Aus einer Canon EOS300D(a) wird eine EOS 300D(a)-P (07/2007)

Eine Peltierkühlung für die EOS 300Da.

Ich habe lange im Internet gesucht, ob sich nicht eine passende Kühlung für eine EOS 300D findet.
Auf deutschen Seiten bin ich nicht fündig geworden. In Amerika gibt es zwar einige gut ausgeklügelte Lösungen, wenn da nicht
einige Nachteile wären.
Zum einen wird dort immer die ganze Kamera gekühlt. Was für eine Energieverschwendung. Die Kühlphase dauert sehr lange. Es wird zusätzlich eine
Isolationsbox für die komplette Kamera benötigt ! Die Kühltemperatur fällt durch das große zu kühlende Volumen deutlich schwächer aus.
Nachteile also genug. Genug um sich selber ans Werk zu machen.
Ein anderer Tüftler hatte den Kamera-Innenraum aus Alu quasi nachgefräßt, um den Innenraum vor Kondensat zu schützen.
Für mich viel zu aufwendig. Die Kamera soll ja nicht unbedingt schön aussehen, sondern sie soll zuverlässig kühlen.
Als ganzes wurde dort die Kamera auf minimal 0 Grad gekühlt. Schon sehr hilfreich, mir war's aber nicht genug.
Die Kameras rauschen ja doch recht stark.
Erstaunlicherweise rauschen die Nachfolgemodelle z.T. auch noch ganz erheblich, wie man im Internet anhand von Bildern ganz einfach sehen kann.
Dazu gehören u.a. die 350D und die 400D, sowie die 450D. Die Exemplarstreuungen sind nach wie vor groß.
Nächstes Jahr würde ich trotzdem ganz gerne die Canon EOS 450D oder 1000D modifizieren (IR-Filter entfernen, bzw. tauschen) und mit einer Kühlung versehen.
Mit der "live view" - Funktion und den mehr als doppelt so vielen Pixeln, ist das schon verlockend.

Mein Gedanke, den CMOS-Chip direkt und ohne Umwege zu kühlen, schien mir am nächsten und am effektivsten.

Das Ziel:
Das Rauschen der Kamera wesentlich zu reduzieren. Ein Versuch mit unterschiedlichen Temperaturen zeigt, das es möglich ist, das Rauschen deutlich zu reduzieren.
Hier ein Vergleich zweier Dunkelbilder. Jeweils 1600 ASA und 650 Sekunden belichtet. Ich habe die Bildhelligkeit bei beiden Bildern gleichmäßig angehoben, um das Rauschen deutlicher zu zeigen. Ansonsten keine Bildbearbeitung.  

Bild 1, 23 Grad	Bild 2, 13 Grad

Rechts im Bild, die 2 "Beulen" sind normal und kommen vom "Ausleseverstärker", der während der ganzen Belichtungszeit aktiv ist und somit die Stellen auf dem Chip erwärmt. Als Faustformel kann man sagen, das sich etwa alle 6 Grad weniger, der Dunkelstrom halbiert !
Damit also das Rauschen des CMOS.


Ein Bild aus der Praxis:

Links gekühlt, der CMOS wird auf etwa -22 Grad gekühlt, da die Außentemperatur auch nur -3 Grad war.
Rechts ungekühlt, bei etwa 5 Grad über Null. Gleiche Belichtungszeiten. Gleiche Kamera. 1600ASA.

Das gemessene Rauschverhalten.

Verwirklichung und Montage

Vorversuch (1. Versuch)

Der CMOS-Sensor wird an seiner Rückseite direkt mit einem WKE und der Heatpipe verbunden.
(Zwischen CMOS und der Kameraplatine sind nur etwa 4mm Platz !)
Die WKE kommen nun doch zum Einsatz, da mir zuerst mein Thermofühler einen Streich gespielt hat. Das Wichtigste ist, das die Wärmekopplung zwischen den einzelnen Elementen ohne irgendwelche Luftspalte von statten geht, da Luft ein guter Isolator ist. Hier muß sorgfältig gearbeitet werden.
Zwischen dem CMOS Sensor und dem WKE kommt Wärmeleitpaste, die für einen guten Wärmeschluss sorgen muß.
Foto vom Testaufbau. Dummy-Kamera* mit Heatpipe und Peltier mit Kühlkörper.

* schön, wenn man noch eine weitere EOS besitzt, auch wenn sie defekt ist, so passen doch die Gehäuseabmessungen zum testen.

Die Heatpipe läßt sich leicht und gut biegen und wird aus dem Kameragehäuse geführt. Sie ist etwa 15 cm lang (genau die richtige Länge).
Außerhalb des Gehäuses wird die Heatpipe mit dem 2. WKE und dem Peltierelement verbunden. Zwischen den Bauteilen muß sich auch wieder Wärmeleitpaste befinden. Da die Leitpaste recht teuer ist, teste ich bisher nur mit normalem Fett.
Das kleine Peltierelement sitzt ebenfalls mit Wärmeleitpaste befestigt, auf dem großzügig dimensionierten Kühlblech. Das Kühlblech soll dann mittels einer Schiene am Fotogewinde (Gehäuseunterseite der Kamera) befestigt werden. Ein dazu passender Lüfter bringt bei warmen Wetter etwa 10 Grad zusätzliche Kühlung !
Hier der erste Versuch im Keller. Umgebungstemperatur: 18 Grad und hohe Luftfeuchte. Ohne Lüfter schafft die Kühlung etwa -4 Grad am Peltierelement.
Mit Lüfter etwa -18 Grad ! Deutlich sieht man schon nach kurzer Zeit die Eiskristalle auf dem Peltierelement.

Die blauen Polster sollen nur das Beschlagen etwas mildern.
Der letzte Versuch hat gezeigt, das selbst mit den beiden WKE bei 23 Grad Raumtemperatur schon nach etwa 10 Minuten 6 Grad am CMOS gemessen, erreicht werden, und das nur mit einer 3mm heatpipe als Verbindung ! Das eine WKE wurde mir netterweise auf 4mm abgefräst.

Hier kann man das WKE sehen, welches am CMOS sitzt. Es beschlägt auch.
Allerdings ist es im Keller im Moment mit 23 Grad und viel Luftfeuchte nicht grad ideal zum Testen.

Der Versuch mit einer Heatpipe, brachte nicht den Erfolg. Die Kühlung war zu gering.
Versuchsende.

Endgültige Lösung

 
Der 1.Versuch hatte ja seine Grenzen, wie gesagt. Ich möchte die Temperatur am CMOS weiter senken. 10 Grad waren mir noch zu wenig.
Nun habe ich ein weiteres Peltierelement (15 V/140 Watt) im Einsatz.

Als erstes der Gesamtaufbau (Stand 10/2007) und update 06/2009

Neuester und letzter Stand. Technisch ist alles umgesetzt. Bei 20 Grad im Keller, komme ich auf -25 Grad am CMOS ! Ich benutze nun einen etwas größeren Lüfter (80mm) mit passendem Kühlblech (Prozessorkühlblech). Die Elemente werden nun mit einem Kupferblech geklemmt. Wärmeleitpaste wird sparsam angewendet, weniger ist manchmal mehr ;-)
Der Lüfter produziert keine Vibrationen.
Ich benutze 2 x 12 Volt Peltierelemente. Eines davon betreibe ich aber nur mit 5 Volt (4,5 Amp.) Das andere Element betreibe ich mit 12 Volt (5,2 Amp.) Würde ich eine höhere Spannung gebrauchen, steigt die Wärme am Kühlblech zu stark an. Das Kühlblech schafft dann die Ableitung der Wärme nicht mehr. Es gibt keine zusätzliche Kühlung mehr.

Das Bild unten zeigt den Trick bei der Sache. Ich montiere beide Peltierelemente aufeinander. So ist eine größere Kühlung möglich. Die Heatpipe mit 3mm Durchmesser hat damit ausgedient.
Ein 1mm dickes Kupferblech reicht. Ganz wichtig ist eine sehr gute thermische Isolierung des Bleches, damit möglichst wenig an Leistung verloren geht. Ohne Isolierung verliert man ohne weiteres 5 bis 10 Grad. Die CMOS Rückseite sollte komplett mit dem Kupferblech abgedeckt werden.
Das Gesamtgewicht ist immer noch recht gering, da leichtes Alu verwendet wird.

Der markierte Steg muß weg. Er hat zwar Massekontakt, wird aber trotzdem nicht benötigt. Ist er weg, dann kann das Kupferblech über die gesamte Breite in das Gehäuse gelangen. So gelangt die meist mögliche Kälte an die CMOS Rückseite.


Der Steg ist weg. Jetzt kann das Kupferblech nach links herausgeführt werden. Die linke Halteklammer aus Kupfer, die den CMOS hält, wird umgebogen. Der CMOS wird punktuell geklebt. Das reicht völlig und spart die Kupferklammer. Somit bleibt mehr Freiraum.



Ebenso die USB Buchse und die Klinkenbuchse für den Fernauslöser muß weg. Sie werden ausgelötet und mit Kabel nach draussen geführt. So bleibt genügend Platz für das Kupferblech.


Der schwierigste Teil. Die Plastiktüte muß möglichst luftdicht um die Öffnung verlegt werden.
Der CLS Filter dichtet die vordere Öffnung nahezu ab. Der silberne M42 Adapter dichtet die Plastiktüte ebenfalls ab.
Seit heute benutze ich Heisskleber für den Tütenrand. Mal sehen, ob das auch hält.
Das Kameragehäuse bietet genügend Lüftungsschlitze, die eine Luftzirkulation im Innern erlaubt. Das ist wichtig, damit das Trockenmittel die noch feuchte Luft trocknen kann.
In meiner Kamera fehlt auch die Displayplatine, was nicht schaden kann, weil dadurch (getrocknete)Luft schneller ins Innere gelangen kann.



Hier mit dem Zeiss-Tele (135mm).


Testfotos folgen hier  
Sehr dunkler Kellerraum, zum Vergleich die schwach leuchtenden Leuchtziffern einer Uhr. Belichtungszeit für beide Fotos: 600 Sekunden. Ohne Kühlung (rechtes Bild), 1600 ASA, f=300mm, Blende 4,5 (Russentonne) Raumtemp. 15 Grad.
Mit Kühlung (linkes Bild), ca. -11 Grad am CMOS. Die Bilder sprechen für sich.
Selbst wenn ich 10 Fotos ohne Kühlung addieren würde, bekäme ich immer noch nicht so ein reines Bild wie links das Gekühlte !
Das ist der Trick bei der Sache: Ich spare in Zukunft viele Stunden Belichtungszeit, da ich wesentlich weniger Bilder stacken (addieren) muß.
In unseren Breiten ein nicht zu unterschätzender Faktor.

Ein weiterer Vergleich fällt noch extremer aus, wenn die Raumtemperatur ca. 15 °C beträgt ! Update 03/2010: Da ich nun eine stärkere Spannungsversorgung habe, kann ich die Lüftung effektiver betreiben und im gleichen Zuge das 2. Peltierelement etwas mehr kühlen. Ich komme so auf ca. -27 Grad am CMOS ! So kam folgende Aufnahme zustande. Mit CLS Clipfilter, daher etwas violett. Im fast dunklen Kellerraum, Leuchtziffer einer Uhr. 1 x 1600 Sekunden Belichtungszeit, 800ASA, Bl. 8.0 !, ohne Dunkelbildabzug. Das Original rauscht so gut wie gar nicht.

So schaut die Einheit am Teleskop montiert aus. Das Wichtigste ist eine dichte Plastiktüte mit Trockenmittel, sonst würde es im Innern der Kamera sehr schnell nass. Das wäre wohl das Aus.

Ohne Plastikbeutel sieht das ganze so aus.

Die ersten Astrofotos gibt's hier zu sehen. (Stand 2007)

04.04.2009
Upgrade (Austausch) der Peltierelemente.
Nach über einem Jahr sind die Peltierelemente zu oft nass geworden. Das erste Element war defekt.
Jetzt habe ich 2 neue, aber nach außen isolierte P-Elemente.
Ich erreiche bei 13 Grad Außentemp. etwa -27 Grad am Kupferblech, nahe dem CMOS !
Ohne Kupferblech, also direkt auf dem P-Element, sind es sogar -37 Grad !

Die EOS 300Da funktioniert bis heute tadellos.


 

Materialliste:
1 x PC-Prozessorkühlblech oder ähnliches Kühlblech (Auf diesem wird ein kleines Peltierelement gesetzt).
1 (2) x Peltierelement (z.B. 8V/6.0 Amp.), günstig auch bei einem großen Auktionshaus zu bekommen ;-)
1 x Wärmeleitpaste (geringe Menge)
1 x kleines Stück Kupferblech.
Trockenmittel. (Sehr günstig in einem großen Auktionshaus zu bekommen).

Fazit:
Erstaunlich wenig Aufwand und wesentlich einfacher als einen IR Sperrfilter auszuwechseln.
Der Aufwand lohnt allemal. Das Rauschen wird schon selbst ab 0 bis -5 Grad deutlich weniger.

Erklärungen zu den einzelnen Bauteilen:

Auf der Rückseite des Kühlblechs sitzt der Lüfter, der etwa weitere 10 Kelvin an Temperaturdifferenz bringt !	Peltierelement Hier gibt es Erklärungen zum Peltierelement Peltierlement

Das Peltierlement ist die kleine weisse Fläche, auf dem großen Kühlkörper. Ich benutze ein Computerschaltnetzteil, welches mir die passenden 5V liefert und den recht großen Strom von ca. 3A bis 6A. Die dauerhafte Verbindung zwischen Peltierelement und Kühlblech geschieht mit Hilfe von Wärmeleitpaste und Silikon.
Das Kühlblech sitzt später links neben der Kamera.

Bemerkung:
Für den evtl. Nachbau oder Eure eigenen Modifikationen an Eurer EOS-Kamera kann ich keinerlei
Erfolg versprechen oder ähnliches. Alle Nachahmungen oder Änderungen gehen auf eigenes Risiko !
Ich möchte hier auch mehr Denkanstöße geben, als eine präzise Bauanleitung.
Ferner sei erwähnt, das die Kamera schon vorher einen Baader IR-Sperrfilter
besitzen sollte, damit auch die roten Nebel gut zur Geltung kommen.
Die Kamera ist Anschließend kaum mehr für die normale Fotografie verwendbar,
aufgrund der mechanischen Abmessungen !
Das darf aber jeder gerne selber entscheiden ;-)  

Anmerkung (02/2010)
Die gekühlte EOS 300Da ist auch heute noch wesentlich rauschärmer als eine moderne ungekühlte DSLR, wie
z.B. die 400D oder 450D !


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