Dokumentation zur Reparatur eines Lomo Biolam-I / БИОЛАМ-И

[liftboy]

Hallo Kai,
markiere Dir vor dem Ausbau des pankratischen Systems unbedingt! die Position!!
Ich habe über eine Woche gebraucht, bis ich den Beleuchtungsstrahlengang wieder einigermaßen hingekriegt hatte.
Ich musste da dran, weil der Vorbesitzer bereits an ALLEN Schauben gedreht hatte.
Zur Zeit fahre ich meine Biolam M und I sowie das Lumam mit den dazugehörenden Haloleuchten und bin damit zufrieden; ok. ein heller Blaufilter ist ein Muss.
Eine Aperturblende für Auflicht gibt es übrigens nur beim Lumam.
www.mikroskopfreunde-nordhessen.de/dateien/Lumam-kplt.pdf

Grüße
Wolfgang

[noa]

Hallo Wolfgang,
das pankratische System muss ich zum Glück nicht angehen, es läuft noch sehr weich und ist halbwegs sauber. Da will ich vorerst auch nicht ran. Ich habe mich an deine Anleitung zum justieren gehalten. Die Glühwendel musste auf Höhe mit dem Zentrum der Kollektorlinse gebracht werden und schon konnte ich mit dem Justierspiegel und Zoom sowohl die Glühwendel selbst abbilden als auch einen hellen homogenen (und runden) Lichtkreis erzeugen und nach Köhler auch die Leuchtfeldblende halbwegs scharf abbilden. Alles war mittig, nach meinem Halbwissen nichts zu beanstanden. Die Objektive hängen ca ein halbes ° nach rechts, das muss ich mir noch anschauen wo das herkommt.

Ich habe zwar neue alte Halogenbirnen für das Gerät, aber keine Stromversorgung dafür. Die Preise für neue regelbare 12V 10A+ Transformatornetzteile sind ja nicht ohne.
Da sind zwei 10W Cree LEDs leichter zu beherschen, auch was den Platz angeht. Die CC CV Buck Converter sind bereits unterwegs, Alu habe ich ebenfalls genug, gute Netzteile ebenfalls. Der Umbau kostet damit ca. 30€, da brauche ich über die Halogenlampen nicht weiter nachdenken... Ferner bin ich mit meiner Anwendung nicht auf das Farbspektrum von Halogen angwiesen.
Übergangsweise habe ich im Conrad eine 50W Halogenbirne gekauft, dafür reicht mein Labornetzteil. Als Dauerlösung ist das aber zu schwer, zu groß, zu umständlich, zu schade und zu schwach...

Es läuft auf eine neue Halterung hinaus: ich baue die alte Aufnahme nach (optische Achse verläuft ja eh nicht durch die Kabeldurchführung des Originalen), verpasse dem Ding einen gedrehten Alukühler, eine Cree LED an das eine Ende, Buck Converter auf das andere, DC Buchse und Drehpoti nach Außen. So bleibt alles schön kompakt und trotzdem noch zugänglich. Gehäuse stellt der 3D Drucker, rest wird gefräst und gesägt  Und je nach Converter ist die Eingangsspannung dann sogar egal, einige nehmen von 9-60V alles...

Hier im Forum hatte jemand eine nette Umsetzung für eine kritische Beleuchtung die für's kleine Lomo passt: Alufassung, Milchglas, LED, 9V Blockbatterie - das Design werde ich mir für mein kleines Lomo auch als Vorlage ausborgen 

Grüße
Kai

[liftboy]

Hallo Kai,

ich hab doch gesagt: frag vorher!
Dein Paket ist beinahe unterwegs gewesen; nun muss ich es nochmal aufpulen und die Alufassung dazupacken.
Das Teil hatte ich mal in Serie machen lassen und habe da noch welche. Brauchst Du nur die LED, aber wie ich sehe ist das kein Problem für Dich :-)

Grüße
Wolfgang

[noa]

Zwischenstand:
Dank der Hilfe von Wolfgang und Gerd sind die beiden fehlenden wichtigen Teile vorhanden:



Der Auflicht-Hellfeldeinschub und ein 30 mm Distanzring. Nun lässt sich das Mikroskop wieder im vollen Umfang nutzen.

Ferner konnte ich ebenfalls, dank eines Forenmitglieds, günstig ein vollständiges MBS-10 ergattern. Mit dem MBS-10 bin extrem zufrieden. Mir fehlt zwar der Vergleich, aber es erfüllt seinen Zweck, höhere Anforderungen hatte ich nicht.

Derzeit warte ich noch auf Teile aus China um den LED Umbau durchführen und neue Handräder fertigen zu können.

EPI-Objektive
 


Im meinem Zubehörkasten befanden sich vier EPI Objektive, die beiden höheren hinten und zwei der Flachen.

Ich habe zwei Sorten von EPI-Objektive: Alte mit der Brennweite als Hauptangabe und neuere mit Angabe der Vergrößerung. 



Ich war davon ausgegangen das die alten Modelle mit der Brennweitenangabe unendlich berechnet sind, war damit alldings im Irrtum.

Das Biolam-I ist ,,nackig" auf eine Tubuslänge von 160 mm berechnet, mittels eines 30 mm Distanzringes lässt es sich auf 190 mm erweitern. Damit sind die endlich berechneten EPI-Objektive nutzbar. Mein Distanzring ist von Zeiss, er ist ohne Anpassungen kompatibel.

Nach allem was im Internet zu finden ist, stellt Lomo vier neure EPIs her:



9x0,20 und 21x0,40 beide für 190 mm Tubuslänge berechnet...



... und 40x0,65 sowie 95x1,0 ebenfalls für 190 mm.

Alle vier sind leider nicht parfokal.

Die Reinigung gestaltete sich nicht schwer, es gibt genügend gute Anleitungen für Anfänger wie mich. Das MBS-10 war dabei fast unverzichtbar um den Zustand der kleinen Linsen beurteilen zu können.



Das Ergebnis war allerdings ernüchternd: Alle Frontelemente haben einige Schrammen, vor allem die beiden die ich bei Ebay als ,,new old stock, perfect condition" erworben hatte. Meinen Dank an Paypal, wenigstens waren sie im Nachhinein kostenlos. Würde ich mit dem Mikroskop arbeiten anstatt damit ,,zu spielen" wären alle vier Objektive in der Tonne gelandet. Mir fehlt noch der Fototubus fürs MBS, deshalb leider (noch) keine Detailbilder.



Mein 95x Objektiv klapperte, eine Gelegenheit einen Blick in Innere des Objektives werfen zu können. Die Kappe hatte sich gelöst und muss nun neu justiert werden, damit werde ich mich aber erst beschäftigen, wenn alles andere erledigt ist.

Abschließend ein Blick auf die beiden Einschübe:



Der Hellfeldeinschub, simple Konstruktion: Eine um 45° angewinkelte Glasplatte leitet die Strahlen der Lichtquelle nach unten durchs Objektiv. Da hier ein optisches Element in den Strahlengang eingebracht wird, sollte der Schieber ausschließlich für Auflicht-Hellfeld verwendet werden.



Im Vergleich dazu der Dunkelfeld-Auflicht und Durchlicht Einschub welcher keinen Einfluss auf den Durchlicht-Strahlengang nimmt. Die Lochblende ist geschraubt und lässt sich entnehmen.
Beide Schieber können in allen Achsen justiert werden, das vertage ich aber ebenfalls bis ich die Reparatur und LED Umbau abgeschlossen habe. 

[noa]

LED Umbau Teil 1: Konzept
Vorweg: Ich bin kein Elektroniker oder Elektriker, bin weder VDE geprüft, noch sehe ich mich in einer Position eine verlässliche und sichere Anleitung zu schreiben. Dies und das Folgende ist weiterhin eine Dokumentation meines, für meinen persönlichen Gebrauch bestimmten, LED Umbaus sowie die Überlegungen die mit der Umsetzung einhergehen.
Beginnend mit der Entscheidungsfindung für diese oder jene LED habe ich mich ohne weitere Kenntnisse einfach auf die Cree XM-L2 U4 festgelegt. Die XM-L Serie wurde hier im Forum bereits mehrfach erwähnt, das war mein einziger Anhaltspunkt. Wie sich die LED schlägt werde ich im Folgenden herausfinden.



Zunächst der Blick in das (richtige!) Datenblatt. Interessant sind die Diagramme welche Strom und Lichtintensität sowie Spannung und Strom gegenüberstellen. Daraus ergeben sich die Kennwerte für die Spannungsquelle.



Als Konstantstromquelle kommt ein Buck Converter mit unechtem LM2596 Regulator zum Einsatz. Der chinesische Händler hatte diesen Buck Converter mit einer Belastbarkeit von 3A angepriesen. Die Schaltung folgt dem Referenzdesign des Chipherstellers, die Belastungsgrenze hängt stark von der verbauten Induktivität ab, hier eine 33*10^0 uH Spule. Das entsprechende Diagramm weist diese Konstellation bei 12V Eingangsspannung für ca. 1.5A aus, das deckt sich in etwa mit der zulässigen Belastung der Spulen vergleichbarer Größe und Induktivität. Chinesische Händlerangabe * 40 % = maximale Belastbarkeit hat sich wieder einmal als zuverlässige Faustregel erwiesen.
Ich werde die Buck Converter aktiv kühlen und habe, nach ersten Tests, ein gutes Gefühl dabei sie bis etwas über 2A zu verwenden. Aus dieser Entscheidung ergaben sich die angestrichenen Daten auf dem Blatt zur LED.



Los geht es mit der LED Steuerung. Analog? Digital?
Wie zu erkennen ist wird der Buck Converter über drei Trimmer Pots eingestellt, einer für Spannung, einer für Strom und ein dritter für eine Ladungserhaltung, falls dieser als Ladegerät für eine Li-Ion Batterie verwendet werden soll.
Die LED wird über eine Strombegrenzung geregelt. Die Spannungseinstellung dient dabei als feste, unveränderliche Obergrenze.
Zunächst die analogen Methoden um den Buck Converter regelbar zu machen:



Trimmer über eine Verlängerung und Drehknauf zugänglich machen. Ich nutze ca. 1/3 des möglichen Stellbereichs, bei diesem Trimmer Pot sind es damit ca. fünf volle Umdrehungen. Eigentlich perfekt.



Alternativ ließe sich der Trimmer durch ein Potentiometer ersetzen. In der Praxis ist das eine schlechte Idee, bei diesem Potentiometer wäre dies nur 90° einer Umdrehung an relevantem Stellbereich.
Digital?



Hier eine Anordnung aus Arduino Nachbau (Micro Controller) einem Rotationsencoder als digitales Eingabegerät mit integriertem Taster – sehr schön zu bedienen, digitales Potentiometer, Buck Converter und exemplarischer LED.
Das elektronische Potentiometer verfügt leider nur über 100 Rastpunkte, der Umbau wäre zwar extrem einfach, aber es fehlt die gleich feine Einteilung wie beim Potentiometer.



Eine weitere Möglichkeit ist es den Buck Converter über einen Operationsverstärker parasitär zu steuern. Der Operationsverstärker könnte als Komperator die Spannung vom Shunt mit einem geglätteten PWM Signal vom Arduino überschreiben oder als Voltage Follower direkt am Feedback Pin des LM2596 die Spannung in Beschränkung anheben. Da die PWM Funktion des Arduino nur ca. 250 Abstufungen abbilden kann, ebenfalls keine perfekte Lösung. Es wäre zwar feiner als das digitale und analoge Potentiometer, aber noch immer nicht fein genug für meinen Geschmack.



Die letzte Möglichkeit ist somit nur noch gepflegt zu schummeln.
Ich mache den Trimmer bedienbar und regle meinen Strom damit analog.
Der Buck Converter lässt sich aber mittels Tastendruck, Mosfet und Arduino ein- und ausschalten. (Buck Converter allein können keine 0V ausgeben!) Ferner steuert der Arduino Lüfter, überwacht die Temperatur und wird die momentane Einstellung des Buck Converters auf dem Display anzeigen (Amperemetermodul, leider noch auf dem Postweg.)
Das Ganze dann natürlich in doppelter Ausführung: Ein Arduino, zwei Lampenhäuser, zwei Buck Converter, zwei Lüfter, beide Zeilen am Display...
Im nächsten Teil baue ich die Schaltung auf und starte mit dem ersten Prototypen für die neuen Lampenhäuser.

[noa]

Lampengehäuse und Prototypen

Nachdem ich Schauergeschichten über überhitzende LEDs gelesen habe und nach näherer Betrachtung der existierenden Lampenhäuser am Biolam-I, habe ich mich für zwei Dinge entschieden. 1. Ich baue ein neues Lampenhaus. 2. Ich möchte die Option einer aktiven Kühlung haben.
Diese beiden Entscheidungen lassen mir für weitere Modifikationen viele Optionen sollte ich mit der LED unzufrieden sein oder später auf andere LEDs und Leistungsklassen wechseln wollen. Zwecks der aktiven Kühlung war es für mich naheliegend das neue Gehäuse um einen 80 mm PC Lüfter herum zu entwickeln.



Der erste Prototyp war schnell entworfen und fix montiert. Als Kühlkörper dient hier ein Halbzeug aus der Restekiste. Direkt einige Dinge dabei gelernt: Ein Kühlkörper der sich über fast 8 cm durch das Gehäuse streckt ist zu viel des Guten: Abweichung aus der Ebene durch zu viel Gewicht. Für eine Cree XM-L total überdimensioniert und das Gehäuse hat zu viel Volumen um den Kühler effektiv aktiv zu ,,bewettern".
Ferner zeigen die Öffnungen im Deckel in die falsche Richtung und es besteht die Gefahr durch Abschattungen durch freiliegende Leitungen.
Ich zeige den Entstehungsprozess deshalb um damit auch andere zu motivieren Fehler zu machen und diese auszubessern und ggf. eigene Anforderungen neu zu formulieren. Würde hier nur ein Bild des fertigen Lampenhauses stehen, könnte man sonst meinen diese Dinge wären mit einem Fingerschnipsen erledigt.


 
Die finale Version wurde deshalb nochmal überarbeitet und wurde komplexer. Der Luftstrom wird um den Kühler gezwängt, die Verdrahtung hat ihre eigene Unterbringung und alles bleibt einfach zu warten.



Mein 3D Drucker ist ca. einen vollen Tag mit allen beiden Lampengehäusen beschäftigt. Bis auf eine verbogene Ecke am rechten Seitenteil lief alles glatt. Die Wölbung kommt durch die unterschiedliche Höhe der Seitenwand, ABS schrumpft leicht beim Abkühlen, durch die ungünstige Spannungsverteilung hebt sich diese Ecke vom Druckbett. Abhilfe würde nur eine Vergrößerung der Fläche an der Ecke schaffen, z.B. einen Kreis unterlegen und diesen im Nachhinein wegschneiden...



Die Kunststoffteile werden zunächst geklebt und sofern alles passt mit Aceton verschweißt. Die halbrunde Aussparung dient zum Durchführen der Leitungen für LED und Thermistor.



Mittels Lötkolben habe ich dann noch M3 Muttern in den Kunststoff eingelassen um die Blende mit den Steckverbindungen wieder entfernen zu können.



Hier noch ein Bild mit dem finalen Gehäuse am Durchlicht und dem Prototyp am Auflicht. Nach meiner Meinung fügen sie sich gut in das Konzept des Mikroskops ein, aber die eigenen Kinder...
Abschließend werden die neuen Gehäuse noch passend lackiert werden.

Kühler

Ich habe Aluminium generell immer in zwei verschiedenen Größen: zu dünn und zu schade.

Alu Rundmaterial mit 35 mm Durchmesser wäre hier ideal gewesen. Im Regal fand ich 7075 Aluminium, rund, 70 mm, wohl allein mehr wert als der gesamte Umbau, also zu schade. Nächst kleiner war dann 15 mm, also Kategorie: zu dünn. Die LEDs sind auf runden Platinen mit 20 mm Durchmesser montiert. Was meinem Wunsch am nächsten kam waren dann Rechteckprofile mit 20x40 mm aus einer schlecht zerspanbaren Legierung.


 
Ursprünglich hatte ich eine Bearbeitung an der Drehbank geplant, ob des Profils und der schlechten Eigenschaften der Legierung bin ich dann auf die Fräse ausgewichen. Frustriert und lustlos wurde frei Schnauze mit stumpfem 4 mm HSS 2 Fluter gegen die Aufbauschneide gekämpft.
Die Kühlkörper sind ca. 6 cm lang, vorne mit zwei M3 Gewinde ausgestattet und hinten für die Haltebolzen mit 8 mm aufgebohrt. Relevante Merkmale waren hierbei die bestmögliche Parallelität der Stirnflächen und das dazu senkrechte Bohrloch für den Bolzen.


 
Das Ergebnis ist nichts Tolles, weit unter dem was ich als vertretbaren Standard ansehen würde. Als Zwischenlösung bis ich wieder einmal Material einkaufen aber ausreichend.


 
Damit die LED noch justiert werden kann habe ich die ursprünglichen Lampenhalter weiterverwendet. Die Kontaktdurchführung aus Bakelit ist einer 3D gedruckten Hülse mit Spannzangen gewichen. Eine Kappe kann hinten aufgeschraubt werden und verspannt den Kühlkörper damit sicher im System.
Verstellen lässt ich die LED mit dieser Konstruktion im Abstand und in der Ebene parallel zur Kollektorlinse.

Steuergerät

Weiter geht es mit dem Netzteil oder hier sogar Steuergerät. In meinem letzten Beitrag hatte ich bereits einige Möglichkeiten angerissen. Ich selbst habe mich dann doch für die Variante mit dem digitalen Potentiometer entschieden, weswegen kann ich nicht weiter begründen.
Beginnet mit den HIDs (Human Interface Devices ; ) habe ich für jede der beiden LEDs einen eigenen Rotationsencoder vorgesehen, die Drehung inkrementiert die Helligkeit in 1% Schritten (theoretisch) und ein Tastendruck schaltet die betreffende LED ein oder aus. Das LCD mit seinen zwei Zeilen wird Informationen zu aktuellen Leuchtstufe der Kühlertemperatur und dem Status ausgeben.


 
Im CAD Programm die Module platziert und ausgedruckt. Mittels Dremel dann die Aussparungen in die Frontblende geschnitten. Meine erstes Projektgehäuse welches diesen Vorgang ohne dicke Schrammen überstanden hat.


 
Rotationsencoder, Display und Netzschalter eingebaut und verlötet. Drehknauf fehlt leider noch.



Die Rückseite besteht aus Einschubblenden aus meinem 3D Drucker für die beiden Lampenhäuser steht je ein vierpoliger Stecker für Thermistor und Lüfter und ein zweipoliger Anschluss für die LED zur Verfügung. Auch hier merkt man deutlich, dass ich das verwertet habe was ich bereits in meinen Bastelkisten hatte. Die GP-16 Steckverbinder habe ich samt hochwertiger Leitung von meiner kleinen CNC Drehbank übrig, das Gehäuse war irgendwann einmal für 50 Cent im Elektronikladen im Abverkauf, usw. 

Würde man für dieses Projekt dediziert nur die passenden Teile kaufen, wäre man schnell über hundert Euro los, zumal auch kaum alles von einer Quelle erhältlich wäre. Ich möchte hier eine saubere Funktionalität erreichen, auf Kosmetik lege ich dabei keinen weiteren Wert.

Nebenbei entsteht gerade die Software für den Micro Controller und der Rest der Schaltung. Damit mache im nächsten Beitrag weiter.
Falls ihr Fragen oder Vorschläge habt, stehe ich gerne zur Verfügung.

[noa]

Zielgerade! Der LED Umbau ist fertig und damit auch meine Dokumentation:

Steuergerät:



Das Steuergerät ist quasi fertig. Fertig insofern das alle Probleme beseitigt werden können. Die offenliegenden Leiter auf dem Foto sind natürlich wieder an ihrem eigentlichen Platz festgelötet. Alle Schwierigkeiten fallen hierbei auf's ,,Hausaufgaben machen" zurück:

1. Irrtum: Das MOSFET schaltet schon durch. Bei 5V Steuerspannung logic level MOSFETs verwenden. Ich hatte keine in meiner Kiste.
2. Irrtum: Das mit den digitalen Potentiometer wird schon ausreichen: Ich habe, wie ursprünglich vermutet, lediglich 30 Helligkeitsstufen anstatt der theoretisch möglichen 100. Der Weg über den Opamp war zumindest auf dem Steckbrett zielführender.
3. Irrtum: Der Arduino Pro Mini reicht aus. Nein, nicht genug Pins.
4. Irrtum: Der Arduino Leonardo reicht dann aber auf jeden Fall: Nein 2kb RAM bei zwei Fourier Transformationen (Thermistoren/NTCs), zwei Interrupts und I²C LCD sind zu wenig, jedenfalls wenn man nur auf gehobenen Einsteigerniveau arbeitet. Das LCD bleibt damit fürs erste aus.

Jedenfalls kann ich zumindest beide LEDs über die Rotationsencoder steuern, den Rest erledige ich nach und nach. Ich will euch damit auch nicht weiter langweilen.
Bei Interesse an Software und Schaltung, einfach per PN.



So sieht der Kasten fertig aus. Die Anschlussblenden hinten wurden schwarz lackiert, die Drehknöpfe wurden gedruckt.

LED Lampengehäuse:



Direkt aus dem 3D Drucker ist das Material durchscheinend. Keine gute Eigenschaft für ein Lampengehäuse. Innen und außen lackiert, ist das Material dann dicht.



So sieht das Gehäuse dann fast fertig aus. Die graue Farbe ist Grundierung, ich möchte das Material dann doch noch verspachteln bevor ich die endgültige Farbschicht auftrage.


(fast) fertig!



Die neuen Handräder fehlen noch, aber das Mikroskop kann wieder wie vorgesehen verwedet werden. Zeit für erste Gehversuche.



Hier noch eine Aufreihung meiner Objektive für Durchlicht:
2,5x0,05 Plan Achro; F=25 0,25 Plan Achro; 10x0,3 Plan Apo; 16x0,4 Plan Apo; 40x0,65 Plan Achro; 100x1,25 Plan Apo Öl;

Meine anderen Objektive vom kleinen Biolam passen hier nicht in die Reihe, sie scheinen eine andere Abgleichlänge zu haben. Für Kauftips im Bereich 20-90x (ebenfalls Lomo Plan APOs) wäre ich dankbar. 

Einen weiteren Beitrag wird es noch geben: Mir wurde ein gut eingestelltes Leica als Referenz geliehen. Sofern ich meine DSLR irgendwie dazu bekommen kann durch die Okulare zu fotografieren erstelle ich gerne einige Vergleichsbilder.