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Ulbricht-Kugel (Kugelphotometer)

Die Ulbricht-Kugel hat ihren Namen von Professor Richard Ulbricht aus Dresden, der diese Kugel erfunden hat. Die, aus zwei Hälften bestehende Kugel, ist innen diffus reflektierend beschichtet. Heute benutzt man dazu normalerweise Bariumsulfat oder Teflon (PTFE).

Die Kugel produziert aus dem gerichteten Licht einer Strahlungsquelle eine diffuse Strahlung. Auch kann das Licht mehrerer Strahlungsquellen gesammelt werden. Durch Multireflexion innerhalb der Kugel entsteht dann die erwähnte diffuse Strahlung. Auf die weiteren Anwendungen und die Funktion der Kugel will ich hier nicht weiter eingehen, da es im Netz ausführliche Infos und Erklärungen gibt.

Die von mir - im 3D-Druck - gefertigte Kugel, besitzt drei Ports für Lichtquellen bzw. Sensoren.


Referenz-Luxmeter mit externem Sensor an der Ulbricht-Kugel

Bei mir erfüllt die Ulbricht-Kugel zwei Aufgaben:
1.) Kalibrierung eines optischen Messgerätes. Hier in erster Linie das Sky-Quality-Meter. Dieses Messgerät kann unmittelbar an einen Port der Kugel angesteckt werden. Am zweiten Port steckt ein identischer Sensor (siehe Bild oben). Bei Beleuchtung durch den dritten Port herrschen exakt identische Verhältnisse an den beiden Sensoren und es ist ein direkter Vergleich möglich. Das Messgerät kann jetzt auf den Wert des Referenz-Sensors kalibriert werden.

2.) Funktion als Lichtquelle für mein AATiS-Spektrometer, mit welchem ich u.a. optische Astro-Filter (1,25") vermesse.


Die Ulbricht-Kugel mit Filter-Adapter am AATiS-Spektrometer


Mit dem Spektrometer ermittelte Filterkurve (OIII-Filter)

Aufbau der Ulbricht Kugel
Die Kugel hat einen Innendurchmesser von 100mm und kann damit problemlos auf einem 3D-Drucker hergestellt werden.

Der Entwurf erfolgte mit der Software OpenSCAD, die für solche technischen Entwürfe prädestiniert ist.


Screen-Dump der OpenSCAD Oberfläche

Der Druck einer Kugelhälfte dauert dann etwa 7 Std. bei 0,2mm Schichtdicke. Nach dem Drucken muss die jeweilige Kugelhälfte zunächst innen grob geschmirgelt werden um die Rückstände der Stützstruktur und diverse andere Rückstände zu entfernen. Danach wird mit etwas feinerem Schmirgel nachgeschliffen. Anschließend wird mit dem Finger normale Malerspachtel in diversen Schadstellen verteilt, die durch das Entfernen der Stützstruktur entstanden sind. Nach dem Trocknen wird dann nochmal alles feingeschliffen und eventuell wiederholt, bis eine Oberfläche ohne Schadstellen erreicht ist.

Die Kugelhälfte wird anschließend mehrfach mit Microfiller aus der Sprühdose beschichtet, bis eine glatte Oberfläche erreicht ist. Der Microfiller macht die Kugel gleichzeitig lichtdicht. Auch wenn man die Kugel mit schwarzem Material druckt, wird noch ein Rest Licht durchgelassen. Bei Messungen am unteren Limit des Lux-Sensors möglicherweise ein Problem.


Eine Kugelhälfte mit der ersten Schicht Microfiller

Wenn dann schließlich eine glatte Oberfläche erreicht ist, kann die endgültige Reflexionsschicht aufgebracht werden. Bariumsulfat kann man zwar für ein paar Euro kaufen, aber ich weiß nicht wie man es verarbeiten kann, damit auch eine glatte Oberfläche entsteht. Ich habe mich daher für die RAL-Farbe 9010 "Reinweiß matt" in der Sprühdose entschieden.


fertige, weiß beschichtete Kugelhälfte

Zur Kugel gehören noch diverse Adapter und Verschlüsse für die Ports, damit bei Nichtbenutzung kein Staub eindringt.

Adapter für den Sensor TSL237 inkl. UV-IR-Cut-Filter


Multi-LED-Einsatz


Stromquelle für den Multi-LED-Einsatz

Dazu gibt es noch weitere Adapter für Leuchtmittel und Filterhalter für die Verwendung mit dem Spektroskop, sowie einem kleinen Standfuß. Das ist der große Vorteil beim 3D-Druck: man kann sich alles individuell passend drucken.