Mein Name ist Gerhard Edmound Stebner. Ich bin Systemingenieur und Mechatroniker aus Leidenschaft. Neben der übergeordneten Entwicklung mechatronischer Systeme beschäftige ich mich im Detail mit der Auslegung elektromagnetischer und rein magnetischer Aktoren (BLDC-Motoren, magnetische Federn, Drehmagnete, etc.). Hierbei verwende ich gleichermaßen gerne die 2D/3D-FEM als auch analytische Eisenkreis-Modelle. Durch meine Tätigkeit bei der VOWAG GmbH hat sich mein Fokus zuletzt stärker auf die Auslegung eines mechatronischen Gesamtsystems verschoben. Bei diesem System handelt es sich um ein Schwerlast-Pedelec, welches als serieller Hybrid aufgebaut ist und auf den Erfahrungen aus meinem privatfinanzierten Forschungsobjekt basiert.

Meine schulische Laufbahn startete an der Wiesenschule in Salzgitter-Bad und wurde durch einen mehrjährigen Aufenthalt an meinem Geburtsort in Puebla (Mexiko) unterbrochen. Dort besuchte ich die Alexander-von-Humboldt-Schule. Nach der Rückkehr aus Mexiko machte ich mein Abitur am Gymnasium Salzgitter-Bad. Hierbei lag der Schwerpunkt auf den naturwissenschaftlichen Fächern (Mathe / Physik).

Nach dem Abitur war ich zuerst bei der Bundeswehr. Anschließend absolvierte ich ein Praktikum im Krankenhaus Neu-Bethlehem in Göttingen. Dieses Praktikum diente mir als Entscheidungshilfe zwischen einem Studium der Medizin und einem ingenieurswissenschaftlichen Studium.

Im Rahmen eines dualen Studiums bei der Volkswagen AG und der Ostfalia Hochschule habe ich Maschinenbau mit der Vertiefung Mechatronik studiert. Parallel absolvierte ich eine Ausbildung zum Industriemechaniker.

Während des Grundstudiums stellte ich fest, dass mir der klassische Maschinenbau alleine nicht reichen würde und mich Fächer wie Elektrotechnik, elektrische Antriebe, Informatik, Steuerungstechnik und Mikrocontroller stark interessieren.

So legte ich den Fokus meiner ersten Studienarbeit auf das Programmieren einer inversen Kinematik für Hexapode am Institut für Produktionstechnik (IPT).

In der zweiten Studienarbeit und meiner Bachelorarbeit beschäftigte ich mich mit der Analyse elektrischer Maschinen mittels FEM (COMSOL Multiphysics). Das Ziel war die Reduzierung von Nutrastmomenten bei einem BLDC-Motor mit vergrabenen Magneten, welcher in einer elektrischen Lenkunterstützung in einem PKW verbaut wurde.

 
Das Bachelorstudium beendete ich mit der Note 1,3 ein Semester unter Regelstudienzeit.

Im Rahmen meiner Tätigkeit an der Ostfalia Hochschule ergab sich die Chance, ein drittmittelfinanziertes Forschungsprojekt mit einer Promotion zu verknüpfen. Auch dieses Forschungsprojekt war eine Kooperation zwischen der Volkswagen AG und der Ostfalia Hochschule. Die Promotion selbst erfolgt am IEE der TU Clausthal. Die Dissertation erschien im Papierflieger Verlag (ISBN 978-3-86948-607-9).

Kern der Arbeit war die Analyse existierender elektrischer Ventiltriebe mittels einer umfassenden Literaturrecherche. Die gefundenen Konzepte wurden analysiert und kategorisiert, wodurch Gemeinsamkeiten und Unterschiede sowie die daraus resultierenden Vor- und Nachteile offengelegt werden konnten. Die zentrale Aussage der Arbeit bestand darin, dass ein konkurrenzfähiger Ventiltrieb eine Verspannung durch Federn aufweisen muss und durch diese eine hohe Dynamik sowie ein bistabiles Verhalten erhält.

Es wurde ein Konzept aus einer magnetischen Drehfeder, einer Kurvenscheibe und einem Drehmagneten entwickelt, welches zum Patent angemeldet wurde. Aufgrund der Systemkomplexität wurden mehrere Teilmodelle erstellt (Mechanik / Dynamik Matlab Simulink, magnetischer Kreis in FEM, magnetischer Kreis Drehmagnet in FEM) und kombiniert, um mittels Iteration optimale Systemparameter zu finden.

Auch hier zeigte sich für mich der hohe Stellenwert analytischer Modelle. Mittels dieser konnte eine starke Einschränkung der Systemparameter durch ein in MATLAB geschriebenes Tool erfolgen, welches aus einer Liste von Randbedingungen einen Grobentwurf des Systems erzeugt. Die detaillierte Optimierung erfolgte dann mittels rechenintensiver FEM-Modelle.

Besonders die Ableitung analytischer Modelle für magnetische Drehfedern stellte eine große Herausforderung dar, da keinerlei Modelle in der Literatur gefunden werden konnten.

Nach der theoretischen Betrachtung erfolgte der Bau des Systems. Hierbei wurden wertvolle Erfahrungen bei der Beschaffung von Komponenten (Bleche, Magnete etc.) gewonnen. Ebenso interessant war der Bau des Prototyps, welcher aufgrund der sehr kleinen Luftspaltmaße auch mechanisch eine Herausforderung darstellte.

Zu guter Letzt wurde mittels eines Systems der Fa dSpace das Aktorverhalten geregelt. Besonders die Öffnungs- und Schließdauer von 2,25ms stellte eine besondere auch reglungstechnische Herausforderung dar, weil das System hochgradig nichtlinear ist.

Das Promotionsvorhaben war eine wertvolle Erfahrung, weil ein Großteil eines Produktentstehungsprozesses durchlaufen wurde. Die Volkswagen AG hat vor allem bei der Fertigung der Kurvenscheibe mit Rat und Tat das Projekt unterstützt.

Während meiner Tätigkeit an der Ostfalia Hochschule wurde ich bei der Betreuung von Studien-, Bachelor- und Masterarbeiten einige Male von kleineren und mittelständischen Unternehmen gefragt, ob ich Interesse an einer Zusammenarbeit hätte.

Oftmals benötigten die Unternehmen kleinere Berechnungen und Simulationen, die für ein Hochschulprojekt nicht den nötigen Umfang gehabt hätten. Ich meldete daher eine Nebentätigkeit bei der Hochschule an und führte kleinere Aufträge für Unternehmen aus der Automobil- und Fahrradbranche durch.

Außerdem startete ich ein selbstfinanziertes Forschungs- und Entwicklungsprojekt. Dieses beinhaltete den Umbau eines Velomobiles (vollgekapseltes Liegefahrrad) zu einem seriellen Hybriden. Hierzu wurde ein Rohkarosse vom Hersteller gekauft und mit eigenen Komponenten komplettiert.

Der Antriebsstrang des Fahrzeuges besteht aus einem zum Generator umgebauten Radnabenmotor, einem selbstentwickelten Generatorsteuergerät, einem Akkumulatoren und zwei Antriebsmotoren mit zugehörigen Leistungselektroniken, welche sowohl ein effizientes Fahren in der Ebene als auch am Berg ermöglichen.

Besonders die Ansteuerung der Generatorplatine hat sehr viel Zeit in Anspruch genommen, da es nicht nur darum geht, dass der Mensch den Akkumulatoren laden kann, sondern auch ein angenehmes Fahrgefühl empfindet. Hierzu trägt vor allem eine virtuelle Trägheit bei, die im Steuergerät des Generators untergebracht ist. Dies war mein Einstieg in das Design von Platinen mit Mikrocontrollern und Leistungselektronik.