Ein Planetarium selber bauen   

        Projektor

 

Zeichnung als PDF

 
Ein Planetarium selber zu bauen war bisher das größte Projekt für den Wahlpflichtkurs Physik / Chemie (Klasse 8/9). Das Prinzip ist ja recht einfach: man baut eine große weiße Kuppel und projiziert in diese mit einer kleinen Kugel die Sterne. Doch die Schwierigkeiten liegen im Detail...
Wir hatten viele Ideen von denen einige bei der Umsetzung leider scheiterten oder mehrfach optimiert werden mussten. Aber wir haben nicht aufgegeben und wenn etwas nicht geklappt hat , haben wir uns was neues ausgedacht. 
Das Planetarium sollte zunächst auf- und abbaubar sein, glücklicherweise erhielten wir später einen kleinen Raum in dem unser Projekt dauerhaft aufgebaut stehen bleiben kann. Insgesamt sind Kosten von etwa 500 € entstanden.Vielen Dank an alle Schüler, Lehrer, Schulassistenten, Freunde, die mit Tipps, Sachspenden, Mathenachhilfe etc. zum Gelingen des Projekts beigetragen haben.
 
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Der Projektor...

Die Kugel aus durchstochener Pappe ist das wichtigste Bauteil des Sternenprojektors. 

Ein fertiger Bastelbogen z.B. der von Astromedia ist nicht geeignet, da hier zwar eine Halbkugel entsteht auf der aber auch Sterne über den Himmelsäquator hinweg abgebildet sind (verzerrungsarme Darstellung steht drauf). 

Also doch einen Bastelbogen selber konstruieren. Als Ausgangsmaterial diente eine Sternenkarte aus dem Schulatlas. Die ist aber flach und daraus lässt sich keine Kugel zusammen bauen. Die Karte lässt sich in tortenstückförmige Teile schneiden. Für die Kugel aber benötigt man aber eher Pappstreifen in Form von Apfelsinenschalen. Zur Berechnung dieser hat sich folgende Tabellenkalkulation bewährt: Kugelberechnung.xls oder Kugelberechnung.ods . Wenn man die roten Zahlen ändert, kann man so beliebige Kugelsegmente berechnen.

Die "Tortenstücke" kann man dann mit Hilfe eines Morphprogramms in "Apfelsinenschalen" verwandeln. Das Ergebnis für die Nord- und Südhalbkugel ist auch nicht ganz verzerrungsfrei, aber die Sterne befinden sich so ziemlich an der richtigen Position. Planetariumsprojektor_24_SEG.pdf 

Das Schöne an der Atlaskarte ist, dass die Helligkeiten der Sterne in 5 Ketegorien angegeben sind. Je mehr Zacken ein Stern hat, um so heller ist er. Dies war sehr praktisch beim Durchlöchern mit unterschiedlichen Nadelstärken. 

Das Löcherstechen macht man am besten vor dem Zusammenkleben :-)

 

 

   
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Die insgesamt 24 Kugelsegmente wurden auf einseitig schwarze Kartonpappe kopiert, wie beschrieben durchlöchert und anschließend zu zwei Halbkugeln zusammen geklebt. Hierbei haben sich Wäscheklammern als sehr hilfreich erwiesen. Die beiden Halbkugeln wurden jedoch nicht zur Gesamtkugel verklebt, sondern für spätere Wartungszwecke mit 24 Papierklemmen zusammengefügt.
Am Südpol wurde ein Loch eingeschnitten, um eine leere Klebebandrolle einzukleben. Diese sollte in der gleichen Ebene wie der Äquator eingepasst werden, da die ganze Kugel sonst eiern würde. Eine Wasserwaage leistete hier gute Dienste. Später stellte sich diese Verklebung als Schwachstelle heraus und wurde mit Unmengen an Heißklebstoff stabilisiert.

 

 
 

 
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Lagerung und Antrieb. Die Kugel und die Zusatzprojektoren sollten drehbar gelagert werden und gleichzeitig sollte eine Stromversorgung für alle beweglichen Teile gewährleistet sein. 

Fast passgenau in die oben erwähnte leere Klebefilmrolle passt ein Kunststoffabwasserrohr, welches dann zum stehenden Teil des Projektors gehört. Da die Papprolle durch Öl oder ähnliches aufquellen würde und noch ein wenig Platz war befindet sich noch eine Overhead-Folie zwischen Rohr und Papprolle. Die Folie nicht angeklebt sondern dient als Gleithilfe.

Als Antrieb für die Klebefilmrolle der Kugel dient eine zweite Klebefilmrolle, die über einen Zahnriemen angetrieben wird. Klingt einfach, ist es aber nicht!!!

Damit der Zahnriemen auf der Papprolle greift, wurde mit Heißklebstoff ein Abdruck des Zahnriemens auf der Rolle erstellt (mehrfach wieder abgekratzt und erneut ausprobiert...) Jedes Mal wenn man glaubte es funktioniert wurden Zähne übersprungen, es hakte oder blieb stehen. Auch eine Reihe von aufgeklebten Streichhölzern, wie auch ein zweiter umgekrempelter Zahnriemen (geht gar nicht!) führte nicht zum gewünschten Ergebnis. 

 


 

 
Während das kleine Zahnrad (vollständig aus Heißklebstoff gegossen) wunderbar funktioniert, wurde bei der Klebefilmrolle auf die Zähne vollkommen verzichtet. Statt dessen gab es eine Andruckrolle und ein breites Gummiband auf der Papprolle. Der Zahnriemen bleib erhalten...

Aufgeklebte Pappstücke gewährleisten, dass die Kugel sich mitdreht. Eingeklebte Neodymmagneten dienen als Befestigung. Somit kann die Kugel bei Bedarf für Wartungszwecke abgenommen werden.

Eine Eisschachtel aus Kunststoff dient als Gehäuse für das Getriebe. Dieses besteht wiederum aus Bauteilen eines Metallbaukastens.  

 

 

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Bei der Lampe, die in der Mitte der Pappkugel angebracht ist, handelt es sich um eine mini-MAGLITE-Xenon-Glühlampe, die mit zwei AA-Akkus betrieben wird.

Zunächst haben wir mit 12V / 20 - 50 W Halogen-Glühlampen experimentiert. Die sind zwar hell aber lieferten kein vernünftiges Bild (bzw. kein Bild!). Das liegt daran, dass die Glühwendel zu groß und der Glaskolben oben eine Art "Nase" besitzt.

Die MAGLITE-Lampe besitzt eine extrem kleine Glühwendel, so dass man schon fast von einer punktförmigen Lichtquelle sprechen kann. Es ist erstaunlich, dass eine so kleine Glühlampe ausreichend Licht liefert. Tatsächlich benötigt man für eine gute Projektion absolute Dunkelheit.  

 

 

 
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 Der Schleifkontakt. Um die Stromversorgung und die Steuerung der beweglichen Teile (Sternbildprojektor und Sonnenprojektor) zu gewährleisten ist eine drehbare Stromabnahme notwendig. Auch dies ist etwas knifflig...
Der erste (gescheiterte) Versuch bestand ausMessingunterlegscheiben:

Wie man schon im Bild erkennen kann, gab es immer wieder Kontaktschwierigkeiten da die Unterlegscheiben nicht ganz exakt in der gleichen Ebene eingeklebt wurden.
Der zweite gut funktionierende Schleifkontakt besteht aus Kupferfolie, Papier, Kupferdraht und zwei Einwegspritzen. Hierzu wurden sieben Löcher spiralförmig in die äußere etwas größere Spritze geschmolzen (Zange, Nagel, Kerze...). An diesen Stellen wurden Kupferfolienstreifen um die Spritze herum geklebt (Sekundenkleber) und der restliche Abschnitt innerhalb der Spritze nach oben geführt. Das Ganze wurde dann mit Moosgummi und einer kleineren Spritze innen fixiert.
 

  

 
Als Führung und Isolation wurden außen noch Papierstreifen herum geklebt. Die Schleifer bestehen aus Kupferdrähten die an zwei Schaschlikspießen befestigt sind. Mit Grafit als Gleitmittel funktioniert diese Konstruktion ganz gut. Mit diesen insgesamt 7 Leitungen lassen sich 2 x 6 Zusatzprojektoren schalten (wegen Umpolungsmöglichkeit und Verwendung von LEDs).  vgl. Verbesserungsvorschläge Die Stromversorgung  und die Steuerung erfolgt über in eine Holzkiste eingebaute Schalter und Batteriekästen
 
 
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 Die Sternbildprojektoren bestehen aus einem Laserpointer (1) bei dem die Linse entfernt wurde. Das bewirkt eine Streuung des Laserbündels und eine Linse wie sie normalerweise zu einem Projektor gehört entfällt. Ein Scharfstellen ist mit dieser Konstruktion nicht notwendig da wir eine recht helle und nahezu punktförmige Lichtquelle benutzen.. Allein beim Linse entfernen und beim Anlöten der Kabel haben wir übrigens etwa die Hälfte unserer Laserpointer geschrottet. Der Laser wurde mit Heißkleber in eine Filmdose (2) geklebt. In der Filmdose steckt passend ein Wellpappröllchen (3) auf dem eine doppelschichtige Halterung (4) für die Sternbilddias (9) befestigt ist. Damit man nun die Position genau einstellen kann wurde eine Art Kugelgelenk benötigt, dieses besteht aus einer Garnrolle (5) zwei kleinen Neodymmagneten (6) und einem Dynamo- antriebsrädchen (7) aus Eisen. Die Filmdose wird dann mit einem Kabelbinder (8) an der Garnrolle befestigt. Somit ist der Projektor abnehmbar und kann in jede Position gedreht werden. Die Größe des Sternbildes wird mit dem Tubus (Wellpappröllchen) eingestellt. Da der Tubus in der Filmdose drehbar ist, kann das Sternbild auch noch in die richtige Position gedreht werden. 

 

Eine andere Möglichkeit das Licht des Laserpointers (1) aufzufächern besteht darin eine zweite Linse vor der eingebauten Linse anzubringen (4). Hierfür haben sich normale farblose LEDs bewährt. Die LED (2) wird mit einem Seitenschneider oben abgekappt (3) und mit Poliermittel an der Bruchstelle plan geschliffen. Auch das gibt ein schönes Licht und eine Fokussierung ist auch nicht notwendig. 

 
       

 

 

 

 
 
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Die Kuppel... "Wie baut man eine Halbkugel mit einem Durchmesser von etwa 4m?" Riesenballon mit Pappmaché ... Aufblasbar ... Styropoor-Iglu ... aus Alu-Schalosie-Blechen ... Fußball- oder Vogelkäfig-Konstruktion? - Ideen gab es viele! Wir haben uns letztlich für eine Konstruktion aus Elektro-Installationsrohr entschieden. Insgesamt 16 3m-Rohre werden von einem Sternverbinder in der Mitte gehalten und stecken unten auf einen Ring aus 4 Rohren. Da die Rohre in ihrer Gesamtheit eine recht ordentliche Spannung aufbauen reicht die vorgesehene Verbindung, das Ineinanderstecken nicht aus. Als Verstärkung der Steckverbindungen haben sich 18er Dübel bewährt. Für den Sternverbinder in der Mitte reicht das aber nicht aus. Erst die vierte Konstruktion aus Wäscheklammern, Unterlegscheiben, zwei Holzbrettchen und 16 Schrauben verfügte über eine ausreichende Stabilität. Hinzu kam ein zweiter Ring bei einem Winkel von 45°, der die Halbkugel erst in Form brachte, denn ohne den zweiten Ring entsteht eher so etwas wie eine Glockenform. Der untere Ring wurde mit den entsprechenden Installationsschellen, die mit einem Dübel verschraubt und mit Heißkleber vergossen, befestigt. Am zweiten kleineren Ring wurden die Schellen mit Kabelbindern befestigt (Heißkleber fällt auseinander...). Für die Längenberechnengen eignen sich wieder die beiden Tabellenkalkulationen Kugelberechnung2.ods bzw. Kugelberechnung2.xls. nach oben Die Bespannung sollte zunächst aus Aluminium beschichtetem Styropor (Trittschalldämmung) hergestellt werden. Hierfür haben wir 30m Material zugeschnitten, um am Ende festzustellen, dass es nicht passt. Die Zuschnitte konnten wir zumindest noch für die Raumverdunklung verwenden. Letztlich haben wir den Vogelkäfig mit Papier bespannt. An einigen Stellen wurde Pattex und an anderen Doppelklebeband, an wieder anderen normales Klebeband verwendet. Wie man sieht, gelang das nicht ganz faltenfrei. Im Dunkeln sieht man es aber (außer bei der Sonnenprojektion) kaum etwas.
 
     
 
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Was würden wir nächstes Mal anders machen... 

kein Zahnriemenantrieb!!! Stoffbespannung ?! Bei der Verschaltung über den Schleifkontakt wurden zwei Kanäle für einen Pol genutzt (Plus oder Minus), die anderen 5 Känale wurden geschaltet. Dementsprechend sind zur Zeit nur 2 x 5 Projektoren geschaltet. Theoretisch sind bei 7 Leitungen über den Schleifkontakt aber 2 x 12 einzeln schaltbare Projektoren möglich: