Mercedes‘ ganzer Stolz
Axialflussmotor: Der „V8 unter den Elektromotoren“
Als den „V8 unter den Elektromotoren“ bezeichnet Mercedes den sogenannten Axialfluss-Elektromotor, wegen seiner bahnbrechenden Eigenschaften: ein Drittel weniger Bauraum, ein Drittel weniger Gewicht, aber dreifache Leistung.
Nachdem bislang alle Versuche einer Serienproduktion an den hohen Anforderungen während des Fertigungsprozesses gescheitert waren, haben die Stuttgarter nun im Werk Berlin-Marienfelde mit dem Bau begonnen.
Der Name des Antriebs rührt vom unterschiedlichen Fluss des Magnetfeldes her. Anders als bei herkömmlichen Radialmotoren verläuft es beim Axialflussmotor parallel zur Drehachse statt senkrecht zu ihr. Daher sind die klassischen Komponenten scheibenförmig angeordnet. Der Stator in der Mitte wird von zwei Rotoren eingeschlossen, was ein wenig an ein Sandwich erinnert. Deswegen wird die Konstruktion im englischen auch als „Pancake-Engine“ bezeichnet. Die parallele Magnetfeldrichtung sorgt für das hohe Drehmoment und die immense Leistungsdichte, da sie den magnetischen Flussweg verkürzt und so den Nutzungsgrad optimiert.
Aufgrund der besseren Kühlungsmöglichkeiten des Axialflussmotors liefert er nebenbei eine wesentlich höhere Dauerleistung als eine herkömmliche Elektromaschine, dabei umspült eine nicht leitende Flüssigkeit die Kupferspulen direkt. Jörg Miska, CEO der englischen Mercedes-Tochter Yasa, erklärt den Vorgang: „Im klassischen Radialantrieb entwickeln die Kupferspulen Wärme, die schwierig abzuführen ist. Und wenn das Kupfer zu heiß wird, fällt die Leistung ab, die Energie verpufft.“ Beim Axialantrieb gelingt die Kühlung einfacher, das schafft die idealen Voraussetzungen für höchste Belastbarkeit. Was wiederum den Antrieb für den Einsatz in Hochleistungsfahrzeugen der Mercedes-Tochter AMG prädestiniert. Bei den Rekordfahrten des Concept AMG GT XX im vergangenen Jahr auf der Hochgeschwindigkeits-Rennstrecke Nardo in Süditalien habe es auch nach zahlreichen Rennstarts keinen Leistungsverlust gegeben, heißt es.
Die geringen Abmessungen des Axialflussmotors erlauben die optimale Konfiguration des Antriebs. An der Vorderachse des AMG GT Viertürer Coupé ist er nur knapp neun Zentimeter breit, die beiden E-Maschinen an der Hinterachse kommen sogar auf nur acht Zentimeter. In allen drei Fällen wird der Motor zusammen mit einem kompakten Planetenradgetriebe in sogenannte High Performance Electric Drive Units (HP.EDU) integriert. Der vordere AFM dreht mehr als 15.000-mal in der Minute, die beiden hinteren schaffen 13.000/min. Die Spitzenleistung des Fahrzeugs liegt bei 860 kW/1169 PS. Als Verbrauch gibt AMG 17,9 bis 21,0 kWh auf 100 Kilometer an. Für die Beschleunigung von 0 auf 100 km/h vergehen 2,2 Sekunden, in Verbindung mit dem Drivers Package werden 300 km/h Höchstgeschwindigkeit erreicht.
Reihenweise Rekorde
Diese Geschwindigkeit wurde bei den Rekordfahrten des Prototypen 2025 in Nardo konstant gefahren. In sieben Tagen und 13 Stunden legte das Versuchsfahrzeug mehr als 40.000 Kilometer zurück und stellte 25 Langstreckenrekorde auf. Dazu gehört einer über 10.000 Kilometer in 44 Stunden, an jedem Tag wurden durchschnittlich 5300 Kilometer zurückgelegt. Dabei herrschten unter der Sonne Süditaliens Temperaturen von mehr als 35 Grad. Aufgeladen wurden die Batterien bei den kurzen Stopps mit einer Ladeleistung von 850 kW.
Spezielle Verfahren in der Fertigung
Die Serienproduktion des Axialflussmotors in Berlin-Marienfelde stellt hohe Anforderungen an Präzision, Prozesssicherheit und Automatisierung. Eigens entwickelte neue Fertigungsverfahren machen die kompakte Bauform und die hohe Leistungsdichte des Motors möglich. Als ein Beispiel dafür nennt Mercedes unter anderem den Einsatz von rechteckigem Kupferdraht für die Spulen im Stator. Hierdurch könne im Vergleich zu herkömmlichem rundem Draht mehr Metall eingebracht werden, ohne weiteren Bauraum zu beanspruchen. In der Produktion muss dieser Draht jedoch in engen Radien schnell und vor allem faltenfrei gebogen werden, hierfür habe man mit Partnern ein spezielles Verfahren entwickeln müssen.
Auch in der Endmontage ist höchste Präzision erforderlich. Hier wird der Stator zwischen den beiden Rotorscheiben mit Magneten positioniert und fest verbunden. Bis zu neun Kilonewton magnetischer Kräfte wirken dabei auf die einzelnen Komponenten, das entspricht in etwa dem Gewicht von 900 Kilogramm. Dabei muss der Stator exakt in der magnetischen Mittelebene bleiben, die Toleranz liegt bei weniger als 0,1 Millimeter. In der letzten halben Sekunde des Prozesses korrigiert ein Algorithmus mit hochfrequenten Regelimpulsen die Position. Aus insgesamt 98 Prozessschritten besteht der gesamte Fertigungsprozess, 65 davon setzt Mercedes erstmals ein. 35 Prozessschritte sind sogar aus globaler Sicht neu. 30 Patente hat der Hersteller für die aufwendige Fertigung angemeldet.
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