Elérkezett a pillanat: a Mercedes-Benz a Berlin-Marienfelde-i gyárban megkezdte új elektromos axiálfluxus-motorjának nagy sorozatú gyártását. A gyártás indulására Patrick Schnieder német szövetségi közlekedési miniszter is ellátogatott Marienfeldébe. Ezzel a kompakt, nagy teljesítményű motor a sorozatgyártású járművek között a Mercedes-AMG GT 4 ajtós Coupé modellben ünnepli világpremierjét. Egyúttal a Mercedes-Benz az 1902-ben alapított Berlin-Marienfelde-i üzemet a nagy teljesítményű elektromos motorok gyártásának kompetenciaközpontjává alakítja.
Az axiálfluxus-motor: maximális teljesítmény minimális helyen
A klasszikus V8-as belső égésű motorokat extrém erő, azonnali nyomatékleadás és magas fordulatszám-tartomány jellemzi. Az elektromobilitásban az axiálfluxus-motort ennek a koncepciónak a technológiai örököseként tartják számon. Rendkívül kompakt kialakítású, mégis radikálisan nagy teljesítménysűrűséget biztosít, amely közvetlenül és rendkívül intenzíven jelentkezik. A Mercedes egy sajtóközleményében az „elektromos korszak V8-asaként” említi. A Mercedes szerint a motor a hagyományos radiálfluxus-motorokhoz képest kevesebb, mint egyharmadnyi helyet és tömeget igényel, miközben háromszoros teljesítménykihasználást kínál. Az axiálfluxus-motornál az elektromágneses fluxus a forgástengellyel párhuzamosan halad, míg a hagyományos motoroknál sugárirányban. A fő alkatrészek korong alakban helyezkednek el: két forgórész (rotor) szendvicsszerűen fogja közre az állórészt (stator) bal és jobb oldalról. Angliában ezért ezt a hajtást „Pancake”, azaz palacsinta-hajtásnak is nevezik. Az axiálfluxus-motor egyik legnagyobb előnye a nagy teljesítmény- és nyomatéksűrűség. Mivel a mágneses tér iránya párhuzamos a motor tengelyével, a mágneses fluxus útja rövidebb, ami a mágneses tér jobb kihasználását eredményezi. Ez nagyobb nyomatékot és nagyobb teljesítményt tesz lehetővé kisebb térfogatban, ami jelentősen javítja a jármű gyorsulását és kezelhetőségét.
Jobb hűtés, több teljesítmény
Az axiálfluxus-motor emellett lényegesen nagyobb folyamatos teljesítményt képes leadni, mint egy hagyományos elektromos hajtás. Ennek fő oka a jobb hűtés: egy nem vezető folyadék közvetlenül körüláramolja a réztekercseket. Jörg Miska, a motor kifejlesztésében részt vevő Yasa vezérigazgatója így magyarázza: „A klasszikus radiálhajtásnál a réztekercsek hőt termelnek, amelyet nehéz elvezetni. Ha a réz túlmelegszik, a teljesítmény csökken – az energia pedig elveszik.” Az axiálhajtás hűtési hatása: a réztekercsek sokkal hatékonyabban hűthetők, mint egy hagyományos elektromotornál, ezért a Yasa hajtása különösen alkalmas nagy teljesítményű alkalmazásokhoz. A Mercedes-AMG számára ez ideális megoldás: a Concept AMG GT XX rekordfutása során a dél-olaszországi Nardò pályán számos rajt után sem tapasztaltak teljesítménycsökkenést.
Kicsi, de erős
Az axiálfluxus-motor – amelyet tárcsás forgórészű motornak is neveznek – kis méreteit jól szemléltetik a műszaki adatok: A motor az első tengelyen mindössze alig 9 cm széles, míg a hátsó tengely két motorja egyenként körülbelül 8 cm szélességű. A három hajtás tengelyenként úgynevezett High Performance Electric Drive Unitokba (HP.EDU) van integrálva, ahol egy kompakt bemeneti bolygóműves sebességváltóval együtt egy házban kapnak helyet. A brit elektromotor-specialista Yasa az axiálfluxus-motor alapelvét továbbfejlesztve készítette el azt a prototípust, amelyen a mai motor alapul. A Mercedes-Benz AG 2021-es teljes körű felvásárlása óta a stuttgarti vállalat továbbfejlesztette a technológiát. Ez érinti magát a terméket és a gyártási folyamatot is annak érdekében, hogy megfeleljenek az autóipari tömeggyártás, a nagy teljesítmény és a tartós terhelhetőség követelményeinek. Például: az első tengely axiálfluxus-motorja percenként több mint 15 000 fordulatszámot ér el.
Egy motor a folyamatos teljesítményhez és rekordokhoz
A technológiában rejlő teljesítménypotenciál jól látható az új Mercedes-AMG GT 4 ajtós Coupé értékein:
0–100 km/h gyorsulás: mindössze 2,1 másodperc
végsebesség a Driver’s Package csomaggal: 300 km/h
A technológia képességeit már tavaly bemutatták a Concept AMG GT XX technológiai jármű Nardò-i rekordfutásán: Hét nap és 13 óra alatt több mint 40 000 kilométert teljesített, és 25 hosszútávú rekordot állított fel. Ezek között szerepelt egy több mint 10 000 kilométeres teljesítmény 44 óra alatt – naponta átlagosan 5300 kilométert megtéve. Egy Föld körüli út (egyenlítői távolság) valamivel több mint 7,5 nap alatt sikerült. „Az óriási teljesítmény és a rendkívül gyors töltés folyamatosan rendelkezésre állt, és ezek tették lehetővé a rekordokat” – mondta Michael Schiebe, aki akkor az AMG vezetője volt, ma pedig a Mercedes-Benz Group termelési igazgatója. Mindez extrém körülmények között történt: a 35 °C-os, helyenként ennél is magasabb hőmérséklet komoly kihívást jelentett a csapat és a jármű számára. Az autó folyamatosan 300 km/h-val haladt, a rövid megállások során pedig 850 kW-os töltési teljesítményt használtak.
Axiálfluxus-motorok: a gyártás kihívásai
A Mercedes hangsúlyozza, hogy az axiálfluxus-motor nagy sorozatú gyártása Berlin-Marienfeldében rendkívüli követelményeket támaszt a pontosság, a folyamatbiztonság és az automatizálás terén. A motor kompakt kialakítása és nagy teljesítménysűrűsége olyan gyártási eljárásokat igényel, amelyeket kifejezetten ehhez fejlesztettek ki és ipari méretű gyártásra alakítottak át. Egy példa erre a réztekercsek gyártása. A nagy teljesítménysűrűség eléréséhez az állórészben többek között négyszögletes rézhuzalt alkalmaznak. Ez ugyanakkora helyen több réz elhelyezését teszi lehetővé, mint a kör keresztmetszetű huzal. A huzalt azonban nagy sebességgel kell szűk sugarakban hajlítani úgy, hogy ne keletkezzenek gyűrődések, ne sérüljön a szigetelés, és ne csökkenjen a keresztmetszet. A Mercedes partnereivel együtt erre speciális eljárást fejlesztett ki, amely egyesíti a pontosságot és az ipari gyártási sebességet. Az állórész tekercscsomagjainak összekapcsolása szintén technológiailag összetett feladat. Minden tekercsvéget nagyon szűk helyen kell összekötni a megfelelő kapcsolóvezetékkel – úgy, hogy a környező műanyag alkatrészek ne sérüljenek hőhatás miatt. A megoldás: nagy pontosságú lézeres rézhuzal-kötés. Ez minimális energiabevitelt tesz lehetővé a hegesztési ponton, miközben rendkívül rövid a folyamatidő.
Lézeres polimerhegesztés
Egy másik precíziós gyártási folyamat a polimerhegesztés. A hajtáslánc műanyag alkatrészeinek egyidejű lézeres áteresztő hegesztése rendkívüli geometriai pontosságot és minimális energiabevitelt igényel, hogy elkerüljék a környező alkatrészek károsodását. A mesterséges intelligenciával támogatott optikai valós idejű minőségellenőrzés azonnal dokumentálja a kötést, és növeli a folyamatbiztonságot. Az alkatrészek előkészítésénél a mesterséges intelligencián alapuló képfeldolgozás felismeri egy alkatrész pontos helyzetét, virtuális védőzónákat helyez az érzékeny területek fölé, és biztosítja, hogy a lézer csak a kijelölt felületeket kezelje. Az így összekapcsolt alkatrészek olajnyomás-állók és mechanikailag rendkívül terhelhetők.
Nagy pontosságú végszerelés
A stuttgartiak kiemelik, hogy a végszerelés – amelyet házon belül „esküvőnek” neveznek – különösen látványos folyamat. Ennek során az állórészt két mágnesekkel ellátott forgórészkorong közé helyezik és rögzítik. Az alkatrészekre akár 9 kN (kilonewton) mágneses erő hat, ami körülbelül 900 kg-nak felel meg. Eközben az állórésznek 0,1 mm-nél kisebb tűréssel kell a mágneses középvonalban maradnia. Egy szabályozási algoritmus az utolsó 0,5 másodpercben nagyfrekvenciás szabályozási impulzusokkal korrigálja a pozíciót. A döntő tényező nem pusztán az erő, hanem az intelligens szabályozás, az érzékeny szenzorika és a pontos folyamatirányítás. Ami hosszú ideig a komplexitása miatt szinte megvalósíthatatlannak tűnt, most sorozatgyártásban készül.
A teljes gyártás 98 folyamatlépésből áll: ebből 65 először kerül alkalmazásra a Mercedes-Benznél, 35 folyamat pedig világszerte új. A Mercedes szerint az ehhez fejlesztett technológiák több mint 30 szabadalmi bejelentéshez vezettek.
