Filmdosenkippautomat

Anspruch

Üblicherweise werden Kleinbild– oder Rollfilme nach Zeit und Temperatur in speziellen  Entwicklungsdosen bei Tageslicht entwickelt. Hier hat sich entsprechend den Herstellerangaben der Filme oder auch eigener fotografischer Erfahrung ein bestimmtes Kipp– oder Bewegungsregime der Entwicklungsdose durchgesetzt. Ziel dabei ist, die Erreichung einer bestimmten Dichte der zu entwickelnden Negative.

Beispielsweise erfolgt die Entwicklung für einen Schwarz-Weiß-Negativfilm bei 20 Grad Doseninnentemperatur (Entwicklertemperatur) nach folgenden Muster:

10 Minuten Gesamtentwicklungszeit, davon die erste Minute mit ständigem Kippen der Dose, danach alle 30 Sekunden für 5 Sekunden Kippbewegung.

Nun sind diese Bewegungsfolgenrecht lästig und meist manuell nicht exakt durchführbar. Reproduzierbare Entwicklungsergebnisse in Bezug auf die gewünschte Negativdichte Gamma sind manuell sehr schwer zu erreichen.

Bei Internetrecherchen zum Thema wird man natürlich sehr schnell fündig, beim Preis für derartige Geräte überlegt dann der eine oder andere doch nach Alternativen zu kommerziellen Geräten.

Eine Alternative ist natürlich der Eigenbau eines derartigen Gerätes, ich habe es als Kippdosenautomat bezeichnet.

Projektrahmen

Der Gesamtpreis für den Selbstbau eines Kippdosenautomaten soll deutlich unter dem kommerzieller Geräte bleiben.

Der Leistungsumfang soll sich auf das Wesentliche zur Filmentwicklung beschränken:

Durchführung eines Variablen Bewegungsablaufes mit skalierbarer Startzykluslänge, Einstellbarkeit der Folgezyklen und der darin enthaltenen Kippzeitdauer.  

Weiterhin soll der Bewegungsablauf jederzeit unterbrechbar sein.

Es sollen unterschiedliche Kippdosensysteme verwendbar sein.

Sämtliche für das Projekt erforderliche Materialien sollen ohne Spezialbeschaffung allgemein erhältlich und mit heimwerkerüblichen Geräten bearbeitbar sein.

Die erforderliche Steuerelektronik soll mit wenigen preisgünstigen Standardschaltkreisen realisiert werden, damit auch eine vielleicht notwendige Reparatur oder Verbesserung der Eigenschaften für lange Zeit ohne wissenschaftliche Unterstützung gesichert ist.

Das nachfolgende Video zeigt den fertigen Filmkippdosenautomaten in Aktion.

Filmdosenkippautomat

Der Kippdosenautomat wird im Fotolabor in der Nähe von elektrisch leitenden Flüssigkeiten (Entwicklerlösung) betrieben. Daher ist der Betrieb des Gerätes auf eine ungefährliche Niederspannung von 12V ausgelegt. Das erforderliche 230V-Netzteil ist vom Kippdosenautomat getrennt und kann entsprechend den VDE-Vorschriften betrieben werden.

Elektrischer Antrieb

Kernstück desKippdosenautomaten ist ein 12Volt-PKW-Heckscheibenwischermotor. Hierbei können viele Fabrikate mit einem Drehwinkel von ca 180 Grad verwendet werden. Es spielt keine Rolle, ob Links– oder Rechtsläufer (Drehrichtung des gedachten Scheibenwischerblattes). Wichtig ist nur ein möglichst großer Drehwinkel von idealerweise 180 Grad vor dem Umlenkpunkt.

Geeignete Modelle gibt es viele, ich habe Wischermotoren vom alten Peugot 106  und vom VW-Passat Variant Modell 3BG ausprobiert.

Viele Heckscheibenwischermotoren fertigt der Hersteller Valeo, vom elektrischen Aufbau gesehen sind diese Modelle sehr ähnlich. 

Man kann auch einfach mal verträumt beim Autofahren auf die Heckscheiben der vorausfahrenden PKW achten, dort erkennt man zuverlässig, welche Wischermotoren mechanisch geeignet sind. Unbrauchbar für das Projekt sind definitiv Wischermotoren mit gekröpftem (gewinkelten) Wischerarm, diese sitzen auch nicht zentrisch in der Heckscheibe.

Vorteilhaft  ist ein möglichst stabiles Befestigungsgewinde an der Achse für das Wischerblatt, es gibt meines Wissens die Varianten mit M6 und M8 Gewindegröße. M8 ist hier besser, da durch den höheren Materialquerschnitt später eine stabilere Befestigung der mit Entwicklerflüssigkeit gefüllten Filmkippdose erreicht wird. Immerhin beträgt das über die Achse bewegte Gewicht je nach Dosengröße ca 1-2 kg.

Meistens findet man alte Wischermotoren beim Gebrauchtwagenverwerter oder beim Autoschrotthändler, die Motoren werden öfters getauscht, weil die Waschflüssigkeitszufuhr (sofern vorhanden) durch die Wischerachse verläuft und diese oft undicht ist. Dadurch fressen sich die Wischerachsen in der Laufbuchse fest, mit etwas WD-40 oder anderem Silikonkriechöl bekommt man diese Teile aber meistens wieder in Gang gesetzt. Vorteilhaft sind auch Heckscheibenwischermotoren mit geschraubten (nicht vernieteten) Motorgehäusen (Bsp VW Passat). Möglicherweise sind auch die Schleifkontakte zur Motorstromversorgung oder zur Drehrichtungsumkehrung verschmutzt. Manchmal ist auch das reichlich im Getriebegehäuse eingebrachte Schmierfett nicht mehr dort, wo es hingehört. Diese Mängel kann man leichter beseitigen, falls sich das Motorgehäuse entsprechend öffnen lässt.

Die Drehrichtungsumkehrung der Wischerachse bei ca. 180 Grad Drehwinkel wird bei den Heckscheibenwischermotoren meistens über einen am Getrieberad angebrachten Exzenter realisiert. Diese Umkehrung benötigen wir beim Filmdosenkippautomaten um die gewünschten Schwenkbewegungen der Entwicklungsdose zu realisieren. Jetzt kommt auch Thema der Steuerung des Wischerintervalls und der Funktion Dauerwischen. Diese Steuerung kann über eine im Motor eingebaute Steuerelektronik (Bsp: VW Passat 3BG) oder extern realisiert sein (Bsp älterer Peugot 106). Generell günstig für das Projekt Filmdosenkippautomat ist hier ein Wischermotor mit externer Steuerung der Wischerintervalle, da die gesamte Steuerung des Wischermotors durch die Steuerelektronik des Automaten übernommen werden soll. Trotzdem können auch Motoren mit eingebauter Platine verwendet werden, sofern entweder die Impulsbelegung der Steuerkontakte bekannt ist oder die interne Elektronik im Wischermotor einfach nicht genutzt wird. Das gilt zum Bsp. für den Wischermotor des VW-Passat 3BG. Falls dieser Motor benutzt werden soll kann man entweder mit der eingebauten Nachlaufzeit von 3 Sekunden arbeiten oder man umgeht die interne Leiterplatte und schließt die Steuerelektronik des Kippdosenautomaten direkt an die Schleifringkontakte des Motors an. Damit ist das Zeitmanagement wesentlich flexibler. 

Unter Umständen ist auch die Belegung des Motorumschalt– oder des Nachlaufkontakts zur Nullstellung der Motorachse zu modifizieren (Entfernung einer Drahtbrücke am Verteiler des Wischermotors beim alten Peugot 106 erforderlich).

Weiterhin ist bei der Auswahl des geeigneten Motors auf die mögliche Befestigung am vertikalen Arm des Kippdosenautomaten zu achten. Da die Materialdicke der Befestigungsfläche unter Umständen wesentlich größer als die am vorgesehenen Einbauort im PKW ist, sollte man dies auch entsprechend beachten. Sonst reicht unter Umständen die Motorachse nicht weit genug in den Schwenkraum. Bitte auch die originalen Befestigungselemente, sofern vorhanden und sinnvoll, mit nutzen, meistens kann dadurch eine gewisse mechanische Entkopplung (Gummipuffer) und Abdichtung erreicht werden.

Mechanischer Aufbau

Der Filmdosenkippautomat wird als geometrische L-Form realisiert.

Als Material eignet sich vorteilhaft Hartholz mit einer entsprechenden Stärke und hohem spezifischen Eigengewicht. Für den Prototyp wurde Buchenholz aus alten Fußbodenschwellen verwendet. Die Materialstärke beträgt 4,5 cm. Das hohe Eigengewicht ist für einen standsicheren Betrieb unbedingt notwendig. Immerhin wirkt die verlängerte Drehachse mit der Aufnahmevorrichtung als langer Hebelarm. An dem hängt, je nach Dosengröße und Entwicklermenge, ein Gewicht  

von 1 bis 2 kg!  Alternativ kann natürlich auch HDF-Werkstoff (Hochdichte-Faserplatte) verwendet werden, unter Umständen auch OSB-Werkstoff. (zum Vergleich, Buche hat eine Trockendichte von ca. 780 kg/m³, HDF-Werkstoff beginnt gleichfalls bei 800kg/m³; OSB = 600-700 kg/m³)

Bei HDF oder OSB Einsatz empfiehlt es sich jedoch, den Materialträger zu lackieren (es gibt Sprühdosen…) um ein Aufquellen bei Feuchtigkeitkontakt zu vermeiden. Müssen jedoch Vertiefungen auf Grund der Wischermotorgeometrie in den vertikalen Träger gefräst werden, verhält sich Holzfaserwerkstoff natürlich ungünstiger als Buchen- oder Eichenholz. Unabhängig vom verwendeten Material sollten beide Platten unbedingt verleimt und diese Klebestelle zusätzlich von unten mit 2 stabilen Schraubverbindungen gesichert werden.

Im vertikalen Träger sind, entsprechend der Befestigungsgeometrie des verwendeten Scheibenwischermotors; Bohrungen und eine Vertiefung für die Laufbuchse eingearbeitet. Die Befestigung des Motors erfolgt mit den zugehörigen Gummiunterlagen und Durchführungsdichtungen.

Als Befestigungsklemme für die Filmentwicklungsdose wurde eine sehr preiswerte und für alle verfügbare Lösung realisiert.  

Spannklemme Variante 1

Eine schallgedämmte Rohrschelle DN110 wird mittels einer gleichfalls im Baumarkt erhältlichen Gewindeverlängerung (M8 beim verwendeten Achsengewinde) und einem kurzen M8 Gewindestift (gekürzte Schraube) an der Scheibenwischermotorachse befestigt. Dabei bitte darauf achten, daß sich der Motor bei dieser Montage wirklich in Ruhestellung befindet, ansonsten schraubt man die Rohrschelle nicht genau waagerecht an.

Die später zu verwendende Entwicklungsdose sollte man beim Kauf der Rohrschelle mitnehmen, bei der von mir verwendeten Plasitimat-Dose habe ich zur Sicherheit noch einen Elastomer Dichtring (über die Dose geschoben) verwendet. Jedenfalls sollte durch die dicke Gummieinlage auf der Rohrschelle und deren Spannmaß so ziemlich jede moderne Kippdose einspannbar sein.

Eine komplett fertige Rohrschelle mit Rastbügelschnellverschluß für diese Rohrweite habe ich leider (preiswert) nicht gefunden, aber der standardmäßige Gewindeschnellverschluss mit Nut funktioniert auch sehr gut. Ich habe die Klemmschraube M8 durch eine Längere ersetzt, mit einem Plastikknopf zur Betätigung und zwei Kontermuttern an der Klemmstelle versehen. Hier gibt es sicher noch professionellere Möglichkeiten zur Befestigung, die aber mit großer Wahrscheinlichkeit wesentlich teurer sind.

Spannklemme Variante 2

Diese Variante ist ermöglicht ein noch schnelleres und komfortableres Umpannen der Filmentwicklungskippdosen.

Es wird gleichfalls eine schallgedämmte Rohrschelle aus dem Baumarkt verwendetet. Eleganterweise wird ein Bügelschnellverschluss dafür selbst angefertigt. Dafür benötigt man ein kleines Scharnier und einen sogenannten "Kistenverschluss".

Nach Entfernen der Schalldämmeinlage wird die gekaufte Rohrschelle folgendermaßen bearbeitet:  

Auf der Klappseite wird ein passendes Scharnier eingesetzt, dazu Schelle auf der Scharnierseite entsprechend der benötigten Spannweite kürzen, eine originale DN110-Schelle spannt von 108 bis 114mm. Falls ältere Paterson System 4-Dosen oder die Plastimat-Dosen verwendet werden sollen sind 100mm Spannmaß erforderlich, AP-Compact haben wohl 110 mm Durchmesser, JOBO System 2400 sollen 112 mm messen. Für diese Angaben übernehme ich keine Gewähr, da ich nur mit Plastimat-Dosen bisher gearbeitet habe.

Wird ein kleinerer Durchmesser benötigt muss mann die Krümmung der gekürzten Schelle natürlich auch anpassen, daß ist jedoch nur in Näherung nötig, einen perfekten Halbkreis bekommt mann mit normalen Hilfsmitteln ohnehin nicht gebogen.

Anschließend wird das Scharnier entsprechend den Bildern eingesetzt und entweder mit kurzen Schraubverbindung mit Mutter , besser jedoch Gewinde in den Bügel schneiden, befestigt.

Auf der der Verriegelungsseite der Schelle wird der Klappverschluß mittels einer M5  Senkschraube (von innen durch die Schelle geführt) befestigt.

Zum Schluss die Gummieinlage bei Bedarf in der Länge kürzen und wieder an den Schellenteilen befestigen. 

Dieser Verschluß funktioniert professionell und sehr schnell, man sollte aber darauf achten nicht unnötig Spannkraft (zu enge Dimensionierung der Spannweite vermeiden) auf die Kunststoffdose auszuüben. 

Auf dem horizontalen Träger ist die Steuerelektronik in einem Kunststoffgehäuse befestigt.

Maschinenbau-Studenten können sicherlich problemlos alle Mindestmaße und Gewichte errechnen, ich nicht, da mein Studium zu lange her ist und ich etwas anderes studiert habe. Jedenfalls wurde für den Prototyp (Plastimat-Entwicklungsdose wurde verwendet; ähnlich älterer Patterson-Tanks) folgendes Schenkelmaß des L-förmigen Grundgerätes empirisch ermittelt: L=30cm H=25cm B=15cm. Zusammen mit dem verwendeten Wischermotor und den anderen Einzelteilen ergibt sich ein Eigengewicht (ohne Entwicklungsdose) von 4,3 kg. Bei dieser Baugröße können Filmentwicklungskippdosen von maximal 40 cm Höhe mittig eingespannt und bewegt werden.

Damit der ganze Kippdosenautomat auch rutschfest und nicht in einer Flüssigkeitslache zum Stehen kommt, werden an der Unterseite noch entsprechende Gummifüße montiert.

Elektrische Steuerung

Herzstück der Steuerung und variablen Einstellbarkeit des Startzyklus, des Kipprythmus und der –Intervalle bildet eine elektronische Baugruppe.

Wie bereits in den Anforderungen dargestellt, wird diese Baugruppe mit Standard-Bauelementen (Timerschaltkreise B555) und diskret aufgebauten variablen Zeitgliedern (R-C Netzwerken) realisiert. So lassen sich über entsprechende Wählschalter unterschiedliche Zeitkonstanten für jeden der 3 notwendigen Zeitabläufe realisieren.  

Die komplette Schaltung wird auf einer speziellen Leiterplatte untergebracht.

Im Prototyp oder Modell 1 des Kippdosenautomat wurde auf die Möglichkeit einer externen Variation der 3 Zeiten verzichtet, es wurden intern folgende Zeitkonstanten fest eingestellt.

Erstzyklus (Dauerbewegung) =60 s, folgende Kippintervalle = 30 s, Kippdauer dann jeweils 5 s, das entspricht 2 x Kippvorgang aller 30s.

Über die 3 optionalen externen Regler/Umschalter lassen sich die o.g. Parameter unabhängig von einander einstellen. Durch die im Prototyp realisierten festen Zeitkonstanten werden nur 2 Bedienelemente am Steuerteil benötigt.

Start-Taste (schwarz), startet die gesamte Zeitkette, es kann jederzeit wiederholt gestartet werden.

Stop-Taste (rot), führt einen sofortigen Reset und Stop der Zeitkette zu jedem Zeitpunkt durch.

Im Modell 2 des Kippdosenautomaten wurden folgende erweiterten Möglichkeiten implementiert:  

Mittels einer Steckbrücke auf der Steuerplatine kann von den festprogramierten Zeitzyklen abgewichen werden.  

Wird diese Steckverbindung auf der Leiterplatte entfernt, ist die Zeitbasis über 3 externe Drehschalter für jeden einzelnen Bewegungschritt in mehreren Varianten einstellbar. Dabei werden die unterschiedlichsten kontinuierlichen Bewegungschemen realisierbar.  

Auch Dauerkippen zum Bsp. beim Filmwässern nach der sogenannten "Ilfordmethode" wird unterstützt.

Alle externen Komponenten, wie Wischermotor, Betriebszustandsanzeige, Drehschalter, Versorgungsspannung können über Schraubkontakte mit der Steuerleiterplatte verbunden werden. Auf der Platine erkennt man auch die 3 internen Trimmpotentiometer mit deren Hilfe bei Betrieb ohne externen Drehschalter die persönlich bevorzugten Bewegungszeiten eingestellt werden können. 

Auf eine elektronische Steuerung der Gesamtentwicklungsdauer wurde bewusst verzichtet, da sich der Bauelemente- und Kostenaufwand dadurch drastisch erhöhen würde. Da im Fotolabor ohnehin ein entsprechender Kurzzeitmesser vorhanden ist, kann dieser wie üblich zur akustischen Warnung bei Ende der Entwicklungszeit benutzt werden. Zum Beenden der Kippentwicklung wird dann einfach die Stop-Taste verwendet. 

Wer nicht auf die Funktion automatische Abschaltung des Kippvorganges nach Zeitablauf verzichten möchte, kann dies zum Beispiel relativ einfach durch die Parallelschaltung eines  entsprechenden potentialfreien Kontaktes vom externen Kurzzeitmesser (Ruhekontakt bei Nullstellung erforderlich) am Stop-Taster-Anschluss auf der Steuerplatine realisieren. Damit wird ein Reset durchgeführt. 

Die Ansteuerung des PKW-Wischermotors wird in traditioneller Bauweise über ein modernes Leistungs-Relais verwirklicht. Hintergrund hierfür ist der relativ hohe Anlauf- und Dauerstrom des Motors. Der Einsatz von Leistungstransistoren wäre hier mit unnötigen thermischen und induktiven Risiken verbunden. Die Lebensdauer des verwendeten Relais übersteigt den üblichen Gebrauch des Kippdosenautomaten um mehrere Potenzen.

Nach dieser eingehenden technischen Beschreibung des Steuerteiles sollte es für den elektronisch grundbegabten Interessenten kein Problem darstellen eine einfache, kostengünstige Schaltung zu entwerfen und in kurzer Zeit zu realisieren.

Externe Stromversorgung

Aus Unfall– und Personensicherheitsgründen wird der Filmdosenkippautomat aus einem externen Netzteil und damit über 12V-Schutzkleinspannung (Gleichspannung) versorgt.

Damit ist gewährleistet, daß bei geeignetem externen Netzteil mit der entsprechenden Schutzklasse und VDE-Zulassung, die aktuellen Sicherheitsvorschriften eingehalten werden. Zum Strombedarf des Filmdosenkippautomaten kann folgende Aussage getroffen werden: Beim realisierten Prototyp mit dem verwendeten Scheibenwischermotor des Peugot 106 wird ein Anlaufstrom von mindestens 3A und ein Dauerstrom von ca 1,5A gemessen.

Je nach Puffer– und Reglungscharakteristik des externen Netzteiles, sollte ein 12V 5A Gleichspannungsnetzteil zum Einsatz kommen. Damit hat man auch eine entsprechende Energiereserve bei Verwendung eines wesentlich größeren Filmdosentankvolumens.  

Die Steuerelektronik ist verpolungssicher aufgebaut, hat aber keine aktive Überspannungsbegrenzung. Daher bitte keine Netzteile mit Spannungen > 12,8 V verwenden.

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