Technik

Kleiner als eine 1-Cent-Münze: Bastler baut Minimotor im 3D-Druck

von
Carola Franzke

Carl Bugeja hat den Motor geschrumpft. Der PCB-Motor ist so winzig, dass er leicht verloren geht. Dennoch will der Ingenieur damit Drohnen steigen lassen.

Der PSB-Motor aus dem 3D-Drucker in der Nahaufnahme.
Noch ist der Mini-Motor nicht stark genug, um eine Drohne in die Luft zu heben. Foto: Carlos Bugeja

Das erfahren Sie gleich:

  • Warum ein junger Ingenieur als Malta einen winzigen Motor baut
  • Wie ihm dabei der 3D-Druck zur Hilfe kommt
  • Welche Schwierigkeiten er noch überwinden muss, bis der PCB-Motor eine Drohne in die Luft hebt

Der maltesische Ingenieur Carl Bugeja ist zweifellos ein großer Fan vom 3D-Druck. Die Technik ermöglicht ihm, seine Ideen umzusetzen. Ob das nun ein Mini-Roboter in Baseball-Größe ist oder der winzige, verschleißarme Elektromotor: Dieser besteht im Wesentlichen aus vier übereinander geschichteten Platinen, printed circuit boards (PCB), ausgedruckten Leiterplatten.

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Carl Bugejas, Ingenieur und Erfinder, sagt dazu gegenüber dem Magazin IEEE Spectrum: "Mein Ziel ist es – selbst wenn ich mit meinem Motor noch nicht abheben kann –, neue Roboter mit kleineren und einfacheren Mechanismen zu bauen, als es bislang möglich ist."

Carl Bugejas ursprüngliche Motivation für die Entwicklung seines PCB-Motors war es, eine Drohne zu bauen. Doch er fand die handelsüblichen Kleinstmotoren zu schwer oder zu kostspielig, sodass er darüber nachdachte, den Motor kurzerhand ebenfalls selbst zu bauen. Die Schritte seines Projektes veröffentlichte er schließlich auf hackaday.io.

Leichter, günstiger und kleiner als andere Mini-Motoren

Zusammengebaut hat der Mini-Motor einen Durchmesser von 16 Millimetern (1-Cent-Münze: 16,25 mm) und eine Leistung von einem Watt. In vier Schichten übereinander sind die insgesamt sechs Spulen des kleinen Motors angeordnet. Auf jeder Platinenschicht sind zehn Windungen untergebracht – zusammen also 40 Windungen für eine Spule. Dazu gehören noch die Steuerung sowie die Achse mit Rotorblättern und kleinen Dauermagneten, die über dem elektromagnetischen Feld rotieren.

Bugejas Prototyp funktioniert bereits. Jedoch ist das Drehmoment zu gering, um damit tatsächlich eine Drohne in die Luft zu heben. Das ist nicht die einzige Schwäche, die der Ingenieur noch auszumerzen hat: Die winzige Schaltung läuft mit Betriebsspannungen zwischen 3,5 und 7 Volt, aber bereits bei 5 Volt erhitzt sich der Mini-Motor auf 70 Grad Celsius.

"Das Drehmoment reichte für mein ursprüngliches Vorhaben nicht aus, aber der Motor kann beispielsweise für kleine, günstige Roboter auf Rädern genutzt werden. Die Motoren sind typischerweise mit die teuersten Komponenten, wenn man einen Roboter bauen will", erklärt Carl Bugejas.

Um mehr Drehmoment zu erzeugen, könnte er die Zahl der Windungen erhöhen, indem er weitere Platinenschichten hinzufügt. Dann allerdings müsste er entweder die Grundfläche vergrößern oder die Anzahl der Windungen pro Schicht reduzieren: Denn die jeweils in der Mitte der Windungsschnecken vorhandenen Kontaktpunkte bräuchten dann mehr Platz. Zudem würde mehr Wärmeenergie anfallen, was bei längerem Betrieb zu Problemen führen könnte.

Carl Bugeja experimentiert weiter mit verschiedenen Optionen, wie der PCB-Motor optimiert und das Drehmoment erhöht werden kann. Die Projektfortschritte kann man mit ihm auf hackaday.io diskutieren.

3D-Druck verändert Prototypen-Herstellung

Die 3D-Drucktechnik verändert viele und völlig verschiedene Lebensbereiche, von gedruckten Prothesen oder Schildkrötenpanzern zu Medikamenten für entlegene Regionen bis hin zu Bauwerken, wie etwa dieser Brücke in Amsterdam oder Raketenteilen für die Raumfahrt.

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Ganze Gegenstände, Bauteile oder gar Häuser lassen sich im 3D-Druckverfahren einzeln oder in Kleinstserien herstellen: Das beschleunigt und vergünstigt vor allem den Bau von Prototypen in der technischen Entwicklung.

Wo noch vor wenigen Jahren für sehr viel Geld die langwierige Handarbeit von Spezialisten gefragt war, können nun die 3D-Drucker relativ schnell und dann in gleichbleibender Qualität abliefern – und per Internetbestellung haben kreative Köpfe wie Bugeja weltweit Zugang zu diesen Möglichkeiten.

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