Kühlung für DSLR erste Tests

[Dsky-Tom]

Hallo Gemeinde!

Habe schon mal die Kühlung für die DSLR zusammen
geschustert.
Leider braucht der TEC schon mächtig Kühlpotential was
die Kühlrippen angeht.
Kaskadieren hatte ich versucht aber da würde der TEC für
die Wärmeableitung heftig Heiß und das trotz der abgebildeten
Kühlrippen.
Aber so wie es nun aussieht kühlt das Teil die schwarzen Kühlrippen
in 6 Minuten schon ordentlich runter und das trotz geringerer Spannung.
Der TEC bekommt normalerweise 15.4V bei 4.6A
Aber wer hat schon 15.4V ?
Der Test zeigt, das auch mit 12V genügend Leistung zu verfügung steht.

Hier mal der Testklotz:

Natürlich kommt an der Kaltleiterseite nicht so ein Kaliber an Massepotential drauf sondern das Kupferblech, das in die DSLR zum
CMOS geführt wird.
Demnach muss sogar mächtig mit der Leistung runtergefahren werden.
Die Abbildung soll nur mal verdeutlichen in welch kurzer Zeit ein weitaus
größeres Potential auf -10°C gegenüber Umgebungstemperatur von +15°C runtergekühlt werden kann und das mit einem Strom von nuja 3.5Ampere.
O.K. ist ja eh zu heftig geworden und wird so denke ich auf ca. 1-1.5A reduziert, da der Kupferblechstreifen nicht soviel Masse besitzt wie der
schwarze Kühlkörper den ich zu Testzwecken genutzt habe.

Also immer Cool bleiben.

CS & CU

M.f.G.
Thomas

[benjamin]

wow ..

das sieht nach sehr viel bastelarbeit aus .. hast du viell. einen weiterführenden Link ? mich würde die Funktionweise des Kühlungprinzip interessieren ... geht das mit stickstoff ? habe sowas mal bei kollegen gesehen die ihre cpu´s damit quälen ...

MfG Ben

[Matthias]

Hallo Thomas & Ben,

das Problem ist ja nicht irgendetwas um x-Grad zu kühlen, sondern dabei zu verhindern das mit dem Chip und der umliegenden Elektronik das Gleiche passiert wie auf dem 2. Bild mit den Kühlblech. Sobald du unter Umgebung gehst besteht die Gefahr von Tau. Hier ist die Frage in wieweit man das (mit. Trocknungsmitteln, Kältefallen ö.ä.) sinnvoll unterdrücken kann.

Gruß
Matthias

[Dsky-Tom]

Hi Matthias & Benjamin!

Daran wurde auch schon gedacht.
Und so wird dazu eine Temperatur-Differenz-Regelung gebaut.
Ist schon in arbeit.
Am LCD-Display können 3 Temperaturwerte dann abgelesen werden.
1xChip 1xUmgebung und 1xFrontglasheizung.
Da der Chip an sich schon ordentlich wärme abgibt, gilt es dieser
Chipwärme entgegenzuwirken um diese auf das tiefstmögliche Maß
zu halten.
Die folgende Steuerung wird, in Abhängigkeit von Aussentemperatur
sich selbstständig regeln, so dass der Chip nie zu tief (Tau o. Eisbildung)
gekühlt wird und nicht zu hoch.
Die Werte können dann am Display alle auf einmal abgelesen werden.
Steigt die Chiptemperatur über Solltemperatur schaltet die Regelung
das Peltierelement ein.
Ist die Solltemperatur erreicht schaltet sie dieses wieder aus.
Die Displaymaske ist schon fertig programmiert nur das mit den
Temperaturwerten und Schaltauslösung muss noch beigefügt werden.

@Benjamin:

Nein es geschieht nicht per Stickstoff (Zuviel Aufwandt).
Hier mal das Prinzip:
http://de.wikipedia.org/wiki/Peltier-Element

Die Dinger können schon recht kalt werden:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/d ... rkunst.jpg

Der Aufwandt ist schon etwas hoch.
1. Das für den Regler geschriebene Programm.
2. Das Löten der Schaltung (Geht aber noch).
3. Die DSLR zerlegen und das Kühlblech auf den Chip plan befestigen.
4. Der abschließende Abgleich der Temperatur und Schaltzustände.

CS & CU

M.f.G.
Thomas

[UlrichW]

Hallöchen zusammen,

ich sehe die Problematik der Chipkühlung auf 3 Punkten basierend:

Punkt 1: erforderliche Kühlleistung an den Chip bringen ohne dabei Megawatt Energie zu brauchen. Angestrebt sind hier Maximalstromaufnahmen von um die 3-4A.

Thomas und ich haben schon Versuche gemacht mit kaskadierten Peltierelementen, wobei die Kühlleistung konstant blieb, aber die Stromaufnahme sich dramatisch verringerte. Als Ergebsis blieb also, daß man mit zwei thermisch parallel aber elektrisch in Reihe geschalteten Peltielementen die Spannung auf 15V hochtreiben kann um wieder etwa 3-4A Stromaufnahme zu bekommen. das dürfte die Kühlleistung deutlich erhöhen.


Punkt 2: Taubildung: Genereller Fehler der hierbei gemacht wird ist der, daß der Kühlfinger unisoliert eingesetzt wird. Damit steht die gesamte Fläche des Kühlfingers zur Verfügung um mit der Luft Wärme auszutauschen. Die Kühlleistung sinkt folglich am Chip und gleichzeitig wird eine große Menge Luft zur Kondensbildung herangezogen.
Ich habe einmal einen Kühlfinger mit Moosgummi belegt. Resultat war, daß dieser bei voller Leistung der Peltiers an der Oberfläche kaum kälter als Umgebung geworden ist. Er blieb trocken und warm. An den freien Flächen aber, also da wo der Chip anliegt, wurde es kalt und es kam zu Feuchtigkeitsbildung. Da dort aber später der Chip anliegt, bleiben nur noch die Kanten des Chips und die Frontpartie!

Die Kanten werden bei meiner Version mit Moosgummi und Silkon versiegelt, um einen Wärmetransport zu vermeiden. Bleibt noch das Problem der Halteplatte des Chips, die zusätzlich Wärme bzw. Kälte aufnehmen kann. Diese zu isolieren wird vermutlich unmöglich sein, eber man kann sie gegen die Elektronik abschirmen (Plasikfolie).

Das Frontfenster der 300D ist aus mehreren Scheiben aufgebaut. Auf die oberste Scheibe kann man einen kleinen Heizdraht kleben, der diese dann über Umbegungstemperatur hält (dafür Toms Differenzmessung). Da zwischen dieser Scheibe und dem Chip weitere Scheiben und Luftschichten liegen, wird die dort aufgebrachte Leistung kaum den Chip beeinflussen, wohl aber einen Temperaturgradienten erzeugen, der hoffentlich Tau verhindert.
Ich werde vermutlich auch die Halteplatte des Chips mit Widerstandsdraht belegen, in der Hoffnung daß diese leicht angeheizt kein Kondensat bildet.

Insgesamt ist meine Befürchtung dahingehend allerdings nicht sehr groß, denn die zur Verfügung stehende Luftmasse IN der Kamera ist begrenzt und damit die Masse an Feuchtigkeit auch. Somit ist nur das Problem des beschlagens ein wirkliches Problem, Sturzbäche aus Wasser werden sich kaum in der Kamera bilden.

Punkt 3: Vibrationen: Der notwendige große Kühler der Peltiers erzeugt warnehmbare Vibrationen. Sollten diese Vibrationen sich auf das Bild niederschlagen, ist eine entkoppelung von Lüfter und Kuhlblech vorzusehen. Das ist aber ein konstruktiv großer Aufwand, der eventuell alles in Frage stellen kann!

Ich werde diese ganzen Geschichte erst in eine Kamera einbauen, wenn sich die Funktionfähigkeit aller Komponenten herausgestellt hat. Denn einmal umgebaut ist kein Zurück mehr möglich.

Wir werden sehen, es ist ja ein Projekt, kann also noch etwas dauern mit der Realisierung!

CS
Ulrich

[Starsearcher]

Hallo UlrichW (und alle anderen),

auch ich bastle seit geraumer Zeit an einer Lösung zur Kühlung einer
DSLR - allerdings nicht auf dem direkten, bekannten Weg am Chip,
sondern mit durch das Peltier gekühlter Luft, die in die Camera von
vorne durch einen Zwischenring eingeblasen wird. Die Luft wird, wenn
ich den mechanischen Aufbau realisiert habe, durch ein Röhrchen mit
SilicaGel entfeuchtet und dadurch die Kondensbildung verhindert. Da
es eine Hin- und Rückleitung für die Luft gibt, bleibt die Kühlleistung
konstant und sehr niedrig. Der grosse Vorteil meiner Version ist, dass
hierbei kein Eingriff in die Camera erforderlich wird und das Ganze dann
relativ nachbaubar wird. Wenn ich mit meinen Experimenten fertig
bin, werde ich natürlich hier darüber berichten.


Grüsse, Rolf.

[UlrichW]

Hallo Rolf,

ich will deinem Vorhaben jetzt keinen Dämpfer verpassen, aber ich glaube so wird das nichts!

bei deiner Konstruktion gibt es mehrere Nachteile:

1: Du brauchst einen Lüfter für das Peltierelement, und eines für die Pumpleistung der kalten Luft. Da Rohre und Silikagel einen erheblichen Widerstand darstellen, muss die Pumpe für die Kaltluftumwälzung schon recht mächtig ausfallen. Das bedeutet erheblichen Stromverbrauch.

2: Du bläst die kalte Luft gegen das Frontfenster des Chips. Um aber den Chip selbst kühlen zu können, musst Du sehr viel Luft einblasen um das gesamte Chassy der Kamera herabzukühlen. Die Fenster als auch die Luftschichten zwischen den Fenstern wirken als Isolator. Und unterschätze die Wärmeentwicklung des Chips nicht. Der heizt schneller als man die Wärme wegführen kann.


3: Du betreibst die Kaltluft als Umwälzung. Das geht schief, denn die Kamera ist nicht dicht. Daher musst Du mit einem Überdruck in der Kamera arbeiten, um das Eindringen warmer feuchter Luft zu verhindern. Das wiederum bedeutet, daß Du erhebliche Verluste an deiner kalten Luft erleidest und damit die Kühlleistung dramatisch erhöhen musst.

4: Du kühlst gleichzeitig mit der Kamera auch den OAZ und den Komakorrektor, denn beide sind wärmeleitend mit der Kamera verdunden. Der Komakorr zeigt gegen die offene Kamera und wird also als Teil der Luftmasse wirksam, die sich in der Kamera und dem Raum bis zum Komakorr befindet. Der Komakorr wird also mitgekühlt, der wiederum den OAZ kühlt. Also, eine Bratwurst im OAZ ist leichter zu temperieren!

5: Zwischenring an Kamera geht nicht, denn dann verliert jeder Komakorrektor, Flattener oder Reducer seine Wirkung. Einzig ein Komakorrektor mit sehr langer Fokallage kann da helfen...dürfte aber ein wenig kostspielig sein.

6: Luft als Wärmeträger ist ein schlechtes Trägermedium. Die Wärmeübertragungsleistung ist u.A. massenabhängig. Um eine gewisse Wärmemenge zu übertragen braucht man eine gewisse Masse, und das heist in deinem Fall viel Luft. Es herscht also ein recht pfeifender Wind in deiner Kamera, abgesehen von der nochmals steigenden Anforderung an den Stromverbrauch, denn diese will befördert und gekühlt sein!

7: Wäre der Stromverbrauch kein Kriterium (bei Feldastronomen ist er aber DAS Kriterium) so würde ich den ganzen OAZ, incl. Kamera einpacken und mit einem Kuhlaggregat aus dem Kühlschrank abkühlen. Da kann man dann auch Trockenpatronen in beliebiger Größe einbauen etc... Aber so einfach geht das leider nicht im Feld.

Allerdings bringt mich diese Diskussion hier auf eine ganz neue Idee, die ich aber erst noch recherchieren muss. Der Gedanke ist der: Luft ist schnell und flexibel, transportiert also Wärme schnell von A nach B. Ähnlich flexibel und mit besserer Masse ausgestattet ist Wasser..Wasser in kleinen Kupferröhrchen. Dieses Wasser umgewälzt, könnte die Wärmeübertragung zwischen Peltier und Chip beschleunigen und zudem muss das Peltier nicht an der Kamera sitzen. Das Prinzip zweimal angewendet würde auch die Kühlleistung am Peltier erhöhen und damit die Leistung des Peltierelementes selbst....interessant....Allerdings geht das nur bis etwa 0° Kühlmitteltemperatur. Um unter 0 zu kommen müsste man Salzlösung einsetzen, was dann bis etwa -5 funktioniert. Öl könnte noch tiefer reichen....schwierig...

So long

CS
Ulrich

[Starsearcher]

Allerdings geht das nur bis etwa 0° Kühlmitteltemperatur. Um unter 0 zu kommen müsste man Salzlösung einsetzen, was dann bis etwa -5 funktioniert. Öl könnte noch tiefer reichen....schwierig...

Hallo Ulrich,
der o.a. Ansatz ist imho nicht ganz richtig:
Zum einen errreicht ein Pelti eine Diff. von ca. 65 Grad zwischen beiden Seiten und zum anderen kannst Du ja etwas Kühlmittel aus Deinem Auto abzapfen. Das geht bis Minus 20 Grad!!

Aber Gut, auch die anderen Argumente in Sachen Luftkühlung sind schon bedacht worden und experimentell teilweise wiederlegt worden. Das mit dem Ring (Adapter T2) ist praktikabel und überprüft. Ich teste nur noch, ob eine Zuleitung von einer 'Blackbox' am Boden möglich ist, oder das ganze so miniaturisiert werden kann, dass es an der Camera direkt anmontiert werden kann. Grundgedanke ist ja, die Cam nicht zu öffnen!!
Ich werde berichten ...


Gruss, Rolf.

[Dsky-Tom]

Hi Ulli!

Wir werden sehen, es ist ja ein Projekt, kann also noch etwas dauern mit der Realisierung!

Hossa Ulli

Ich habe die Microcontroller gesteuerte Peltierkühlung mit Temperaturanzeige fertig!

Ja ich kanns auch kaum glauben aber wahr..*Hüpf freu*
Irgendwie kam es durch einen Zufall der AD-Wandlung zustande.
Und nach einigen Testdurchläufen funktionierte es auch Anhieb.

Also:

Man stellt die tiefstmögliche Temperatur ein und dann löpt das Peltier.
Der Temperaturfühler misst am Cmos die ständig fallende Temperatur bis der Eingabelevel erreicht ist.
Ist dieser nun erreicht schaltet das Peltierelement aus,wobei der Lüfter weiter den Kühlkörper herunterkühlt um zu vermeiden, das die Wärmeenergie der heißen Seite des Peltiers nicht auf die Kaltleiterseite
übergreift.
Erwärmt sich der Chip und überschreitet den vorher eingestellten Wert, dann schaltet die MCU wieder das Peltier ein.
Die Solltemperatur sowie die aktuell gemessene Temperatur ist auf einem 2x16 LCD ablesbar.
Ich habe die Schaltung schon getestet und die Temperatur am simulierten Chip ( Alublech in der größe des Chips mit Konstantandraht umwickelt mit einer Temperatur von ca. 30°C) und das Ganze auf ein Kupferblech, das nach deiner Schablone gefertigt wurde gemessen.
Das Chipdummy wurde an den vordersten Bereich des Kupferbleches
mit Paste schön eingesaut befestigt.
Dann wurde die Mimik in Betrieb genommen und die Temp auf 10°C eingestellt.
Nach ca. 40 Minuten bei einer Zimmertemperatur von 18°C wurden die 10°C erreicht.
Dann wurde der Wert auf 5°C eingestellt.
Aber das schaffte das Pelier nicht mehr, da die Wärmeenergie zu hoch war.
Man bedenke aber, das die 10°C mit dem Chipdummy was immerhin ca. 30°C hatte heruntergekühlt wurde!
Das Relay schaltete beim einpendeln der Temperatur ein und aus....usw.
Also hatte ich ein Zeitdelay noch einprogrammiert um einen Zeitpuffer zu haben, um das Relay ´nicht zu überlasten.
Unter Berücksichtigung des folgenden Temperaturanstiegs musste die Schaltphase jedoch kurz gehalten werden.
Ich weiss das du es lieber per Zeitintervall & Temperatur.verhältnis gehabt hättest aber ich finde es eigentlich so schon klasse, das die
Temperatur so gehalten wird.
Werde aber dein Prinzip dennoch bearbeiten.
So und nu geh ich inne Falle. *Schädelrauch*

Bilder folgen.

CS & CU

M.f.G.
Thomas