Effektive Kühlung für die 300D/10D

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christoffl

christoffl

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Hallo,

angeregt von der Idee eines Kühlschrankes für die 10D habe ich mir nun auch mal noch ein Konzept ausgedacht.

Ein Gehäuse für die Kamera bestehend aus einer Styroporbox, ca.4cm dick und in diese Box werden auf zwei Seiten jeweils 1 Peltierelement eingebaut.
Die Elemente fressen zwar Strom aber bewirken auch eine Temperaturdifferenz von bis zu 67°C.

Jetzt die Frage: Was würdet ihr meinen, macht das das Gehäuse mit? Das Element wird ja auch sehr heiß auf der anderen Seite. Klar kommen da Lüfter drauf aber trotzdem.Fackelt mir da dann die Box mit der Kamera ab?

Welche Alternativeb würdet ihr bevorzugen.

Der gesamte Kühlschrank wird an der OAZ eines Refraktors angepasst und auf der Montageplatte befestigt. Der OAZ muss nicht das GEwicht tagen.

Die Zweite Frage ist, ob die 300D diese Kühlung aushält.
Habe sie im Winter auch schon bei -15°C am laufen gehabt aber so könnte ich ja auf bis zu -50°C kommen.

Um das Problem von Kondenswasser zu umgehen würde ich wie Reinhold aus dem Kühlschrank Thread zu Silicagel greifen.

Eure Meinungen sind gefragt.

Gruß Christoph
 
Hallo Christoph,

ich besitze weder die 10D bzw. die 300D, aber ich hätte bei dem Unterfangen, die Kamera bis auf -50°C herunterzukühlen, Zweifel.
Es mag sein, dass sich dadurch die Hotpixel verringern, und auch das Rauschen abnimmt, aber ist die feine Elektronik der Kamera dafür überhaupt ausgelegt ?
Denn 50° unter Null ist schon sehr beträchtlich.
Bei wieviel Grad werden denn speziell gefertigte Astrokameras gekühlt ? An den Werten würde ich mich vielleicht orientieren.

Trotzdem viel Glück bei deinem Vorhaben

Grüße und clear skies

Michael
 
Hi Christoph

1.) Die Kamera "etwas" herunterzukühlen (so auf -15, -20°) ist kein Problem. Aber:

2.) Die Elektronik könnte in der Tat Schaden nehmen. Zur Theorie:
- auch Mikrochips sind "mechanische" Bauelemente. Sie bestehen aus mehreren Schichten, in der mengenmäßigen Hauptsache Silizium, Siliziumdioxid und Metallen (Alu). Diese haben unterschiedliche Wärmeausdehnungen. Ich habe zwar noch nicht erlebt dass ein Chip wegen Unterkühlung gesprungen ist, aber solch starke Kühlaktionen habe ich auch noch nicht gesehen. Nicht umsonst spezifizieren die meisten Chiphersteller ihre Chips nicht bis minus 100 Grad, sondern nur bis null oder maximal minus 20 Grad. Und das, obwohl bei normalen "kleinen" Chips das noch nicht so viel ausmacht. Die Spiegelreflex-Bildsensoren sind aber gigantomanisch groß, so dass die Wärmeausdehnung hier viel eher zum Tragen kommt.
- Es gibt noch viele weitere elektrische Verbindungen, die theoretisch Schaden nehmen könnten.

3.) In der Praxis sieht es allerdings wieder anders aus. Die Kamera erwärmt sich ja selber durch ihren hohen Stromverbrauch.

Nimm doch einfach einen Temperatursensor und schalte bei -20° die Kühlung ab und bei -19° wieder ein.

Ich sehe da doch noch das Problem des Beschlagens, denn das Silicagel kriegst Du zwar in Deinen Kühlschrank, aber nicht in die Kamera, wo der Sensor sitzt.

Gruß, Henning
 
Hmm... also ich habe schon Aktionen gesehen da wurden Chips (CPU-Kerne) auf -190°C gekühlt und zwar mit flüssigem Stickstoff. Hier das! und hier das!
Aber ich würde mir weniger Sorgen um den Chip machen, je kälter desto besser würde ich eher sagen, da mit einer kälteren Temperatur ja die Leitfähigkeit steigt.
Mehr Sorgen würde ich mir um den Rest der Kamera machen. Hast du z.B. schonmal an das Display gedacht? Oder irgendwelche Gummidichtungen oder solche Sachen eben.
Und du müsstest die Kälte innerhalb der Kiste auch verteilen. Also auch im inneren nen dicken Kühlkörper mit Lüfter auf die Elemente. Sonst überträgt sich das ja nicht an die Luft. Dass außen ein guter Kühler sein muss ist aber ja wohl auch selbstverständlich, sonst schlägt die Hitze nämlich über zur Innenseite und grillt die Kamera.

Was ich mich allerdings Frage ist, ob dieses komische Silicagel oder wie es heißen mag die Feuchtigkeit überhaupt so schnell aufnehmen kann, wie sie sich niederschlägt?
Evtl. müsstest du das Zeug ne ganze Zeit bevor du mit dem Kühlvorgang anfängst in die Kiste packen und alles so gut es geht luftdicht abschließen. Und auch dann ist es fraglich ob alles glattläuft.

Grüße,
Florian
 
Zuletzt von einem Moderator bearbeitet:
Hallo,

danke für eure Antworten.

Mittlerweile hat sich auch herausgestellt, dass die Styroporbox wahrscheinlich Pobleme bekommt mit der heißen Seite des Peltierelements.Man könnte aber ein Aluminiumgehäuse bauen. Das müsste auch weitaus effektiver sein.
Um eine richtige Kühlung des gesamten Gehäuses zu erreichen müsste ja im Inneren ein gewaltiger Kühlkörper sitzen.
Das Aluminiumgehäuse würde diese Aufgabe voll übernehmen. Rundum Kühlen.

Zur Kamera: Den Bildschirm der Kamera brauche ich ja nicht, den kann man ja abschalten.
Dann dürfte dem auch nichts passieren oder?
Einzig die Feuchtigkeit macht noch etwas Schwierigkeiten da ich ja wirklich nicht direkt in der Kamera mit dem Silicagel arbeiten kann.

Ich schätze nicht dass ich auf bis zu -50°C komme. Im Winter brauche ich die Kühlung eh weniger und im Sommer wäre es sicher ausreichend wenn man bei 20°C Aussentemperatur auf 0°C oder -10°C käme.
Die Kamera ist meines Wissens zugelassen von -20°C- +60°C.

Gruß Christoph
 
"Um eine richtige Kühlung des gesamten Gehäuses zu erreichen müsste ja im Inneren ein gewaltiger Kühlkörper sitzen.
Das Aluminiumgehäuse würde diese Aufgabe voll übernehmen. Rundum Kühlen."

Nein, gerade das würde es nicht. Es hat nämlich nur eine sehr geringe Oberfläche im Vergleich zu einem richtigen Kühlkörper. Und die Luft zirkuliert ja auch nicht, also wird wohl kaum Wärmeübertragung stattfinden.
Glaub mir, mit einem richtigen (z.B. ein Cpu-) Kühlkörper und einem Lüfter bist du da auf der sicheren Seite! Sonst kühlt sich die Luft nicht richtig ab.

Grüße,
Florian
 
HI Christof,

das mit der Alu-Box kannste vergessen: Da bekommst du nur einen Aqua-dest-Generator. Die beschlägt nämlich total und tropft. Die ganze schöne Kühl-Energie geht verloren.
Es muss schon ein - wenigstens einigermaßen gut - isolierendes Gehäuse sein.
Das Silikagel kann das Beschlagen des Chips nicht verhindern, wenn es nicht in einer kleinen abgeschlossenen Menge Luft sitzt.
Du brauchst also vor dem Chip einen Raum (evtl. sogar mit Vakuum), der teleskopseitig mit einem (Glas-)Fenster abgeschlossen ist. Und das fragt es sich, ob Du dafür die Schnittweite hinbekommst.
Den Chip kannst Du direkt mit einem Peltier-Element kühlen, aber besser so, dass die Elektronik nicht so kalt wird.
Es hat auch etwas geholfen, den auf dem Chip integrierten Ausles-Verstärker-Transistor unbenutzt zu lassen (zu überbrüchken) und durch einen externen zu ersetzen, der keinen ther,mischen Kontakt zu CCD-Chip hat, weil der originale Transistor durch diesen direkten Kontakt doie eine Ecke des Chiups aufheizt und so dort zu ewrhöhtem Dunkelstrom führt. Sehr gut zu sehen z.B. an Rohbildern der ST4.
Das sind aber schon Eingriffe, die nicht jeder mit Laubsäge und Stechbeitel machen kann. Besonders das Verbinden mit dem zusätzlichen Transistor ist "Fisseleskram".
Trotzdem:
ermutigende Grüße
und
cs
jorgos
 
Hi Zusammen,

die Chips haben mechanisch mit der Kälte kein Problem. Da sind die Leiterbahnen offenbar elastisch genug.
Die Spezifikationen der Hersteller haben einen anderen Grund, da sich nämlich die Schaltschwellen der Transistoren mit der Temperatur ändern. Das heisst, daß mit etwas Pech einige Transistoren ab einer bestimmten Temperatur nicht mehr richtig schalten. Der Effekt ist übrigens derselbe wie beim überhitzen - nur quasi dann in die andere Richtung. Beim Überhitzen kommt dann allerdings hinzu, daß es Strukturschäden im Silizium gibt, und daß es einfach ab einer bestimmten Temperatur "abraucht".

Normalerweise heisst die Spezifikation nichts weiter, als daß das entsprechende Bauteil für diese Temperatur getestet wurde. Da sind dann -20°C eher militärisch genutzte Sachen mit dem dazu passenden "Preisvorteil". Nur fallen auch solche Teile aus derselben Maschine wie die 0°C Teile - aber für die gibt's halt keine Garantie auf -20°C. Die Chips werden eben für solche Temperaturen selektiert. Es sind quasi die besonders gut gelungenen Exemplare einer Serie.

Feuchtigkeit ist ein anderes Problem. Das betrifft aber nicht die Chips, sondern die Platinen. Wenn hier im innern des Kameragehäuses Feuchtigkeit ausfällt, dann wird sich das Silikagel draussen mangels Luftaustausch dafür herzlich wenig interessieren. Allerdings wäre zu hoffen, daß die Feuchtigkeit sich eher an den kühlen Gehäusewänden niederschlägt. Einen gewissen Schutz bietet auch die normalerweise vorhandene Lackschicht auf den Platinen. Es müsste sich also erst eine gut leitfähige Feuchtigkeitsbrücke zwischen zwei Pins bilden, um Unheil zu stiften.
Ich durfte mal den Platinenwechsel bei einem Zigarettenautomaten betrachten - da war die ganze Platine quasi mit kompletter bestückung einmal in einen Lacktopf getunkt worden - von da an macht die alles mit, ausser Flächenbrand.
Tja, bei einer Astro-CCD-Kamera mit ihrer recht offen liegenden Elektronik ist das alles per Luftumwälzung viel einfacher in den Griff zu kriegen.

Clear Skies
Sven
 
Hallo,

Hmm, mal ein paar Gedanken zur Kühlung:

-Tau:
Kann man dadurch beheben, das man die Kamera in ein luftdichtes (fast luftdichtes) Gehäuse einbaut und dieses vor dem Einschalten der Kühlung mit einem absolut trockenen Gasgemisch füllt. Konkret würde ich es mal mit Druckluft in Dosen probieren, die dürfte völlig trocken sein. Ein Eintritts- und eine Austrittsbohrung und dann vorsichtig (!) spülen, also das Gas durchblasen.
Der Profi nimmt noch ein Gas, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat (Wasserstoff)... <img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/wink.gif" alt="" />

-Temp.-Verteilung:
Einfach die Kamera in einen Mini-Kühlschrank packen, dürfte den Chip nicht sonderlich kühlen, da er dann ja nur durch Konvektion gekühlt wird. Also muß ein Lüfter rein, der den Chip anbläst (von hinten nach Möglichkeit) oder sonstwie für Luftumsatz sorgt.

-Restelektronik:
Ich könnte mir vorstellen, das wenn man die Kamera konstant bei -20°C betreibt, das das dann Auswirkungen auf die restliche Elektronik hat, zumindest auf Dauer...das kann man aber bloß probieren. Ich bezweifle allerdings auch, das man mit zwei Peltier-Elementen die ganze Kamera auf -20°C bekommt, zumindest wenn es außen über +10°C hat...die Peltiers haben nämlich einen ziemlich miesen Wirkungsgrad.

Mein Tip wäre daher, daraufhin zu arbeiten, das man nur den Chip selbst kühlt über ein direkt hinter ihm angebrachtes Peltier...wenn man dann die Kamera mit einem passenden Glas (2-Zoll-L-Filter, optisch plan) noch verschließt, dann dürften sich auch die Tauprobleme in Grenzen halten...damit dürften dann auch -20°C Chiptemperatur erreichbar sein.

Astro-CCDs erreichen normalerweise Temperaturen von ca. 30°C unter Umgebung (Starlight), also -10°C (Sommer) bis -30°C (Winter), die Modelle von SBIG sind regelbar, da wird gemeinhin mit Werten so um die -20°C gearbeitet.

Allgemein halbiert sich das thermische Rauschen alle 10°, die es kühler wird, allerdings bringt es nichts, die Kamera daher auf -193°C zu kühlen, denn das Ausleserauschen des Verstärkers dominiert dann eben und dieses ist nicht von der Temperatur abhängig bzw. zumindest nicht so stark...außerdem dürfte der Ausleseverstärker der erste sein, der bei zu tiefen Temperaturen "schlappmacht"...
 
Hallo!

Wo ich hier gerade eure Diskussion lese: Mir ist
vor ein paar Wochen die Doc-G Webseite über den Weg
gelaufen, wo eine 10d in einer selbstgebauten
"Coolerbox" steckte.

Nur so als Anregung:
Doc-G Coolerbox


Und dann muß man sich noch unbedingt das hier ansehen:
300d Rauschtest

Ein wenig Kühlung scheint's doch zu bringen ...

Gruß Frank


P.S.: Ich hoffe, das waren keine allzu alten Kamellen.
Ich komme in letzter Zeit leider nur noch recht
selten dazu, hier die einzelnen Rubriken mitzulesen.


 
Konkret würde ich es mal mit Druckluft in Dosen probieren, die dürfte völlig trocken sein.
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Hallo Frank und alle,

mit der 'Druckluft in Dosen' wäre ich sehr vorsichtig. Wenn man die schüttelt, dann hört man in den meisten Dosen etwas rumschwappen, und das ist Butan und/oder Propan, also keine Luft. Diese beiden (Flüssig)Gase kondensieren möglicherweise ebenfalls auf dem Chip aus, beseitigen also nicht das Problem. Wirklich trockene Gase (mit Zertifikat und allem, Taupunkt < -nn°C) bekommt man in 1-Liter MiniCan Dosen von Linde zu horrenden Preisen, so ca. 50,00 Euronen pro 10 Liter Normalvolumen. Das würde sich z.B. lohnen, um in einer Astro CCD Kamera den Raum um den Chip mal zu spülen, aber nicht in einer 'normalen SLR CCD Kamera.

Gruss,
Chris
 
Tja ob die Feuchtigkeit für die Platine ein Problem wird ist eine Sache. Ich denke aber mal, dass wenn die Kameras so empfindlich wären, das längst bekannt wäre. So etwas kann sich Canon nicht erlauben.

Problematisch könnte aber die Feuchtigkeit auf dem Sensor werden, dann fotografiert man nur noch Suppe. Es sei denn, die schlägt sich zuerst auf dem Gehäuse nieder. Dafür darf aber keine neue dazukommen, die Kamera (nebst Sensor) müßte also in einer Box sein.
Aber entweder ist die Kamera nach vorne
- offen (fokal), dann kommt neue Feuchtigkeit dran, oder
- geschlossen (z.B. Filter, Koma-Korrektor, Okular, Barlow...), dann bleibt die Feuchtigkeit im Sensorraum und kann sich dort auch auf den Sensor setzen.

Oder gibts andere Ideen?

Gruß, Henning
 
Hallo Henning,

die geschlossene Variante dürfte die unproblematischere sein, weil nämlich die Metallteile der Feuchtigkeit wesentlich attraktiver erscheinen dürften - was aus der geringen inneren Luftmenge abtaut, landet dort und der Chip bleibt frei.
Das offene System ist problematischer. Hier ist dauernd Nachschub an feuchter Luft vorhanden und sobald die "attraktiveren Teile" mit Tau vollsitzen, sucht sich die Feuchtigkeit dann neue Plätze - eben den Chip.

Man müsste mal nachgrübeln, wieviel Feuchtigkeit überhaupt aus der geringen Luftmenge im Gehäuse ausfallen kann.

Clear Skies
Sven
 
Hi Sven,

könnte man nicht auch CO2 als Füllgas für den kleinen Raum nehmen? Das leitet die Wärme schlechter als Luft und ist in den kleinen Patronen für die Syphon-Flaschen überall zu bekommen. Man muss sich nur eine Mimik basteln, die das Loch piekt und aber auch das Gas in die Kamera leitet.
Kohlensaure Grüße und
cs
jorgos
 
Hi Jorgos,

naja, man kann vieles. Ich denk aber inzwischen, daß das eben für die geringe Luftmenge in der Kamera gar nicht nötig ist. Was da an Luft drin verblieben ist, wird ja auch nicht gerade zu 100% bei 20°C gesättigt sein...

Clear Skies
Sven
 
Hallo an alle,

vielen Dank für eure Tipps und Anregungen.
Ich denke dass ich das Projekt "Kühlung " mal vorerst auf die Seite legen werde.
So technisch fit bin ich dann doch noch nicht um hier mit Gasen und richtig luftdichten Räumen zu arbeiten.

Trotzdem danke.

Eure Ideen die ihr eingebracht habt, sind wirklich superklasse.

Gruß Christoph
 
Hallo Sven,

ja so ähnlich habe ich auch gedacht. Leider ist selten der erreichbare Innenraum aus Metall, oft wird der Raum durch einen rauhen antireflektiven Kunststofftrichter gebildet.

Und ich habe schon gesehen, wie eine kleine CCD-Kamera innen beschlagen und vereist ist, weil sie nicht mehr 100%ig dicht war.

Naja, hier wird ja nicht der Sensor gekühlt. Also kann man hoffen, dass sich die Feuchtigkeit zuerst am Kühlelement niederschlägt.

Grüße, Henning
 
Hallo!

Also ich sehe die Sache etwas problematisch!

Ich meine die Problematik ist ja nicht neu, vor der Gashypersensibilisierung von fotografischen Emulsionen war ja auch die Tiefkühlfotografie etwas beliebter, wobei die Kameras oftmals mit Trockeneis befüllt wurden.

Ich würde sagen, dass das ganze nur funktioniert, wenn das Gehäuse und der Kamerabody selbst evakuiert wird. Es sollte also rund um die Kamera herum ein Unterdruck erzeugt werden, oder die ganze Kamera sollte sich in einer trockenen Umgebung befinden die man durch technische Schutzgase erzielen kann.
Bei der chemischen Fotografie gibt es ja auch genügend Leute die ihre Kameragehäuse angebohrt haben, um einen kleinen Gummischlauch in die Kamera zu bringen, durch welchen die Kamera permanent mit Stickstoff geflutet wird.
Die Gasmenge muss dabei nicht groß sein, aber es hält das Innenleben eben trocken und sichert so die Filmplanlage. Einen CMOS oder CCD Sensor könnte man so auch trocken halten und vor allem auch die Elektronik dahinter.
Das Silica-Gel wird nicht helfen. Das praktikabelste wäre wirklich eine umgewelzte und ständig erneuerte Stickstoffatmossphäre in der Kamera.

clear skies, dry detectors,
André

 
Hallo!


Trotz aller ernsten technischen Diskussionen werde ich nicht
müde, die praktischen Versuche anderer hier zu posten:

300d-Kühlung die 2.


Diesmal statt Kiste mit Icepack, Plastiktüte mit
Peltier :-))


Viele Grüße
Frank
 
Ich nehme mal an, die Plastiktüte soll kondensation verhindern.
Ich weiß aber nicht, ob das wirklich gut ist, denn die Luft innerhalb der Tüte kühlt sich ja auch ab und die Feuchtigkeit die diese enthält schlägt sich dann nieder. Ist aber schon ein Vorteil, da nicht unbegrenzt Feuchtigkeit nachkommen kann.
Versuch mal statt deines Kühlers einen mit feineren Kühlrippen zu nehmen, das bringt dann sicherlich noch mal ne Ecke mehr. Denn die Fläche auf der der Kühler die Wärme an die Luft abgeben kann, ist bei dir ja noch relativ klein.
Kühler gibts bei ebay schon ab 5 € schau mal hier!

Grüße,
Florian
 
Hallo, Florian,

vielen Dank für die Tipps! Aber weder die 300d in der
Kühl-Kiste, noch die 300d-Peltier-Tütenlösung sind
Bastelprojekte von mir! Waren lediglich Links, die
ich im Netz gefunden habe.

Ich persönlich mache Deep-Sky hauptsächlich in der kalten
Jahreszeit und lasse meine 10d dabei bisher nur von der "Natur" kühlen :-)


Gruß Frank
 
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