Planetrarium

Mit dem Abriss des alten Schulgebäudes existiert auch die Kuppel unseres ersten Planetariums nicht mehr.

Das neue Planetarium sollte größer und vielseitiger werden. Der erste Planetariumsprojektor ⁽²⁰¹¹⁾ ist in der Lage den Sternenhimmel zu unterschiedlichen Jahreszeiten darzustellen, zudem können die wichtigsten Sternbilder der nördlichen Hemisphäre mit Laserprojektoren angezeigt werden. Ein Handlaserprojektor dient als Ergänzung, um die Sternbilder des Tierkreises zu verdeutlichen. Der Sonnenprojektor kann manuell positioniert werden.

Es zeigten sich aber auch die Grenzen im Unterrichtseinsatz. Der Projektor kann nur den nördlichen Sternenhimmel darstellen, die Position ist auf den 52. Breitengrad (Hannover) eingestellt und kann nicht verändert werden, die Anzahl der ansteuerbaren Sternbildprojektoren ist auf 10 begrenzt und es bedarf etwas Geschick und astronomisches Wissen dazu den Projektor zu bedienen und gleichzeitig einen Vortrag vor einer Schülergruppe zu halten. Letzteres führte dazu, dass nur einige wenige Lehrkräfte bzw. Schüler das Planetarium bedienen konnten und somit immer Terminabsprachen notwendig wurden. Außerdem überlegten wir die Lichtstärke zu erhöhen.

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Die Ansprüche an den neuen Planetariumsprojektor

Das neue Planetarium sollte also diese Mängel ausgleichen. Es sollte mehr Standorte auf der Erde simulieren können, somit muss der Sternprojektor nicht nur drehbar, sondern auch in der Neigung veränderbar sein. Die Anzahl der anzuzeigenden Sternbilder sollte vergrößert werden, mit einem schwenkbaren Videobeamer wäre somit eine unendliche Menge an zusätzlichem Bildmaterial realisierbar (Mond-, Planetenbahnen, Sternschnuppen und nicht zuletzt explodierende Meteroiten). Und das wichtigste, er sollte selbsterklärend zu steuern sein, sodass die Bedienung nicht nur durch wenige Personen durchgeführt werden kann. Entsprechend sollte es eine programmierbare Computersteuerung unter Verwendung von Schrittmotoren und Servos werden.

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Der Sternprojektor

Wir haben uns wie beim ersten Projektor wieder für eine Lochprojektion entschieden. Statt Pappe verwenden wir dicke Aluminiumfolie (Saunabaubedarf). Der Vorteil besteht darin, dass die eingestochenen Löcher exakt kreisförmig sind und nicht ausfransen, wie dies bei Pappe als Material zum Teil passierte. Wir konnten also die Sternkarte und die Nadeln von 2011 verwenden. Die Sternkarten haben wir dann unter dem Abzug mit Pinselreiniger von den Ausdrucken (Kopierer! - Tintenstrahldrucker geht nicht) auf die Aluminiumfolie übertragen. Für den Ausschnitt kam eine selbstgebaute Falz- und Schnittschablone zum Einsatz, die Einzelteile wurden gestochen, zur Kugel verklebt und innen schwarz gespritzt. Zur Aufnahme wurden Kunststoffwinkelprofile mittels einer Holzform exakt gebogen (Haarfön) und die Alukugel mit Papierklemmen befestigt.

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Die Lichtquelle für den Sternprojektor

Während bisher als nahezu punktförmige Lichtquelle eine mini-MAGLITE-Xenon-Glühlampe zum Einsatz kam, standen jetzt superhelle LEDs zur Verfügung. Diese haben allerdings einen Abstrahlwinkel von weniger als die benötigten 180° und die Lichtstärke nimmt zum Rand hin ab. Schließlich kam die Idee auf eine superhelle LED schnell rotieren zu lassen. Einige Bauteile haben wir in 3D-Druck realisiert. Der Rotor ist gleichzeitig ein Miniaturlüfter, der für die Kühlung des Leuchtmittels sorgt, zwei Kugellager dienen zur Stromversorgung. Das Ergebnis war recht gut, allerdings haben wir die Stromversorgung für den Elektromotor und die Lampe parallel geschaltet, sodass Helligkeit und Rotationsgeschwindigkeit gekoppelt waren. Interessanterweise nahm die Helligkeit mit der Rotationsgeschwindigkeit ab, offenbar weil der Widerstand des Elektromotors bei höherer Drehzahl abnimmt und die Lampe fast kurzschließt. Zwei unabhängig voneinander regelbare Stromversorgungen sollten das Problem lösen...

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Die etwas ungewöhnliche Aufhängung des Projektors

Die Konstruktion besteht aus drei Rotationsebenen, wobei die dritte davon um 23,5° (Ekliptik) zu den anderen zweien geneigt ist und zur Aufnahme des Sonnenprojektors dient. Die anderen nehmen den Sternprojektor bzw. den Videobeamer auf. Als Antrieb dienen zwei arduinogesteuerte Schrittmotoren bzw. ein digitaler Servo für den Sonnenprojektor. Die Sonnenprojektorebene ist mit der Sternprojektorebene gekoppelt, sodass eine genaue Sonnenpositionierung ermöglicht wird.
Das Ganze ist auf einem kugelgelagerten Wagen montiert, der auf einer teilkreisförmigen Aluminiumschiene auf- und abfahren kann. Ein Akkuschraubermotor bewegt diesen Wagen an einer gebogenen Gewindestange (wieder mal eine gute, wenn auch recht unkonventionelle Schüleridee). Endschalter verhindern einen zu erwartenden Totalschaden, falls sich der Motor über die vorgesehenen Grenzen hinaus schrauben würde.

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Schleifkontakt

Wie immer knifflig und auch leider störanfällig sind die Schleifkontakte. Die einzelnen Ebenen müssen natürlich mit Strom versorgt werden bzw. eine Steuerung zulassen. Um nicht zu viele Steuerleitungen mit Schleifkontakten verbinden zu müssen, haben wird den Arduino auf der mittleren Viedeobeamer-Rotationsebene montiert. Die Schrittmotoren, die sich auf der selben Ebene befinden, kommen somit ohne Schleifkontakte aus. Dafür wird die Programmierung für die Ansteuerung etwas komplizierter, da die Bewegung eines Schrittmotors im anderen kompensiert werden muss. Der Arduino selbst nimmt die Befehle über ein Infrarotauge von einer alten Fernseherfernbedienung entgegen.
Die Neigung wird noch manuell mit Auf- und Abtastern vorgenommen. werden.

Als Schleifkontakte haben zunächst Kugellager gute Dienste geleistet. Hierzu wurden die Kugellager in Pinselreiniger und Aceton entfettet und im Anschluss in Kontaktspray gebadet. Um eine Edelstahlstange wurden die Drähte angeordnet, die vorbehandelten Kugellager aufgesteckt, ein Kabel gekappt, abisoliert und mit einer Pinzette zwischen die Innenwand des Lagers und die Drähte gesteckt. Das restliche Kabel verbleibt ohne Leitungsfunktion als einer der Abstandshalter zur Stahlstange. Dann wird das nächste Kugellager aufgesteckt. Da sich diese Kugellager nicht löten ließen wurde außen eine Schlaufe gelegt, verdrillt und dann gelötet. Insgesamt funktionierte das sehr gut, leider war die Konstruktion etwas wartungsunfreundlich. Daher haben wir uns einen etwas platzsparenderen leichter zu montierenden Schleifkontakt ausgedacht. Hier werden dann auch schon die Grenzen unseres 3D-Druckers sichtbar. Diese Stecklösung war leicht zu montieren und kann bei bedarf einfach abgenommen werden. weiterhin kamen versilberter Kupferdraht und Lötkontakte für ICs zum Einsatz.

Letztlich war aber auch diese Konstruktion noch zu groß und wich dann einem komplett selbstgebauten Schleifkontakt mit außenliegenden Kupfeblechstreifen und 3D-Druckteilen.

Kugellagerschleifkontakt

Kugellagerschleifkontakt mit Presshülsen aus 3D-Druck-Material