Mercedes-Benz startet die Großserienproduktion von elektrischen Axialflussmotoren
(media.mercedes-benz.com)- Der Axialflussmotor geht im Werk Berlin-Marienfelde in die Großserienproduktion und wird erstmals als Hochleistungs-Elektroantrieb für das Serienfahrzeug Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé eingesetzt
- Die Produktion erfolgt in 3 Hallen und auf 7 Linien mit einer Fläche von rund 30.000㎡; von insgesamt 98 Prozessschritten werden 65 erstmals bei Mercedes-Benz eingesetzt, 35 sind weltweit neue Verfahren
- Durch die Entwicklung der Fertigungstechnologie wurden mehr als 30 Patente angemeldet; kombiniert werden Lasertechnik, intelligente Steuerung, KI-gestützte Qualitätsprüfung und automatisierte Prozesse
- Spulen aus rechteckigem Kupferdraht, Laser-Kupferverbindungen, Laser-Polymerschweißen und präzise gesteuerte Endmontage ermöglichen hohe Leistungsdichte und Massenproduktion
- Berlin-Marienfelde ist der älteste Produktionsstandort von Mercedes-Benz, gegründet 1902, und etabliert sich mit dieser Produktion als Kompetenzstandort für die Fertigung von Hochleistungs-Elektromotoren
Mercedes-Benz startet Serienproduktion von Axialflussmotoren
- Mercedes-Benz hat im Werk Berlin-Marienfelde die Großserienproduktion des neuen elektrischen Axialflussmotors gestartet
- Das Werk ist der älteste Produktionsstandort von Mercedes-Benz, wurde 1902 gegründet und war über Jahrzehnte Teil des globalen Produktionsnetzwerks für Antriebsstränge
- Seit 2022 befindet sich in Berlin-Marienfelde auch der Mercedes-Benz Digital Factory Campus
- Mercedes-Benz hat den Standort als Kompetenzzentrum für die Fertigung von Hochleistungs-Elektromotoren aufgebaut
- Der neue Motor kommt weltweit erstmals in einem Serienfahrzeug zum Einsatz, dem neuen Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé
Produktionsumfang und Prozesse
- Die Serienfertigung von Axialflussmotoren galt wegen ihrer Komplexität lange als kaum realisierbar, wird in Berlin-Marienfelde nun aber in die Großserie überführt
- Die gesamte Fertigung besteht aus 98 Prozessschritten, von denen 65 erstmals bei Mercedes-Benz eingesetzt werden
- 35 Prozesse sind weltweit neu; die entwickelten Technologien führten zu mehr als 30 Patentanmeldungen
- Produziert wird in 3 Hallen und auf 7 Fertigungslinien mit einer Fläche von rund 30.000㎡
- Die Fertigung verbindet hochautomatisierte Prozesse, Lasertechnik, intelligente Steuerung, KI-basierte Qualitätskontrolle und das Know-how erfahrener Fachkräfte
Von der Vision zur Massenproduktion
- Die Serienproduktion von Axialflussmotoren stellt hohe Anforderungen an Präzision, Prozessstabilität und Automatisierung
- Wegen des kompakten Aufbaus und der hohen Leistungsdichte des Motors wurden eigens neue Fertigungsverfahren für die Massenproduktion entwickelt
- Für die hohe Leistungsdichte werden im Stator rechteckige Kupferdrähte verwendet, weil sich auf gleichem Raum mehr Kupfer unterbringen lässt als mit Runddraht
- Die Kupferdrähte müssen mit hoher Geschwindigkeit auf enge Radien gebogen werden, ohne Faltenbildung, Isolationsschäden oder Querschnittsverringerung
- Mercedes-Benz entwickelte gemeinsam mit Partnern spezielle Verfahren, die hohe Präzision mit industrieller Produktionsgeschwindigkeit verbinden
Verbindung der Statorspulen und Laserschweißen
- Auch die Verdrahtung des Spulenpakets im Stator ist ein technisch anspruchsvoller Prozess
- Jedes Spulenende muss in sehr begrenztem Raum mit dem jeweils passenden Kupferdraht für die Verdrahtung verbunden werden
- Da benachbarte Kunststoffstrukturen nicht durch Hitze beschädigt werden dürfen, kommt präzises Laserfügen von Kupferdrähten zum Einsatz
- Dieses Verfahren minimiert den Energieeintrag an der Schweißstelle und ermöglicht zugleich sehr kurze Prozesszeiten
Laserbasiertes hochpräzises Polymerschweißen
- Das simultane laserbasierte Transmission-Schweißen von Kunststoffteilen des Antriebsstrangs erfordert hohe geometrische Präzision und einen minimalinvasiven Energieeintrag
- Um Schäden in umliegenden Bereichen zu vermeiden, wird der Laserenergieeintrag präzise gesteuert
- Eine KI-basierte optische Echtzeit-Qualitätsprüfung erfasst den Fügezustand sofort und unterstützt die Prozessstabilität
- Bei der Vorbehandlung vor dem Fügen erkennt eine KI-basierte Bildverarbeitung die exakte Position der Bauteile
- Für empfindliche Bereiche werden virtuelle Schutzzonen definiert, und der Laser bearbeitet nur die vorgesehenen Oberflächen
- Die so verbundenen Bauteile halten Öldruck stand und widerstehen auch hohen mechanischen Belastungen
Hochpräzise Endmontage
- Die Endmontage wird intern als „Hochzeit“ bezeichnet; dabei wird der Stator zwischen zwei Rotorscheiben mit Magneten positioniert und fixiert
- Auf die Bauteile wirken Magnetkräfte von bis zu 9kN, was etwa 900kg entspricht
- Gleichzeitig muss der Stator in Bezug auf die magnetische Mittelebene eine Toleranz von unter 0,1mm einhalten
- Ein innovativer Steueralgorithmus korrigiert die Position in den letzten 0,5 Sekunden des Prozesses mit hochfrequenten Steuerimpulsen
- Im Zentrum der Endmontage stehen weniger die Kräfte selbst als vielmehr intelligente Steuerung, empfindliche Sensorik und eine exakt geführte Prozessausführung
Aufbau und Leistung des Axialflussmotors
- Das britische Elektromotoren-Spezialunternehmen YASA entwickelte auf Basis des Grundprinzips des Axialflussmotors einen innovativen Prototypen; der heutige Motor baut darauf auf
- Mercedes-Benz übernahm YASA 2021 als vollständige Tochtergesellschaft und entwickelte seitdem Produkt und Fertigungsprozesse weiter
- Die Entwicklung wurde auf die Anforderungen von automobiler Großserie, hoher Leistung und Dauerlastfähigkeit ausgerichtet
- Der Axialflussmotor an der Vorderachse erreicht Drehzahlen von mehr als 15.000 Umdrehungen pro Minute
- Anders als bei herkömmlichen Radialflussmotoren verläuft der elektromagnetische Fluss beim Axialflussmotor parallel zur Rotationsachse
- Die Hauptkomponenten sind scheibenförmig angeordnet, wobei zwei Rotoren den Stator von beiden Seiten sandwichartig umschließen
- Diese Struktur ermöglicht ein sehr kompaktes Motordesign, hohe Leistungs- und Drehmomentdichte sowie mehr Freiheiten beim Packaging des Antriebsstrangs
- Im neuen Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé ist der Motor an der Vorderachse rund 9cm breit, die beiden Motoren an der Hinterachse jeweils etwa 8cm
- Die drei Axialflussmotoren sind in die High Performance Electric Drive Units (HP.EDU) der jeweiligen Achsen integriert und mit einem kompakten einstufigen Planetengetriebe in einem gemeinsamen Gehäuse kombiniert
Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé und Digital Factory Campus
- Das neue Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé ist ein vollelektrisches Performance-Modell und beschleunigt in bis zu 2,1 Sekunden von 0 auf 100km/h
- Mit dem Driver’s Package erreicht die Höchstgeschwindigkeit 300km/h
- Das Technologiefahrzeug CONCEPT AMG GT XX legte im Vorjahr in Nardò innerhalb von 7 Tagen und 13 Stunden mehr als 40.000km zurück und stellte 25 Langstreckenrekorde auf
- Der kombinierte Energieverbrauch des Mercedes-AMG GT 63 4-Door Coupé liegt bei 21,0~17,9kWh/100km, die kombinierten CO₂-Emissionen bei 0g/km
- Der kombinierte Energieverbrauch des Mercedes-AMG GT 55 4-Door Coupé liegt bei 21,0~17,8kWh/100km, die kombinierten CO₂-Emissionen bei 0g/km
- Der Digital Factory Campus übernimmt seit 2022 eine zentrale Rolle bei der Produktionsdigitalisierung im globalen Produktionsnetzwerk von Mercedes-Benz
- Der Campus dient als reale Produktionsumgebung für die Entwicklung und Erprobung digitaler Anwendungen auf Basis des Produktionsökosystems MO360
- Berlin-Marienfelde verbindet elektrische Hochleistungsantriebe, digitale Produktion und intelligente Automatisierung und übernimmt die Rolle, neue Technologien in skalierbare und qualitätsgesicherte Massenproduktionsprozesse zu überführen
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Mercedes hat vor ein paar Jahren Yasa (UK) übernommen und fährt jetzt die Massenproduktion hoch
Es gibt ein gutes Video, das Axialflussmotoren erklärt und auch einen Fabrikbesuch zeigt
https://youtu.be/B2Hl4c1iZK0?si=VfDYARyuaPVj1nKm
Wirklich, wirklich klein
Ich habe es hier hochgeladen
https://azimi.me/axial-flux-motor-explainer/
Das scheint der Hauptgrund dafür zu sein, dass Chinas fortschrittliche Elektronikindustrie führende Elektroautos so schnell entwickeln und iterativ verbessern konnte
Genauer gesagt denke ich darüber nach, wie sich die Maschinen und Arbeitsräume, die man für Elektromotoren braucht, von denen unterscheiden, die für metallische Teile von Verbrennern und die vielen Kraftübertragungskomponenten des Antriebsstrangs nötig sind. Die Werkstatt im Video ist kleiner, als viele es sich vermutlich vorstellen
Wenn solche Motoren in die nächste Generation der Formula-E-Fahrzeuge kommen, dürften wir in Kurven ein enormes Plus sehen. Die aktuelle Generation hat bereits aktiven Allradantrieb, und ich denke, dass dieser Motor eine bessere Drehmomentregelung bringen könnte
Soweit ich sehen konnte, stammt der Axialfluss ursprünglich aus den 1820er Jahren, war aber nicht leicht herzustellen; danach kam der Radialfluss auf und blieb bis heute dominant. Insofern kehrt der Axialfluss dieses Jahr gewissermaßen zurück
Sehr interessant fand ich auch den Punkt zum Kaskadeneffekt der Gewichtsreduktion: Wenn der Motor leichter wird, müssen auch andere Teile leichter werden
Besonders eindrucksvoll war der Teil darüber, dass die Rekuperationsleistung so gut wird, dass man in naher Zukunft vielleicht keine Bremsen mehr braucht. Dann würden Gewicht und Teilezahl erneut sinken
Wenn man sie richtig auslegt, ist das Drehmoment enorm, und man braucht nicht viel Energie, um dieses Drehmoment zu erzeugen. Für mich persönlich war das Beste daran, dass sie konstruktionsbedingt vollständig bürstenlos sind und sich leicht sauber halten lassen
Es wäre viel besser gewesen, wenn der Artikel an irgendeiner Stelle erklärt hätte, was ein elektrischer Axialflussmotor ist und warum man ihn braucht
„Anders als bei herkömmlichen Radialflussmotoren verläuft der elektromagnetische Fluss bei Axialflussmotoren parallel zur Rotationsachse. Die Kernkomponenten sind in einer scheibenförmigen Struktur angeordnet, wobei zwei Rotoren den Stator von beiden Seiten einschließen. Dieses Design ermöglicht insbesondere eine besonders kompakte Motorstruktur, hohe Leistungs- und Drehmomentdichte sowie neue Freiheiten beim Packaging des Antriebsstrangs. Beim neuen Mercedes-AMG GT 4-Door Coupe ist der Motor an der Vorderachse etwas weniger als 9 cm breit, die beiden Motoren an der Hinterachse jeweils etwa 8 cm. Die drei Axialflussmotoren werden je Achse in sogenannte High Performance Electric Drive Units (HP.EDU) integriert und innerhalb eines einzelnen Gehäuses mit einem kompakten vorgeschalteten Planetengetriebe kombiniert“
Außerdem gibt es noch ein Video über die hier behandelte YASA-Technologie selbst: https://youtu.be/m507ryWhc6c
Es war wirklich beeindruckend zu sehen, wie der Roboter mit 60 kg Last ziemlich schnell mehr als 20 Stockwerke Treppen hinaufstieg. Das hohe Drehmoment aus einem kleinen Formfaktor war sehr eindrucksvoll, und soweit ich verstanden habe, wird es besonders kompliziert, wenn man die Fertigung skaliert
Es ist ein dünner Motor, bei dem der erzeugte Fluss parallel zur Achse verläuft, und wie bei einem Standard-Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) kann auf der Inverter-Seite derselbe Antriebsalgorithmus verwendet werden
Sehr cool. Es freut mich, Axialflussmotoren häufiger in realen Produkten zu sehen, und es ist spannend, ob sie zum neuen Standard werden
Wenn die Materialkosten sinken, könnten die Kosten der Massenproduktion tatsächlich niedriger ausfallen als bei Radialflussmotoren
Abgesehen von Premiumfahrzeugen mit hoher Leistung werden Radialflussmotoren aber wohl noch mindestens 10 Jahre dominieren. Das Radialfluss-Design ist bereits gut validiert, während das Axialfluss-Design noch ein paar Jahre braucht, um seine Zuverlässigkeit im Feld zu beweisen
Wegen höherer Lasten und Spannungen sowie engerer Toleranzen könnte die Gesamtzuverlässigkeit von Axialflussmotoren besonders in Volumentrims geringer sein. Mercedes dimensioniert bei Premiumfahrzeugen wahrscheinlich großzügig, um Zuverlässigkeit und Leistung sicherzustellen
Radialfluss ist für die meisten Anwendungen bereits „gut genug“. Die Verbesserungen bei Wirkungsgrad, Formfaktor und Gewicht durch Axialfluss sind schön, aber nicht der Flaschenhals. Radialflussmotoren sind ohnehin schon effizient und recht leicht und kompakt. Der eigentliche gewichtstreibende Faktor ist die Batterie
Ich erinnere mich daran, als YASA das angekündigt hat und als MB sie übernommen hat
Das ist eine erstaunliche Technologie und ein großer Fortschritt im Design von Elektromotoren, und es ist schön zu sehen, dass man versucht, sie irgendwie zu kommerzialisieren
Ich weiß, was ein „Motor“ ist, und auch, was „elektrisch“ bedeutet, aber ich habe überhaupt keine Ahnung, was ein elektrischer Axialflussmotor ist
Ich bin mir ziemlich sicher, dass es nicht das Ding ist, das Doc Brown für Zeitreisen benutzt hat, aber vielleicht ja doch
Etwa einmal pro Woche denke ich, dass ich zu dumm für diese Website bin, und heute ist so ein Tag. Ich gehe das mit DuckDuckGo nachschlagen
Bearbeitung: Eigentlich ist es ziemlich einfach. Der Wikipedia-Artikel ist hier
https://en.wikipedia.org/wiki/Axial_flux_motor
Ein paar mehr Diagramme wären schön, aber der Kern wird ziemlich leicht verständlich gemacht
Ich würde gern bei einem Toyota Pickup aus den 1980ern, also so einem Wagen wie in Back to the Future, einen Engine Swap machen
Ich würde den 100-PS-22R gegen einen einspritzenden Reihenvierzylinder oder Turbodiesel mit 150–250 PS tauschen, um den thermischen Wirkungsgrad von 20–25 % auf etwa 40 % zu steigern und den Kraftstoffverbrauch fast zu halbieren
Das Problem ist, dass die meisten modernen Motoren quer eingebaut sind. Mit einer Adapterplatte bekommt man sie zwar an praktisch jedes Getriebe, aber dann sitzt der Motor zu weit in Richtung Spritzwand, sodass Teile wie die Hochdruck-Kraftstoffpumpe schwer zugänglich werden. Solche Teile sind oft auf der Getriebeseite montiert, damit sie in Frontantriebsfahrzeugen leichter erreichbar sind. Das fühlt sich wie geplante Obsoleszenz an
Deshalb wäre es großartig, wenn jemand ein 4–6 Zoll dickes Axialflussmotor-Einschubmodul mit 100–200 PS (100 kW) bauen würde, das man zwischen Motor und Getriebe setzen kann. Optional mit einem einfachen Battery Management System (BMS) und etwa 5 kWh Speicherkapazität, für 15–20 Meilen elektrische Reichweite und hybridartigen Verbrauch dank Rekuperationsbremsen
Wenn jemand ein Produkt kennt, würde ich gern davon hören. Und falls nicht: Leute, die im Internet-Lotto gewonnen haben, könnten viel Geld verdienen, wenn sie in ein neues Produkt investieren, von dem noch niemand weiß, dass es alle haben wollen
Allerdings muss man ihn möglicherweise importieren, und in den USA ist er wirklich selten
Stimme voll zu. Ich wünschte, es gäbe auch für meinen Tacoma mehr Optionen
Ich spiele sogar mit dem Gedanken, einen links gelenkten Hilux aus Mexiko zu importieren
Das größte Problem dürften der Inverter und die Steuerungssoftware sein
Der interessante Teil hier ist wahrscheinlich eher die Fertigung als der Motor selbst
Der schwierige Teil ist normalerweise der Übergang vom Prototyp zu einem Produkt, das sich zuverlässig in großen Stückzahlen herstellen lässt
Seit Jahren sehe ich übertriebene Erwartungen, dass Axialfluss-Elektromotoren pro Auto 100 Pfund, vielleicht sogar mehrere Hundert Pfund einsparen würden
Bedeutet diese Ankündigung, dass das jetzt tatsächlich langsam zu passieren beginnt?
Für das Gesamtgewicht und die langfristige Haltbarkeit ist die Batterie wichtiger als der Motor, aber jede Verbesserung hilft trotzdem
Es ist erfreulich zu sehen, dass YASAs Leistungen Früchte tragen, aber Großbritannien muss wirklich aufwachen, wenn es den nächsten technologischen Durchbruch vollständig nutzen will
Durch dieses Video habe ich verstanden, was ein Axialflussmotor ist und wie er sich vom Radialfluss unterscheidet
Sowohl die materialwissenschaftlichen Fortschritte, die diese Leistung ermöglichen, als auch Engineering und Fertigung sind beeindruckend
https://www.youtube.com/watch?v=dCO633KE7RA