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TUNING STEP 3: Fangspiegelheizung bauen

In diesem Tutorial erklären wir Euch wie Ihr eine einfache und effektive Fangspiegelheizung bauen könnt.

Warum braucht man eigentlich eine Fangspiegelheizung?

Eine Fangspiegelheizung wird dazu verwendet, um eine mögliche Taubildung am Fangspiegel zu verhindern. Dieser Tau entsteht, wenn sich der Fangspiegel aufgrund von Strahlungsaustausch mit der Atmosphäre soweit abkühlt, dass er den Taupunkt der umgebenden Luft unterschreitet. Dadurch kühlt sich auch die Luft in direkter Umgebung zum Fangspiegel ab und da kalte Luft weniger Wasserdampf aufnehmen kann als warme, kondensiert ein Teil des Wassers am Fangspiegel.

Taukappen verkleinern durch "Abschattung" den, mit dem Fangspiegel wechselwirkenden Himmelsausschnitt. Das ist in den meisten Fällen bereits ausreichend um eine Taubildung zu vermeiden! Wer jedoch nahe am Zenit beobachtet, sollte insbesondere in den feuchten Nächten der Übergangszeit (Herbst / Frühling) auf eine mögliche Taubildung am Fangspiegel achten und ist mit einer Fangspiegelheizung bestens ausgerüstet, um Tau vorzubeugen.

INFO: Die Wasserdampfkapazität der Luft ist temperaturabhängig! Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte Luft. Die Menge des in der Luft vorhandenen Wasserdampfes wird als "relative Luftfeuchtigkeit" bezeichnet, welche das Verhältnis (in %) aus vorhandener Wasserdampfmenge und max. Wasserdampfmenge bei einer bestimmten Luft-Temperatur darstellt. Am Taupunkt (Taupunkttemperatur) beträgt die relative Luftfeuchtigkeit 100%, d.h. die Luft ist max. mit Wasserdampf gesättigt. Sinkt die Temperatur weiter, kondensiert der Wasserdampf aus und es entsteht Nebel oder ein Taubeschlag auf Oberflächen.

Was braucht man für den Bau einer einfachen aber effektiven Fangspiegelheizung?

Um eine kostengünstige und effektive Fangspiegelheizung zu bauen, brauchen wir, neben ausreichend dimensionierten 5W Drahtwiderständen, einen Lötkolben und Lötzinn, etwas Kupferlackdraht sowie etwas Sanitärsilikon und schwarzes Isolierband.

5W-Drahtwiderstände

Lötkolben und Lötzinn

Lackdraht, Silikon und Klebeband

1) Auswahl der Widerstände

Um unseren Fangspiegel sicher über dem Taupunkt zu halten brauchen wir nicht besonders viel Leistung. Meist reichen Leistungen um 1-2 W aus (abhängig von der Größe des Fangspiegels) um den Taubeschlag effektiv zu verhindern. Welche Widerstände brauchen wir nun dazu?

Jeder hat sicher schon mal was vom Ohmschen Gesetz U = R * I gehört. Setzt man die Formel für die elektrische Leistung P = U * I in das Ohmsche Gesetz ein und löst nach dem Widerstand R auf, erhält man folgende Gleichung,

R = U² / P

mit der man für eine Leistung P und bei einer Spannung U den benötigten Widerstand R ausrechnen kann.

Beispiel:

Da wir an den meisten Astro-Setups 12V zur Verfügung haben, wählen wir als Betriebsspannung U = 12 V. Die max. Leistung (bei 12V) soll P = 1,5 W betragen. In die oben genannte Formel eingesetzt, erhalten wir als Gesamtwiderstand

R = 96 Ohm

Um die Heizleistung besser auf dem Fangspiegel zu verteilen, nutzen wir drei separate Widerstände, die in Reihe geschaltet (da addieren sich die Einzelwiderstände) einen Widerstand von 96 Ohm ergeben. Daraus folgt, dass jeder Widerstand einen Wert von rund 32 Ohm haben sollte.

Da man die Widerstände meist nicht exakt mit den errechneten Werten bekommt, wählt einfach den Widerstand, der am dichtesten am errechneten Wert liegt. (In dem Beispiel wäre das ein 5WDrahtwiderstand mit 33 Ohm)

Um Tubus-Seeing zu vermeiden, regelt man die Heizung am besten mit einem PWM Regler. So kann man später die Leistung der Heizung regeln und an die Witterungsbedürfnisse anpassen.

ACHTUNG: Wie man einen solchen Regler mit einem Arduino NANO selber bauen kann, könnt Ihr in demnächst hier lesen ;-)

2) Widerstände auf dem Fangspiegel platzieren und verlöten

Zunächst platzieren wir die Widerstände wie unten links auf dem Bild zu erkennen auf dem Fangspiegel.

HINWEIS: Bitte unbedingt darauf achten, dass die Widerstände nicht über die Kante des Fangspiegels ragen bzw. im eingebauten Zustand nicht im Lichtweg stehen! Das würde zu unschönen Beugungserscheinungen führen!

Im nächsten Schritt biegen wir die Anschlussdrähte so zurecht, dass diese möglichst weit überlappen (müssen dazu ggf. auch etwas gekürzt werden).

Jetzt können die Widerstände verlötet und die freilegenden Drähte der Widerstände mit etwas Isolierband umwickelt werden.

Anpassen der Widerstände auf dem Fangspiegel

Verlöten der Anschlussdrähte

Isolieren der freiliegenden Drähte zwischen den Widerständen

3) Kupfer-Lackdraht anbringen und Widerstände mit Silikon auf dem FS fixieren

Im nächsten Schritt werden an die offenen Enden der Widerstandsschaltung zwei Kabel (oder Kupfer-Lackdraht) angelötet. Über diese Kabel erfolgt die spätere Spannungsversorgung. Im unserem Fall (siehe Bild rechts) wurde hierfür ein rotes Kabel verwendet, da der komplette Fangspiegel im Nachgang in einem 3D gedruckten Gehäuse verkleidet wird und der Anschluss über einen, im Gehäuse eingebauten, Stecker erfolgt.

Um die Widerstände auf dem Fangspiegel zu fixieren, verwendet Ihr am besten etwas Sanitärsilikon. Zuvor ist es ratsam, auf die Unterseite der Widerstände etwas Wärmeleitpaste zu geben und die Widerstände dann mit leichtem Druck auf den Fangspiegel zu fixieren, bevor man am Rand der Widerstände Silikon aufträgt um diese dauerhaft zu fixieren.

TIPP: Das Silikon brauch etwa einen Tag um richtig auszuhärten. Damit die Widerstände nicht verrutschen bzw. sich vom Untergrund lösen, sollte man diese etwas beschweren.

OPTIONAL: 3D gedruckte Einhausung für den Fangspiegel

Mit Hilfe der Einhausung kann der Fangspiegel zusätzlich vor dem direkten Strahlungsaustausch mit der oberen Atmosphäre geschützt werden. Dadurch kann die Fangspiegelheizung, sofern notwendig, mit deutlich geringerer Heizleistung betrieben werden. Außerdem verteilt sich die Wärme der Fangspiegelheizung etwas besser und gleichmäßiger und die Gefahr von unerwünschtem Tubus-Seeing verringert sich.

Solch eine Einhausung kann auf einem herkömmlichen FDM-3D Drucker mit gängigen Materialien wie PLA, ABS oder PETG gedruckt werden. Damit keine Reflexionen entstehen, empfehlen wir die Einhausung mit schwarzer Antireflexfarbe zu lackieren.

Die Einhausung wurde zweiteilig ausgeführt und wird mit Hilfe von zwei M3 Inbusschrauben am Fangspiegelhalter geklemmt. Wichtig hierbei ist, dass die Einhausung keinerlei Druck auf den Fangspiegel ausübt. Zwischen Einhausung und Fangspiegel sollte umlaufend ein etwa 1mm großer Spalt sein.

Der Anschluss der Fangspiegelheizung erfolgt über einen eingebauten 3-poligen Stecker. Das hat den Vorteil, dass der Fangspiegel ohne weiteres aus- bzw. eingebaut werden kann ohne die, an der Fangspiegelspinne befestigten Anschlusskabel entfernen zu müssen.

Die Anschlusskabel können mit schwarzem Isolierband auf der Unterseite der Fangspiegelstreben fixiert werden. Kupferlackdraht eignet sich hier am besten!!!

YOU MADE IT!!!

Da es mich sehr interessiert, wie Euch das Tutorial gefallen hat und ob das es hilfreich war, würde mich freuen, wenn Ihr mir zu diesem Tutorial ein kleines Feedback über meine Facebook Seite oder per E-Mail an feedback@backyard-universe.de geben könntet!

Danke und Clear Skies,

Michael von Backyard Universe

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