Taukappenheizung im Eigenbau

von Ewald Goitowski

Angeregt durch die Erfahrung einiger Freunde mit dem Selbstbau einer Taukappenheizung und abgeschreckt durch die hohen Preise im Astrozubehörhandel, beschloß auch ich, mir eine Heizung für mein C8 selbst anzufertigen.

Taukappenheizung - © Karolin Kleemann-Böker

Das Prinzip ist so simpel wie der Aufbau: Heiz- (Konstantan) -Draht in den inneren Rand einer Standard-Taukappe geklebt, Spannung angeschlossen und fertig. Allerdings sind dennoch einige Dinge zu berücksichtigen. Wichtigstes Merkmal ist die Maximalleistung, welche die fertige Heizung bekommen soll. Sie richtet sich sowohl nach den entsprechenden Erfordernissen des Teleskopes, als auch nach der Kapazität der - zumindest bei portablen, über (Auto-)Batterie betriebenen Geräte - entsprechenden Stromquelle. Aus den Erfahrung schon oben genannter Freunde beschloß ich, es mit einer Leistung von maximal 8W zu versuchen (erste Tests ergaben positive Ergebnisse, siehe weiter unten). Bei einer Versorgungsspannung von 12V (bei mir ist es die Auto-Batterie!) ergibt sich ein Strom von ca. 0,66A, der in den meisten Fällen trotz eventueller anderer Verbraucher (Nachführ-Motoren, CCD-Kamera, Notebook, Auto soll auch wieder anspringen, usw...) noch zu verkraften ist. Allerdings kann natürlich in Abhängigkeit des Teleskoptyps auch eine größere Leistung erforderlich sein. Zumindest mein zweites Gerät, ein 80mm Refraktor hat eine metallene Taukappe, die dadurch eine wesentlich höhere Wärmeableitung hat, als die Kunststoff-Taukappe des C8. Dies bedeutet: Wir brauchen mehr Leistung, also auch einen größeren Strom (bei gleichbleibender Spannung). So ist die Entscheidung vielleicht bei dem ein oder anderen durchaus eine Gratwanderung zwischen optimaler Heizleistung und maximal verwendbarer Leistung. Auf jeden Fall sollte man sich die Möglichkeit schaffen, die Heizleistung verringern zu können, so daß es bei niedrigerer Luftfeuchte und höheren Außentemperaturen nicht zu Luftturbulenzen vor dem Objektiv durch eine zu hohe Wärmeentwicklung kommt.

Schaltkasten - © Karolin Kleemann-Böker

Ich entschloß mich zu einer vierstufig schaltbaren Heizung: 2W, 4W, 6W und 8W. Da ich zudem auch einen Tick für Spielereien habe, sollte mir die gerade aktuelle Leistung auch noch mittels vier LEDs angezeigt werden (1. Stufe - 1 LED, 2. Stufe - 2LEDs, ...). Die verschiedenen Heizleistungen ergeben sich aus der entsprechenden Vorschaltung eines Widerstandes (R1 - R4, siehe Schaltung).
Aus allem Genannten ergab sich im Endeffekt die hier abgebildete Schaltung:

Schaltplan - © Ewald Goitowski

Die tatsächlichen Leistungen des Heizdrahtes habe ich durch Spannungsmessung (bei einem gegebenen Heizdrahtwiderstand von ca. 19W) wie folgt ermittelt:

Die Differenzen zu den eigentlich angestrebten Werten ergeben sich aus der von mir nachträglich durch die Sperrdioden erweiterten Schaltung, da die Dioden ebenfalls Leistung aufnehmen. Auch die Auswahl an Vorwiderständen spielt eine Rolle bei der Abweichung der fertigen Schaltung von den errechneten Werten, da die berechneten Vorwiderstandswerte nicht immer exakt erhältlich sind. Alle Dioden sind nur für die LED-Anzeige der eingestellten Heizleistung erforderlich. Die exakten Leistungs- bzw. Vorwiderstandswerte wurden alle ohne diese Dioden berechnet. Es zeigte sich in der praktischen Anwendung jedoch kein Problem mit der maximalen tatsächlichen Leistung von 5,6W: In einer wirklich feuchten Nacht war nach einer Stunde alles zugetaut, nur die Schmidtplatte meines C8 zeigte nicht eine Spur von Feuchtigkeit! Wer vielleicht zwischenzeitlich eine höhere Heizleistung benötigt, um eine gegebenenfalls schon zugetaute Schmidtplatte von der Feuchtigkeit zu befreien, kann mit einem in die Taukappe eingebauten Miniaturschalter die zweite Windung kurz schließen und erhält dadurch die doppelte Leistung. Ich habe dies in meine Anordnung (noch?) nicht integriert, da ich immer sofort nach Aufbau des Teleskopes die Heizung einschalte.
Natürlich läßt sich darüber streiten, ob solch ein Schaltungsaufwand nötig ist - ein stufenlos einstellbares Potentiometer anstelle der Vorwiderstände tut es prinzipiell selbstverständlich auch.
Die Schaltung wurde auf Euro-Platine so eng wie möglich erstellt, damit ein nicht zu großes Gehäuse verwendet werden konnte. Das Gehäuse wurde mit 3,5mm-Klinkenbuchsen für die Spannungsversorgung (sowohl für die Eingangsspannung, als auch für den Ausgang zur Taukappe) versehen. Über ein handelsübliches Spiralkabel mit 3,5mm Klinkensteckern an beiden Enden aus dem HiFi-Bereich (Kopfhörerverlängerung, mono, oder ähnlich) wird die Taukappe mit Strom versorgt. Eine entsprechende Klinkenbuchse wurde an nicht störender Stelle in die Taukappe eingebaut. Bei größerem Stromfluß wegen erwünschter größerer Leistung sollte man ggf. auf Kabel mit größerem Querschnitt zurückgreifen.
Der Heizdraht wurde mit doppelseitigem Klebeband an der Innenseite der Taukappe möglichst nahe der Schmidtplatte fixiert und dann mit Sekundenkleber überstrichen. Danach wurde alles mit matt-schwarzer Abtönfarbe überpinselt, um keinerlei Reflexionen zu erzeugen.
Die Steuerbox habe ich mit zwei Schrauben an meinem G11-Stativkopf so festgeschraubt, daß sie genau unterhalb der Nachführsteuereinheit sitzt. In die Box wurde eine "zentrale Spannungsversorgung" integriert, was nichts anders heißt, als das ich nur ein Kabel von meiner Autobatterie zur Box führe und dann von dortaus sowohl die Nachführeinheit als auch die Taukappenheizung über entsprechende (Spiral-)Kabel mit Strom versorge.
Bei weiteren Fragen stehe ich oder andere Mitglieder der IG StaR selbstverständlich per Telefon oder eMail zur Verfügung. Und nun viel Spaß beim Bau der Taukappenheizung!


Liste der verwendeten Schaltungsbauteile:

Die Kosten für alle Bauteile inclusive Kabel, Gehäuse, Schalter, etc. betrugen bei Electronic-Conrad ca. 35DM, dafür bekommt man nicht mal auf diversen Astro-Flohmärkten eine gebrauchte Taukappenheizung!


Formeln und Hinweise zur Berechnung der einzelnen Werte

Grundformeln:
Formel 1+2 - © Ewald Goitowski

Alle Berechnungen beziehen die Dioden und deren Leistungsaufnahme nicht mit ein! Als erstes wird die maximal erwünschte Leistung Pmax ohne Vorwiderstand (Schaltung à R1) sowie die zu verwendende Versorgungsspannung U festgelegt. Diese Werte dienen bei allen weiteren Berechnungen als Grundlage.
Nun gibt es - abhängig von vorhandenen Vorgaben - verschiedene Wege zur weiteren Berechnung.
Zur Errechnung des benötigten Heizdrahtes verwenden wir Formel (4),

Formel 4 - © Ewald Goitowski

wobei sich die Länge des Heizdrahtes lD aus (3) ergibt.

Formel 3 - © Ewald Goitowski

Mit diesem Wert haben wir einen ungefähren Anhaltspunkt, welcher Heizdraht mit welchem spezifischen Widerstand Rsp in Betracht kommt. Es gibt ihn mit verschieden Werten zu kaufen (z.B. 5W/m, 30W/m, 50W/m). Bei der Auswahl sollte man lieber einen etwas kleineren Widerstandswert wählen, wodurch zwar eine etwas größere Leistung erzeugt wird, die man jedoch mit einem Vorwiderstand (siehe folgende Rechnungen) begrenzen kann.
Bei vorhandenem Heizdraht können wir die Leistung P bei verschiedenen Windungsanzahlen Wanz berechnen (5).

Formel 5 - © Ewald Goitowski

Zur Ermittlung des Vorwiderstandes Rx (in der Schaltung R2 - R4) für eine reduzierte Heizleistung Px errechnet man zunächst den Heizdrahtwiderstand RD des verwendeten Heizdrahtes (6)/(7).

Formel 6 - © Ewald Goitowski
Formel 7 - © Ewald Goitowski

Der entsprechende Vorwiderstand Rx errechnet sich nun aus gewünschter reduzierter Heizleistung Px und dem aus (6)/(7) ermittelten Heizdrahtwiderstand RD (8).

Formel 8 - © Ewald Goitowski

Bei Verwendung von Vorwiderständen ist darauf zu achten, daß diese für die entsprechende Leistungsaufnahme PRx ausgelegt sind (9).

Formel 9 - © Ewald Goitowski


Folgende Daten werden bei der Berechnung verwendet

      Pmax    Maximalleistung               W
      Px      reduzierte Leistung           W
      PRx     Leistung / Vorwiderstand      W
      U       Spannung                      V
      Rx      Vorwiderstand                 W
      RD      Heizdrahtwiderstand           W
      Rsp     spezifischer
              Heizdrahtwiderstand           W/m
      d       Objektiv-Durchmesser          mm
      Wanz    Anzahl Windungen
      lD      Heizdrahtlänge                mm


Einheiten

      W              Watt
      V              Volt
      W               Ohm
      W/m       Ohm/Meter
      mm       Millimeter

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