Der Gedanke
Schon seit einiger Zeit wünschte ich mir eine Flatfield-Folie, die sich automatisch vor die Optik eines Teleskops klappen lässt, um entsprechende Aufnahmen zu erstellen. Der hohe Preis solcher Folien war jedoch stets ein Hindernis: Bereits für kleinere Teleskope beginnt der Einstieg bei etwa 150 €. Zudem wirken diese Produkte oft klobig und relativ schwer.
Das brachte mich auf die Idee, selbst eine Alternative zu entwickeln. Meine Folie sollte ein Teleskop mit einem Tubusdurchmesser von etwa 150 mm ausleuchten können. Daraus ergab sich die Notwendigkeit einer EL-Folie mit 160 mm Durchmesser. Tatsächlich wurde mir jedoch ein Modell mit 180 mm geliefert. Mit einem Außendurchmesser der Folie von 190 mm und einer Gesamtkonstruktion von 208 mm stieß ich an die Grenzen meines Druckbetts.
Die Planung
Durch einen Tweet entdeckte ich günstige, runde EL-Folien aus China – das weckte meine Neugier. Bei meiner weiteren Recherche stieß ich auf das Projekt ArduinoLightbox von Jarred Wellman, das als Wrapper für den FlipFlat-Treiber von Alnitak dient. Diese Software ermöglicht es, das Protokoll ohne eigenen Treiber für INDI zu nutzen, indem lediglich Aktionen auf Befehle gemappt werden.
Das Protokoll ist minimalistisch und konzentriert sich auf das Wesentliche.
Für die mechanische Bewegung wählte ich ein Modellbauservo. Da die Folie von der Tubusvorderseite bis ganz nach hinten geschwenkt werden muss, fiel meine Wahl auf ein Servo mit 270° Drehwinkel. Solche Servos sind zwar nicht alltäglich, bieten aber eine einfache und reproduzierbare Lösung.
Die mechanischen Teile wollte ich komplett selbst mit meinem Prusa MK4 3D-Drucker herstellen. Hierfür entschied ich mich für PETG als Material, da es eine ideale Kombination folgender Eigenschaften bietet:
- Stabilität ohne Versprödung
- Geringer Temperaturkoeffizient (wichtig bei -20°C im Winter oder 20°C im Sommer)
- Niedrige Feuchtigkeitsaufnahme
- Einfache Verarbeitung
Die Mechanik
Für die EL-Folie, die die eigentliche Ausleuchtung vornehmen soll, habe ich eine Art mehrlagiges, flaches Gehäuse gefertigt. Die Designs sind so angelegt, dass man mit möglichst wenig Stützmaterial auskommt.
Das Gehäuse besteht im Wesentlichen aus vier Teilen plus zwei Verbindungshebeln, um die Klappe am Servo zu befestigen.
Die vier Teile sind:
- Eine Scheibe aus weißem, transluzentem PETG: Diese sorgt für eine gleichmäßige Lichtverteilung der EL-Folie.
- Ein oberer Deckel: Dieser schützt die Folie und hält die Konstruktion stabil.
- Zwei Ringe: Diese halten alle Komponenten zusammen und werden mit sechs Schrauben fixiert. Sie bestehen aus PETG in der Farbe der Wahl. In meinem Fall habe ich Universe-Black verwendet, da mir diese Farbe besonders gefällt.
Mechanikdetails
Für die Gelenke und Achsen verwende ich die 4 Noppen langen Stangen von Lego oder kompatiblen Herstellern (meistens als ‚Bar 4L‘ oder ‚Lightsaber‘ bezeichnet). Diese haben 3,2 mm Durchmesser, sind relativ genau gefertigt, leicht zu bekommen und zu bearbeiten und aus ABS und damit mehr als ausreichend stabil. Wenn man die Gewinde in der Konstruktion mit einem 3 mm-Bohrer ausbohrt, lassen sich die Stangen wunderbar einpressen.
An den Befestigungshebeln, mit denen das Flatpanel am Servo befestigt wird, sind zusätzliche profilförmige Strukturen angebracht. Diese erhöhen die Verwindungssteifigkeit und dienen gleichzeitig als Kabelführung.
Die Hardware
Die Auswahl der Hardware gestaltete sich unkompliziert:
- Steuerung: Ein Arduino Nano-Klon übernimmt die Kontrolle. Dank des USB-Inverters der EL-Folie entfällt eine separate Spannungsversorgung, und auch Servo und Heizung stellen kein Problem dar. Ich wählte ein Modell mit USB-C-Anschluss, da diese Kabel heutzutage einfacher zu beschaffen sind.
- Servo: Das Modell RDS3235 von Wishiot mit 270° Drehwinkel liefert selbst bei 5V-Betrieb ausreichend Leistung. Seine Bauform vereinfacht zudem die Lagerung der Klappe, wodurch der Konstruktionsaufwand reduziert wird.
- Flatfield-Folie: Es handelt sich um eine versehentlich größer gelieferte Folie mit 180 mm Durchmesser. Wichtig: Bei der Bestellung sollte im Kommentar der Wunsch nach einem USB-Konverter vermerkt werden.
Darüber hinaus benötigte ich für die Elektronik:
- JST-XH-Verbinder
- MOSFETs
- Widerstände
- Einen kleinen Elko
| Bezeichner | Footprint | Menge | Wert |
| A1 | Arduino Nano | 1 | Arduino Nano (Klon) |
| C1 | TAJ 6032 220/10 | 1 | 220uF |
| J1 | JST-XH 3-Pol | 1 | Servo |
| J2 | JST-XH 2-Pol | 1 | Light |
| J3 | JST-XH 2-Pol | 1 | Heater |
| Q1, Q2 | IRFR 024N | 2 | IRFR 024N |
| R1, R2 | SMD-0805 10,0K | 2 | 10k |
Aus Platzgründen setzte ich auf SMD-Bauteile, die dennoch gut zu handhaben sind. Für die Heizung verwendete ich zweiadrige Litze und IsaChrom60.
Leiterplatte
Die selbst entworfene, doppelseitige Leiterplatte misst 40,15 x 45,15 mm, ist 1,5 mm dick und hat eine 35 µm Kupferauflage. Die wenigen SMD-Bauteile sind einfach zu bestücken, und der Rest kann direkt eingelötet werden. Im Gehäuse ist unten eine Durchführung für den JST-Stecker des Servos und im oberen Bereich eine kleine Öffnung für die beiden Kabel von der Heizung und der Lampe vorgesehen.
Die Daten für die Leiterplattenherstellung werden am Ende dieser Dokumentation zum Download bereitgestellt.
Der Quellcode
Der Quellcode für die Arduino-Steuerung basiert auf dem Projekt ArduinoLightbox und wurde für meine Anwendung angepasst.
Änderungen am Originalcode:
- Das Dimmen wurde entfernt bzw. so angepasst, dass immer auf 255 gedimmt wird und entsprechend zurückgemeldet wird.
- Eine Funktion für das Servo sowie die Möglichkeit, es zu rampen, wurde hinzugefügt.
- Das Licht wird beim Aufklappen automatisch ausgeschaltet.
- Der Ausgang für die Heizung wird jedes Mal deaktiviert, wenn das Servo läuft, um den USB-Anschluss nicht zu überlasten.
Fazit
Das Projekt hat sich für mich als sehr erfolgreich erwiesen. Es zeigt, wie man mit etwas Eigeninitiative und Planung eine hochwertige Alternative zu teuren kommerziellen Produkten schaffen kann. Die Kombination aus mechanischen, elektronischen und programmiertechnischen Komponenten macht die Umsetzung spannend und lehrreich.
Für Interessierte stelle ich am Ende die Daten für die Leiterplatte und weitere Ressourcen zum Download bereit. Sollten Nachfragen bestehen, bin ich gerne bereit, Hilfestellung zu geben.