Bericht über den Bau einer Fangspiegelheizung für ein 12″ Dobson Teleskop
Dr. Achim Tegeler, 09.12.2023
So wie der immer etwas traurig dreinblickende, sympathische Magier Pan Tau, der dargestellt vom tschechischen Schauspieler Otto Šimánek in den 70er Jahren ein etwas rätselhafter Begleiter meiner Fernseh-Kindheit war, so gibt es auch heute noch stetige Begleiter in meinem Leben als Amateurastronom.
Betrachtet man nämlich den Namen „Pan Tau“ nicht aus der Sicht der tschechischen Sprache, in der „Pan“ nichts anderes heißt als „Herr“ – „Pan Tau“ also „Herr Tau“ bedeutet, so stehen auch andere Sichtweisen zur Verfügung: Die dem Griechischen entlehnte Vorsilbe „Pan“ bedeutet nämlich auch „ganz, gesamt, allumfassend…“ – und in genau dieser Definition ist Tau ein ständiger Begleiter des Astronomen: Auf Spiegeln, Linsen, Objektiven und Okularen, überall lässt sich der Tau nieder und trübt den Blick ins Universum – Pan Tau eben… und der stört im Gegensatz zum Zauberer „Pan Tau“ doch gewaltig.
Bei den letzten Sternstunden mit meinem 12“ Dobson war im November trotz aufgesetzter Taukappe doch wieder deutliche Taubildung auf dem Sekundärspiegel zu beobachten. Also wuchs in mir der Plan, hier mit einer Spiegelheizung endgültig Abhilfe zu schaffen. Natürlich gibt es fertige Spiegelheizungen zum Aufkleben zu kaufen, aber so schwierig kann es ja nicht sein, das selber zu bauen… ist es auch nicht!
Bevor man jedoch zur Tat schreitet, muss geklärt werden, wie die Stromversorgung laufen soll, welche Leistung es braucht und welche Art der Wärmeerzeugung verwendet werden soll.
Da mein Goto-Dobson, genau wie auch meine Montierungen mit 12 V Gleichstrom versorgt werden, sollte auch die Spiegelheizung mit einer Spannung von 12 V betrieben werden. Da die Verhinderung von Taubeschlag bereits wirksam ist, wenn die Spiegelfläche auch nur knapp über dem Taupunkt [1] gehalten wird, muss keine große Erwärmung stattfinden – es reicht die Überschreitung des Taupunkts. Eine größere Erwärmung würde ja auch zu thermisch bedingten Luftbewegungen im Tubus führen und die Beobachtung stören – das sollte tunlichst vermieden werden.
Grundsätzlich gibt es mehrere Möglichkeiten, Wärme am Fangspiegel zu erzeugen – es bietet sich biegsamer Konstantandraht als Widerstand an oder man nimmt fertig konfektionierte Drahtwiderstände, die es in verschiedensten Ausführungen gibt. Ich habe mich hier für Drahtwiderstände in Keramik entschieden, da diese in unterschiedlichsten Widerstandswerten für sehr wenig Geld zu haben sind. Um die Temperatur des Fangspiegels über dem Taupunkt zu halten, ist, abhängig von der Größe und Gesamtmasse des Spiegels, i. d. R. nur wenig Leistung notwendig. Vergisst man aber, die Heizung früh genug einzuschalten, dann ist es gut, wenn man etwas Leistungsreserve hat, die man dann zum „Enttauen“ nutzen und anschließend runterregeln kann.
Üblicherweise haben Fangspiegelheizungen zwischen 0,5 und 1 Watt Leistung – ich hätte gerne eine kleine Leistungsreserve und strebe 1,5 Watt an. Die elektrische Leistung P von Widerständen berechnet sich nach altbekannter Formel [2]:
P = U2 / R
mit der Spannung U und dem (Gesamt-)Widerstand R. Um mit 12 V ca. 1,5 Watt zu erzeugen, braucht es also 96 Ohm Widerstand (122/1,5) – aufgeteilt auf drei in Reihe geschaltete Widerstände (die Leistung soll ja auf eine größere Fläche verteilt werden) sollten es also Widerstände mit ca. 32 Ohm werden. Da 33 Ohm Widerstände zur Hand waren, sollten diese entsprechend genutzt werden – die Leistung würde also bei ca. 1,45 Watt liegen. Zusätzlich sollte es eine Möglichkeit geben, die Heizung nach Bedarf zu regeln. Die Regelung sollte über ein Potentiometer/eine Pulsweitenmodulation (PWM oder PDM [3]) erfolgen, die sich mit kleinen, kostengünstigen Modulen schnell realisieren lässt. Ein kleiner Testaufbau zeigte, dass die Widerstände schön warm wurden und dass die Regelung sehr gut funktionierte.
Also sollte das PWM Modul und die 12 V Eingangsbuchse zusammen in ein kleines Gehäuse verbaut, die Widerstände auf die Spiegelrückseite geklebt und mittels Lackdraht eine Verbindung hergestellt werden.
Für eine bessere Wärmeleitung wurde eine sehr dünne Schicht Wärmeleitpaste zwischen Widerstandskörper und Glasoberfläche eingesetzt. Die Widerstände wurden dann ringsherum mit Cyanacrylat-basiertem Sekundenkleber befestigt.
Damit die erzeugte Wärme in den Spiegel geleitet wird und nicht nach oben an die Umgebungsluft abgegeben wird, wurde um und über die Widerstände eine Isolierschicht aus selbstklebend beschichtetem Isolierschaum (Armacell) geklebt, die dann so zurechtgeschnitten wurde, dass nichts über die Spiegelkanten herausragt.
Um die Kabelführung so wenig optisch wirksam werden zu lassen wie irgend möglich, habe ich mich für 0,5 mm Kupferlackdraht entschieden, der oben an der dem Hauptspiegel abgewandten Seite der Fangspiegelspinne entlang geführt und mit Klebeband befestigt wurde. Zur Durchführung des Lackdrahts auf die Tubusaußenseite wurde eine Schraube, die den Tubusrand hält, entfernt und das Loch zur Kabeldurchführung genutzt.
Die kleine Box mit dem PWM Modul wurde dann noch mit einer Buchse für die 12 V Spannungsversorgung versehen und per Klettband außen am Tubus befestigt. Das Kabel zur Heizung wurde zunächst nur unter Klebefilm zur Box geleitet – ob das so bleiben kann, wird sich zeigen.
Als kleines Nebenprojekt wurden bei dem Abbau der Spiegelhalterung die M4 Innensechskantschrauben, die der Spiegelausrichtung dienen und durch den Innensechskant immer etwas „frickelig“ einzustellen sind, durch selbstgefertigte M4 Rändelschrauben aus Messing ersetzt. Sie vereinfachen die Einstellung und damit die Kollimierung des Teleskops wesentlich– wer die Schrauben nicht selber herstellen kann, dem seien Bob’s Knobs [4] empfohlen.
Die nächste kühle Nacht mit Taubildung wird zeigen, wie gut sich die Fangspiegelheizung bewährt – ich bin mit dem Ergebnis sehr zufrieden!
[1] Der Taupunkt oder besser, die Taupunkttemperatur ist diejenige Temperatur, bei der in Abhängigkeit der absoluten Luftfeuchte und des Umgebungsdrucks der in der Luft vorhandene Wasserdampf kondensiert und sich so Tau bildet. Die genaue Bestimmung der entspr. Parameter ist relativ komplex und wird am genauesten mit einem (Aspirations-)Psychrometer und anschließender Berechnung anhand von entspr. Tabellen (Sprung’sche Formel) vorgenommen. Für Astronomen ist die exakte Bestimmung des Taupunkts irrelevant – Hauptsache, die Spiegeltemperatur liegt entsprechend über dieser Marke!
[2] Die Berechnung der elektrischen Leistung wird hier sehr gut gezeigt: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Leistung
[3] Das Prinzip der Pulsweitenmodulation wird hier erklärt: https://de.wikipedia.org/wiki/Pulsdauermodulation
