Link zur Grafik: http://forum.astronomie.de/phpapps/ubbthreads/ubbthreads.php

Zur Erklärung, von Oben:

Abdeckung Rückseite der Kamera 3D-Druck

Alugehäuse, nur der Boden zur Aufnahme der Platine mit Öffnung für die Kühlkammer.

Kühlkammer

Tobis Adapter

Die drei 3D-Formgussteile
CCD-Adapter
Kupferpuffer mit Montagerahmen
CCD-Abdeckrahmen.


FORTSETZUNG FOLGT !!!
 
Hallo zusammen,

erst mal: gibt es eigentlich eine Möglichkeit Bilder zwischen den Zeilen zu zeigen???



So weiter geht's.

Die Kühlkammer ein recht komplexes Drehteil!

Der Durchmesser entspricht natürlich Tobias Adapter.
Die Wandstärke ist etwas kleiner, aber gerade ausreichend für die Auflage des O-Rings.
Die Kammertiefe ist ca. 13mm
Bodenstärke 3mm
Auf der Rückseite verlängert sich der 20mm Kern zur Ableitung der Wärme durch die Platine.
Beidseitig zum Kern die 3mm Langlöcher zur Aufnahme des CCD-Adapters, also das Gussteil wo die verlängerten Beine des CCD zur Platine durchgeführt werden.
Bohrungen mit M3-Gewinde zur Montage.
Seitlich am Aussenring sind gegenüberliegend gesenkte M6-Bohrungen. Da hinein kommen Inbusschrauben mit O-Ringdichtung.
Darüber will ich eine Argonfüllung/Spülung der Kammer realisieren.
In der Werkstatt habe ich noch eine Flasche CONGAN gefunden, das ist ca. 85% Argon und 15% CO2, ich denke das müsste gehen.

Link zur Grafik: http://forum.astronomie.de/phpapps/ubbthreads/ubbthreads.php

Link zur Grafik: http://forum.astronomie.de/phpapps/ubbthreads/ubbthreads.php

Link zur Grafik: http://forum.astronomie.de/phpapps/ubbthreads/ubbthreads.php


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Hallo zusammen,

In den folgenden Abbildungen sieht man die Einschraubhülsen zur Montage der CCD-Abdeckung.
Das sind einfache Gewindefüße wie man sie bei Motherboards findet.
Dadurch haben sie M3 Schrauben mehr Gewindeweg und Halt für die Justage.
Weiter sieht man den eingeschobenen CCD-Adapter.
Link zur Grafik: http://forum.astronomie.de/phpapps/ubbthreads/ubbthreads.php

FORTSERTUNG FOLGT!!!
 

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Zuletzt von einem Moderator bearbeitet:
Hallo zusammen,

als Anmerkung sei noch gesagt, das für eine Argonbefüllung
die Kammer natürlich dicht sein muss.
Also werden bei der Endmontage die Adapterleisten mit einem hochelastischen Kleber zum Gehäuse versiegelt.
Oben der Rand des Adapters hat eine umlaufende Reling so das nach einsetzen des CCD- Sensors die Fläche versiegelt werden kann!

Zwischen den Leisten kommt das Peltier Element mit Wärmeleitpaste eingesetzt.
Darauf das Kupfer-Pufferelement im Rahmen.
Der Rahmen passt genau in das CCD-Abdeckelement und ist somit gegen verrutschen gesichert und hat zusätzlich durch den Rahmen eine Isolierung zu den CCD-Beinen.

In das Kupferblech ist noch eine Bohrung für den Temperaturfühler vorgesehen.
Die Verkabelung kann durch vier zusätzliche Bohrungen
in dem CCD-Adapter geführt werden.
Ich werde aber noch eine zusätzliche Kabeldurchführung am Boden der Kühlkammer einbauen.

Nach dem Einsetzen des CCD-Sensors wird die Abdeckung mit vier M3 Schrauben die jeweils mit einer Druckfeder unterlegt sind eingesetzt und leicht federnd angepresst.

Zu guter Letzt Tobias Adapterring mit UV-Filter.
Ich habe den Ring von beiden Seiten leicht abgedreht und somit in der Proportion der Kühlkammer angepasst.

FORTSETZUNG FOLGT!!!

 

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Zuletzt von einem Moderator bearbeitet:
Hi Udo,
sehr schöner Beitrag - bin gespannt, wie gut das funktioniert... bitte berichte weiter!

Also für den Alu-Stempel und den POM-Ring habe ich ein Angebot - falls jemand Interesse hat bitte melden ~ 40€ + Versand evtl weniger je nach Menge.

Musste leider am Wochenende feststellen, dass die alternativen Gehäuse nicht richtig passen... von den Bohrungen, der Steg und die allgemeine Qualität (die Höhe der Stege weicht fast einen Millimeter voneinander ab - dort wo die Platine verschraubt wird). Hat jemand eine günstige Bezugsquelle für das richtige Gehäuse am besten inkl. jemand, der das bearbeiten könnte?
@Udo wie hast du das große Loch in das Gehäuse bekommen?

Viele Grüße
Tobias
 
Hi,
absolut Spitze, was Ihr hier treibt. Lese die ganze Zeit gespannt mit.
Weiter gutes Gelingen!
Viele Grüße,
Gerrit
 
Hallo Tobias,

mit dem Loch ist eigentlich ganz einfach, musst nur was Geduld mitbringen.
Einfach anzeichnen, dann Loch für Loch nebeneinander bohren.
Mit einer kleinen Fräse die Grate durchtrennen und das Loch ist ´grob` da.
Jetzt kommt die Feinarbeit: Ich habe einen Zylinderschleifer für die Bohrmaschine genommen der hat einen Durchmesser von ca. 40mm, das Gehäuse vertikal zu meinem Standort eingespannt und frei Hand den Kreis ausgeschliffen.
Mit ein wenig Fingerspitzengefühl, kein Problem.

Mit dem Gehäuse, ... weiß nicht....meins hatte auch Laschen außen dran. Ich hab die mit der Flex und einer hauchdünnen Scheibe abgeschnitten und mit einer Schleifscheibe poliert.
Dann das ganze Gehäuse mit einem feinen Schleifvlies poliert.
 
Hallo Udo

Das selbst gedruckte Gehäuse gefällt mir sehr gut und wollte mal fragen ob Du auch die Druckdaten zur Verfügung stellen kannst? Ich würde gerne mal bei einem professionellen Drucker nachfragen was das dann kosten würde oder als Alternative gibt es bei mir in der Stadt ein "Fab-Lab", eine Art Mietwerkstatt bei der man allerdings Mitglied sein muss.

Grüße, Tom
 
Zuletzt von einem Moderator bearbeitet:
Hallo Tom,

natürlich kannst du die Datei für das Gehäuse haben!!

Wenn du willst kannst du auch die Dateien für die CCD-Einfassung haben.

Bei dem Gehäuse fehlen ja noch die Öffnungen für das Display und die Anschlüsse...soweit ist meine Planung noch nicht.

Erik habe ich schon mal Dateien per Mail geschickt.
Oder gibt es noch eine andere Möglichkeit hier Dateien zu verschicken?
 
Hallo Udo

Vielen Dank für dein Entgegenkommen, ich werde es sicherlich nutzen und Dir hierzu eine PM schicken. Ich gehe jetzt einfach mal davon aus das die Datei von jedem Drucker verstanden wird, habe hierzu eigentlich Null Erfahrung. Ich lese immer wieder von einer ST? Datei die zum Druck benötigt wird.

Grüße, Tom
 
Hallo,

ich wäre auch an den STL-Dateien interessiert. Udo, wie hast Du denn die elektrische Kontaktierung im Druckteil ausgeführt ? Führst Du da Drähte in die Bohrungen ein ?

Ansonsten habe ich meine Kühlung weiter erprobt. Bei 2,5V (das 20x20 Peltier hat nominell max. 3,8V und 4 A) kommt der Kupferkühler leicht auf Minusgrade bei (geschätzt) weniger als 10W.
Die genaue Temperatur muss ich noch nachmessen.
Auf dem Bild sieht man die Bildung von Reif durch gefrierende Luftfeuchtigkeit.
Die Heatpipes werden aber jetzt nur noch warm, nicht heiß.

Auf jeden Fall werde ich die Kühlung so umsetzen können. Als nächstes muss ich das digitale Poti zum Laufen bekommen und den Arduino anpassen.

Gruß

Erik
 

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Hallo Erik,

Es ist geplant die Beine des CCD zu verlängern, diese dann durch die Bohrungen des Adapters zu führen, durch die Platine und von der Rück/Oberseite(wie man`s nimmt)
zu verlöten.

Hier war ja mal die Rede von Konstantan Draht, ich bin mir da noch unsicher was für einen man da am besten nimmt?

Was hast du eigentlich für ein Peltier?

Erik und Tom: ich muss die CAD-Dateien noch leicht
modifizieren.
 
Hallo Udo,

ich habe folgendes Peltier: TES1-3104 3.8V 4A 20x20mm.
Ich habe jetzt minimal -8°C bei 2,8V und 2,7A, macht also 7,5W.
Macht bei mir ein DeltaT von 30°C. Erst bei sehr wenig Spannung beginnt die Temperatur zu steigen. Unter 5W Leistung für die Kühlung sollten also möglich sein.
Kritisch sind natürlich Kältebrücken vom Sensor weg. Konstantan-Draht ist bestimmt ideal, aber den überall einzeln Anlöten klingt extrem nach Fisselkram.
Ich will einen Sockel aus Beryllium-Kupfer nehmen, da das recht schlecht Wärme leitet, und diesen dann über lange Pfostenleitenpins zur Platine verlängern.

Gruß

Erik
 
Hallo Zusammen,

eine schlechte Nachricht: Der Bestücker hat zu spät realisiert, welchem Tütenchaos an Bauteilen er sich ausgesetzt hat. Das heißt er muss seine Bestückungsmaschine für diejenigen Platinen, für die er die Bauteile von Euch mitbekommen hat, immer einzeln einrichten. In Summe heißt das aber das diese Platinenbestückungen teurer werden als gedacht. Ich habe noch keine Info wie sich das In Euro äußern wird. ich wollte Euch nur vorwarnen. Die Platinen, für die er die Bauteile selbst stellt, sind davon wohl nicht betroffen.

Gruß

Erik

 
Hallo zusammen,
gibt es schon etwas Neues z.B. eine ungefähre Preiseinschätzung?

Ansonsten sieht es bei mir momentan so aus, als ob die Platinen doch nicht in die Hamondgehäuse passen. Daher spiele ich momentan mit dem Gedanken das Gehäuse selber zu bauen (fertigen zu lassen). Hätte sonst noch jemand an Front und Rückplatte Interesse?

Cs Tobias
 

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Wo ist denn das Problem mit dem Gehäuse? Ich habe meine Kameraplatine testweise eingebaut (noch nicht fertig gelötet) und mit minimaler Anpassungsarbeit kann ich sie anschrauben.

Die Stege hatte ich weggefräst. Bohren wäre auch gegangen, so richtig stören die Stege nur am Stecker.

Michael
 
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