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PCB Rennstrecke

Beat Josef Schuler

Titel

PCB Rennstrecke

Autor/in

Datierung

08.06.2023

Beschreibung

Mittels Leiterbahnen können in PCBs (Leiterplatten) Spulen erstellt werden. Daraus können PCBLinearmotoren erstellt werden, die kleine Fahrzeuge mit Magneten bewegen können. Das Ganze kann für
spielerische Zwecke, wie eine Rennstrecke, verwendet werden.
Ziel der vorliegenden Arbeit war, das Fahrzeug möglichst schnell und zuverlässig auf der Rennstrecke
bewegen zu können. Dazu konnte auf ein HSLU-internes Vorprojekt aufgebaut werden. Zudem sollte das
Erstellen der Rennstrecke mit Hilfe von Skripten automatisiert werden.
Fokus der Arbeit war die Physik der Rennbahn. Zur Kraftmessung der Rennstrecke wurde eine geeignete
Methode entwickelt: Das Fahrzeug wurde mit Gewichten belastet, bis es zum Stillstand kam und so die
maximale Nutzlast bestimmt. Schon vorhandene Rennstrecken wurden messtechnisch miteinander
verglichen, um das Optimum zu finden. Dazu wurden verschiedene Leiterplattendicken, verschiedene
Spulenbeschaltungen und Layer, Magnetanzahlen und -grössen, Speisespannungen und Spulenströme
gemessen.
Aus Erkenntnissen dieser Messungen wurden eigene Testbahnen sowie ein Motorentreiber entwickelt.
Die erstellte Testbahn kann im Vergleich zur Referenzbahn die doppelte Nutzlast bewegen.
Eine einfache Spulenbahn kann mit der Scripting-API in KiCAD generiert werden.
Zum Vergleich der Motorenkraft wurde in dieser Arbeit die Nutzlast als Kriterium verwendet. Die
Testbahnen sind als Geraden konzipiert.
In einem nächsten Schritt kann eine Rennbahn mit Kurven erstellt werden, um die Geschwindigkeiten der
Fahrzeugs zu messen. Zudem kann das Script für die Automatisierung der Spulen erweitert werden, damit
eine komplette Rennstrecke automatisch generiert werden kann.

Using circuit traces, coils can be created in PCBs. From them, PCB linear motors can be created that
can move small vehicles with magnets. The whole thing can be used for playful purposes, like a race
track.
The aim of the present work was to be able to move the vehicle as quickly and reliably as possible on
the race track. In order to achieve this, it was possible to build on an HSLU-internal preliminary
project. In addition, the creation of the racetrack was to be automated with the help of scripts.
The focus of the work was the physics of the racetrack. A suitable method was developed for
measuring the force of the racetrack: The vehicle was loaded with weights until it came to a
standstill and thus the maximum payload was determined. Existing racetracks were compared with
each other to find the optimum. For this purpose, different PCB thicknesses, different coil circuits and
layers, magnet numbers and sizes, supply voltages and coil currents were measured.
From the results of these measurements, own test tracks and a motor driver were developed.
The created test track can move twice the payload compared to the reference track.
A simple coil track can be generated with the scripting API in KiCAD.
To compare the motor force, the payload was used as a criteria in this work. The test tracks are
designed as straight lines.
In a next step, a race track with curves can be created to measure the speeds of the vehicles. In
addition, the script for automating the coils can be extended so that a complete race track can be
generated automatically.

Urheberrechtshinweis