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HIGH-VOLTAGE Selbstgebautes Belichtungsgerät UV-RADIATION

aus einem umgebauten Gesichtsbräuner

(von Matthias Franz, HB9EFY)



English translation:


Exposure unit made from an old face tanner.

The face tanner was bought for a few bugs from Ebay®™. Open face tanner and remove all uv tubes, the tube sockets, the fluorescent starters and the magnetic ballasts....

Click HERE for full text.



Der Gesichtsbräuner  
Bild 1 zeigt den geöffneten Gesichtsbräuner, den ich für weniger als 10 EUR bei Ebay®™ ersteigert hatte. Es handelte sich um ein Gerät von Tshibo®™. Optisch baugleich zu einem zweiten, ersteigertem Gerät von Philips®™ (zwecks Ersatzröhren).

Die 6 UV-Röhren (je 15 Watt) sind im Originalzustand leicht bogenförmig, vor einem silbernen Reflektor angeordnet. Da das Gehäuse nicht gerade handhabungsfreundlich ist, entschied ich mich die gesamte Elektrik in ein neues Gehäuse einzubauen.

Zu diesem Zweck wurde, nach dem Ziehen des Netzsteckers, der Gesichtsbräuner geöffnet und alle Röhren, deren Fassungen, die Starter und die grossen, metallenen Drosseln ausgebaut.
ACHTUNG: siehe Sicherheitshinweis !
[Bild01]: UV-Belichtungsgeraet (Innen 1)
[01] der geöffnete, originale, Gesichtsbräuner

[Bild02a]: UV-Belichtungsgeraet (Neuaufbau 1)
[02a] der Aufbau beginnt
[Bild02b]: UV-Belichtungsgeraet (Röhrenfassung)
Bild [02b] Montage der Röhrenfassungen

Bild 2a zeigen den Neuaufbau auf einem Sperrholzbrett.

Die Röhrenfassungen wurden mit geringerem Abstand als im Originalgerät, auf je eine Holzleiste aufgesteckt. Zur präziseren Bohrung der Löcher für die Röhrenfassungen (jede Fassung hat an der Rückseite zwei kleine Plastiknasen), wurde den Holzleisten je ein Streifen kupferbeschichtetet Platinenmaterial vorgesetzt. Jeder der Platinenstreifen wurde mit je zwei Schrauben an die Holzleisten geschraubt. Siehe Bild 2b.

Auf den Drosseln ist der Verdrahtungsplan zum Betrieb einer oder aber zweier Leuchtstoffröhren aufgedruckt (siehe Bild Nr. 13). Bei diesem Gerät steuert eine Drossel zwei Röhren an. Jede Röhre besitzt zudem noch den obligatorischen Starter.

Bild 3 zeigt den Aufbau mit allen Startern und Drosseln.

Die vier Starter auf der rechten (oberen) Seite, sowie die zwei senkrecht eingebauten Drosseln sind für die oberen vier Röhren zuständig. Die zwei einzelnen Starter und die waagrecht eingebaute Drossel sind für die zwei unteren Röhren zuständig.

Verdrahtet wurde das ganze mit 0.75 mm² Litzekabel, die an den Enden verzinnt werden mussten, da die Fassungen der Röhren, der Starter und der Drosseln über (Einsteck)-Klemmhalterungen verfügen.

Die Kabel wurden unter massivem Einsatz von Heisskleber fixiert.

[Bild03]: UV-Belichtungsgeraet (Neuaufbau 2)
[03] alles verkabelt


[Bild04]: UV-Belichtungsgeraet (Neuaufbau 3)

[04] der erste Testlauf

Bild 4 zeigt den ersten Probelauf.

Die Röhren zünden beim Einschalten nach ca. 2 Sekunden. Das Foto zeigt, dass die Röhren an einem Ende etwas heller leuchten. Zu sehen ist das aber nur auf dem Foto und da die Platine in der Mitte liegen wird, erwarte ich bei der Belichtung keine Qualitätseinbusen.

(Falls mir jemand erklären kann, warum die Röhren immer nur auf einer Seite heller leuchten, so schreib' mir bitte eine Email).

So, die Elektrik funktioniert schon mal, dann kann es jetzt mit dem Aufbau des Gehäuses weitergehen.



[Bild05]: UV-Belichtungsgeraet (Neuaufbau 4)
[05] die zweite Lage Distanzhölzer
[Bild06]: UV-Belichtungsgeraet (Neuaufbau 5)
[06] scharz gestrichen

Bild 5 zeigt den Aufbau mit aufgeschraubten Distanzhölzern. Auf ihnen liegt später die Holzplatte, die die Glasplatte tragen wird.

Bild 6 zeigt das gleichen Aufbaustadium allerdings wurde der Innenraum schwarz gestrichen (ein bisschen Isopropanol und ein paar Tropfen aus einer Nachfüllflasche für schwarzen Edding®™, denn das trocknet so schön schnell. Fenster öffnen nicht vergessen).

Die Bodenplatte wird später mit einem weissen, matten Karton als Reflektor ausgelegt, die Seitenwände habe ich, wie beschrieben, schwarz gestrichen um Streulicht zu vermeiden (falls das bei UV-Licht überhaupt funktioniert. Für Hinweise bin ich stets dankbar).

[Bild07]: UV-Belichtungsgeraet (Steuerung Probeaufbau 1)
[07] Prototyp der Steuereinheit
[Bild08]: UV-Belichtungsgeraet (Steuerung Probeaufbau 2)
[08] Prototyp der Steuereinheit

Die Steuerung

Die Steuerung des Platinenbelichters wurde mit einem Atmel®™ ATmega32 Microcontroller realisiert. Bild 7 und 8 zeigt den Probeaufbau, mittels eines Atmel Evaluationsboard von Pollin Elektronik®™(grünes Board) und meinem universellen Experimentierboard.

Auf dem universellen Experimentierbord gibt es ein 2 zeiliges, 16 Segment LC Display, ein Poti zur LCD-Kontraststeuerung, ein Drehimpulsgeber, 10 Leuchtdioden, ein Poti zur analog/digital Wandlung und verschiedene Taster. Alle Bauteile können mittels Kabelbrücken frei mit den Ports des Microcontrollers verbunden werden.

Der Code für die Steuerung wurde in Basic geschrieben. Als Compiler diente BASCOM AVR®™. Der Code wurde mittels PonyProg®™und dem Pollin Atmel Evaluationsboard auf den Microcontroller übertragen (hier sind die Einstellungen um das Pollin Board mit PonyProg zu programmieren).

Bild 10 und 11 zeigt die fertige auf einer Lochrasterplatine aufgebaute Steuerung (in bewährter freiluft Verdrahtungstechnik: Belichten und Ätzen konnte ich die Platine ja noch nicht...).

Die Schaltung

Bild 9 zeigt den Schaltplan der Steuerung, die im Grunde nur aus dem ATmega, dem LC-Display, dem Drehgeber und einer Relais Schaltstufe besteht.

Das LCD wurde in der unveränderten Standardschaltung mit dem ATmega verbunden. Ein Anpassen des LCD Befehles ist dadurch nicht nötig. Der verwendete Drehgeber hat einen eingebauten Taster. Es kann aber auch ein externer Starttaster verwendet werden. Als Schaltstufe wurde ein 6 Volt Relais benutzt. Die gegenpolig angeordnete Diode dient als Freilaufdiode und soll den Transistor vor induktiven Spannungsspitzen schützen. Der Vorwiderstand in der Transistorstufe begrenzt den Basisstrom auf ca. 1/10 des Kollektor/Emitter-Stromes.

[Bild09]: UV-Belichtungsgeraet (Steuerung Schaltplan)
[09] Schaltplan der Steuereinheit

[Bild10]: UV-Belichtungsgeraet (Steuerung 1)
[10] Steuereinheit (unten)
[Bild11]: UV-Belichtungsgeraet (Steuerung 2)
[11] Steuereinheit (oben)

Mittels dem Drehimpulsgeber lässt sich die Belichtungszeit in 5 Sekundenschritte vorwählen. In dem von mir verwendeten Drehgeber ist ein Taster eingebaut. Ein Druck auf diesen Taster startet den Countdown des Zählers. Mittels der Resettaste lässt sich der Zählvorgang abbrechen bzw. zurücksetzen.

Beim Drücken des Startknopfes wird die eingestellte Belichtungszeit in das EEprom des ATmega32 geschrieben. Nach einem Reset oder einem erneuten Einschalten wird der Wert ausgelesen und als Startwert angezeigt. Man muss sich somit die einmal ermittelte Belichtungszeit nicht merken.

Beispiel mit einem gespeicherten Startwert von 105 Sekunden:

[Bild11a]: UV-Belichtungsgeraet (Steuerungsfunktionen 1)
Der Startwert von 105 Sekunden wird angezeigt.
Zum Starten des Countdowns den Starttasters betätigen.

[Bild11b]: UV-Belichtungsgeraet (Steuerungsfunktionen 2)
Timer wurde gestartet, Zeit läuft rückwärts bis null Sekunden.

[Bild11c]: UV-Belichtungsgeraet (Steuerungsfunktionen 3)
Zeit ist abgelaufen.
Zum Zurücksetzen des Zählers den Resetknopf betätigen.


Der Programmcode

Hier finden Sie der Programmcode geschrieben in BASCOM AVR Basic. Der Code ist reichlich kommentiert und sollte selbstsprechend sein. Der Sekundentakt wurde mittels des Timer1 des ATmega32 realisiert. Er erzeugt eine reproduzierbare und für diesen Zweck ausreichende Genauigkeit. Für hochgenaue Anwendungen sollte der Code allerdings in Assembler geschrieben werden.

Die Steuerung benötigt natürlich keinen Mega32 mit 32 kb Speicher. Der Programmcode benötigt nur ca. 5% (~ 1 kb) des verfügbaren Speichers und so sollte auch ein ATmega8 ausreichen. Die kostenlose BASCOM AVR Version (beschränkt auf 4 kb) ist somit ausreichend.

HINWEIS:
Sollte das Programm nach dem Start wie in Zeitlupe ablaufen, so wurden die Security Bits des ATmega32 nicht korrekt gesetzt. Hier finden Sie die korrekte Einstellung für PonyProg.


Schwächen mit denen man bei dieser einfachen Programmierlösung Leben muss:
- Der fertige Befehl zum Auslesen des Drehimpulsgebers hat seine Schwächen und dreht man übertrieben schnell am Geber, so verschluckt der Prozessor Schritte.
- Zudem beachtet der Basic-Code wohl nicht wie viele Zyklen für welchen Befehl benötigt werden und so entspricht die 1 Sekunde wohl nicht absolut exakt einer Sekunde (aber ich baue hier auch keine Uhr sondern ein Zeitgeber, der ein reproduzierbares Ergebnis liefern soll).
- Beim Einschalten erzeugt der Drehgeber manchmal einen Impuls und der angezeigte Startwert ist somit um 5 Sekunden höher oder niedriger als der eigentlich abgespeicherte Wert.

[Bild12]: UV-Belichtungsgeraet (Einbau)
[12] der finale Einbau in den Koffer
Der Zusammenbau

Bild 12 zeigen den Einbau des Bodenplatte in den Alukoffer. Alle Anschlüsse zu der oberen Deckplatte (230V Versorgungsspannung, Betriebsspannung für die Steuereinheit und die 230 Steuerspannung) sind über Stecker ausgeführt, so dass die Deckplatte, im Falle einer Reparatur, komplett abgenommen werden kann.

Bei dem verwendeten billig Alukoffer ist nicht das gesamte Äussere aus Aluminium, die Zierleisten an den Kanten aber schon. Es versteht sich von selbst, dass diese bei einer Fehlfunktion keine 230 V führen sollten. Sie wurden darum auf das Potential des Schutzleiters gelegt. Details sind in Bild 13 zu sehen.



Die Deckplatte, die später aufgeschraubt wird und, die die Glasplatte hält, besteht aus zwei dünnen, aufeinander geklebte Sperrholzplatten. Beide Platten besitzen ein ausgesägtes Viereck für die Glasplatte. Die Aussparung der unteren Platte ist auf allen Seiten ca. 2,5 cm kleiner als die einzusetzende Glasplatte und dient der Glasscheibe als Auflage. Die Aussparung in der oberen Platte hat exakt die Grösse der Glasplatte. Die Aussparungen müssen natürlich vor dem Zusammenkleben ausgesät werden. Siehe Bild 13

Bild 14 zeigt das Netzteil für die Steuereinheit. In diesem Fall handelt es sich um ein nicht mehr benötigtes 12 Volt Steckernetzteil. Es wurde seines Gehäuse beraubt und auf eine kleine Platine gelötet.

Im Gegensatz zum Schaltplan besitzt meine Steuereinheit noch einen 5 Volt Spannungsregler (Typ 1 A). Die 12 Volt werden dort auf die ATmega verträglichen 5 Volt reduziert.

[13]: exposure unit - top sheet)
[12b] Aufbau der Deckplatte

[Bild13]: UV-Belichtungsgeraet (Detail Schutzleiter)
[13] Schutzleiter
[Bild14]: UV-Belichtungsgeraet (Detail Netzteil)
[14] Netzteil der Steuereinheit

Das Endprodukt

Bild 15 und Bild 16 (eingeschaltet) zeigen das fertige Belichtungsgerät, eingebaut im Alukoffer.

Die Beschriftung des Bedienelementes wurde nach der altbekannte Methode angefertigt: Beschriftung und Hintergrundfarbe wurde auf einen Aufkleber gedruckt, der zum Schutz noch mit selbstklebender Folie bedeckt wurde. Die benötigten Öffnungen wurden mit einem Teppichschneidmesser ausgeschnitten und das ganze über die Bedienteile geklebt.

Falls ich je meinen alten Prozessorlüfter, der in meiner Bastelkiste leider derzeit verschollen ist, wieder finde, werde ich diesen noch einbauen, denn die 6 UV-Röhren erzeugen nicht unerheblich Wärme.

[Bild15]: UV-Belichtungsgeraet (Endprodukt 1)
[15] fertiges Belichtungsgerät
[Bild16]: UV-Belichtungsgeraet (Endprodukt 2)
[16] Belichter eingeschaltet

Verbesserungen / Korrekturen

Falls Ihr Fehler in dem Programmcode oder im Schaltplan findet, würde ich mich über einen Hinweis freuen. Sonstige Hinweise und Verbesserungsvorschläge sind ebenfalls jederzeit willkommen.

Ich hoffe das beschriebene Projekt kann euch Anregung für die Realisierung eigenen Versionen geben.

Viel Spass beim Basteln.
Matthias, HB9EFY

[ HB9EFY(at)yahoo.de ]


P.S.  Das Video rechts, zeigt kommentarlos das fertige Endprodukt (den Start-, Stop und Resetvorgang).

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Feedback:

Wahrscheinlich nicht zuletzt wegen seines Domainnamens (www.intotheblue.ch) hat der Macher dieser super Seite ebenfalls einen Belichter aufgebaut. Benutzt hierzu aber wunderschön blau leuchtende UV-LED. Vielen Dank für die nette Rückmeldung. Ich hoffe ich sprech dich mal auf 2m.



Bezugsquellen:

Pollin Elektronik:
- Atmel Evaluationsboard Ver. V2.0
- Atmel Mega32
- Drehinpulsgeber
- LC-Display (2x 16 Zeichen)
- Resettaster

Reichelt Elektronik:
- Elektronische Kleinteile

Ebay:
- Gesichtsbräuner

Baumarkt:
- Holzleisten, Holzplatte
- Glasplatte (Bilderhalter 20x30)
- Alukoffer

Rechteinhaber:

Text und Bilder des "UV-Platinen Belichtungsgeräts" - Projektes (ausser PonyProg ScreenShoots) Copyright endorphino.de (Matthias Franz) im Dezember 2007.

Die Bezeichnung:
HELVAR ®™,
Pollin Elektronik ®™,
Ebay ®™,
Edding ®™,
Reichelt Elektronik ®™,
Philips ®™,
Tchibo ®™,
PonyProg ®™,
Adobe Flash Player ®™,
Bascom AVR ®™ und
Atmel ®™
sind geschützte Firmennamen und/oder Warenzeichen.

Der Videoplayer JW FLV MEDIA PLAYER ist als Creative Commons lizenziert.

Nützliche Links:


Grundlagen "ATmegas und BASCOM AVR":
Website von Thomas aus Hamburg: http://www.dieelektronikerseite.de

Grundlagen "Timer der ATmegas unter BASCOM AVR":
Website "Roboternetz" http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Bascom_und_Timer

Grundlagen "Anschluss von LCDs an ATmegas unter BASCOM AVR":

Website "Roboternetz" http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Bascom_und_LCD's


Sicherheitshinweis und Haftungsausschluss:

  • Die ultraviolette Strahlung der UV-Röhren kann die Haut und insbesondere die Augen irreparabel schädigen! Schützt beim experimentieren eure Haut und eure Augen.

  • Gerne vergessen bei uns Bastlern, die 230 Volt, die zum Betrieb nötig sind, können tödlich sein. Ein funktionierender Fehlstromschutzschalter (FI) und die gebührende Vorsicht kann euch das Leben retten.

Ich übernehme keinerlei Haftung für Schäden oder Folgenschäden, die beim Experimentieren mit einem solchen Gesichtsbräuner, oder aus dem Nachbau der oben beschriebenen Schaltung, entstehen könnten.

Ein eventueller Nachbau geschieht darum ausdrücklich auf euer eigenes Risiko !






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