Mercedes-Benz startet in Berlin-Marienfelde die Großserienproduktion seines Axialflussmotors. Die Bauform ist alt, war aber lange schwer industriell zu beherrschen. Für Elektroautos bringt sie vor allem bei Leistung, Gewicht und Bauraum Vorteile.
Der kompakte Hochleistungsantrieb kommt im neuen vollelektrischen Mercedes-AMG GT 4-Türer Coupé erstmals zum Einsatz. Für Mercedes ist das mehr als ein weiterer E-Motor: Der Konzern macht seinen ältesten noch produzierenden Standort zu einem Kompetenzzentrum für elektrische Hochleistungsantriebe.
Der technische Kern ist ein Motortyp, der für Laien zunächst komplizierter klingt, als er ist. Ein Axialflussmotor ist im Prinzip ein Elektromotor in Scheibenform. Er unterscheidet sich von den heute üblichen Radialflussmotoren vor allem dadurch, in welcher Richtung das Magnetfeld durch den Motor läuft.
Der Pfannkuchen-Motor
Die meisten aktuellen Elektroautos verwenden Radialflussmotoren. Sie ähneln einer kleinen Tonne: Innen dreht sich ein Rotor, außen sitzt der Stator mit Kupferspulen. Das Magnetfeld läuft dabei radial, also vom Zentrum nach außen oder umgekehrt. Dabei steht das Magnetfeld senkrecht oder auch quer zur Rotationsachse.
Beim Axialflussmotor sieht das anders aus. Er ist flach und breit, oft wird er deshalb mit einem Pfannkuchen verglichen. Der magnetische Fluss verläuft hier entlang der Drehachse, also von einer Seite der Scheibe zur anderen. Das Magnetfeld verläuft also parallel zur Rotationsachse. In der Mercedes-Ausführung sitzt der Stator mit den Kupferspulen in der Mitte. Links und rechts davon befinden sich zwei Rotorscheiben mit Magneten. Man kann sich das wie einen gefüllten Pfannkuchen vorstellen: Rotor, Stator, Rotor.
Wird Strom durch die Spulen im Stator geschickt, entsteht ein Magnetfeld. Die Leistungselektronik schaltet dieses Magnetfeld sehr schnell um. Die Permanentmagnete in den Rotorscheiben werden dadurch angezogen und abgestoßen. Aus dieser fortlaufenden An- und Abschaltung entsteht eine Drehbewegung. Der Unterschied zum klassischen E-Motor liegt nicht darin, dass ein anderes physikalisches Prinzip genutzt wird. Auch hier wirken Magnetfelder aufeinander. Entscheidend ist die Geometrie.
Warum die Scheibenform Vorteile hat
Die flache Bauweise hat mehrere Vorteile: Erstens spart sie Breite. Mercedes gibt an, dass der Axialflussmotor an der Vorderachse des neuen AMG GT nur knapp neun Zentimeter breit ist. Die beiden Motoren an der Hinterachse sollen jeweils rund acht Zentimeter messen. Für Fahrzeugentwickler ist das wichtig, denn jeder Zentimeter im Antriebsstrang konkurriert mit Batterie, Kühlung, Crashstruktur, Fahrwerk und Innenraum.
Zweitens kann ein Axialflussmotor viel Drehmoment aus wenig Bauraum erzeugen. Der Grund: Drehmoment entsteht aus Kraft mal Hebelarm. Bei einem flachen, relativ großen Scheibenmotor wirken die Magnetkräfte weiter außen am Radius. Das ist so ähnlich wie bei einem Schraubenschlüssel: Je weiter außen die Kraft angreift, desto größer ist die Drehwirkung. Deshalb eignen sich Axialflussmotoren besonders für Anwendungen, bei denen viel Leistung und viel Drehmoment auf wenig Raum gefragt sind.
Drittens kann die Bauform beim Gewicht helfen. Axialflussmotoren kommen je nach Auslegung mit weniger Eisen und kompakteren magnetischen Strukturen aus. Das kann die Leistungsdichte erhöhen, also die Leistung pro Kilogramm Motor. Für ein Performance-Auto ist das attraktiv. Weniger Masse und kleinerer Bauraum bedeuten mehr Freiheit beim Fahrzeuglayout.
Die Idee ist älter als das Auto
Neu ist der Axialflussmotor nicht. Seine Grundidee reicht bis in die Frühzeit der Elektrotechnik zurück. Michael Faraday experimentierte bereits im 19. Jahrhundert mit Scheibenmaschinen und elektromagnetischer Rotation. Später tauchten axial magnetisierte Maschinen auch in Patenten und Generatoren auf.
Warum also fährt nicht längst jedes Elektroauto mit einem solchen Motor? Der Grund liegt weniger in der Theorie als in der Fertigung. Axialflussmotoren sind schwierig zu bauen. Die Spulen sind kompliziert, die Luftspalte zwischen Stator und Rotor müssen extrem präzise kontrolliert werden, und die Kühlung ist anspruchsvoll. Außerdem wirken starke magnetische Kräfte auf die Bauteile. Ein kleiner Fehler in der Montage kann bei hohen Drehzahlen negative Folgen haben.
Genau hier setzt Mercedes an. Der britische Motorspezialist YASA hat das Prinzip in den vergangenen Jahren für moderne Hochleistungsantriebe weiterentwickelt. Mercedes übernahm YASA 2021 vollständig und industrialisiert die Technik nun für die eigene Serienfertigung.
Berlin wird zur Motorenfabrik der E-Performance
Das Werk Berlin-Marienfelde spielt dabei eine zentrale Rolle. Der Standort wurde 1902 gegründet und gehört seit Jahrzehnten zum Powertrain-Produktionsverbund von Mercedes. Seit 2022 ist dort zudem der Digital Factory Campus des Konzerns angesiedelt. Nun kommen elektrische Hochleistungsmotoren hinzu.
Die Produktion zeigt, warum Axialflussmotoren lange eher als Spezialtechnik galten. Mercedes spricht von 98 Prozessschritten. 65 davon werden erstmals bei Mercedes eingesetzt, 35 Prozesse sollen weltweit neu sein. Mehr als 30 Patentanmeldungen sind aus der Entwicklung der Fertigungstechnologien entstanden. Produziert wird auf rund 30.000 Quadratmetern in drei Hallen und auf sieben Produktionslinien.
Besonders aufwendig ist die Herstellung der Kupferspulen. Mercedes verwendet im Stator rechteckigen, flachen Kupferdraht. Der Vorteil: In denselben Bauraum passt mehr Kupfer als bei rundem Draht. Mehr Kupfer kann den elektrischen Widerstand senken und die Leistungsfähigkeit verbessern. Der Nachteil: Rechteckiger Draht lässt sich nicht einfach in enge Radien biegen. Er darf dabei nicht knicken, seine Isolierung darf nicht beschädigt werden, und der Querschnitt muss erhalten bleiben.
Auch die Verbindung der Spulenenden ist heikel. In sehr engem Raum müssen die richtigen Kupferdrähte miteinander verschaltet werden, ohne benachbarte Kunststoffstrukturen thermisch zu beschädigen. Mercedes nutzt dafür Laserverbindungen. Beim Polymerschweißen überwacht KI-gestützte Bildverarbeitung, ob Bauteile korrekt liegen und sensible Bereiche geschützt bleiben.
Die Hochzeit unter 900 Kilogramm Magnetkraft
Am eindrucksvollsten ist die Endmontage, die Mercedes intern als „Hochzeit“ nennt. Dabei wird der Stator zwischen zwei Rotorscheiben mit Magneten positioniert. Auf die Bauteile wirken magnetische Kräfte von bis zu neun Kilonewton, was ungefähr 900 Kilogramm entspricht. Gleichzeitig muss der Stator in der magnetischen Mittelebene bleiben, mit einer Toleranz von weniger als 0,1 Millimetern.
Das ist der Punkt, an dem aus einer guten Motoridee ein industrielles Problem wird. Die Maschine muss den Stator nicht nur halten, sondern auch in Echtzeit nachregeln. Laut Mercedes korrigiert ein Regelungsalgorithmus die Position in den letzten 0,5 Sekunden des Montageprozesses mit schnellen Regelimpulsen. Das zeigt, warum die Serienfertigung hier mindestens so wichtig ist wie der Motor selbst.
Komplexe Bauform meistern
Im Mercedes-AMG GT arbeiten drei Axialflussmotoren. Sie sind in sogenannte High Performance Electric Drive Units integriert, zusammen mit einem kompakten Planetengetriebe. Mercedes nennt für das Performance-Modell eine Beschleunigung von 0 auf 100 km/h in bis zu 2,1 Sekunden und eine Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h mit Driver’s Package.
Für den Alltag ist das zunächst eine Randnotiz, denn solche Werte betreffen ein teures Hochleistungsmodell. Technisch ist der Schritt aber relevant. Mercedes versucht nicht nur, einen besonders starken Elektromotor zu bauen. Der Konzern will damit eine schwer beherrschbare Motorbauform in eine reproduzierbare Großserienproduktion überführen.
Raus aus der Nische?
Damit könnte der Axialflussmotor aus der Nische der Supersportwagen und Prototypen herauswachsen. Ob er mittelfristig auch in günstigeren Elektroautos landet, hängt vor allem von Kosten, Stückzahlen und Haltbarkeit ab. Radialflussmotoren sind etabliert, gut skalierbar und in der Großserie günstig herzustellen. Axialflussmotoren müssen ihren Vorteil also nicht nur auf dem Prüfstand zeigen, sondern auch in der Fabrik.
Mercedes beginnt dort, wo die Technik am wichtigsten ist: bei AMG. Es sind Fahrzeugen, bei denen Bauraum, Gewicht, Leistung und thermische Stabilität besonders wichtig sind. Für Berlin-Marienfelde ist das zugleich ein Strukturwandel im Kleinen. Aus einem traditionsreichen Motorenstandort wird eine Fabrik für elektrische Hochleistungsantriebe. Der Pfannkuchenmotor ist damit nicht nur ein neues Bauteil, sondern auch ein Symbol dafür, wie sich die Autoindustrie gerade neu sortiert.
