Wertschöpfungspotenziale Von E-Motoren Für Den Automobilbereich in Baden-Württemberg Inhaltsverzeichnis

Themenpapier Cluster Elektromobilität Süd-West

Wertschöpfungspotenziale von E-Motoren für den Automobilbereich in Baden-Württemberg Inhaltsverzeichnis

Vorwort ...... 4 4. Wertschöpfungspotenziale elektrischer Antriebsmotoren im automobilen Sektor in Baden-Württemberg ...... 60 Management Summary ...... 6 4.1. Herstellerlandschaft von Antriebsmotoren und (Sub-)Komponenten in Baden-Württemberg ...... 61 4.1.1. OEMs und Tier-1-Unternehmen in Baden-Württemberg ...... 64 1. Ausgangslage und Zielsetzung ...... 10 4.1.2. Tier-2 und Sublieferanten in Baden-Württemberg ...... 66 4.1.3. Hersteller- und Kompetenzlandkarte Baden-Württemberg ...... 67 2. E-Motor-Technologien im elektrifizierten Automobil ...... 12 4.2. Wertschöpfungspotenziale und Beschäftigungseffekte bei der Herstellung 2.1. Stand der Technik ...... 13 elektrischer Antriebsmotoren in Baden-Württemberg ...... 68 2.1.1. Elektrische Maschinen ...... 13 4.2.1. Wertschöpfungspotenzial in Baden-Württemberg ...... 69 2.1.2. Betrachtete Anwendungsgebiete im Rahmen dieses Themenpapiers ...... 19 4.2.2. Veränderung der Wertschöpfung durch Trends im Bereich der E-Motoren- und Produktionstechnologie 73 2.1.3. Schnittstellenkomponenten ...... 23 4.2.3. Aktuelle und zukünftige Beschäftigungssituation in Baden-Württemberg ...... 77 2.2. Produktionsverfahren E-Motoren ...... 25 . 2.2.1. Blechpaket ...... 26 5. Definition einer Standardlieferkette für elektrische Antriebsmotoren in Automobilanwendungen und 2.2.2. Statorproduktion ...... 26 Implikationen für die Wertschöpfung in Baden-Württemberg ...... 80 2.2.3. Wellenproduktion ...... 28 5.1. Standardlieferkette und Produktionsnetzwerk ...... 81 2.2.4. Rotorproduktion ...... 29 5.1.1. Weltweite Produktionsnetzwerke von Traktionsmotoren und deren Subkomponenten im Überblick ... 81 2.2.5. Gehäuseproduktion ...... 30 5.1.2. Definition eines Standardlieferketten-Szenarios für elektrische Antriebsmotoren ...... 90 2.2.6. Endmontage ...... 31 5.1.3. Bewertung des Standorts Deutschland bzw. Baden-Württemberg innerhalb des 2.3. Technologietrends von Traktionsmotoren und deren Subkomponenten ...... 32 globalen Produktionsnetzwerks ...... 92 2.3.1. Trendanalyse Traktionsmotoren ...... 32 5.2. Wertschöpfungspotenziale für Baden-Württemberg ...... 93 2.3.2. Implikationen für E-Motoren und Subkomponenten ...... 36 5.2.1. Einordnung der Technologiekompetenz und der Marktposition des Standorts Baden-Württemberg ..... 94 2.4. E-Motoren in Nutzfahrzeugen ...... 37 2.4.1. Technologiebewertung E-Motoren in Nutzfahrzeugen ...... 37 6. Zusammenfassung und Handlungsempfehlungen ...... 100 2.4.2. Ableitung von Synergieeffekten zwischen den Marktsegmenten ...... 38 6.1. Zusammenfassung der Ergebnisse des Themenpapiers ...... 100 6.2. Handlungsempfehlungen und Potenziale durch E-Motoren für das Land Baden-Württemberg ...... 102 3. Weltweiter Markt für E-Motoren in Automobilanwendungen bis 2030 ...... 40 3.1. Bedarfe und Marktentwicklungen im automobilen Sektor ...... 41 Literaturverzeichnis ...... 106 3.1.1. Prognose der globalen Fahrzeugneuzulassungen bis 2030 ...... 41 Abbildungsverzeichnis ...... 110 3.1.2. E-Motoren-Bedarfe nach Antriebstopologie und Ausstattungsvariante ...... 47 Tabellenverzeichnis ...... 112 3.2. Marktpotenziale für E-Motoren im elektrifizierten Antriebsstrang ...... 52 Abkürzungsverzeichnis ...... 112 3.2.1. Kostenbewertung der relevanten Traktionsmotortechnologien ...... 52 3.2.2. Globale Marktpotenziale der relevanten E-Motoren ...... 56 3.2.3. Wertschöpfungsanteile im Rahmen der globalen Marktpotenziale ...... 58

2 3 Im aktuellen Transformationsprozess der Automobilbranche Daher hat der Cluster Elektromobilität Süd-West eine Analy- ist neben der Digitalisierung der Wechsel zu elektrischen se der Wertschöpfungspotenziale von E-Motoren für den Antrieben ein entscheidender Erfolgsfaktor. Die Elektromo- Automobilbereich in Baden-Württemberg in Auftrag gege- bilität ist zukünftig der größte Hebel, um die gesetzten ben. Ein besonderes Augenmerk liegt auf den Wertschöp- Klimaschutzziele im Verkehrssektor zu erreichen und dem fungspotenzialen entlang der Herstellungskette. Ziel ist es, Anspruch einer umweltfreundlichen Mobilität bis zum Jahr Erfolgsfaktoren dafür aufzuzeigen, wie bei den zentralen 2030 gerecht zu werden. Elektromobilität hat dabei vielfälti- Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs eine ähnlich ge Ausprägungsformen – vom batterieelektrischen Fahr- starke Marktstellung wie beim Verbrennungsmotor aufge- zeug über Hybridkonzepte bis hin zu Brennstoffzellenanwen- baut werden kann. Das ist notwendig, um weiterhin als Au- dungen. tomobilcluster wettbewerbsfähig zu sein und Wohlstand und Beschäftigung in der Region zu sichern. Diese im Grundsatz ähnlichen Antriebsarten erhöhen die Komplexität der Arbeitsprozesse bei den Fahrzeugherstel- lern und Zulieferern, nicht nur in der Entwicklung, sondern Franz Loogen auch in der Produktion. Beim Umstieg auf alternative An- Geschäftsführer, e-mobil BW GmbH triebskonzepte fallen diverse bekannte Komponenten rund um den Verbrennungsmotor weg, gleichzeitig bieten vermehrt elektrische und elektronische Komponenten neue Wertschöpfungspotenziale. Dem E-Motor als zentralem Bauteil der Elektromobilität kommt neben der Batterie eine Schlüsselrolle zu, da er bei allen elektrischen Antriebskon- zepten benötigt wird, jedoch technisch sehr unterschiedlich ausgelegt und für die jeweilige Anwendung optimiert werden muss. In diesem Wachstumsmarkt ist es von Bedeu- tung, dass deutsche Automobilkonzerne und Zulieferer ihre Innovationskraft nutzen, um auch bei den neuen Technologi- en mit spezialisierten Komponenten und überzeugenden Produkten relevante Marktanteile zu erzielen.

Sicher ist: In zukünftigen Fahrzeugen wird die Anzahl an elektrischen Aktuatoren und E-Motoren für den Antrieb und viele weitere Funktionen zunehmen. Diese Marktchancen gilt es, für die baden-württembergische Automobilwirt- schaft zu ergreifen und bereits vorhandenes Know-how wei- terzuentwickeln. © asharkyu/shutterstock

4 5 Management Summary

Der E-Motor ist eine der zentralen Komponenten im elektrifizierten Antriebsstrang und wird sowohl Unter diesen Antriebsarten erreicht der PSM die größten Marktpotenzial: Elektrische Traktionsmotoren im PKW bei batterieelektrischen und Brennstoffzellenfahrzeugen als auch bei Hybridfahrzeugen benötigt. Marktanteile und höchsten Effizienzen im mittleren Drehzahl- sorgen 2030 für rund 22 Mrd. € Umsatz weltweit Zudem gibt es weitere vielfältige Anwendungsgebiete für E-Motoren im Fahrzeug. Diese um bereich. Aufgrund des Bedarfs an seltenen Erden weist er fassen beispielsweise die elektrische Parkbremse, elektrische Fensterheber und elektrische jedoch auch die höchsten Kosten aus. Die Kosten für E-Moto- Aufgrund der weltweiten Regelungen zum Klimaschutz wird Klimaanlagen. Der elektrische Traktionsmotor im PKW bietet für Baden-Württemberg die größte ren teilen sich gemittelt über die drei Motorentypen in ca. in den kommenden Jahren eine starke Marktdurchdringung Chance, Wertschöpfungspotenziale im Transformationsprozess zur Elektromobilität zu erschlie- 70% für Materialkosten inkl. Halbzeugen wie Wickeldraht der Elektromobilität prognostiziert. Es wird bis zum Jahr 2030 ßen. oder Permanentmagnete und 30% Produktionskosten. Dabei ein Anteil von über 80% elektrifizierter Fahrzeuge wie Mild ähneln sich die Produktionsprozesse der verschiedenen Mo- Hybrid Electric Vehicles (MHEV), Hybrid Electric Vehicles torentypen stark. (HEV), Plug-in-Hybrid Electric Vehicles (PHEV) und vollelektri- scher batteriebetriebener Fahrzeuge (BEV) am globalen PKW- Nur wenn es gelingt, in Zukunft bei allen wichtigen Kom des konventionellen Antriebs auf E-Motoren. Im Zuge steigender Absatzahlen elektrisch angetriebener Markt erwartet. Der weltweite Absatz elektrischer Traktions- ponenten des elektrischen Antriebsstrangs ausreichend ver- 7. Förderung weiterer Wertschöpfungspotenziale im Fahrzeuge (xEV) steht für Fahrzeughersteller und Systemliefe- motoren wächst auf Basis des in Kapitel 3 beschriebenen treten zu sein, kann der Südwesten Deutschlands seine Stel- erweiterten Wertschöpfungscluster Maschinen- und ranten die Weiterentwicklung des E-Motors zukünftig ver- Prognosemodells auf ca. 92 Mio. Einheiten (siehe Abbildung lung als eines der führenden Automobilcluster in Europa Anlagenbau. stärkt im Fokus. In den kommenden Jahren sollen vor allem 1). Die größten Marktanteile entfallen dabei voraussichtlich erhalten und zur Sicherung des Wohlstands sowie der 8. Analyse weiterer möglicher Wertschöpfungspotenziale Verbesserungen hinsichtlich der Leistungsparameter, der Effi- auf MHEV-Traktionsmotoren mit ca. 43% Marktanteil, für Beschäftigung in Baden-Württemberg beitragen. bei Rohmaterialien und Halbzeugen. zienzen sowie der Produktions- und Materialkosten erreicht BEV-Motoren wurde ein Marktanteil von ca. 23% ermittelt. werden. Hierbei sind Technologietrends wie die kontinuierli- Für elektrische Traktionsmotoren wird ein weltweites Markt- Das vorliegende Themenpapier beschreibt in zwei Szenarien, Die Handlungsempfehlungen fußen auf der Analyse der fol- che Hairpin-Wicklung, erhöhte Drehzahlen, verbesserte Isola- potenzial von ca. 22 Mrd. € für das Jahr 2030 erwartet. wie groß die Wertschöpfungspotenziale bei der Herstellung genden Schwerpunkte: tionen und die verstärkte Systemintegration von hoher Relevanz. von E-Motoren für automobile Anwendungen in Baden-Würt- temberg sein könnten, wenn es gelingt, das vorhandene gute aktueller technologischer Status der elektrischen Basis-Know-how zu nutzen, um in einer sehr international ver- Traktionsmotoren, ihrer Komponenten und ihrer Herstellung ASM netzten, kompetitiven und kostengetriebenen Branche Markt- globale und regionale Marktentwicklung ASM Millionen Stück anteile und Wertschöpfungstiefe auszubauen. Acht Handlungs- vorhandene Montage- und Produktionskompetenzen in PSM empfehlungen zeigen Wege auf, wie durch die Akteure im Land Baden-Württemberg 16%* 16%* FSM ein wirtschaftlich funktionierendes „Ökosystem“ zur Produkti- bestehende globale Lieferbeziehungen * CAGR: on von E-Motoren gefördert und aufgebaut werden kann. * CAGR: Durchschnittliche jährliche Durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (engl. Compound Motortopologien: Wachstumsrate (engl. Compound Annual Growth Rate) 92 Annual Growth Rate) 1. Förderung von Technologiekompetenz bei der Entwicklung Der Permanentmagnet-Synchronmotor (PSM) ist heute 85 92 78 85 71 78 und Produktion elektrischer Traktionsmotoren. der am häufigsten eingesetzte elektrische Traktionsmotor 71 33% 64 34% 33% 60 64 36% 34% 2. Steigerung der Attraktivität Baden-Württembergs als und wird aus aktueller Sicht weiter an Bedeutung gewin- 60 36% 36% 51 36% 43 51 37% 36% 43 37% 36% Standort für E-Motoren-Produktion. nen. 36 37% 28 36 37% 37% 60% 28 37% 37% 58% 60% 20 57% Berechnung Eigene Quelle: 3. Befähigung etablierter mittelständischer Unternehmen 19 20 37% 56% 57% 58% 19 37% 56% 56% 56% 36% 37% 56% 56% 56% 56% 36% 36% 56% 56% 56% 56% und Ansiedlung neuer Unternehmen. Im Bereich elektrischer PKW-Antriebsmotoren haben sich 3657% 57% 56% 56% 57% 57% 8% 8% 7% 7% 7% 7% 7% 8% 8% 8% 8% 8% 8% 8% 7% 7% Abbildung 1: 4. Beobachtung des Trends zur vertikalen Integration. drei Motorentypen etabliert: 7% 7% 7% 8% 8% 8% 8% 8% 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Weltweite Marktanteile für 5. Realisierung von Wertschöpfungspotenzialen an den 1. Permanentmagnet-Synchronmotor (PSM) 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Traktionsmotoren bis 2030 Schnittstellen des E-Motors zum Gesamtfahrzeug. 2. Drehstrom-Asynchronmotor (ASM) 6. Transfer von Know-how aus Erprobung und Validierung 3. Fremderregte Synchronmotor (FSM)

6 7 Kompetenzen: Im Land Baden-Württemberg sind folge der steigenden Marktdurchdringung elektrifizierter An- wurde vom Konsortium aufgrund der folgenden Argumente alle erforderlichen Kompetenzen zur Entwicklung und triebe rückt die E-Motoren-Entwicklung und -Fertigung je- festgesetzt. Fertigung von E-Motoren vorhanden doch zunehmend in den Fokus der Fahrzeughersteller. Dies lässt auf eine zunehmende Erhöhung der Fertigungstiefe in 1. Ein erhöhtes technisches Differenzierungspotenzial im Für Baden-Württemberg ergeben sich durch diese Marktent- den nächsten Jahren schließen. Diese Integration wurde be- Produktfeld elektrischer Antriebsmotoren gegenüber wicklung hohe Wertschöpfungspotenziale. Um diese Potenzi- reits von diversen OEMs angekündigt. handelsüblichen E-Motoren-Varianten (Fensterheber, ale erschließen zu können, ist jedoch eine intensive und abge- Sitzsteller, Kleinstmotoren …) stimmte Begleitung sowie Förderung von Wirtschaft und Der Großteil der globalen Fahrzeughersteller beteiligt sich Wissenschaft duch die Politik erforderlich. Aktuell konnten 61 zukünftig an der Produktion von elektrischen Traktionsmoto- 2. Die Ansässigkeit bereits etablierter Unternehmen Unternehmen im Land, bestehend aus OEMs und Automobil- ren und verfolgt dabei eine Strategie der teilweisen Inhouse- im Bereich elektrischer Antriebsmotoren wie zulieferern, identifiziert werden, die Kompetenzen zur Produk- produktion. Die wichtigsten E-Motoren-Komponenten für Porsche AG, Robert Bosch GmbH, ZF Friedrichshafen tion von E-Motoren und ihrer (Sub-)Komponenten in integrier- die volumenstärksten Plattformen werden voraussichtlich AG, Schaeffler AG, Mahle GmbH etc. in ten Fertigungsschritten aufweisen. Es kann daher davon selbst produziert und Subkomponenten werden teilweise Baden-Württemberg ausgegangen werden, dass alle zur Herstellung von E-Moto- zugekauft. Tier-1-Lieferanten übernehmen daraufhin voraus- ren benötigten Kompetenzen grundsätzlich im Land vorhan- sichtlich die Produktion von E-Motoren für OEMs ohne In- 3. Die im direkten Vergleich bereits fortgeschrittenere den sind. Die Analyse umfasst dabei keine Wertschöpfung in housefertigung, bieten Produktlösungen für die nicht durch Integration Baden-Württembergs im Bereich E-Motoren der Herstellung von Halbzeugen und Rohmaterialien. OEMs abgedeckten Anwendungsfelder und für neue Märk- gegenüber den Produktclustern Lithium-Ionen-Batterie te wie Nutzfahrzeuge an. und Leistungselektronik Ein Best-Case-Szenario berechnet bis zum Jahr 2030 auf Basis der in diesem Themenpapier beschriebenen Prämissen Beschäftigung: E-Motoren-Produktion ermöglicht Die Autoren des Themenpapiers nehmen an, dass der Wert- eine Steigerung des Wertschöpfungspotenzials von 25 Mio. € positive Beschäftigungseffekte in Baden-Württemberg schöpfungsanteil Baden-Württembergs in Höhe von 8 % am auf 113 Mio. € für das Land Baden-Württemberg (siehe Kapitel 4). europäischen Markt bis 2030 konstant bleibt. Gründe hierfür Durch den steigenden Bedarf an elektrischen Traktions liegen trotz des prognostizierten starken Marktwachstums Während das Best-Case-Szenario von einer vollständigen motoren weltweit und die in den Szenarien aufgezeigten im Produktcluster elektrischer Antriebssysteme bis zum Fertigung der E-Motoren inklusive der (Sub-)Komponenten Wertschöpfungspotenziale für Baden-Württemberg können Jahr 2030 im globalen Sourcing und Wettbewerb insbeson- ohne Materialien und Halbzeuge im Land ausgeht, berück- auch neue Arbeitsplätze im Bereich der E-Motoren-Produk- dere mit Asien. sichtigt das Realistic-Case-Szenario die bestehenden welt- tion im Land entstehen. Für das Best-Case-Szenario ergab weiten Lieferkettenstrukturen. Bei diesem Szenario wird von die Berechnung für die hinzukommenden (Fade-in-) Die realen Entwicklungszahlen müssen entsprechend den in einer geringeren Wertschöpfungstiefe ausgegangen, da be- Beschäftigungseffekte ein Plus von etwa 2.000 Mitarbeiten- Baden-Württemberg getätigten Investitionen und der Fir- reits heute viele (Sub-)Komponenten außerhalb von Baden- den für das Jahr 2030. Von den 2.000 ausgewiesenen Mitar- menaufstellung gemonitort werden, um entlang der Trans- Württemberg zugekauft werden und dies auch in der Zukunft beitenden könnten voraussichtlich ca. 1.250 Mitarbeitenden formation aktuelle Aussagen zum realen Marktanteil treffen so bleiben könnte. auf die Produktion entfallen und ca. 750 Mitarbeitende in zu können. den indirekten Bereichen beschäftigt sein. Im Rahmen des Das Realistic-Case-Szenario zeigt eine Steigerung des Wert- Realistic-Case-Szenarios, das internationale Lieferketten be- Lieferantenbeziehungen: Während OEMs eher schöpfungspotenzials von (heute) ca. 16 Mio. € auf über 80 rücksichtigt und von einer geringeren Wertschöpfungstiefe regionale Beziehungen aufbauen, setzen System Mio. € im Jahr 2030. Die Potenziale liegen im Realistic-Case- ausgeht, reduzieren sich diese Beschäftigungseffekte auf lieferanten auf globale Netzwerke Szenario bei gleichbleibender Absatzstückzahl ca. 20–40% etwa 1.670 Mitarbeitende. unter der Entwicklung des Best-Case-Szenarios. Die Analyse des globalen E-Motoren-Marktes für das Jahr Für nachfolgende Berechnungen des europaweiten Wert- 2025 zeigt, dass sowohl OEMs als auch Tier-1-Automobilzu- Wertschöpfung: Erhöhung der Fertigungstiefe in der schöpfungspotenzials Baden-Württembergs im Produktclus- lieferer aus Europa, Asien und Nordamerika zu den Unter- Produktion der Fahrzeughersteller angekündigt ter der elektrischen Antriebsmotoren werden 8% als kons- nehmen mit den größten Marktanteilen zählen werden. Eine tanter Wert verwendet. Die Ableitung erfolgte auf Basis der Untersuchung der europäischen Produktionsnetzwerke von Die Analyse der Strategien und Ankündigungen von im Land Strukturstudie BWe mobil 2019. Im Rahmen der Strukturstu- Verbrennungsmotoren im Rahmen der Strukturstudie BWe ansässigen Fahrzeugherstellern und Systemlieferanten zeigt, die wurde für das Basisjahr 2019 ein Anteil Baden-Württem- mobil 2019 ergab, dass die Fahrzeughersteller tendenziell dass sowohl die E-Motoren-Entwicklung als auch die Er bergs von 3–5% an der europaweiten Wertschöpfung im stärker regional für den jeweiligen Markt produzieren und probung und Fertigung derzeit hauptsächlich bei den Zuliefe- Bereich „neuer Komponenten“ ermittelt, darunter Batterie- auch ihre Lieferantenbeziehungen regionaler aufbauen als rern wie der Robert Bosch GmbH, der ZF Friedrichshafen AG, systeme, Leistungselektronik und elektrische Motoren aller Systemlieferanten. Letztere setzen stärker auf einen Einkauf der Schaeffler Gruppe oder der Mahle GmbH stattfinden. In- Leistungsklassen. Der angenommene Wert für E-Motoren der Komponenten außerhalb des Landes.

8 9 1. Ausgangslage und Zielsetzung

Für die Bewertung der Wertschöpfung durch die Herstel- Kapitel 2 beleuchtet den Stand der Technik, die Entwick- Fahrzeug- und Markthochläufe sowie die Analysen der welt- lung von E-Motoren in Baden-Württemberg ist ein tiefgrei- lung der Motorkonzepte sowie die Subkomponenten der weiten Marktpotenziale im Bereich E-Motoren und der ab- fendes Verständnis der aktuellen E-Motoren-Designs eben- E-Motoren im Fahrzeug. Zusätzlich zur Beschreibung der gedeckten Wertschöpfungsstufen in Baden-Württembergs. so wichtig wie ein Einblick in die weltweiten Volumina im E-Motoren-Typen werden das Zusammenspiel im Antriebs- Aufbauend auf den Ergebnissen des Kapitels werden die Betrachtungszeitraum bis 2030. Diese werden auf Basis strang und die zugehörigen Schnittstellenkomponenten auf- Wertschöpfungspotenziale und die Beschäftigungssituation prognostizierter Fahrzeughochläufe, angekündigter Produkt- gezeigt. Neben den im Fokus des Themenpapiers befindli- in Baden-Württemberg in der Produktion und Montage elek- Roadmaps sowie aktuell und voraussichtlich in Zukunft ab- chen Traktionsmotoren wird durch die Elektromobilität auch trischer Traktionsmotoren für PKW-Anwendungen im Rah- gedeckter Wertschöpfungsstufen durch Unternehmen in die Elektrifizierung von Leistungs- und Nebenverbrauchern men eines Best-Case-Szenarios prognostiziert. Ziel des Ka- Baden-Württemberg abgeleitet. weiter beschleunigt. Effizienzsteigerungen und verbesserte pitels ist die Darstellung der aktuellen und zukünftigen Steuerungsfähigkeit von elektrischen Motorsystemen trei- Wertschöpfung sowie der Beschäftigung in der Herstellung Das vorliegende Themenpapier liefert Antworten auf folgen- ben die Entwicklung weg von riemengetriebenen Applikatio- von elektrischen Traktionsmotoren in Baden-Württemberg de Fragestellungen: nen und eröffnen weitere Wertschöpfungspotenziale. Für unter optimalen Bedingungen. die Identifikation von Synergieeffekten beinhaltet das zweite Welche Motorkonzepte gibt es, wie werden die Motoren Kapitel zudem einen Exkurs zu E-Motoren in Nutzfahrzeugen. Kapitel 5 gibt einen Überblick über die globalen Lieferbezie- gefertigt und wo werden sie eingesetzt? hungen für E-Motoren und deren (Sub-)Komponenten. Dies In Kapitel 3 werden der weltweite E-Motoren-Markt für Au- dient als Grundlage für die Darstellung der an der Produktion Welche Technologietrends gibt es für E-Motoren und tomobilanwendungen sowie dessen Entwicklung bis 2030 von E-Motoren beteiligten Länder bzw. Regionen. Anhand deren Subkomponenten? analysiert. Infolge der steigenden Anzahl elektrischer Moto- dieser Übersicht wird die Platzierung deutscher und insbeson- ren – getrieben durch die Elektrifizierung von Antriebstopo- dere baden-württembergischer Unternehmen bei der Herstel- Welche Synergieeffekte ergeben sich aus dem Bereich logien und durch die steigenden Durchdringung von Premi- lung von elektrischen Traktionsmotoren verdeutlicht und eine der Traktionsmotoren für Nutzfahrzeuge? umfahrzeugen mit erweiterten Komfortfunktionen – verlagern potenzielle Entwicklung bis zum Jahr 2025 aufgezeigt. Auf sich die Marktpotenziale weltweit. Ein klares Verständnis Basis der Marktsituation sowie der Lieferbeziehungen wird Wie entwickelt sich der weltweite Markt für E-Motoren über den Bedarf und die Profitabilität dieser Systeme und im eine Standardlieferkette für das Jahr 2025 abgeleitet. in Automobilanwendungen und welche Bedarfe sind im Speziellen über elektrische Antriebsmotoren wird in diesem Zuge der Elektrifizierung zu erwarten? Kapitel erarbeitet, um strategische Implikationen für lokale Anschließend werden im Rahmen einer zusammenfassen- Industrien entsprechend einordnen und nutzen zu können. den Betrachtung die bisherigen Ergebnisse des Themenpa- Welche Wertschöpfungskompetenz und -stärken haben piers ausgewertet und auf die Standardlieferkette bezogen. die Unternehmen in Baden-Württemberg? Kapitel 4 befasst sich mit den Wertschöpfungspotenzialen Daraus leitet sich nach Gegenüberstellung mit dem im The- von Unternehmen in Baden-Württemberg. Der Fokus liegt menpapier evaluierten Marktpotenzial für Baden-Württem- Welche zukünftig attraktiven Wertschöpfungsstufen ergeben hierbei auf den elektrischen Traktionsmotoren für automobi- berg das Realistic-Case-Szenario ab. sich daraus für die Unternehmen in Baden-Württemberg? le Anwendungen. Aufbauend auf der Strukturstudie BWe mobil 2019 und einer Auswertung der E-Motoren-Produk- In Kapitel 6 werden abschließend die Ergebnisse der Kapi- Welche Beschäftigungseffekte und -potenziale lassen tions- und -Montagekompetenzen werden die abgedeckten tel 1 bis 5 zusammengefasst und daraus die Entwicklungs- sich entlang der Wertschöpfungskette identifizieren und Wertschöpfungsstufen in Baden-Württemberg herausgear- potenziale und Handlungsempfehlungen für die Akteure in für die Unternehmen in Baden-Württemberg ableiten? beitet. Als Basis hierfür dienen die in Kapitel 3 ermittelten Baden-Württemberg abgeleitet.

10 11 2. E-Motor-Technologien im elektrifizierten Automobil

Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs im Automobil hat in 2.1. Stand der Technik 2.1.1. Elektrische Maschinen den vergangenen Jahren deutlich zugenommen. Grund hier- Produktion ist beim PSM durch den Einsatz von für sind, neben den zunehmend strengeren Regularien wie Permanentmagneten, für deren Rotoren in der Die in der Automobilindustrie angewendeten Technologien Elektrische Maschinen sind Energiewandler, die als Motor den von der EU beschlossenen CO2 -Grenzwerten, vor allem Produktion seltene Erden benötigt werden, im für E-Motoren finden auch in verschiedenen anderen Anwen- elektrische in mechanische Energie und als Generator mecha- Technologiesprünge, die einen elektrifizierten Antrieb ge- Gegensatz zum FSM und ASM festzustellen. dungsbereichen, wie Haushaltsgeräten und der Industrie, nische in elektrische Energie wandeln. Sie lassen sich anhand genüber Verbrennungsmotoren wettbewerbsfähig machen. vielseitige Anwendung. Jedoch weichen die Anforderungen des Spannungsverlaufs in Gleichstrom- (DC) und Wechsel- Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen werden jedoch Durch die steigende Bedeutung der Elektrifizie- hinsichtlich Effizienz, Zuverlässigkeit und Leistungsdichte im strommotoren (AC) unterscheiden. Abbildung 2 zeigt die in auch außerhalb des Antriebsstrangs zusätzliche elektrische rung der Mobilität rückt der E-Motor verstärkt in Fahrzeugbau teilweise deutlich von den anderen Anwen- der Elektromobilität relevanten E-Motoren (Kampker, et al., Motoren für verschiedene Anwendungen verbaut. Zudem den Fokus der Forschung und Entwicklung der dungsfällen ab. Der folgende Abschnitt soll einen Überblick 2013). Aufgrund des weit verbreiteten Gebrauchs der Begrif- können durch die Elektrifizierung des Antriebsstrangs ehe- Fahrzeughersteller, Systemlieferanten und über die aktuell im Fahrzeugbau marktrelevanten E-Motoren fe E-Motor und E-Maschine werden diese als Synonyme für mals riemengetriebene Funktionen durch elektrische Antrie- wissenschaftlichen Einrichtungen. und deren Eigenschaften geben und technisches Verständnis den Begriff elektrische Maschine verwendet (Binder, 2012). be ersetzt werden. Um konkrete Implikationen für die Wert- Im Mittelpunkt steht dabei die Optimierung vermitteln. Im Rahmen des vorliegenden Themenpapiers wird der Be- schöpfung und die damit im Zusammenhang stehende hinsichtlich Effizienz, Leistung und Kosten. griff E-Motor verwendet. Industrie ableiten zu können, werden in diesem Kapitel deshalb neben den Traktionsmotoren auch diese zusätzlich ver- Im Rahmen dieser Forschung zeichnen sich bauten E-Motoren und deren Technologien betrachtet. mehrere Trends zur Verbesserung der marktdomi- nierenden Motorenarten wie höhere Drehzah- len, verbesserte Isolierungen oder auch die E-Motoren verstärkte Systemintegration ab.

Im Bereich der elektrischen PKW-Antriebe Neben den Trends zur Verbesserung der aktuell Gleichstrom (DC) Wechselstrom (AC) werden hauptsächlich die Motorentypen am Markt vorherrschenden Motortopologien Permanentmagnet-Synchronmotor (PSM), werden auch weitere Motorenarten wie Drehstrom-Asynchronmotor (ASM) und beispielsweise der Axialflussmotor für eine 1-phasig 3-phasig 1-phasig 3-phasig

Fremderregter Synchronmotor (FSM) ein- zukünftige Anwendung als PKW-Traktionsmotor Gleichstrom- Bürstenloser Universalmotor Synchron Bürstenmotor Gleichstrommotor (BLDC) gesetzt. Der PSM ist dabei heute der am häufigsten perspektivisch absehbar. Permanentmagnet- Synchronmotor eingesetzte elektrische Traktionsmotor und wird Synchronmotor (PSM) Fremderregter Asynchronmotor aus aktueller Sicht weiter an Bedeutung gewinnen. Neben den E-Motoren für PKW gewinnt Synchronmotor (FSM) der Markt für elektrische Traktionsmotoren Geschalteter Reluktanzmotor (SRM) Die Produktionsprozesse der verschiedenen in Nutzfahrzeugen weiter an Bedeutung. Axialflussmotor Motortypen sind sehr ähnlich und teilen sich Dabei ergeben sich aktuell vor allem Synergieef- Im Betrachtungsumfang Asynchronmotor (ASM) auf die Komponenten Rotor, Stator und Gehäuse fekte zu den leichten Nutzfahrzeugen, da diese Nicht im Betrachtungsumfang (aufgrund nicht relevantem Marktanteil in Automotive-Applikationen)

mit ihren Subkomponenten sowie die Endmonta- auf E-Motoren aus dem PKW zurückgreifen bzw. Darstellung Eigene Quelle:

ge auf. Die größte Abweichung in der E-Motoren- sehr ähnliche Anforderungen haben Abbildung 2: E-Motoren im Überblick

12 13 Gleich- und Wechselstrom-E-Motoren liegen unterschiedli- Hinsichtlich des Aufbaus bestehen die in Abbildung 2 darge- Aktuell sind als Traktionsmotoren Permanentmagnet- Wechselstrommotoren mit aktueller che Konzepte hinsichtlich des Eingangsstroms und der Ver- stellten E-Motoren aus einem feststehenden Stator und ei- Synchronmotoren (PSM), Drehstrom-Asynchronmoto- Anwendung als Traktionsmotor im PKW schaltung der Spulenwicklungen zugrunde. Während bei nem sich drehenden Rotor (siehe Abbildung 3). Beide Bau- ren (ASM) und Fremderregte Synchronmotoren (FSM) einphasigen Motoren die Spulen über zwei Klemmen (eine teile wandeln elektrische in mechanische Energie und marktrelevant und finden in elektrisierten Fahrzeugen Permanentmagnet-Synchronmotor (PSM) Phase) mit Gleich- oder Wechselstrom versorgt werden, ge- werden als Aktivteile bezeichnet. Die erzeugten Kräfte füh- Anwendung. Als weitere Motortypen werden der geschal- schieht dies bei dreiphasigen Motoren über drei Klemmen, ren zu einer Relativbewegung. Der Rotor ist fest mit der tete Reluktanzmotor (Switched Reluctance Motor, Abk. Das physikalische Grundprinzip hinter der Energiewandlung sodass drei um 120° versetzte Spulenpaare zeitversetzt be- Welle verbunden, die das Drehmoment an das Getriebe SRM) sowie der Axialflussmotor als vielversprechende beim PSM ebenso wie bei FSM und ASM ist die Lorentz- stromt werden. Weit verbreitete Auslegungen von einphasi- überträgt. Das Gehäuse ist fest mit dem Stator verbunden Technologie für Traktionsmotoren angesehen. Jedoch wird kraft. Dabei wird das Drehmoment durch die Wechselwir- gen E-Motoren sind Bürstenmotoren, die z. B. direkt über und beinhaltet die Lagersitze für die Welle. Welle und Ge- für den SRM im betrachteten Zeitraum keine signifikante kung zwischen dem Magnetfeld eines stromdurchflossenen eine Batterie gespeist werden, und Universalmotoren, die häuse gehören zu den Passivteilen. Je nach Motorkonzept Marktrelevanz erwartet, weshalb er in diesem Themenpa- Leiters sowie einem magnetischen Feld der Permanentma- über das 230-V-Netz der Haushaltssteckdose versorgt wer- sind die Komponenten zum Teil sehr unterschiedlich ausge- pier nicht weiter betrachtet wird. gnete erzeugt (Leidhold, 2012). Der PSM besitzt für die Er- den. Dreiphasige E-Motoren sind beispielsweise Asynchron- führt und werden in Innenläufer- und Außenläufermotoren zeugung der Magnetfelder Spulenwicklungen im Stator und motoren, die in den meisten Industrieanwendungen direkt (z. B. Radnabenmotor) aufgeteilt. Bei Innenläufern befindet Neben den oben genannten Traktionsmotoren für den An- Permanentmagnete im Rotor (siehe Abbildung 4). Die Spu- mit dem 400-V-Drehstrom aus dem Niederspannungsnetz sich der Rotor innerhalb und bei Außenläufermotoren außer- trieb der Fahrzeuge ist es für den Fahrbetrieb notwendig, lenwicklungen werden über eine dreiphasige Wechselspan- gespeist werden. Im PKW werden bei Traktionsmotoren halb des Stators. Die Bauform des Außenläufermotors wird weitere Funktionen durch E-Motoren zu elektrifizieren. Zum nung so angeregt, dass sich das durch die Spulen induzierte (Motoren, mit denen der Radsatz eines Fahrzeugs angetrie- im Rahmen dieses Themenpapiers jedoch nicht weiter be- Einsatz kommen hier meist bürstenlose Gleichstrommoto- Magnetfeld in einer definierten Frequenz dreht. Der Rotor ben wird) dreiphasige Ausführungen verwendet, wohinge- trachtet, da diese derzeit keine signifikante Marktrelevanz ren (Brushless DC, Abk. BLDC). So werden die ehemals rie- folgt dem Magnetfeld des Stators synchron mit der identi- gen bei sonstigen Anwendungen im Fahrzeug sowohl ein- im Bereich der PKW aufweist. mengetriebenen Verbraucher wie Klimakompressoren oder schen Drehzahl (Reif, et al., 2012). als auch dreiphasige E-Motoren Einsatz finden. Servolenkungen nun durch E-Motoren angetrieben. Doch auch bei aktuellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren Aus technischer Perspektive zeichnet sich der PSM unter Teil- werden diese Funktionen teilweise elektrifiziert, um den last und bei niedrigen Drehzahlen durch hohe Effizienzraten Kraftstoffverbrauch zu senken. Aufgrund der hohen Leis- von bis zu 95% aus. Durch diese Eigenschaft erreicht der tungs-, Effizienz- und Qualitätsanforderungen kommen für PSM sehr gute Verbrauchswerte im Homologationszyklus diese Applikationen keine Bürstenmotoren (engl. Brushed Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle (WLTC). Bei DC) zum Einsatz. Diese finden lediglich bei Komfortfunktio- hohen Drehzahlen sinkt jedoch die Effizienz. Durch den Ein- nen oder Funktionen mit geringer Nutzungsdauer Anwen- satz starker Permanentmagnete erreicht der PSM eine hohe dung. volumetrische und gravimetrische Leistungsdichte. Die Be- Leistungselektronik Getriebegehäuse Power electronics triebstemperatur ist beim PSM auf den materialspezifischen Gearbox housing Curie-Punkt der Magnete begrenzt. Oberhalb dieser Tempe- ratur verliert der Rotor seine magnetischen Eigenschaften. Dazu sind Verfügbarkeit und Kosten der benötigten seltenen Stator Stator Erden Neodym und Dysprosium für die Rotormagnete kritisch zu betrachten. Eine weitere Herausforderung beim PSM sind Getriebe mit Planetenraddifferenzial Rotor die hohen Schleppverluste, die verstärkt bei Allradfahrzeugen Gearbox with planet Rotor gear differential in effizienten Betriebsmodi auftreten, in denen ein Motor Kühlungsanschlüsse temporär abgeschaltet wird. Coolant connections Gehäuse Housing

Statorträger mit Kühlmantel Stator carrier with cooling jacket

Wicklung Lagerschild Bearing plate Rotor

Permanentmagnet Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Quelle: Audi AG Audi Quelle:

Abbildung 3: Schematischer Aufbau eines elektrischen Antriebsmotors Abbildung 4: Aufbau PSM

14 15 Fremderregter Synchronmotor (FSM) Asynchronmotor (ASM) Bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) Vergleich der Motorkonzepte

Die Funktionsweise des FSM ist der des PSM sehr ähnlich, Der ASM zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und BLDC-Motoren werden lediglich im kleinen und mittleren Jedes der aufgeführten Motorkonzepte weist je nach An- allerdings wird das Magnetfeld im Rotor nicht mit Perma- eine kostengünstigere Herstellung im Vergleich zu PSM und Leistungssegment eingesetzt und finden keine marktrelevan- wendungsgebiet und Untersuchungskriterium Vorteile bzw. nentmagneten, sondern mit einer stromdurchflossenen FSM aus. Für den Aufbau des Rotors existieren die Alterna- te Anwendung als Traktionsmotoren im PKW-Bereich. Im Ge- Nachteile gegenüber den anderen Motorkonzepten auf. Ein Spulenwicklung erzeugt (siehe Abbildung 5). In aktuellen tiven Käfigläufer und Schleifringläufer, wobei Letzterer in gensatz zu einem Gleichstrom-Bürstenmotor haben BLDC- Blick auf den aktuellen Markt für Elektroautos zeigt, dass Serienanwendungen erfolgt die Stromübertragung an die der Elektromobilität keine Anwendung findet (siehe Abbil- Motoren keine Kohlebürsten und kein Bürstenfeuer, das die PSM, FSM und ASM die vorherrschenden Konzepte sind Rotorspulen mithilfe von Schleifkontakten, die einem natür- dung 6). Der Käfigläufer besteht aus mehreren Aluminium- Ansteuerelektronik stören könnte. Der Aufbau eines BLDC- (siehe Tabelle 1). In Abbildung 8 werden diese drei Motor- lichen Verschleiß unterliegen. Nach dem aktuellen Stand der oder Kupferstäben, die über einen Kurzschlussring zu einem Motors ist dem eines PSM sehr ähnlich und unterscheidet konzepte auf Basis der oben beschriebenen Kriterien vergli- Forschung kann der Strom für das Rotormagnetfeld aller- Kurzschlusskäfig verbunden werden. Entsprechend werden sich nur durch eine vereinfachte Sensorik. Er verfügt ebenfalls chen. Der Einsatz von geschalteten Reluktanzmaschinen dings auch induktiv und damit völlig berührungslos übertra- für den Rotor keine seltenen Erden benötigt. Der Aufbau des über einen Rotor mit Permanentmagneten und einen mit Spu- (SRM) wird im Rahmen dieses Themenpapiers nicht genau- gen werden (siehe Kapitel 2.3). Da das Rotormagnetfeld Stators ist dem der oben beschriebenen Synchronmotoren len umfassten Stator (siehe Abbildung 7). Obwohl die meis- er beleuchtet, da dieser Motortyp sich gegenwärtig für Elek- gezielt angesteuert werden kann, werden sehr gute Laufei- gleich. Im Betrieb wird durch das Statormagnetfeld ein ten BLDC-Motoren Innenläufer sind, gibt es auch Außenläu- trofahrzeuge im Forschungsstadium befindet. SRM ermögli- genschaften erreicht. Stromfluss im Kurzschlusskäfig erzeugt, wodurch das zwei- fer-Konzepte. chen eine hohe Effizienz ohne den Einsatz von seltenen te Magnetfeld im Rotor entsteht. Der Rotor folgt dem Mag- Erden, jedoch ist die Steuerung des Motors sehr komplex Der FSM zeichnet sich gegenüber dem PSM durch eine nur netfeld des Stators, allerdings mit leichter Verzögerung. Die BLDC-Motoren weisen im Gegensatz zu konventionellen (Fleischer, et al., 2017). Der Axialflussmotor befindet sich minimal geringere Effizienz von bis zu 93% Wirkungsgrad relative Geschwindigkeit zwischen Rotor und Stator wird als Gleichstrom-Bürstenmotoren eine höhere Effizienz und derzeit wie die geschaltete Reluktanzmaschine (SRM) im aus. Dies ermöglicht auch mit dem FSM sehr gute Ver- Schlupf bezeichnet und ist für die Drehmomentübertragung Leistungsdichte sowie eine höhere Laufruhe auf. Daher wer- Entwicklungsstadium, allerdings wird mit einem ersten Ein- brauchswerte im genormten Fahrzyklus WLTC. Die Effizienz notwendig. Der Wirkungsgrad ist mit maximal 90% im Ver- den für die bisher direkt vom Verbrennungsmotor angetrie- satz der Technologie bereits ab dem Jahr 2025 in Sonderan- kann durch eine induktive Stromversorgung des Rotors an- gleich zu Synchronmaschinen etwas geringer. Bei höheren benen Verbraucher mit einem hohen Nutzungsgrad, wie wendungen gerechnet. Diese E-Motoren-Bauart wird in Ka- stelle mit Schleifringen und Bürsten noch leicht gesteigert Drehzahlen erreicht der ASM jedoch eine bessere Effizienz beispielsweise Klimakompressoren, größtenteils BLDC- Mo- pitel 2.3.1 als E-Motoren-Trend genauer beleuchtet und werden. Im Gegensatz zum PSM hat der FSM jedoch auf- (Fleischer, et al., 2017), (Kampker, 2014), (Illiano, 2013). Hin- toren in elektrischen Fahrzeugen eingesetzt. Jedoch wer- bietet aufgrund des hohen potenziellen Drehmoments im grund der Rotorwicklung eine geringere volumetrische und sichtlich der volumetrischen und gravimetrischen Leistungs- den bei Herstellung des Rotors genau wie beim PSM selte- Vergleich zur Motorgröße sowie des geringeren Einsatzes gravimetrische Leistungsdichte. Aus Materialsicht hat der dichte liegt der ASM ebenfalls hinter den Synchronmaschi- ne Erden benötigt und die Steuerung erfordert eine von Permanentmagneten im Vergleich zum PSM Potenzial. FSM den Vorteil, dass keine teuren seltenen Erden wie Neo- nen, allerdings sind höhere Betriebstemperaturen möglich zusätzliche Leistungselektronik, wodurch aus Kostensicht Ein Vergleich der Motorkonzepte hinsichtlich marktrelevan- dym und Dysprosium für die Magnete zur Herstellung des – und diese erfordern keine aufwendige Kühlung wie beim der BLDC Nachteile gegenüber dem Gleichstrom-Bürsten- ter Kriterien aus Hersteller- und Kundensicht favorisiert den Rotors benötigt werden. Allerdings verursacht das komple- PSM. motor aufweist. Der Gleichstrom-Bürstenmotor ist dagegen PSM. Da die Kosten des PSM allerdings stark vom Rohstoff- xe Rotordesign höhere Kosten in der Produktion. durch eine einfache bzw. keine Steuerung gekennzeichnet preis der Permanentmagnete abhängen, können sie sich bei und wird daher vor allem für Komfortfunktionen, wie bei- veränderter Marktlage durchaus als unwirtschaftlich heraus- spielsweise elektrische Fensterheber, eingesetzt. Das Dreh- stellen. Der FSM bietet derzeit gegenüber dem PSM eine moment lässt sich proportional zum Strom regeln, wobei die geringere Leistungsdichte, besitzt jedoch noch Entwick- Drehzahl proportional zur Spannung variiert. Ein einfacher lungspotenzial (Kampker, 2014). Die Entscheidung für eine Aufbau sowie eine geringe Anzahl an zusätzlich notwendi- Technologie kann stark vom Einsatzgebiet abhängen. Bei- gen externen Bauteilen ermöglichen geringe Herstellungs- spielsweise ist der Gesamtwirkungsgrad eines PSM gegen- und Materialkosten. Allerdings erfordert der Verschleiß der über dem eines ASM höher. Dieser Vorteil reduziert sich je- Kohlebürsten, die den notwendigen elektrischen Kontakt doch bei Volllast und hohen Drehzahlen deutlich. Die Stärken zum Rotor ermöglichen, regelmäßige Wartungen. des PSM kommen vor allem im Teillastbereich zum Tragen (Binder & Knopik, 2010), (Burkert, 2014).

Wicklung Rotorwicklungen Statorspule Rotor Käfigläufer Permanentmagnet Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Darstellung Eigene Quelle: Darstellung Eigene Quelle:

Abbildung 5: Aufbau FSM Abbildung 6: Aufbau ASM Abbildung 7: Aufbau BLDC

16 17 der die Rotorwelle von innen mit dem Kühlmittel durchspült Traktionsmotoren, die als Motor für den Vortrieb ebenso wie Wirkungsgrad wird. Alternativ können die Welle sowie der Zwischenraum als Generator zum Rekuperieren (Rückgewinnen) von Brem- zwischen Rotor und Stator in den Ölkreislauf des Getriebes senergie und zum Laden der Batterie eingesetzt werden integriert und somit gekühlt werden. Eine Ölkühlung des (siehe Abbildung 9). Indirekter Zusammenhang besteht für Stators ermöglicht die Wärmeabfuhr direkt von den Spulen E-Motoren in der Kategorie Mittlere Motoren, die für eine als primäre Wärmequelle. Eine noch im Forschungs- und Elektrifizierung weiterer Komponenten außerhalb des An- Stand der Technik Kosten Gesamtsystem Entwicklungsstadium befindliche Technologie sind innenge- triebsstrangs eingesetzt und für den allgemeinen Fahrzeug- kühlte Hohldrähte in der Statorwicklung. Durch die nahezu betrieb benötigt werden. Die Kategorie umfasst beispiels- optimale Wärmeabfuhr kann ein hoher Anteil des Gewichts weise elektrische Klimakompressoren, Kühlmittelpumpen, der E-Maschine im Vergleich zu einer Wassermantelkühlung Bremskraftverstärker und Lenkungen. Kleine Motoren und eingespart werden (Nitsche & Naderer, 2017), (Doerr, et al., die jeweiligen Technologien, die unabhängig vom Antriebs- 2018), (Pischinger & Seiffert, 2016), (Tochtermann, et al., 2017). strang im Fahrzeug verbaut werden und bereits in Ver- brennerfahrzeugen Anwendung finden, wie beispielsweise 2.1.2. Betrachtete Anwendungsgebiete E-Motoren für Komfortfunktionen, werden untergeordnet Zuverlässigkeit Leistungsdichte im Rahmen dieses Themenpapiers behandelt. Gründe hierfür sind die geringe Wertschöpfung, die primär in Niedriglohnländern erfolgt, sowie begrenzte ASM Die Betrachtung im Rahmen dieses Themenpapiers be- Technologiesprünge in dieser Kategorie. Die Analyse der PSM schränkt sich auf solche E-Motoren-Varianten, die grund- Deltaumfänge zum Einsatz von E-Motoren in Elektrofahrzeu- sätzlich im Fahrzeugbau Anwendung finden und im direkten gen gegenüber konventionellen Verbrennerfahrzeugen dient FSM Geräuschentwicklung und indirekten Zusammenhang mit der Elektrifizierung des somit als Grundlage zur Identifikation zukünftiger Trends im

Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Antriebsstrangs stehen. Im direkten Zusammenhang stehen Bereich der Wertschöpfung.

Abbildung 8: Vergleich der Motorkonzepte

Art Vorteile Nachteile Fahrzeugbeispiele Kategorie Applikation Spezifikation

Hohe volumetrische und Porsche Taycan, Smart EQ fortwo, Traktions Traktionsmotoren für BEV, PHEV, Spannungsbereich: 48–800 V Hohe Materialkosten durch gravimetrische Leistungsdichte VW ID.3, BMW i3, Tesla Model 3, motoren HEV und MHEV Leistungsbereich: PSM Einsatz seltener Erden in Hohe Effizienz durch Nissan Leaf, Toyota Prius, Hyundai 5–250 kW Permanentmagneten Hochleistungsmagnete IONIQ, Jaguar I-Pace E-Motor-Art: PSM, ASM, FSM Anzahl im Fahrzeug: 1–2 Hohe Fertigungskosten aufgrund von Smart EQ forfour, BMW iX3, FSM Geringe Materialkosten komplexem Rotordesign Renault ZOE Mittlere Elektrischer Wechselstromkom- Spannungsbereich: 12–800 V Motoren pressor, elektrische Lenkung, Leistungsbereich: Einfaches Design Mercedes-Benz EQC, Audi e-Tron, Hohe Materialkosten durch Kupfer Anlasser/Lichtmaschine, 300–5.000 W ASM Guter Wirkungsgrad im Tesla Model S, Model X, Model 3 für gesteigerte Effizienz elektrischer Turbolader/ E-Motor-Art: Volllastbetrieb (nur Vorderachse bei 4WD Variante) Supercharger, Kraftstoffpumpe, BLDC, PSM, FSM Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Bremskraftverstärker Anzahl im Fahrzeug: 5–8 Tabelle 1: Gegenüberstellung der Motorkonzepte mit Fahrzeugbeispielen

Kleine Sonnendach, elektrische Spannungsbereich: 5–18 V Motoren Fensterheber, Kofferraumlift, Leistungsbereich: F. PorscheF. AG, Traktionsmotor: Schaeffler AG, Mittlere Motoren: Robert Bosch GmbH,

Türschlösser, klappbare bis zu 300 W c. Seitenspiegel, Spiegelverstel- E-Motor-Art: Gleichstrom- Die drei hier beschriebenen Traktionsmotoren können nen einen wesentlichen Einfluss auf die Dauerleistung im lung, elektrische Parkbremse, Bürstenmotoren und grundsätzlich in einem breiten Temperaturbereich betrieben Verhältnis zur Maximalleistung (Auer, 2016). Neben der bei Ölpumpe, Wasserpumpe, Kühler, bürstenlose (BLDC) werden. Die kurzzeitig maximal mögliche Betriebstempera- allen E-Achsen-Komponenten vorhandenen Gehäuseküh- Scheibenwischer Gleichstrommotoren Anzahl im Fahrzeug: 15–60 tur liegt zumeist unter 180 °C. Beim PSM ist zu beachten, lung wird die E-Maschine mit Wasser-Glykol und zum Teil Hauptfokus Quelle Fahrzeug: Ing. Dr. h. dass die Permanentmagnete bei einer zu hohen Temperatur mit Öl gekühlt. Eine Wassermantelkühlung mit einem Kühl- Kleine Motoren: Robert Bosch GmbH ihre Magnetisierung verlieren und der Motor somit nicht kreislauf im Gehäuse ist bei den meisten E-Maschinen Stan- Abbildung 9: E-Motor-Konzepte und deren Kategorisierung mehr funktionsfähig ist. Die Kühlleistung hat bei E-Maschi- dard. Zusätzlich kann eine Rotorinnenkühlung erfolgen, bei

18 19 Für die drei oben beschriebenen Motorkategorien wurde Vehicle „HEV“, Plug-in-Hybrid Electric Vehicle „PHEV“ als der Permanentmagnet-Synchronmotor. Dieser ist effizienter Starter- und Traktionsmotoren in Abhängigkeit vom aufgrund der ihnen eindeutig zurechenbaren Motorentypen auch vollelektrische batteriebetriebene Fahrzeuge (BEV). und leistungsdichter als die Bauformen Asynchronmotor Elektrifizierungsgrad eine kostenseitige und marktseitige Bewertung in Kapitel 3 Eine detaillierte Beschreibung der Antriebskonzepte wurde und Fremderregter Synchronmotor. des Themenpapiers vorgenommen. Im Folgenden werden in der Strukturstudie BWe mobil 2019 bereits ausgearbeitet Die Technologie und die Leistung von Traktions- und Starter- die Kategorien detaillierter dargestellt und es wird eine Aus- und dient hier als Grundlage der weiteren Untersuchung. In die Kategorie Mittlere Motoren fallen E-Motoren im Leis- motoren bzw. Lichtmaschinen unterscheiden sich nach dem wahl aktueller Anwendungsbeispiele im Automobil be- Wie bereits am Anfang des Kapitels erwähnt, liegt der Fokus tungsspektrum von 300 bis 5.000 Watt. Diese Motoren wer- Elektrifizierungsgrad des Antriebsstrangs (siehe Abbildung schrieben. Darüber hinaus werden die Anwendungsbeispie- auf den zusätzlich benötigten E-Motoren bei elektrifizierten den beispielsweise für Klimakompressoren und elektrische 11). Konventionelle Verbrennungsmotoren haben in der le nach Differenzierungsmerkmalen hinsichtlich Antriebsart Fahrzeugen und somit auf den Kategorien Traktionsmotoren Lenkungen eingesetzt. BLDC-Motoren sind im mittleren Regel einen Gleichstrom-Bürstenmotor mit 0,8–1,7 kW und und Preiskategorie untersucht. und Mittlere Motoren. Kleine Motoren, die größtenteils für Leistungsbereich bereits verbreitet, jedoch wird diese Kate- eine FSM-Lichtmaschine mit 2,5–10 kW, die beide auf allgemeine Komfortfunktionen im Fahrzeug verbaut sind, gorie weiterhin von Bürstenmotoren dominiert. Auch in der einem 12-V-Spannungslevel basieren. Zur Steigerung der Unter die Kategorie Traktionsmotoren fallen sämtliche werden aus technischer Sicht nicht weiter betrachtet und im Kategorie Mittlere Motoren bestimmen die Anforderungen Effizienz von reinen Verbrennerfahrzeugen werden für grö- E-Motoren, die für den Vortrieb des elektrifizierten Fahr- Rahmen der Wertschöpfungsanalyse nur als Cluster aufge- an Effizienz und Verschleiß die Wahl des eingesetzten ßere Energieverbraucher, die bisher über Riemen angetrie- zeugs benötigt werden. Dazu zählen sowohl Hybridfahrzeu- zeigt. Im Bereich der Traktionsmotoren für elektrisch ange- Motortyps. Bei den Anwendungsfällen sind beispielsweise ben wurden, vermehrt BLDC-Motoren eingesetzt. So wird ge (Mild Hybrid Electric Vehicle „MHEV“, Hybrid Electric triebene Fahrzeuge (EV) ist die dominierende Motorbauart fahrwerksspezifische Motoren unabhängig von der An- beispielsweise die Verwendung einer rein elektrischen triebsart eingestuft. Kompressoren für Luftfahrwerke oder Lenkhilfe anstatt einer über den Keilriemen angetriebenen zur Wank-Stabilisierung werden sowohl in rein elektrischen hydraulischen Servolenkung durch die fortschreitende Elek- Fahrzeugen als auch in konventionellen Verbrennern vor al- trifizierung im automobilen Sektor möglich. lem in Fahrzeugen der Oberklasse in gleichem Umfang ver- Verbrennungsmotor Hybrid Rein elektrisch Kategorie Motortyp baut (siehe Abbildung 10). Bei Kraftstoffpumpen oder elekt- Hybride Antriebsstränge, wie Mild-Hybride, haben oftmals ICE MHEV, PHEV, HEV BEV rischen Turboladern hängt es von der Antriebsart ab, ob und zusätzlich zu einem herkömmlichen Starter noch einen so- in welcher Dimensionierung diese benötigt werden. genannten Startergenerator. Dieser fungiert als unterstüt- Fokus- zender Antrieb für den Verbrenner sowie als Generator zur technologien Die Kategorie Kleine Motoren umfasst sämtliche kleineren Rekuperation der Bewegungsenergie beim Bremsen. Hier- Motoren, die im Fahrzeug für den Betrieb benötigt werden bei werden PSM-, ASM- oder FSM-Technologien zwischen und größtenteils bereits in herkömmlichen Verbrennerfahr- 8 und 20 kW eingesetzt. Startergeneratoren von Mild-Hybri- Traktionsmotoren PSM zeugen verbaut sind. Ein Beispiel ist hier der Motor zum Be- den werden in der Regel von einer separaten 48-V-Lithium- trieb einer Wischwasserpumpe. Darüber hinaus werden in Ionen-Batterie gespeist. Da kleine Lithium-Ionen-Batterien für 400- und 800-V-Traktionsmotoren ASM dieser Kategorie auch Motoren für die Komfortfunktionen, Kaltstarts meist nicht die benötigte Leistung aufbringen kön- wie beispielsweise elektrische Fensterheber, zugeordnet. nen, sind auch konventionelle Starter und Starterbatterien 48-V-Starter/-Generator FSM Diese werden ebenfalls unabhängig von der Antriebsart im weiterhin im Fahrzeug verbaut. Fahrzeug eingesetzt. Mit einer Leistung von bis zu 300 Watt

Mittlere Motoren BLDC Starter werden im Schnitt zwischen 15 und 60 Motoren pro Fahr- Bei Voll- oder Plug-in-Hybriden kann der Verbrennungsmo- zeug und je nach Ausstattungsvariante verbaut. Für diese tor mit den größeren Lithium-Ionen-Batterien auch durch PSM Elektrischer Kompressor Anwendungen werden aus Kostengründen meist Bürsten- den Antriebsmotor gestartet werden, wodurch der Starter

FSM Kraftstoffpumpe, elektrischer Turbolader/Supercharger PorscheF. AG motoren eingesetzt. Für Anwendungen mit geringeren Leis- entfallen kann. Die Antriebsmotoren sind meist PSM, basie- c. Bremskraftverstärker, Servolenkung tungsanforderungen, bei denen Effizienz und Verschleiß rend auf einer 400-V-Architektur, und leisten zwischen 30 Luftfederkompressor, Hinterachslenkung, Fahrstabilisierung weniger relevant sind, ist der Bürstenmotor die Technologie und 100 kW. Grundsätzlich ist auch der Einsatz von ASM mit dem größten Marktanteil. BLDC-Motoren werden hinge- und FSM möglich, jedoch werden aufgrund der beschränk- Kleine Motoren BLDC Wasserpumpe gen für spezifische Anwendungen mit hoher Nutzungsdauer ten Platzverhältnisse bei Hybridfahrzeugen PSM bevorzugt. und der damit einhergehenden hohen Anforderung an die Gleichstrom- Bürstenmotor Komfortmerkmale: Sitzverstellung, Spiegel, Zentralverriegelung, Fenster, Parken und Handbremse Effizienz, wie beispielsweise bei aktiv mitlenkenden Schein- Für rein batteriebetriebene Fahrzeuge (BEV) kommen als werfern, eingesetzt. Antriebsmotoren sowohl PSM als auch ASM und FSM zum

Ölpumpe Einsatz. Typischerweise leisten diese je nach Bauart und Fahrzeug zwischen 60 und 300 kW und arbeiten basierend Differenzierung nach Antriebsstrangart Differenzierung nach Preiskategorie auf einer 400- bis 800-V-Architektur. Weil der Verbren-

Quellen Kategorien: Traktionsmotoren: Schaeffler AG, Mittlere Motoren: Robert Bosch GmbH,ICE: Audi Kleine AG, MHEV, Motoren: PHEV, Robert HEV: Bosch Audi AG, GmbH; BEV: Quellen Ing. Dr. h. Fahrzeuge: nungsmotor wegfällt, wird kein separater Starter benötigt.

Abbildung 10: Anwendungsgebiete der unterschiedlichen Motortypen

20 21 dem Achsantrieb zuordnen und ist die am weitesten verbrei- üblich, wird allerdings auch bei einigen PHEV wie beispiels-

Verbrennungsmotor Hybrid BEV tete Technologie (Tschöke, 2015), (Pischinger & Seiffert, weise dem Porsche Cayenne E-Hybrid eingesetzt. Diese An- 2016). triebstopologien werden als P1 bis P3 bezeichnet. Die An-

Traktionsmotoren für HEV und PHEV Traktionsmotor triebstopologien unterscheiden sich dabei hinsichtlich der Typ: PSM, ASM Typ: PSM, ASM, FSM Die oben beschriebenen verschiedenen Antriebstopologien Positionierung des E-Motors. Bei der Topologie P1 dient der Eingangsspannung: 400 V Eingangsspannung: 400–800 V Leistung: 30–100 kW Leistung: 60–3.000 kW gelten sowohl für reine Elektrofahrzeuge als auch für serielle E-Motor als erweiterte Schwungmasse des Verbrennungs- Hybride, bei denen der Verbrennungsmotor keine mechani- motors und das Fahrzeug kann nicht ohne laufenden Ver- Nicht vorhanden sche Verbindung zur Antriebsachse hat und lediglich einen brennungsmotor bewegt werden. Die Antriebstopologien Traktion Generator antreibt. Bei Parallel-Hybriden, die neben dem P2 und P3 sind durch eine Kupplung vom Verbrennungs E-Motor auch eine direkte Verbindung des Verbrennungsmo- motor getrennt und ermöglichen eine Fahrt ohne laufenden tors und der Antriebsachse haben, sind diese Topologien bei Verbrennungsmotor. Die beiden Antriebstopologien unter- einer sog. Axle-Split-Anordnung ebenfalls vorzufinden und scheiden sich hinsichtlich der Position des E-Motors. Beim Startergenerator (Traktion) werden als Antriebstopologie P4 bezeichnet (siehe Abbildung P2 ist der E-Motor vor dem Getriebe verbaut, wohingegen Typ: PSM, ASM, FSM Eingangsspannung: 48 V 12). Dabei treibt der Verbrennungsmotor eine der beiden Ach- bei Topologie P3 der E-Motor hinter dem Getriebe verbaut Leistung: 8–20 kW sen und der elektrische Antriebsstrang die jeweils andere ist. (Reif, et al., 2012), (Gassmann, et al., 2017), (Pischinger Achse an. Beispiele für diese Topologie sind die PHEV-Fahr- & Seiffert, 2016), (Schwarzer, 2018). Nicht vorhanden Nicht vorhanden zeuge BMW X1 25e und PEUGEOT 3008 HYBRID4, bei de-

Startergenerator nen jeweils die Hinterachse allein über einen E-Motor ange- 2.1.3. Schnittstellenkomponenten trieben wird. Neben dem E-Motor gibt es beim elektrischen Antriebsstrang Parallel-Hybride bieten zusätzlich die Möglichkeit, den E-An- noch weitere Komponenten, die es zu betrachten gilt. In die- Anlasser Lichtmaschine Anlasser Typ: Bürstenmotor, Typ: FSM Typ: Bürstenmotor, universal trieb direkt in den Antriebsstrang des Verbrennungsmotors zu sem Abschnitt soll vor allem das Zusammenspiel des Motors universal Eingangsspannung: 12 V Eingangsspannung : 12 V integrieren. Diese Anordnung ist vor allem bei einem geringe- mit dem Inverter und dem Getriebe veranschaulicht werden Eingangsspannung: 12 V Leistung: 2,5–10 kW Leistung: 0,8–1,7 kW ren Elektrifizierungsgrad wie bei Mikro- und Mild-Hybriden (siehe Abbildung 13). Die Schnittstellen zwischen den einzel- Leistung: 0,8–1,7 kW Details: Die meisten HEV benötigen zum Kaltstart noch einen Anlasser, Nicht vorhanden nen Komponenten eines elektrischen Antriebsstrangs bieten da kleine 48-V-Lithium- für die Hersteller und Zulieferer großes Optimierungspotenzi- Ionen-Batterien unter

Starter und Generator Starter kalten Bedingungen al. Standardisierte Schnittstellen und integrierte Konstruktio- nicht mit ausreichend nen ermöglichen zunehmend kompaktere Konzepte und Strom versorgt werden reduzieren Hochvolt- und Kühlungsanschlüsse, wodurch Kos-

Quelle: Lichtmaschine: SEG Automotive Germany GmbH; Anlasser: SEG Automotive Germany GmbH;ZF Friedrichshafen Startergenerator AG; Traktionsmotor (Traktion): HEV und PHEV: Schaeffler AG; Traktionsmotor: Audi AG P1 tenvorteile generiert werden können. Elektrische Antriebs-

Abbildung 11: Übersicht Motorkonzepte und Anwendungsgebiete im Fahrzeug stränge, die auf Verbrennerplattformen aufgebaut sind, be- dürfen einer hohen Flexibilität. So sind in diesem Fall aufgrund P2 der komplexen Fahrzeugintegration oftmals einzelne Kompo- nenten, wie beispielsweise Inverter und DC/DC-Wandler, im Antriebstopologie Getriebe sind dabei direkt an der angetriebenen Achse ange- Fahrzeug verteilt und nicht gemeinsam mit dem E-Motor und ordnet. Damit lassen sich Front- und Heckantrieb mit jeweils P3 dem Getriebe in einer Einheit integriert. Hinsichtlich der Antriebstopologie bieten elektrische Antrie- einem Achsantrieb oder Allradantrieb mit zwei unabhängi- be eine Vielzahl an Freiheitsgraden bei der Anordnung im gen Achsantrieben konfigurieren. Radnahe Antriebe und Fahrzeug, wodurch sich zahlreiche Varianten umsetzen las- Radnabenantriebe bieten die Möglichkeit, jedes Rad einzeln P4 sen. Eine verbreitete Art der Unterscheidung ist die Nähe mit einem eigenen E-Motor und vergleichsweise kompak- des E-Motors zum angetriebenen Rad. Bei Zentralantrieben tem Antriebsstrang anzutreiben. Während radnahe Antriebe ist der Motor mit dem Getriebe zentral im Fahrzeug angeord- auf der Achse positioniert sind, werden Radnabenantriebe net und leitet die Antriebsleistung über Differenziale an eine direkt in das Rad integriert. Grundsätzlich sind die vier ge- oder mehrere angetriebene Achsen weiter. Damit wäre ein nannten Topologien kombinierbar, wobei Serienfahrzeuge Verbrennungsmotor E-Motor Getriebe

Allradantrieb mit nur einem E-Motor möglich. Da diese To- meist nur eine Topologie besitzen. Der Fokus des vorliegen- Darstellung Eigene Quelle: pologie einen komplexen und schweren Antriebsstrang erden Themenpapiers liegt jedoch auf dem Konzept der E- Abbildung 12: Übersicht Antriebstopologien in fordert, ist sie im PKW wenig verbreitet. Die heute am wei- Achse, bei der E-Motor, Leistungselektronik und Getriebe in Hybridfahrzeugen testen verbreitete Topologie ist der Achsantrieb. Motor und einer kompakten Einheit kombiniert sind. Diese lässt sich

22 23 Paketieren und Stanzen Blechpaket verbinden Räumliche Integration der Komponenten angestrebt

Isolierung Spulen wickeln Imprägnieren Stator aufbringen Batterie Inverter E-Motor Getriebe Rad

Magnete fügen (PSM)/ Rotor und Magnetisieren Rotorkäfig herstellen (ASM)/ Auswuchten Rotor Welle fügen (PSM) Rotorwicklung herstellen (FSM) Rekuperieren Energie Fahren

Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Welle Urformen Bearbeiten Härten Abbildung 13: Komponenten im elektrischen Antriebsstrang

Spanend Urformen Reinigen Gehäuse nachbearbeiten

Inverter baut und dient der Anpassung des Motorenkennfelds an das Phasen und Stator in Gehäuse Lagerschilde Bedarfskennfeld. Ziel der Getriebeauslegung ist ein effizien- Rotor fügen Sensorik Endmontage fügen montieren kontaktieren Im Elektrofahrzeug wird die Energie in Batterien in Form von ter Betrieb des Fahrzeugs mit einer guten Fahrdynamik (Fi-

Gleichspannung bereitgestellt. Der Inverter (auch Wechsel- scher, et al., 2016), (Tschöke, 2015). Darstellung Eigene Quelle: richter genannt) wandelt die Gleichspannung für die Versor- Abbildung 14: Referenz Produktionsprozess elektrischer Maschinen (Prüf- und Messprozesse sind nicht abgebildet) gung des E-Motors in dreiphasige Wechselspannung mit Bei heutigen Serienanwendungen besitzt das Fahrzeug zu- variabler Frequenz und Amplitude. Im Inverter wird mithilfe meist ein Achsdifferenzialgetriebe, das über einen oder der Pulsweitenmodulation durch definiertes Ein- und mehrere E-Motoren zentral angetrieben wird. Die Getriebe- Ausschalten der Eingangsspannung die gewünschte Aus- übersetzung wird durch Stirnrad- oder Planetengetriebe er- gangsspannung erzeugt. Das Verhältnis zwischen Ein- und zeugt und der Drehzahlausgleich zwischen den Rädern er- 2.2. Produktionsverfahren E-Motoren von Relevanz, sondern insbesondere auch für die Unterneh- Ausschaltdauer bestimmt die effektive Höhe der Ausgangs- folgt über Kegelrad- oder Stirnraddifferenziale (Tschöke, men im Bereich Maschinen- und Anlagenbau, die die Fertig- spannung. Der benötigte Leistungsbereich des Inverters 2015), (Heizenröther, 2005). Die Produktionsschritte des E-Motors gliedern sich nach keiten als Lieferant von Produktionsequipment für E-Moto- richtet sich nach den Leistungskennzahlen des verwendeten dessen Hauptkomponenten: Blechpaket, Welle, Rotor, ren besitzen. E-Motors und muss dabei dessen Überlastbereich abde- Eine Drehzahl von maximal 12.000 U/min bildet bei heutigen Stator und Gehäuse. Diese werden zunächst unabhängig cken. Die Spannungsumwandlung im Inverter kann auch in Serienmotoren die untere Grenze ab. In Forschungsprojek- voneinander hergestellt und in der Endmontage zusammen- entgegengesetzter Richtung zum Rekuperieren der Brems- ten werden bereits Hochdrehzahlkonzepte mit bis zu 30.000 gefügt. Abbildung 14 zeigt dabei die Abfolge der Herstel- energie erfolgen. Die E-Maschine arbeitet in diesem Fall als U/min getestet, woraus je nach Fahrzeugkonzept ein lungsprozesse der Subkomponenten sowie der Montage Generator und speist den Inverter mit Wechselspannung. Gesamt-Übersetzungsverhältnis von über 20 resultieren des E-Motors als Referenzprozess. Dabei werden Rotor und Die im Inverter erzeugte Gleichspannung wird dann zum La- kann. Die verwendeten Getriebe besitzen eine bis drei Stu- Welle i. d. R. bereits vor der Endmontage gefügt. Je nach den der Batterie genutzt (Kampker, 2014), (Specovius, fen. Pro Stirnradstufe wird eine maximale Übersetzung von Motorkonzept und Anwendungsfall können einzelne Pro- 2013), (Kampker, et al., 2013), (Tschöke, 2015). sechs empfohlen, da sich anderenfalls ungünstige Abmes- zessschritte wegfallen oder sie variieren in ihrer Abfolge. sungen und ein stärkerer Verschleiß der Zahnräder ergeben Beispielsweise besitzt ein Integrierter Motorgenerator Getriebe (Gwinner, et al., 2017), (Wittel, et al., 2017), (Pischinger & (IMG) für Hybridfahrzeuge kein dezidiertes Gehäuse, da er in Seiffert, 2016). Neben den zentralen Achsdifferenzialgetrie- das Getriebe des Verbrennungsmotors integriert wird. Obwohl E-Motoren im Vergleich zu Verbrennungsmotoren ben werden bei radnahen Antrieben Untersetzungsstufen Dadurch werden einzelne Prozessschritte, die aktuell in der einen wesentlich größeren nutzbaren Drehzahlbereich besit- ohne Differenzial verwendet, da hierbei jedes Rad einzeln Endmontage vorgenommen werden, wie das Kontaktieren zen, wird in den meisten Anwendungsfällen dennoch ein durch eine eigenständige E-Maschine angetrieben wird. Bei der Phasen und Sensoren, in die Produktion des Stators Getriebe benötigt. Der Einsatz eines Getriebes ermöglicht Radnabenantrieben wird die Untersetzung beispielsweise integriert (Kampker, 2014), (Reif, 2011). Eine detaillierte eine höhere Leistungsdichte durch einen kompakteren durch Planetengetriebe erreicht oder es wird vollständig auf Betrachtung der einzelnen Produktionsschritte von Trakti- E-Motor, da dieser bei einer höheren Drehzahl arbeiten kann ein Getriebe verzichtet. Radnahe Antriebe und Radnabenan- onsmotoren wird auch in „Wissen Kompakt: Produktion und somit bei gleicher Geschwindigkeit ein höheres Dreh- triebe finden aktuell lediglich in Konzeptfahrzeugen oder in elektrischer Traktionsmotoren“ (e-mobil BW, Juni 2020) moment mit kleinen Motoren realisiert werden kann. Das Kleinserien Verwendung (Tschöke, 2015). beschrieben. Die im Folgenden betrachteten Produktions- Getriebe ist zwischen Motor und angetriebenen Rädern ver- schritte sind dabei nicht nur für die Hersteller von E-Motoren

24 25 Bleche ausschneiden Laserstrahlschneiden Folgeschnitt Isolierung aufbringen Folie/Papier Pulverbeschichtung

Bleche paketieren und Kleben Stanzpaketieren Schweißen Klammern Spulen wickeln: Konzentriert Verteilt verbinden Wicklungsaufbau

Bevorzugt eingesetzte Technologiealternativen Wickeltechnik Linearwicklung Flyerwicklung Hairpin-Wicklung Nadelwicklung Einzugswicklung Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle:

Abbildung 15: Technologiealternativen bei der Herstellung des Blechpakets Tränken und Stromerwärmen Träufeln Vakuumimprägnieren Imprägnieren

Bevorzugt eingesetzte Technologiealternativen

2.2.1. Blechpaket (Kampker, 2014). Für die Kernprozesse Isolierung aufbrin- Darstellung Eigene Quelle:

gen, Spulen wickeln und Imprägnieren existieren mehrere Abbildung 16: Technologiealternativen in der Statorproduktion Am Beginn der Stator- und Rotorproduktion steht die Her- Technologiealternativen (siehe Abbildung 16), die im Folgen- stellung des Blechpakets (auch Lamellenpaket genannt). Die den erklärt werden. Herstellungsprozesse sind bei Stator und Rotor identisch. Das Ziel der gestapelten Elektrobleche ist die Minimierung Isolierung aufbringen von Wirbelströmen zur Verbesserung des Wirkungsgrads. Eine flexible Automatisierbarkeit der Anlagen ist in das Blechpaket eingezogen. Die Bestückung kann je nach Dazu müssen die einzelnen Bleche möglichst gut gegenein- Um einen elektrischen Kurzschluss zwischen Spulenwick- anzustreben. Polanordnung und Automatisierungsgrad in einem oder in ander isoliert werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Das lungen und Blechpaket zu verhindern, werden die Nuten des mehreren Schritten erfolgen. Ausgangsmaterial ist gewalztes Elektroband, das einen Blechpakets mit einer Isolation versehen. Bei Motoren für Statorspulen können bezüglich des Wicklungsaufbaus unter- besonders positiven Einfluss auf den magnetischen Fluss die automobile Anwendung werden hauptsächlich Papier- schieden werden. Für konzentrierte Wicklungen wird der Bei dieser ausgereiften Technologie ist die hohe Flexibilität hat. Bei der Produktion kommen für das Ausschneiden der oder Folienisolierungen genutzt. Diese werden vorgeformt Spulendraht auf einzelne Zähne (Einzelpole) gewickelt, die beim Vorwickeln (Pre-Winding) sowohl hinsichtlich des Bleche die Produktionsverfahren Laserstrahlschneiden und und anschließend in die Nuten geschoben (Kampker, 2014). anschließend im Stator zusammengesetzt werden. Wenn Drahtdurchmessers als auch der Anzahl an Wicklungen vor- Folgeschnitt zum Einsatz, wohingegen das Paketieren und Ein anderer Ansatz wird beim elektrostatischen Pulverbe- die einzelne Spule über mehrere Zähne verteilt gewickelt ist, teilhaft, sie ermöglicht ein breites Einsatzspektrum. Der sta- Verbinden der Bleche durch Kleben, Stanzpaketieren, schichten verfolgt. Das Isolierpulver wird elektrostatisch in handelt es sich um eine verteilte Wicklung (Hagedorn, et al., bile Prozess und die kurzen Zyklen eignen sich vor allem für Schweißen oder Klammern abgebildet wird (siehe dazu Ab- den Nuten appliziert und durch eine anschließende induktive 2016). Dabei werden in der Regel folgende Wickelverfahren kleinere Produktionsvolumen mit geringem Automatisie- bildung 15). In der Fertigung von Traktionsmotoren für Auto- Erwärmung ausgehärtet. Das Verfahren eignet sich beson- bei der generellen E-Motoren-Herstellung unterschieden: rungsgrad. Eine automatische Kontaktierung ist aufgrund mobilanwendungen kommen jedoch hauptsächlich die ders für kleine Motoren und Geometrien (Pietschmann, 2003). Linearwickelung, Flyerwicklung, Hairpin-Wicklung, Nadel- der flexiblen Drähte nur eingeschränkt möglich. Darüber hin- Verfahren Folgeschnitt und Stanzpaketieren sowie Schwei- wicklung und Einzugswicklung. Im Rahmen der Traktions- aus besteht die Gefahr, dass während der Einzugswicklung ßen zum Einsatz. (Kampker, 2014), (Dorner, et al., 2009). Die Spulen wickeln motorenproduktion werden für die Produktion hauptsächlich die elektrische Isolation beschädigt wird. Der Füllfaktor der Isolation zwischen den einzelnen Blechen wird in der Pro- die Wickelverfahren: Einzugswicklung und Hairpin-Wicklung Kupferspule liegt bei maximal 60%. duktion von Traktionsmotoren entweder durch bereits Für die Herstellung der Spulen werden in der Praxis mehrere eingesetzt und im Folgenden genauer erläutert. beschichtetes Elektroblech, das mittels Stanzpaketieren ge- Verfahren angewendet. Bei der Auswahl der passenden Hairpin-Wicklung fügt wird, oder über das Kleben mittels Backlack realisiert. Technologie stehen folgende Ziele im Vordergrund (Flei- Einzugswicklung (Insertion Winding) Das Backlackverfahren kommt jedoch aufgrund der höheren scher, et al., 2017): Die Hairpin-Wickeltechnik ist aufgrund des hohen Automati- Kosten nur in Sonderfällen zum Einsatz. Die am weitesten verbreitete Wickeltechnologie für dreipha- sierungspotenzials in Automotive-Anwendungen weit ver- Der Drahtanteil außerhalb der aktiven Länge in den sige Wechselstrommotoren ist die Spulenwicklung. In die- breitet. Der Prozess ist in vier Kernschritte unterteilt. Im ers- 2.2.2. Statorproduktion sogenannten Wickelköpfen soll minimiert werden, sem zweistufigen Prozess wird mit einem Draht in sog. ten Schritt wird der Kupferdraht in die gewünschte Form da diese nicht zur Energiewandlung beitragen. Flyerwickeltechnik eine Spule oder Wicklung erzeugt. Dabei gebracht. Im zweiten Schritt wird die geformte Nadel in die Der Stator ist, bezogen auf die Gesamtkosten der Maschine, Deshalb wirkt sich dieser Anteil auf Kosten, werden bis zu fünf Drähte gleichzeitig durch einen rotieren- Nuten des Stators geschoben. Anschließend werden die En- mit einem Anteil von ca. 35 % (abhängig vom Motortyp) das Energieeffizienz und Bauraum aus. den Flyer auf einer Schablone abgelegt. Die vorgewickelten den der montierten Nadeln verdreht, um diese zu kontaktie- teuerste Bauteil des E-Motors. Die hohen Kosten werden im Spulen werden auf eine Maske mit der gleichen Anzahl von ren. Die Leiter werden verbunden, um eine mechanische Falle des PSM durch teure Materialien und bei FSM und Der Füllfaktor der Nuten mit Kupfer ist zu maximieren, Schlitzen wie im Stator gelegt. Im zweiten Schritt werden und elektrische Verbindung zum Schließen der Wicklungen ASM durch aufwändige Produktionsprozesse verursacht um Bauraum und Energieeffizienz zu optimieren. die vorgewickelten Spulen mit eingelegter Schlitzisolierung zu bilden.

26 27 Vorteile der Hairpin-Wickeltechnik sind die deutlich höhere wichtsersparnis wird in Zukunft allerdings ein vermehrter wärmen einen Ofen. Für das Plasmanitrieren wird die Welle Magnete fügen und magnetisieren (PSM) Kupferdichte (Füllfaktor) und größere Leitungsquerschnitte Einsatz von Hohlwellen erwartet (Kampker, 2014). zuerst in einer Vakuumkammer unter Ionenbeschuss gerei- der Drähte, wodurch höhere Spannungen möglich sind. Ein nigt. Anschließend wird das Bauteil erhitzt und die Oberflä- Die Magnete werden auf dem Blechpaket entweder außen hoher Automatisierungsgrad bei der Produktion ermöglicht Formgebung che wird aufgestickt, wodurch sich an der Oberfläche Nitri- liegend (auf dem Außendurchmesser) oder innen liegend darüber hinaus Skaleneffekte bei einer Industrialisierung, de bilden. Das Plasmanitrieren erzeugt im Gegensatz zu den (vergraben) appliziert und verklebt. Das Magnetisieren er- sofern die Investitionskosten für eine automatisierte Ferti- Bei der Kaltumformung wird der auf Länge geschnittene zuerst genannten Verfahren nur einen geringen Verzug, wo- folgt über ein äußeres Magnetfeld mittels Stromimpulsen. gung aufgebracht werden können. Rundstab zunächst geglüht und nach dem Abkühlen in meh- durch auf eine spätere Nachbearbeitung teilweise oder voll- Dies kann als letzter Prozessschritt erfolgen. Bei vergrabe- reren Schritten in einer Presse durch eine Matrize gepresst. ständig verzichtet werden kann (Raedt, et al., 2014), (Kamp- nen Magneten ist das Magnetisieren vor dem Fügen der Imprägnieren Anschließend erfolgt aufgrund teilweise komplexer Geome- ker, 2014). Welle sinnvoll. Dieser Prozessschritt kann auch vor dem Fü- trien eine spanende Bearbeitung. Bei geringen Stückzahlen gen der Magnete erfolgen, wodurch das Magnetisieren aus- Die Spulen werden nach dem Wickeln mit Harz imprägniert, kann die Formgebung auch ausschließlich spanend erfol- 2.2.4. Rotorproduktion gelagert werden kann. Die nachfolgenden Prozesse hinge- um die elektrische Isolation, die thermische Leitfähigkeit gen, da sich die hohen Investitionskosten einer Anlage zur gen werden erschwert (Junker, 2007), (Binder, 2012). und den Schutz vor mechanischer Beanspruchung zu ver- Kaltumformung erst bei größeren Stückzahlen amortisieren Der Rotor hat einen bedeutenden Einfluss auf die Leistung bessern. (Raedt, et al., 2014) und die Laufcharakteristik des E-Motors. Daher ist die Rotorkäfig herstellen (ASM) Kenntnis der Herstellungsverfahren von besonderer Bedeu- Bei allen relevanten Technologien wird zuerst flüssiges Harz Spanende Bearbeitung/Rollieren tung. Der Rotoraufbau unterscheidet sich bei den relevanten Das vorherrschende Verfahren zum Herstellen des Rotorkä- appliziert und dieses danach unter Hitzeeinwirkung ausge- Motorkonzepten PSM, ASM und FSM (siehe Abschnitt figs ist aufgrund des hohen Automatisierungspotenzials der härtet. Aufgrund der kürzeren Taktzeiten und der gezielteren In einem Bearbeitungszentrum werden die Lagersitze nach- 2.1.1.) deutlich, weshalb einzelne Prozessschritte variieren. Druckguss. Dabei wird der Käfig direkt in die Rotornuten des Applikation des Harzes wird in der Elektromobilität das Trän- geschliffen und entstandener Verzug wird durch spanende Im Folgenden werden die einzelnen Prozessschritte der Ro- Blechpakets gegossen. Die weiteren Alternativen Dampf- ken und Träufeln bevorzugt. Das Vakuumimprägnieren wird Bearbeitung ausgeglichen. Sofern eine Verzahnung der Wel- torherstellung detailliert erläutert (siehe Abbildung 18), (Füßel, phasenlöten, Rührreibschweißen und Wärmeträgheits- heute nur noch in der Generatorherstellung und in Sonder- le vorgesehen ist, wird diese gefräst (Kampker, 2014). Wird 2017). schweißen von vorgefertigten Käfigstäben sind maßgeblich fällen angewandt (Kampker, 2014). die Welle rolliert, ist kein zusätzlicher Härteprozess in der im Prototypenbau angesiedelt (Kampker, 2014). Bearbeitung mehr nötig. 2.2.3. Wellenproduktion Härten Die Welle besitzt die Aufgabe, das erzeugte Drehmoment zu übertragen. Das Ausgangsmaterial für die Fertigung der Mit den verschiedenen Härteverfahren werden durch geziel- Magnete fügen (PSM) Außen liegende Bestückung Innen liegende Bestückung Welle ist ein Rundstab oder ein Rohr aus Stahl. Es wird zwi- tes Erwärmen und Abkühlen die Oberflächeneigenschaften schen Voll- und Hohlwelle unterschieden. Aufgrund des auf- der Welle verbessert. Beim Induktionshärten wird das Bau- wändigeren Fertigungsverfahrens finden Hohlwellen aktuell teil durch einen Induktionsstrom erhitzt und kurz danach ab- Rotorkäfig herstellen (ASM) Druckgießen Dampfphasenlöten Rührreibschweißen Wärmeträgheitsschweißen in E-Motoren noch wenig Verwendung. Wegen der Ge- geschreckt. Das Einsatzhärten hingegen nutzt für das Er-

Rotorwicklung herstellen (FSM) Linearwickeln Flyerwickeln Nadelwickeln

Rotor und Welle Urformen Kaltumformen Spanende Bearbeitung Eindehnen Aufschrumpfen Einpressen fügen

Bearbeiten Induktionshärten Einsatzhärten Plasmanitrieren Auswuchten Additiv Subtraktiv

Magnetisieren Härten Spanende Bearbeitung Offline Inline (PSM)

Bevorzugt eingesetzte Technologiealternativen Bevorzugt eingesetzte Technologiealternativen Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle:

Abbildung 17: Technologiealternativen in der Wellenproduktion Abbildung 18: Technologiealternativen in der Rotorproduktion

28 29 Rotorwicklung herstellen (FSM) Auswuchten eine Matrizenöffnung gepresst, wodurch auch komplexe 2.2.6. Endmontage Geometrien gegossen werden können (Kampker, 2014), Für die Herstellung der Spulen des Rotors der FSM werden Ziel des Auswuchtens ist das Optimieren der Massevertei- (Klocke, 2015). Für die Endmontage existiert eine Vielzahl unterschiedlicher die Technologien Linearwickeln, Flyerwickeln und Nadelwi- lung des Rotors, um einen ruhigen Lauf und eine lange Le- Technologien, da sich Bauform und Kundenschnittstellen ckeln eingesetzt, wobei das Flyerwickeln aufgrund der ge- bensdauer zu gewährleisten. Dazu wird im ersten Schritt die Spanend nachbearbeiten stark unterscheiden können. Die am häufigsten verwende- ringen Prozesszeit das derzeit verbreitetste Verfahren dar- Unwucht gemessen. Um diese auszugleichen, wird beim ten Technologiealternativen (siehe Abbildung 20) werden stellt (Fleischer, et al., 2017), (Hagedorn, et al., 2016). additiven Wuchten eine Masse, z. B. durch Schweißen oder Auch wenn Druckgießen und Strangpressen der gewünsch- nachfolgend erklärt. Löten, aufgebracht. Im Gegensatz dazu steht das subtrakti- ten Endkontur sehr nahekommen, ist eine spanende Nach- Rotor und Welle fügen ve Wuchten, dabei wird an der Unwuchtposition Material bearbeitung in einem Bearbeitungszentrum notwendig. Gra- Stator in Gehäuse fügen durch Bohren oder Fräsen abgetragen (Schermann, 2013). te werden entfernt und die Innenkontur des Gehäuses mit Rotor und Stator wandeln, wie in Kapitel 2.1.1 beschrieben, den Lagersitzen wird ausgedreht, um die geforderte Ober- Ähnlich wie beim Fügen von Welle und Rotor kann das Ge- elektrische in mechanische Energie. Die Welle leitet die ent- 2.2.5. Gehäuseproduktion flächengüte zu erreichen. Für die Montage der Lagerschilde häuse beim Warmschrumpfen erwärmt und anschließend standene mechanische Energie als Drehmoment für den wird das Gehäuse mit Bohrungen versehen (Weck, 2005), über den Stator gestülpt werden. Die Erwärmung erfolgt Vortrieb des Fahrzeugs an das Getriebe weiter. Um dies zu Das Motorgehäuse muss hohe Kräfte aufnehmen können und (Böge, 2007), (Kampker, 2014). mithilfe der Induktionserwärmung. Weitere Verfahren wie gewährleisten, müssen Welle und Rotor fest verbunden wird zur Kühlung der Maschine eingesetzt. Die Lagersitze das Kleben oder Verschrauben werden seltener angewandt, werden. Dies kann grundsätzlich formschlüssig, kraftschlüs- müssen eine hohe Genauigkeit aufweisen, um einen optima- Reinigen da diese entweder fertigungstechnisch oder im Betrieb sig oder stoffschlüssig geschehen. In der Praxis haben sich len Luftspalt zwischen Rotor und Stator zu erzeugen und da- nachteilig sind (Kampker, 2014), (Leidich, 2008). kraftschlüssige Technologien etabliert. Das Aufschrumpfen durch die Leistung zu maximieren. Abbildung 19 zeigt Techno- Im letzten Bearbeitungsschritt wird das Gehäuse von Gieß- und das Eindehnen nutzen die Dehnungseigenschaften von logiealternativen für die Gehäuseherstellung (Kampker, 2014). rückständen, Spänen sowie Staub- und Schmutzpartikeln Rotor fügen und Lagerschilde montieren Werkstoffen. Beim Aufschrumpfen wird der Rotor erwärmt befreit. Beim Kaltstrahlen wird Trockeneis verwendet, das und anschließend auf die Welle gefügt. Beim Abkühlen ent- Urformen die zu entfernenden Partikel unterwandert. Das Sandstrah- Im ersten Schritt der Rotormontage wird das Loslager auf steht eine kraftschlüssige Verbindung. len hingegen nutzt Kugelpartikel als Strahlmedium. Pas- die Welle und das Festlager in das A-Lagerschild (Lager- Das Urformen kann durch verschiedene Gussverfahren er- sungsverfälschung und Oberflächenverdichtung sind dabei schild-Abtriebsseite) gepresst. Anschließend wird der Rotor Mit der Technologie des Eindehnens wird die Welle z. B. mit folgen, die abhängig von der produzierten Stückzahl einge- entstehende Nachteile. Eine schonende Alternative stellt in das Gehäuse mit bereits montiertem A-Lagerschild ge- flüssigem Stickstoff abgekühlt und gefügt. Beide Verfahren setzt werden. Der Sandguss wird lediglich in der Prototy- das Ultraschallbad dar. Das Waschen findet in Durchlauf- fügt. Dabei ist eine Kollision des Rotors mit dem Stator zu können auch kombiniert eingesetzt werden. Darüber hinaus penfertigung genutzt, wohingegen sich der Schleuderguss Reinigungsanlagen statt und eignet sich für die Großserien- verhindern. Gerade bei PSM können durch das Magnetfeld ist ein Einpressen der Welle ohne thermische Behandlung für kleinere bis mittlere Stückzahlen eignet. Beim Schleuder- produktion (Kampker, 2014). des Rotors hohe Kräfte entstehen. möglich. Aufgrund des Risikos, das Blechpaket dabei zu be- guss wird die Schmelze in eine Form gegossen und an- schädigen, wird dieses Verfahren selten genutzt (Leidich, schließend durch Rotation verteilt und abgekühlt. Für die 2008), (Kampker, 2014). Großserie haben sich Druckgießen und Strangpressen durchgesetzt. In beiden Verfahren wird die Schmelze durch

Stator in Gehäuse Warmschrumpfen Kleben Verschrauben fügen

Urformen Sandguss Schleuderguss Druckguss Strangpressen Rotor fügen Manuell Halbautomatisch Vollautomatisch

Spanend Entgraten, Drehen, Bohren und Feinbearbeitung Lagerschilde Verschrauben Kleben Anpressen nachbearbeiten montieren

Phasen und Sensorik Reinigen Kaltstrahlen Sandstrahlen Ultraschallbad Waschen Löten/Schweißen Stecken Kleben Pressen kontaktieren

Bevorzugt eingesetzte Technologiealternativen Bevorzugt eingesetzte Technologiealternativen Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle:

Abbildung 19: Technologiealternativen in der Herstellung des Gehäuses Abbildung 20: Technologiealternativen in der Endmontage elektrischer Maschinen

30 31 Zuletzt wird das B-Lagerschild (Lagerschild-Loslager) mon- vanz für die Hersteller und Lieferanten feststellen. Im bel, Steckverbinder und Kühlschleifen zu minimieren. Ein tiert. Die Montage der Lagerschilde kann durch Verschrau- folgenden Abschnitt sollen die wichtigsten dieser Trends Technologietrends und deren Auswirkungen weiterer Treiber dieses Trends ist eine verbesserte Ab- ben, Kleben und Anpressen erfolgen (Kampker, 2014). vorgestellt und auf ihre Relevanz für die Wertschöpfung ana- auf die Wertschöpfung schirmtechnik und die damit verbundene bessere elektro- lysiert werden. magnetische Verträglichkeit (EMV) der Komponenten. Die Phasen und Sensorik kontaktieren Abbildung 21 zeigt die Technologietrends in der volumetrische und gravimetrische Leistungsdichte kann 2.3.1. Trendanalyse Traktionsmotoren Entwicklung und Herstellung von E-Motoren durch die Reduktion der Komplexität sowie der Anzahl und Für die Kontaktierung von Phasen und Sensorik existieren aus heutiger Sicht. Als wesentliche Trends lassen Größe der Komponenten (z. B. Invertergehäuse, geschirmte mehrere Alternativen, die abhängig vom Kundenwunsch ein- Die zukünftige Entwicklung und Herstellung von E-Motoren sich solche zur Verbesserung der Effizienz und der Anschlusskabel) deutlich gesteigert werden. Plattformstra- gesetzt werden. Neben Stecken und Kleben sind Löten/ werden von verschiedenen Trends beeinflusst. Die Trends Industrialisierungsfähigkeit sowie der Kostenstruk- tegien der Erstausrüster (OEM – Original Equipment Manu- Schweißen und Pressen die bevorzugten Technologien. werden im Folgenden vor allem hinsichtlich ihres Einflusses turen von E-Motoren beobachten. facturer), wie z. B. die Volkswagen MEB Plattform, spiegeln Dies liegt daran, dass diese prozesstechnisch einfach abzu- auf die Wertschöpfung der Hersteller und Lieferanten priori- Die zwölf in Abbildung 21 dargestellten Trends diesen Trend zunehmend wider. bilden sind und eine sichere Kontaktierung darstellen. In je- siert. So können technische Veränderungen, wie z. B. ande- wurden nach der Reife des Technologietrends dem Fall sollen Wirkungsgradverluste durch hohe Über- re Materialien oder neue Herstellungsverfahren, die Wert- und den Auswirkungen auf die Wertschöpfung Je nach Integrationsgrad werden drei unterschiedliche Integ- gangswiderstände und ein versehentliches Vertauschen schöpfungstiefe eines Herstellers erhöhen oder verringern. bewertet. Dabei beinhaltet die Bewertung der rationskonzepte unterschieden (siehe Abbildung 22). Bei der beim Anschließen vermieden werden (Ponn & Lindemann, Neben der Wertschöpfung ist auch der Reifegrad eines Reife des Technologietrends zum einen eine Halbintegration sind Motor und Getriebe integriert. Als vorteil- 2011), (Kampker, 2014). Technologietrends ausschlaggebend. Neue Technologien Einschätzung der grundsätzlichen Umsetzbarkeit haft gilt hier, dass auf ein breites Spektrum an Lieferanten zu- mit einem hohen Reifegrad werden zeitnah einen Einfluss im Rahmen einer Großserienfertigung und rückgegriffen werden kann und verschiedene Varianten ein- 2.3. Technologietrends von Traktions auf Hersteller und Lieferanten haben. Technologien mit ei- berücksichtigt zum anderen den zeitlichen Rahmen fach umgesetzt werden können. Nachteilig sind jedoch die motoren und deren Subkomponenten nem geringen Reifegrad hingegen werden in den kommen- für eine potenzielle Umsetzung auf dem Markt. Je vom E-Motor separierte Leistungselektronik sowie die mehr- den Jahren noch nicht serientauglich sein und ihr Einsatz in höher die Reife eines Technologietrends bewertet fach benötigten Kühlsysteme bzw. Anschlüsse an das Kühl- Um Wertschöpfungspotenziale bewerten zu können, sind der Produktion ist somit im Betrachtungszeitraum sehr un- ist, umso wahrscheinlicher ist die Durchsetzung am system. Darüber hinaus können Hochvolt-(HV-)Wechsel- Trends und zukünftige technologische Entwicklungen für die wahrscheinlich. Basierend auf dem Einfluss auf die Wert- Markt. Ein Beispiel kann hierfür der Trend zur strom-Leitungen und -Anschlüsse Probleme hinsichtlich der zu betrachtende Technologie essenziell. Bei der Entwick- schöpfung sowie auf dem Reifegrad können die folgenden Systemintegration sein, dieser Trend wird bereits Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) verursachen, die lung von Traktionsmotoren für den Einsatz im Fahrzeug las- sechs Fokustrends sowie vier Trends von untergeordneter von vielen Herstellern umgesetzt und spielgelt sich durch eine Integration vermindert werden können. sen sich verschiedene Trends mit unterschiedlicher Rele- Bedeutung identifiziert werden. in der E-Achse des VW I.D.3 oder im Porsche Taycan und in weiteren Fahrzeugen wider. Bei der Vollintegration sind E-Motor, Getriebe, Leistungs- Die Bewertung der Auswirkung auf die Wertschöp- elektronik und HV-Anschlüsse in einer kompakten Anord- fung ermöglicht eine Aussage darüber, ob sich nung integriert. Somit benötigen E-Motor sowie Leistungs- die Wertschöpfung durch den Technologietrend elektronik nur eine zentrale Kühlmittelversorgung und es Auswirkungen auf die Wertschöpfung1 Fokustrend Kein Fokustrend ändert – es wird dabei nicht unterschieden, ob die besteht ein geringes Risiko von EMV-Problemen. Nachteilig Wertschöpfung steigt oder sinkt, diese Bewertung sind jedoch die aktuell eingeschränkte Lieferantenauswahl

Komprimierte Kontinuierliche Axialflussmotor wird in Kapitel 2.3.2 gesondert durchgeführt und und eine erschwerte Variantenbildung. Wicklungen Hairpin-Wicklung erläutert. Ein Beispiel kann hier die Wertschöpfung h Hohldrähte beim Axialflussmotor sein: Durch die erhöhten Die Achsintegration bezeichnet eine Vollintegration ein- Hoc Anforderungen an die Produktionsprozesse des schließlich der Achskomponenten, wie z. B. Antriebswelle, Neuartige Kühlkonzepte Systemintegration Rotors und des Stators steigt die Wertschöpfung, Radaufhängung und Bremsen. Sie kann beim Lieferanten vor-

vanz für die Hersteller wobei die Materialkosten, speziell durch den montiert und endmontagebereit geliefert werden. Weitere verminderten Einsatz von Permanentmagneten, wesentliche Vorteile eines integrierten Systems gegenüber Zunehmende Rele Höhere Drehzahl Nutisolation etwas sinkt. Da der Fokus für Baden-Württemberg der Einzelintegration der Komponenten sind ein validiertes jedoch auf der Wertschöpfung ohne Materialkosten Gesamtsystem (Mühlberg, et al., 2017). E-Achsen werden Induktiver FSM

Gering liegt, ist mit einer starken Veränderung der vorzugsweise für die Antriebskonzepte BEV, FCEV und PHEV Verbesserte Wertschöpfung im Gegensatz zu PSM, ASM und Hochtemperatur Magnete 800- bis 1.000-V- eingesetzt. PKW mit geringerem Elektrifizierungsgrad wie isolierung Architektur FSM zu rechnen. Mikro-, Mild- und Voll-HEV besitzen in der Regel eine wesentlich geringere elektrische Antriebsleistung. Dadurch ergibt Gering Reife des Technologietrends Hoch sich gleichzeitig ein geringerer Platzbedarf gegenüber voll-

Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Trend 1 – Systemintegration: Die strukturelle Integration elektrischen Fahrzeugen, sodass der elektrische Antrieb in

Abbildung 21: Technologietrends und deren Auswirkungen auf die Wertschöpfung des E-Motors, des Inverters und des Getriebes haben das den konventionellen Antriebsstrang mit Verbrennern integ- Ziel, Kosten und Platz- und Antriebsstrangverluste durch Ka- riert werden kann (Reif, et al., 2012).

1 Auswirkungen berücksichtigen Steigerung, Verlust oder Verschiebung der Wertschöpfung

32 33 steller auf die PSM-Technologie und haben die induktive Hohldrähte

Halbintegration Vollintegration Achsenintegration FSM daher noch nicht in ihr Produktportfolio implementiert. Bei Anwendung dieser Technologie wird Kühlflüssigkeit direkt

Teilintegration von E-Motor und Getriebe Integration von E-Motor, Getriebe, Leistungs- Vollintegration einschließlich Trend 4 – Höhere Drehzahlen: Aktuelle Traktions-E-Moto- durch hohle Statorwicklungsdrähte gepumpt. Dabei sind eine elektronik und HV-Anschlüssen Achskomponenten, wie z.B. Antriebswelle, ren haben eine maximale Drehzahl von 10.000–20.000 verbesserte Kühlung sowie eine erhöhte Dauerleistung und Radaufhängung und Bremsen U/min. Eine höhere Leistungsdichte kann durch höhere Leistungsdichte möglich. Aufgrund eines erhöhten Draht- Ausgeprägtes Lieferantenset und einfache Sehr kompaktes Package möglich Bereit für Endmontage Motordrehzahlen in Verbindung mit einer höheren Getriebe- durchmessers sind geänderte Wickelprozesse sowie ver- Variantenbildung untersetzung erreicht werden. Hauptanwendungen sind schiedene Prozesse nach dem Wickeln und der Endmontage Gemeinsame Kühlung für E-Motor und Leistungselektronik getrennt von E-Motor Leistungselektronik Traktionsmotoren, bei denen das geringere Gewicht den Ge- nötig. Aktuell findet diese Technologie lediglich in Nischen- platziert samtenergieverbrauch des Fahrzeugs verringert. So können märkten, wie beispielsweise der Luftfahrt, Anwendung. Eine Geringere EMV-Probleme Mehrere Kühlungssysteme notwendig höhere Drehzahlen von 30.000 U/min das Gewicht des An- Industrialisierung der Technologie ist noch nicht erfolgt. Lieferantenset und Variantenbildung triebsstrangs um bis zu 30% reduzieren. Die gesteigerte HV-AC-Leitungen und -Anschlüsse beschränkt können EMV-Probleme verursachen Effizienz des Fahrzeugs erhöht darüber hinaus dessen Komprimierte Wicklung Reichweite. Als Herausforderungen bei höheren Drehzahlen gelten das sog. NVH-Verhalten (Geräusch, Vibration, Rauig- Bei den sog. Compressed Windings werden die Drähte bei keit, engl. Noise Vibration Harshness), der Motorwirkungs- der Einzugswicklung komprimiert, um einen ähnlichen Kup- grad, Hochgeschwindigkeitslager und die Getriebekonstruk- ferfüllfaktor wie beim Hairpin-Design zu erzielen. Theoretisch tion, die eine spezielle Auslegung auf die erhöhte Maxi- lassen sich so niedrigere Produktionskosten bei höheren Pro- maldrehzahl benötigen. Bei E-Motoren-Herstellern und E-Fahr- duktionsstückzahlen erzielen. Aktuell befindet sich die Tech- zeug-Herstellern lässt sich ein klarer Trend hin zu höheren nologie noch in der Testphase und eine Marktreife wird nicht Drehzahlen feststellen (z. B. Tesla Model 3: 18.000 U/min). vor dem Jahr 2025 erwartet. Aktuelle Herausforderungen liegen beispielsweise in der Prozesssicherheit, da die Isolati- Trend 5 – Neue Kühlkonzepte: Aufgrund des Entwick- on beim Komprimieren nicht beschädigt werden darf.

Quelle: Halbintegration: Schaeffler AG; Vollintegration: Robert Bosch GmbH; Achsenintegration: ZF Friedrichshafen AG Friedrichshafen ZF Achsenintegration: GmbH; Robert Bosch Vollintegration: AG; Schaeffler Halbintegration: Quelle: lungstrends hin zu kompakteren E-Motoren erhöhen sich

Abbildung 22: Achsintegrationsstufen neue Anforderungen an das Thermomanagement. Bei ver- Hochtemperaturisolierung gleichbarer in Wärme umgewandelter Verlustleistung verringert sich die dafür verfügbare Kühlfläche. Ziel ist es, die Ziel ist eine Verbesserung der Isolation durch Verwendung Wärme möglichst nah an den emittierenden Komponenten von Hochtemperatur-Isolationsmaterialien. Der Einsatz die- Trend 2 – Axialflussmotor: Neben den beschriebenen on dieses Motortyps keinen Einsatz in der Serienproduktion. Rotor und Stator abzuführen. Dies kann z. B. durch direkte ser Materialien ermöglicht eine Erhöhung der Betriebstem- E-Motor-Bauarten für Traktionsmotoren gibt es auch das Ein erster Einsatz wird frühestens ab dem Jahr 2025 im Rah- Kühlung der Wickelköpfe, durch Rotorinnenkühlung oder die peratur auf über 200 °C, sodass mehr Flexibilität beim Ther- E-Motor-Konzept des Axialflussmotors, das potenziell hohe men von Sonderanwendungen oder bei Sportwagen in Klein- Verwendung von besonders wärmeleitfähigen Materialien momanagement erzielt werden kann. Bei der Erhöhung der Leistungsdichten und geringen Platzbedarf verspricht. Im serien erwartet (Dunkermotoren GmbH, 2018). erfolgen. Der Trend zu neuartigen Kühlkonzepten steht in Betriebstemperatur im PSM muss jedoch berücksichtigt Gegensatz zu den derzeit hauptsächlich in Anwendung be- starker Abhängigkeit zum Trend zu höheren Drehzahlen. werden, dass die Magnetzusammensetzung darauf abge- findlichen Radialflussmotoren wie PSM, ASM und FSM ist Trend 3 – Induktiver FSM: Bei FSM wird der Rotorstrom stimmt werden muss. Dafür müsste in den aktuell führen- die Magnetfeldausrichtung hier axial angeordnet. Der Motor mittels Bürsten und Schleifringen übertragen. Die mechani- Trend 6 – Flachdrahtwellenwicklung (Continuous Hairpin): den Magnetzusammensetzungen der Anteil des vergleichs- besteht dabei aus einem Rotor mit Permanentmagneten und sche Verbindung erhöht den Verschleiß und verringert den Durch den Einsatz einer Flachdrahtwellenwicklung ist eine weise teuren Elements Dysprosium erhöht werden. Aus einem Stator mit Kupferwicklungen, diese sind als Scheiben Wirkungsgrad. Mit der neuen Technologie wird der Rotor- Verringerung des Kupfergewichts im Stator möglich. Denn Kostengründen wird der Trend daher mit einer geringen entlang einer Welle jeweils abwechselnd angeordnet. Infol- strom durch Induktion übertragen. Dies reduziert die Nach- bei der Flachdrahtwellenwicklung entfällt ein Großteil der Marktdurchdringungsfähigkeit bewertet. ge des axialen Aufbaus kann der Einsatz der Materialien teile des FSM und macht die FSM-Technologie wettbe- Verschweißungen an den Wickelköpfen, wodurch die Wi- stark reduziert werden. Das Gehäuse, das bei dieser Bauart werbsfähiger gegenüber PSM für Automobilanwendungen. ckelköpfe kompakter ausfallen und weniger Kupferdraht Verbesserte Magnete keine Kräfte aufnehmen muss, sondern nur die Aufgabe be- Verschiedene Ankündigungen von E-Motoren-Herstellern, benötigt wird. Dadurch kann eine Verbesserung der Leis- sitzt, den Motor in Position zu halten, kann dabei nicht nur Ausrüstungslieferanten und Forschungseinrichtungen unter- tungsdichte ermöglicht werden. Zusätzlich entfällt der Pro- Eine Verbesserung der Magnete des PSM und eine damit mög- sehr dünn gestaltet werden – aufgrund des im Vergleich zur streichen zwar die Relevanz dieses Trends, jedoch gibt es duktionsschritt für die Kontaktierung. Die Herausforderung liche Reduzierung der verwendeten schweren seltenen Erden Motorgröße sehr großen Rotordurchmessers kann auch ein bisher keine Industrialisierung am Markt. So hat die BRUSA liegt in der Industrialisierung des vergleichsweise komple- wie Dysprosium ermöglicht eine Kostensenkung. Darüber hin- sehr hohes Drehmoment bei geringerem Materialeinsatz Elektronik AG bereits 2014 ein marktreifes Produkt angekün- xen Einlegens des vorgeformten Drahts in die Statornuten. aus treibt die Abhängigkeit der OEMs von China als Lieferant von Magneten und Wickeldraht bei sehr geringem Rastmo- digt, jedoch Stand 2020 noch nicht im Produktportfolio. Auf- Eine der ersten Implementierungen der Technologie wurde der seltenen Erden sowie die Preisvolatilität der Seltenerdele- ment erzielt werden. Aktuell gibt es jedoch aufgrund der er- grund des geringen Marktanteils des FSM im Bereich der für das Jahr 2021 von Lucid in einem PSM bereits angekündigt. mente diesen Trend voran. Aktuell gibt es jedoch keine offiziell höhten Anforderungen an die Formgebung und die Produkti- Traktionsmotoren konzentrieren sich viele E-Motoren-Her- bekannten Bestrebungen seitens der OEMs oder Tier-1-Liefe-

34 35 ranten für die weitere Umsetzung dieses Trends. Der Einfluss 2.3.2. Implikationen für E-Motoren und komplexen Formgebung von Rotor und Stator und der Verar- 2.4. E-Motoren in Nutzfahrzeugen auf die Produktion wird darüber hinaus als gering eingeschätzt. Subkomponenten beitung der dünnschichtigen Permanentmagnete erwartet. Um einen vollständigen Überblick über die Marktpotenziale 800- bis 1.000-V-Architektur Eine Bewertung der Technologietrends hinsichtlich ihrer Aus- Trend 3 – Induktiver FSM: Bei der heutigen Bauform des im Bereich E-Motoren zu geben, werden im folgenden Exkurs wirkungen auf die Wertschöpfung ergibt einen potenziellen FSM wird der Rotorstrom durch Bürsten und Schleifringe Traktionsmotoren für Nutzfahrzeuge und mögliche Synergien Der Großteil der aktuellen Elektrofahrzeuge basiert auf einer Wertschöpfungsverlust für vier der sechs wahrscheinlichsten übertragen. Bei der Technologie des induktiven FSM wird der zu elektrisch angetriebenen PKW auf technischer Basis analy- 400-V-Architektur. Aufgrund höherer Effizienz und höherer Trends: die Systemintegration, höhere Drehzahlen, neue Rotorstrom durch Induktion übertragen. Aus heutiger Sicht siert. Der Markt für elektrifizierte Nutzfahrzeuge wird dabei möglicher Ladeleistung entwickeln PKW-Hersteller vermehrt Kühlkonzepte sowie die Flachdrahtwicklung. Eine Ausnahme findet durch diesen Technologiewechsel keine Minderung der weltweit, aber vor allem auch in Deutschland in den kommen- Fahrzeuge und Plattformen mit 800- bis 1000-V-Architektu- bildet hier der mögliche Technologiesprung zu einem Axial- Wertschöpfung statt, vielmehr werden die entfallenden Kom- den Jahren stark an Bedeutung gewinnen. Für den schweren ren. Das erste Serienfahrzeug mit dieser Technologie ist der flussmotor. Beim Konzept des Axialflussmotors wird erwar- ponenten wie Bürsten und Schleifringe durch die Komponen- Straßengüterverkehr wurde im Klimaschutzprogramm 2030 Porsche Taycan, weitere Fahrzeuge wurden bereits angekün- tet, dass die Wertschöpfung im Gegensatz zu einem PSM ten zur induktiven Stromübertragung ersetzt. Auch im Pro- der Bundesregierung das Ziel formuliert, dass bis 2030 etwa digt, beispielsweise von Porsche, Audi und Hyundai. Die aus vom eingesetzten Material zu erhöhten Produktionskosten duktionsprozess entfällt keine Wertschöpfung, es kommen ein Drittel der logistischen Fahrleistung elektrisch oder auf der veränderten Architektur resultierende erhöhte Betriebs- aufgrund des komplexen Aufbaus wechselt. Beim induktiven lediglich geänderte Produktionsprozesse zur Anwendung. Basis strombasierter Kraftstoffe erbracht werden soll (Bun- spannung des E-Motors hat jedoch nur einen geringen Ein- FSM hingegen wird erwartet, dass nur eine Verschiebung der desministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur – BMVI, fluss auf die Wertschöpfung, da die Komponenten ähnlich di- Wertschöpfung stattfindet. Die detaillierten Auswirkungen Trend 4 – Höhere Drehzahlen: Eine höhere Leistungsdich- 2020). In der nachfolgenden Analyse soll neben unterschied- mensioniert werden und die Produktionsprozesse gleich auf die Komponenten und den gesamten E-Motor werden im te kann durch höhere Motordrehzahlen in Verbindung mit lichen Anforderungen an E-Motoren für Nutzfahrzeuge und bleiben. Lediglich die Isolierung der Wicklung, die Kontaktie- Folgenden für jeden der sechs Trends erörtert. einer höheren Getriebeuntersetzung erreicht werden. Durch PKW vor allem auf den technischen Aufbau und die Produkti- rung und das Wicklungsdesign müssen an das höhere Span- die im Trend beschriebene höhere gravimetrische sowie vo- on eingegangen werden. Außerhalb dieses Exkurses werden nungsniveau angepasst werden. Trend 1 – Systemintegration: Die oben beschriebene lumetrische Leistungsdichte wird es möglich, kleinere und Nutzfahrzeuge im Rahmen dieses Themenpapiers nicht wei- strukturelle Integration des E-Motors, des Inverters, des Ge- leichtere E-Motoren bei gleichen Leistungsparametern ein- ter behandelt. Verbesserte Nutisolation triebes und der Achskomponenten hat das Ziel, Kosten, zusetzen. In diesem Fall ergibt sich eine Minderung der Platz- und Antriebsstrangverluste durch Kabel, Steckverbin- Wertschöpfung vor allem durch die Einsparung an Material. 2.4.1. Technologiebewertung Die Verwendung von Papier oder Folie als Isolation zwi- der und Kühlschleifen zu minimieren. Materialeinsatz wird Die Produktionsprozesse werden größtenteils nicht beein- E-Motoren in Nutzfahrzeugen schen Statornut und Wicklung erfordert einen aufwendigen hierbei nicht nur durch die Integration in ein Gehäuse, durch flusst, da eine Auslegung auf höhere Drehzahlen den grund- Fertigungs- und Einschubprozess. Daher wird aktuell die eine einheitliche Kühlung für das Gesamtsystem oder durch legenden Produktionsablauf nicht beeinflusst, sondern nur Der Trend zur Elektrifizierung von Antriebssträngen bezieht Verwendung anderer Materialien beziehungsweise auch ein kurze Kabelwege minimiert. Eine Systemintegration ermög- geringfügige Prozessanpassungen mit sich bringt. sich neben PKW auch auf kommerzielle Nutzfahrzeuge. Die- Entfall der Isolation durch eine Verbesserung der Beschich- licht es auch, Produktionsprozesse im Rahmen der Endmon- se werden basierend auf der maximalen Zuladung und ihrem tung des Wickeldrahts erforscht. Sollte die Isolation durch tage zusammenzufassen oder diese teilweise komplett ent- Trend 5 – Neue Kühlkonzepte: Wie im Rahmen der Tech- Einsatzspektrum in die Kategorien Light-Duty, Medium-Duty andere Materialien ausgeführt werden, wird erwartet, dass fallen zu lassen. nologietrends beschrieben, kann durch den Entfall der Man- und Heavy-Duty bzw. Heavy-Duty Longhaul Truck unter- eine Verschiebung der Wertschöpfung hin zu anderen Liefe- telkühlung und die Verwendung besonders wärmeleitfähi- schieden. Hierbei haben die unterschiedlichen Anforderun- ranten und einem abgewandelten und vereinfachten Produk- Trend 2 – Axialflussmotor: Durch den axialen Aufbau kön- ger Materialien die volumetrische Leistungsdichte eines gen in den jeweiligen Kategorien sowohl einen Einfluss auf tionsprozess erfolgt. Sollte aufgrund einer Verbesserung der nen der Materialeinsatz für Gehäuse und Permanentmagne- E-Motors gesteigert werden. Die gravimetrische Leistungs- die technischen Spezifikationen als auch auf das Design des Isolation des Wickeldrahts die zusätzliche Isolation entfallen te sowie die Kupfermenge in den Wicklungen des Stators dichte kann durch Verwendung leichterer Materialien (z. B. zum Einsatz kommenden E-Motors. Dies gilt auch für das In- können, würde dies zu einer Minderung der Wertschöpfung bei gleicher Leistung stark reduziert werden. Im Gegensatz Ersetzen von Metall durch Kunststoff) erhöht werden. Darü- tegrationslevel der Antriebsperipherie des Motors. In der Ka- in der Produktion aufgrund des Entfalls eines gesamten Pro- zu den materialseitigen Einsparungen wird jedoch ein erhöh- ber hinaus lässt sich durch den Einsatz kostengünstiger Ma- tegorie Light-Duty mit einem Gesamtgewicht bis zu 3,5 Ton- duktionsprozesses führen. ter Aufwand bei der Produktion des Motors aufgrund der terialien und eine entsprechende Anpassung der Produkti- nen, wie z. B. dem eSprinter von Mercedes-Benz, kommen onstechnologie eine Kostenreduzierung realisieren. primär E-Motoren aus dem PKW-Bereich zum Einsatz. In den Kategorien Medium- und Heavy-Duty sind vor allem die Leis- Trend 6 – Flachdrahtwellenwicklung: Durch den Einsatz tungsanforderungen hinsichtlich der Nutzlast und des Ge- System Induktiver Höhere Neue Kontinuierliche Axialflussmotor einer Flachdrahtwellenwicklung vergleichbar mit dem Hair- samtgewichts für die E-Motor-Spezifikationen ausschlagge- integration FSM Drehzahlen Kühlkonzepte Hairpin-Wicklung pin, aber ohne zusätzlich notwendige Kontaktierung, ist eine bend. Im Bereich Longhaul (Langstrecken-Nutzfahrzeuge) Wertschöpfung gesteigert Verbesserung der volumetrischen und gravimetrischen Leis- unterscheidet sich der Antriebsstrang lediglich in der Dimen-

Wertschöpfung verschoben tungsdichte möglich. Dabei ergibt sich neben der Reduzie- sionierung des Energiespeichers vom Heavy-Duty-Bereich, rung der Materialkosten infolge des geringeren Materialein- um eine Langstreckentauglichkeit zu ermöglichen. Wertschöpfung entfallen satzes und im Gegensatz zu Standard-Hairpin-Wicklungen

Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: auch ein Kostenvorteil in der Produktion durch den Entfall

Abbildung 23: Technologietrends und deren Implikationen für die Wertschöpfung der Produktionsschritte für die Kontaktierung der Hairpins.

36 37 Hinsichtlich der Spezifikationen des E-Motors beziehen sich Faktor drei bis fünf höheres Gewicht und höheres Volumen die wesentlichen Unterschiede im Nutzfahrzeugbereich auf der LKW-Motoren auf die Auslegung der Anlagen aus. Diese das benötigte maximale Drehmoment, das in einem be- müssen wesentlich größer und robuster konzipiert sein. stimmten Drehzahlspektrum anliegt. So haben durchschnittliche PKW-E-Motoren aktuell eine maximale Drehzahl zwi- Synergieeffekte mit PKW-Anwendungen können demnach schen 10.000 und 20.000 U/min mit im Vergleich geringem erst dann umfangreich genutzt werden, wenn die Stückzah- Drehmoment. Drehmomentstarke E-Motoren für Nutzfahr- len der LKW-E-Motoren steigen oder sich der Trend zu klei- zeuge erreichen hingegen lediglich zwischen 3.000 und neren und höher drehenden Motoren fortsetzt und Gleichtei- 5.000 U/min und ein weitaus höheres Drehmoment. Um die le für die unterschiedlichen Anwendungen genutzt werden hohen Drehmomentanforderungen im Nutzfahrzeugbereich können. Zu den potenziellen Synergieeffekten zählen die realisieren zu können, bedarf es vor allem eines großvolumi- gemeinsame Nutzung von Material-, Komponenten- und gen Designs des E-Motors. Systemlieferanten, mit denen Reichweite und Produktdurch- dringung entsprechend skaliert werden können. Erste Ent- Im LKW-Segment werden am Markt aktuell als Traktions- wicklungen hin zu kleineren E-Motoren bei LKW-Anwendun- motoren meist ASM und PSM eingesetzt. Die maximale gen zeichnen sich ab. Tesla kündigte bereits an, in seinem Leistung bleibt gegenüber einem im PKW eingesetzten Heavy-Duty Truck Semi mehrere Antriebseinheiten des E-Motor fast unverändert. So hat beispielsweise ein E-Mo- PKW Tesla Model 3 einzusetzen. Es ist zu erwarten, dass tor im Tesla Model 3 bei einem Gewicht von 90 kg eine ma- weitere LKW-Hersteller diesem Trend folgen. ximale Leistung von 190 kW, wodurch sich ein Leistungsge- wicht von 2,1 kW/kg ergibt. E-Motoren für durchschnittliche Medium-Duty Trucks haben ebenfalls eine Leistung von etwa 200 kW, jedoch ein deutlich höheres Motorgewicht von mehr als 200 kg. Somit liegt die Leistungsdichte mit 1 kW/kg deutlich unter dem eines elektrisch angetriebenen PKW.

Ein weiteres Differenzierungsmerkmal ist das Integrationsle- vel von PKW-E-Motoren und elektrischen Nutzfahrzeugen. Der Trend hin zu einem vollintegrierten E-Motor samt Inverter und Getriebe, wie bereits im Kapitel 2.1.3 am Beispiel der MEB-Plattform von Volkswagen beschrieben, ist im Bereich der Nutzfahrzeuge aktuell noch nicht zu beobachten. Die derzeit von E-Motoren angetriebenen Nutzfahrzeuge im Medi- um- und Heavy-Duty-Bereich basieren auf den von Verbren- nungsmotoren angetriebenen Fahrzeugplattformen und bieten daher nur erschwert die Möglichkeit einer Integration.

2.4.2. Ableitung von Synergieeffekten zwischen den Marktsegmenten

Die Prozessschritte bei der Produktion von LKW-Motoren sind denen von PKW-Motoren sehr ähnlich. Die wesentlichen Unterschiede liegen in der produzierten Stückzahl und der damit einhergehenden Automatisierung. Während PKW-E-Mo- toren bei über 100.000 produzierten Einheiten auf einer voll- automatisierten und verketteten Linie gefertigt werden, liegen die Stückzahlen bei LKW-Motoren aktuell bei unter 20.000 Stück p.a., wofür teilautomatisierte Einzelprozesse (Gruppenfertigung) üblich sind. Zusätzlich wirken sich um den © Bosca78/iStockphoto

38 39 3. Weltweiter Markt für E-Motoren in Automobilanwendungen bis 2030

Der weltweite Markt für E-Motoren bei PKW wird vor allem 3.1. Bedarfe und Marktentwicklungen im marktspezifischen Fahrzeugparametern abhängen. So ist durch den zunehmenden Anteil elektrifizierter Funktionen, Die Analyse des weltweiten PKW-Marktes zeigt automobilen Sektor beispielsweise in Europa und China das Fahrzeuggewicht eine steigende Zahl an Fahrzeugneuzulassungen im PKW- eine starke Marktdurchdringung der E-Mobili- für die Berechnung der Flottenemissionsziele des jeweiligen Segment sowie die Elektrifizierung des Antriebsstrangs be- tät mit einem Anteil von 82% xEV bis 2030. Die Entwicklung der globalen Fahrzeugneuzulassungen wird OEM relevant, wohingegen in Nordamerika die Fahrzeugauf- einflusst. Im Folgenden werden daher neben den prognosti- Dabei werden voraussichtlich Mild- oder hauptsächlich von der Nachfrage innerhalb der Absatzmärk- standsfläche der wesentliche Parameter für die Berechnung zierten1 globalen Fahrzeugneuzulassungen bis 2030 auch die Micro-Hybrid-Fahrzeuge (MHEV) den größten te definiert. Die Aufteilung des Marktes hinsichtlich der An- ist. Bedarfe für E-Motoren in Abhängigkeit von Antriebstopologie Anteil mit ca. 43% Marktanteil ausmachen, gefolgt triebstopologie resultiert wiederum primär aus den jeweili- und Ausstattungsvariante untersucht. Die daraus abgeleite- von rein batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugen gen CO2 -Regularien innerhalb der Märkte und beeinflusst Des Weiteren wurde kalkuliert, wie viele Fahrzeuge mit ten jährlich produzierten Stückzahlen in den einzelnen An- (BEV) mit einem Marktanteil von 23%. die Elektrifizierungsstrategien der OEMs. Diese externen elektrifizierten Antriebstechnologien ein OEM in den Kern- wendungsgebieten werden anschließend mit den durch- Regularien unterliegen aber aufgrund der zum Teil begrenz- märkten absetzen muss, um die individuellen CO2 -Ziele zu schnittlichen Kosten inkl. Gewinnmargen multipliziert, um Durch die starke Zunahme der xEV-Zulassungen ten Vorhersehbarkeit einer gewissen Volatilität. Im folgen- erreichen. Um jeden OEM mit höchstmöglichem Detailgrad das Marktpotenzial für E-Motoren zu prognostizieren. ergeben sich weltweit und für Baden-Württemberg den Abschnitt wird daher die globale Entwicklung der Fahr- zu simulieren, wurden individuelle Elektrifizierungsroad- erhebliche Marktpotenziale im Bereich E-Motoren. zeugneuzulassungen sowie die Aufteilung des Marktes maps mit Fahrzeugankündigungen und Auslieferungsstarts So wird das weltweite Marktpotenzial, das mit hinsichtlich der Antriebstopologie der Fahrzeuge auf Basis berücksichtigt. Die meisten OEMs versuchen, die Flotten- elektrischen Traktionsmotoren erwirtschaftet der aktuellen Regularien aufgezeigt. vorgaben über einen Mix aus verschiedenen Antriebstopolo- werden kann, auf 22,02 Mrd. € für das Jahr gien zu erfüllen, beispielsweise über MHEV-, PHEV- und 2030 prognostiziert. Dabei nehmen die elektri- 3.1.1. Prognose der globalen BEV-Verkäufe. Manche OEMs verfolgen jedoch kurzfristig schen Traktionsmotoren jedoch stückzahlmäßig Fahrzeugneuzulassungen bis 2030 die Strategie, besonders hohe Verkaufsanteile einer be- nur einen kleinen Teil der in PKWs verbauten stimmten Topologie zu erzielen. Beispiele hierfür sind Mer- E-Motoren von ca. 2,7% im Jahr 2030 ein. Als Grundlage für die Prognose von Bedarfen und Marktent- cedes-Benz und BMW, die zahlreiche Modelle mit der Plug- Das gesamte Marktpotenzial durch E-Motoren im wicklungen für E-Motoren im Automobilsektor dient die er- in-Hybrid-Technologie ausstatten. Durch Berücksichtigung PKW-Segment wird hingegen ca. 44 Mrd. € wartete Entwicklung elektrifizierter Antriebstechnologien dieser Roadmaps konnte jeder OEM individuell simuliert betragen. Somit entfällt etwa die Hälfte des basierend auf den Fahrzeugneuzulassungen bis 2030. Diese werden. Zusätzlich wurde die Möglichkeit des „Poolings“ weltweiten Marktpotenzials auf Traktionsmotoren. wurden anhand regionaler Flottenvorgaben in den Kern- im Marktmodell integriert. Dies bedeutet, dass bestimmte märkten Europa, China und Nordamerika sowie einer Prog- Hersteller ihre Flotten bilanziell zusammenlegen und ein

Das Marktpotenzial im Rahmen der Herstellung nose für den Rest der Welt (ROW) kalkuliert. CO2 -Ziel gemeinschaftlich erreichen müssen. Im Normalfall von Traktionsmotoren teilt sich gemittelt in sind hiervon zugehörige OEMs eines Konzerns betroffen, 70% Materialkosten inkl. Halbzeugen wie In einem ersten Schritt wurden die durchschnittlichen Flot- beispielsweise BMW, Mini und Rolls-Royce. Aber auch wei-

Wickeldraht oder Permanentmagneten tenemissionen im Basisjahr 2020 je OEM und Kernmarkt tere prominente Beispiele, wie die CO2 -Übereinkunft zwi- und 30% Produktionskosten, die im Weiteren errechnet. Als Berechnungsgrundlage dienen die jährlichen schen Tesla und FCA bzw. Stellantis, können genannt wer- als potenzielle Wertschöpfung für das Land Neuzulassungen eines OEM je Fahrzeugsegment und An- den. Darüber hinaus wurden sogenannte Supercredits im

Baden-Württemberg betrachtet werden. triebstopologie sowie deren durchschnittlicher CO2 -Aus- Marktmodell berücksichtigt. Dabei handelt es sich um Gut- stoß. Anschließend erfolgte die individuelle Berechnung der schriften für OEMs, die besonders viele Fahrzeuge mit ge-

Flottenemissionsziele je OEM im Zielkorridor bis 2030. Dies ringen CO2 -Emissionen am Markt absetzen, die dann mehr- ist erforderlich, da Flottenziele maßgeblich von weiteren fach in der Flottenbilanz angerechnet werden können.

1 I Bewertung der Marktentwicklung auf Datenbasis und Ankündigungen der Fahrzeughersteller in Q1/2021 erfolgt

40 41 Betrachtungsgegenstand dieses Themenpapiers sind alle Per- Mit der beschriebenen Methodik konnten folgende Entwicklun- Prognose Markthochlauf elektrifizierte Pkw sonenkraftwagen weltweit. Darunter fallen alle zweispurigen gen für den globalen Antriebsmix für PKW berechnet werden. Fahrzeuge, die primär zur Beförderung von maximal neun Per- Der weltweite Gesamtabsatz von Neufahrzeugen wird von sonen zugelassen sind. Nicht enthalten sind Nutzfahrzeuge 71 Mio. im Jahr 2019 auf voraussichtlich 93 Mio. im Jahr 2030 und Leichtkraftfahrzeuge. Eine Ausnahme bildet Nordamerika steigen. Die Flottenemissionsvorschriften in den wichtigsten Prognose der Reale CO2- Elektrifizierungs OEM-spezifische „Super Credit“- (USA und Kanada), wo Light-Duty Trucks ebenfalls betrachtet Märkten drängen die OEMs zu höheren Marktanteilen elektrifi- Fahrzeugverkäufe Emissionen der strategie CO2- Methodik pro Segment Segmente der OEMs Zielemissionen werden. In Nordamerika zählen Pick-up-Trucks zu den Light- zier Antriebstechnologien von bis zu 28% im Jahr 2020. Hierbei Duty Trucks, werden jedoch mehrheitlich als PKW genutzt. Sie dominieren vor allem mild- und vollhybride Antriebstechnologi- werden deshalb in der Berechnung ebenfalls berücksichtigt, en mit einem Anteil von 21%. Reinelektrische Antriebe sind um eine Verzerrung der Darstellung auszuschließen. hingegen mit 4% nach wie vor verhältnismäßig gering vertreten. Bis zum Jahr 2030 soll der weltweite Anteil reiner Verbren- Im Zuge der stetig zunehmenden Elektrifizierung und weiterer ner (ICE) auf 18% sinken. 59% der Neuzulassungen sollen verkündeter Strategien von Fahrzeugherstellern, die teilweise durch hybride Antriebskonzepte erbracht werden (MHEV, HEV auf die vollständige Umstellung der Fahrzeugflotten auf elektri- und PHEV), die somit den größten Marktanteil einnehmen wer- sche Antriebe setzen, stellt die im weiteren Verlauf erarbeitete den. Das Hauptwachstum ist innerhalb des MHEV-Segments Marktmodellierung die Entwicklung auf Basis bestehender Re- zu beobachten, das einen globalen Marktanteil von 43% bis

gulierungen und der CO2-Compliance der Fahrzeughersteller dar. 2028 erreichen wird und seit 2020 ein stetiges Wachstum auf- Im Rahmen dieses Themenpapiers werden zusätzliche Marktpo- weist. Das zweitgrößte Fahrzeugsegment wird von batterie- tenziale aufgrund verbesserter Gesamtkosten Total Cost of Ow- elektrischen Fahrzeugen (BEV) erreicht, für die ein Marktanteil nership, Abk. (TCO) für den Endkunden sowie von 100%-Um- von 23% im Jahr 2030 prognostiziert wird. Das Hauptwachs- stellungen von Fahrzeugherstellern auf Elektrofahrzeuge, die tum dieses Segments wird sich im Vergleich zum MHEV-Seg- lediglich auf Ankündigungen beruhen, nicht in Betracht gezogen. ment verzögern und hauptsächlich 2023/2024 einsetzen. Relevante OEMs

Fahrzeughersteller

Millionen Fahrzeuge BMW Group: BMW, Mini, Rolls-Royce ICE Daimler AG: Mercedes-Benz, Smart 100 FCA2: Fiat, Alfa Romeo, Maserati, Lancia, Jeep, Dodge, RAM Millionen Fahrzeuge 93 MHEV Ford Motor Company: Ford, Mercury, Lincoln 90 ICE 90 87 Hyundai Kia Group: Hyundai, Kia, Genesis 100 84 86 HEV 82 18% MHEV PSA3: Peugeot, Citroën, DS Automobile, Opel, Vauxhall 80 93 78 90 80 77 87 22% PHEV Renault-Nissan Group: Renault, Nissan, Dacia Mitsubishi Motors, Infiniti, Lada 90 75 73 84 86 26% HEV 71 82 Toyota Group: Toyota, Lexus, Daihatsu 80 32% 18% BEV 70 78 37% Volkswagen Group: VW, Audi, Porsche, Seat, Skoda, Bugatti, Lamborghini, Bentley 80 77 22% PHEV 75 40% 26% Zhejiang Geely Holding Group: Volvo, Geely 71 73 60 32% *In Nordamerika zählen Pick-up-Trucks Tata Group: Tata, Land Rover, Jaguar 48% BEV 70 54% 37% 43% zu den Light-Duty Trucks, werden 59% Tesla, Inc.: Tesla 40% 44% jedoch mehrheitlich als PKW genutzt 50 und sind somit in der Berechnung 60 65% *In Nordamerika zählen Pick-up-Trucks 48% 43% ebenfalls berücksichtigt 72% 54% 43% zu den Light-Duty Trucks, werden 59% 39% 40 82% 36% 44% jedoch mehrheitlich als PKW genutzt 50 und sind somit in der Berechnung 65% 34% Stand: September 2020 43% ebenfalls berücksichtigt 72% 8% Die Effekte durch den European 30 29% 39% 40 82% 36% 8% Green Deal und kommende 26% 8% Entscheidungen der US-Regierung 23% 34% 8% Stand: September 2020 8% 7% zum Klimaschutz wurden nicht 20 19% 8% 8% Die Effekte durch den European 30 29% 9% 6% berücksichtigt. 13% 8% 6% 8% Green Deal und kommende 7% Globale Entwicklungen PKW-Neuzulassungen (Abbildung 25 bis 30) 268%% 6% 8% 238%% 8% Entscheidungen der US-Regierung 10 8% 8% 6% 8% 20% 23% 8% 8% 17% 7% zum Klimaschutz wurden nicht 20 19% 5% 4% 15% 6% 3% 3% 119%% 13% 6% berücksichtigt. 13% 6% 7% 8%9% 6% 1% 4% 5% 7% 2% 8% 6% 0 8% Berechnung Eigene Quelle: 10 8% 8% 6% 20% 23% 8% 17% 5% 4% 15% 206%19 2020 20213% 2022 2023 2024 202511% 202613% 2027 2028 2029 2030 3% 7% 9% 1% 4% 5% 6% Abbildung 25: 0 2% Globale Entwicklung PKW- 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Neuzulassungen nach Antriebsart Abbildung 24: Methodik zur Prognose des Markthochlaufs elektrifizierter PKW

2 I Die Automobilkonzerne PSA und FCA fusionierten am 16. Januar 2021 zu Stellantis. 3 I Die Automobilkonzerne PSA und FCA fusionierten am 16. Januar 2021 zu Stellantis.

42 43 Millionen Fahrzeuge Millionen Fahrzeuge ICE ICE 32 20 Millionen Fahrzeuge 30 MHEV Millionen Fahrzeuge 19 MHEV 30 29 18 ICE +2%* 18 ICE 28 10% 17 9% HEV 17 HEV 2832 +4%* 27 10% 20 10% 30 16 17 26 MHEV 16 16 10% 19 MHEV 2630 12% 29 16 18 24 25 PHEV 15 +2%* 16% 18 PHEV 16% 28 10% 15 17 9% 28 23 +4%* HEV 17 HEV 24 23 17% 27 10% 15 17 23% 10% 26 BEV 16 29% 10% BEV 22 19% 12% 16 16 2226 16 34% 21 24 25 42% PHEV 15 16% PHEV 20 16% 15 39% 23 43% 42% 2024 23 35% 17% 15 23% 50% BEV* CAGR 53% 29% 51% BEV* CAGR 22 19% 44% 2218 45% 34% 54% 21 42% 20 41% 39% 53% 42% 43% Stand: September 2020 70% 42% Stand: September 2020 2016 35% 10 51% 50% 60% 42% * CAGR 53% 51% * CAGR 45% 44% 81% 47% 1814 65% 7% 54% 41% Stand: September 2020 43% Stand: September 2020 53% 42% 8% 70% 40% 51% 1612 78% 10 60% 34% 42% 8% 7% 6% 37% 8% 81% 36% 47% 7% 1410 65% 8% 8% 7% 30% 6% 7 % 8% 8% 43% 8% 8% 28% 40% 6% 8% 128 78% 26% 5 34% 9% 8% 7% 7% 8% 6% 37% 7% 9% 8% 36% 7% 21% 8% 9% 7% 106 17% 30% 8% 6% 7 % 6% 8% 34% 17% 6% 9% 6% 7% 8% 6% 9% 6% 8% 28% 31% 285%% 9% 6% 8% 28% 48 26% 6% 5 5% 9% 26% 9% 8% 8% 7% 8% 25% 12% 6% 6% 23% 24% 21% 5% 7% 9% 5% 6% 7% 4% 21% 4% 6% 15% 189%% 26 17% 17% 4% 12% 4% 10% 126%% 34% 3% 17% 9% x 106%% 11% 9% 2% 8% 8% 7% 7% 6% 9% 6% 28% 31% 3% 5% 5% 9% 28% 04 4% 6% 0 5% 26% 9% 8% 8% 25% 12% 6% 6% 23% 24% 21% 5% 5% 6% 2 4% 17% 4% 15% 18% 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Berechnung Eigene Quelle: 2019 20204% 2021 2022 2023 2024 202512% 2026 2027 2028 2029 2030 Berechnung Eigene Quelle: 4% 10% 12% 3% 9% x 10% 11% 2% 8% 8% 7% 0 4% 0 3% 5% Abbildung 26: Abbildung 27: 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Fahrzeugneuzulassungen China Fahrzeugneuzulassungen Europa

Millionen Fahrzeuge ICE Vergleicht man die regionalen PKW-Neuzulassungen für Eu- Wie in Europa haben in Nordamerika MHEV die größten Zu- 22 +1%* 21 Millionen Fahrzeuge 21 21 MHEV ropa, Nordamerika, China und den Rest der Welt, wird China wachsraten und dominieren mit 45% im Jahr 2030 den zu- 20 20 20 20 20 20 20 20 ICE 20 20 im Jahr 2030 als der größte Absatzmarkt für Neufahrzeuge künftigen Markt. Der Gesamtmarkt Nordamerika hat eine 22 HEV +1%* 21 21 21 MHEV mit 30 Mio. Einheiten pro Jahr und einem jährlichen Wachs- jährliche Wachstumsrate von durchschnittlich 1% und somit 20 20 20 20 20 18 20 20 20 29% 29% 20 20 31% PHEV tum von 4% ausgewiesen. Dabei ist zu erwarten, dass in Chi- die geringste Zuwachsrate. Ähnlich wie im Rest der Welt 35% HEV 16 45% 42% 49% BEV na im Jahr 2030 lediglich jedes zehnte neu verkaufte Fahr- sind hier im Jahr 2030 noch knapp 30% der neuzugelasse- 18 53% 29% 29% 58% 31% PHEV 35% zeug einen reinen Verbrennungsmotor als Antriebsart nutzt. nen Fahrzeuge reine Verbrenner. Grund hierfür ist die im 14 61% 16 45% 42% * CAGR 65% 49% BEV 34% der neuzugelassenen Fahrzeuge werden rein elektrisch März 2020 angepasste CO2 -Verordnung „Safer Affordable 53% 12 75% 58% Stand: September 2020 angetrieben sein. Mit 42% Marktanteil sind Mild-Hybride Fuel Efficient Vehicles Rule“ (Abk. SAFE), die nur für den 14 61% 45% * CAGR (MHEV) jedoch die dominierende Antriebsart. Absatzmarkt USA gilt. Ursprünglich verpflichtete diese die 10 65% 46% 75% 44% 12 42% Autobauer, eine jährliche Effizienzsteigerung von 5% für die Stand: September 2020 8 32% 35% 45% 10 29% 46% Europa stellt mit 19 Mio. Neufahrzeugen pro Jahr den kleins- Modelljahre 2021 bis 2026 zu realisieren. Unter der Trump- 26% 44% 6 18% 21% 42% 14% ten Kernmarkt dar. Bezogen auf die Antriebsart wird der Administration wurde dieser Wert jedoch auf jährlich 1,5% 8 32% 35% 29% 26% 13% Neuwagenmarkt im Jahr 2030 neben Mild-Hybriden (MHEV) herabgesetzt, wodurch das erwartete Wachstum für elekt- 4 10% 14% 13% 21% 13% 13% 6 18% 14% 14% 14% 16% 15% 15% mit 50% auch von rein elektrischen PKW dominiert (28%). risch angetriebene Fahrzeuge deutlich verlangsamt wird. 15% 5% 5% 2 11% 5% 5% 5% 5% 13% Die Gesamtanzahl der PKW-Neuzulassungen wird mit ei- 4 10% 4% 4% 4% 14% 13% 3% 3% 13% 13% 6% 7 % 8% 2% 144%% 144%% 5% 5% 2% 3% 163%% 153%% 154%% nem Gesamtwachstum von 2% pro Jahr, ausgehend von 0 15% Berechnung Eigene Quelle: 5% 5% 2 11% 5% 5% 5% 5% 2019 2020 2021 20224% 20234% 204%24 2025 2026 2027 2028 2029 2030 aktuell 15 Mio. Neufahrzeugen, nur langsam steigen. Je- 3% 3% 7 % 8% 2% 4% 4% 5% 5% 6% Abbildung 28: doch wird der Anteil elektrifizierter Fahrzeuge mit 91% im 0 2% 3% 3% 3% 4% Fahrzeugneuzulassungen Jahr 2030 höher sein als auf dem chinesischen Markt. 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Nordamerika

44 45 Im Rest der Welt, der mit 23 Mio. Neuzulassungen im Jahr pany, Roland Berger und Boston Consulting Group geteilt Millionen Fahrzeuge ICE 2030 den zweitgrößten Absatzmarkt nach China darstellen (Stricker, et al., 2020), (Mogge, 2020), (Boston Consulting 140 Millionen Fahrzeuge wird, wird der konventionelle Verbrennungsmotor noch bis Group (BCG), 2020). Ausgehend von dieser neuen Aus- MHEV 130 ICE 2028 mit über 50% Marktanteil sehr dominant sein. Grund gangssituation wurden zwei mögliche Szenarien für eine 140 HEV 120 MHEV hierfür sind fehlende CO2 -Regularien sowie die höhere Erholung des Marktes simuliert. Das U-Form-Szenario stellt 130 110 PHEV Preissensitivität der Kunden in weniger wohlhabenden Regi- eine vollständige Markterholung bis 2024 dar. Das Worst- HEV 120 100 BEV onen. Rein elektrisch betriebene Fahrzeuge stellen mit 17% Case-Szenario wird mit einer L-Form abgebildet, bei der das 93 110 90 PHEV 90 87 lediglich einen kleinen Teil der Neuzulassungen dar. Den- Absatzpotenzial auch nach 2025 unterhalb des ursprünglich 82 84 86 86 COVID-19-Einfluss (U-Form) 80 80 83 18% 100 77 78 79 BEV noch ist der relative Marktanteil mehr als doppelt so groß prognostizierten liegt. Laut Marktforschung und Analyse frü- 80 75 22% 93 71 73 74 26% 90 COVID-19-Einfluss (L-Form) 90 69 75 78 87 wie in Nordamerika. herer Krisen wird das gängigste Auswirkungsszenario das 70 74 82 84 3286% 86 COVID-19-Einfluss (U-Form) 70 80 37% 80 83 18% 71 51 60 77 78 40% 79 Ursprünglich erwarteter Hochlauf U-förmige Szenario sein, das auch als Hauptszenario in die- 80 65 22% 60 73 75 74 48% COVID-19-Einfluss (L-Form) 71 78 26% 69 54% 75 43% Um eine detailgetreue Abbildung des Markes zu gewährleis- sem Themenpapier angewendet wird. Es wird erwartet, 70 59% 74 32% 37% 44% 50 65% 70 40% Ursprünglich erwarteter Hochlauf 71 51 60 43% 72% 65 ten, wurden bei der Erstellung des Themenpapiers die aktu- dass das im U-Form-Szenario charakteristische Erholungs- 60 82% 48% 39% 40 54% 36% 43% ellen Erkenntnisse mit Stand September 2020 hinsichtlich merkmal bis 2024 eingesetzt haben wird und das volle 59% 34% 50 65% 44% 8% 29% 30 43% 8% der Auswirkung der COVID-19-Epidemie auf die globalen Marktpotenzial bis dahin wiederhergestellt ist. Der Absatz- 72% 26% 8% 82% 23% 39% 8% 40 36% 8% 7% 20 19% 8% 349%% 6% Fahrzeugneuzulassungen sowie den Markthochlauf von einbruch in den Jahren von 2020 bis 2023 stellt jedoch einen 13% 8% 6% 8% 30 8% 8% 29% 6% 7% 8% 8% 6% 208%% 23% 10 8% 26% 8% E-Fahrzeugen bis 2030 berücksichtigt. Dabei zeichnet sich unwiederbringlichen Verlust an verkauften Fahrzeugen dar, 23%5% 4% 15% 178%% 6% 3% 3% 9% 11% 13% 8% 7% 20 1% 19% 6% 7% 8% 2% 4% 5% 9% 6% aktuell eine durchschnittliche Reduzierung der Fahrzeugneu- der in den darauffolgenden Jahren nicht kompensiert wer- 0 13% 8% 6% Berechnung Eigene Quelle: 8% 8% 6% 7% 10 8% 8% 6% 20% 23% zulassungen von ca. 30% auf 51 Mio. Einheiten gemittelt den kann. In diesem Szenario wird erwartet, dass im Jahr 2019 20208% 2021 20225% 20234% 2024 2025 2026 202715% 202817% 2029 2030 6% 3% 3% 9% 11% 13% 1% 6% 7% Abbildung 30: über die Märkte für das Jahr 2020 ab. Diese Entwicklung 2030 das weltweite PKW-Marktvolumen nach wie vor bei 0 2% 4% 5% Globale PKW-Fahrzeugneu wird aktuell von den Unternehmensberatungen Bain & Com- 93 Mio. Neufahrzeugen liegt. 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 zulassungen mit COVID-19-Effekt

Millionen Fahrzeuge 3.1.2. E-Motoren-Bedarfe Verbrennern (ICE), Mild-Hybriden (MHEV), Vollhybriden ICE (HEV), Plug-in-Hybriden (PHEV) und rein batteriebetriebe- 24 nach Antriebstopologie und Millionen Fahrzeuge 23 MHEV Ausstattungsvariante nen Fahrzeugen (BEV) unterschieden. Bezüglich der Preis- 22 22 21 ICE +3%* 24 21 HEV kategorie werden Fahrzeuge nach Basis (<18.000 €), Mittel 20 23 MHEV 20 19 20 22 28% Neben den allgemeinen Prognosen zu Fahrzeugneuzulas- (18.000–30.000 €) und Premium (>30.000 €) unterschieden 22 18 19 21 PHEV 78 18 +3%* 21 HEV sungen und den Marktanteilen nach Antriebstopologie bzw. (s. Abbildung 30). Dabei bezieht sich die Preisauswertung 18 17 20 20 17 20 40% BEV 19 28% dem Elektrifizierungsgrad wird der Bedarf an E-Motoren auf ausschließlich durch Verbrennungsmotoren angetriebe- 16 18 19 52% PHEV 78 18 18 17 durch die Ausstattungsvarianten der produzierten Fahrzeu- ne Fahrzeuge (ICE) in der Basisausführung und -motorisie- 40% BEV* CAGR 14 17 62% ge bestimmt. Hauptunterscheidungsmerkmal zwischen den rung ohne Steuern. Als Datengrundlage wurden die Top 50 16 69% 52% 73% Stand: September 2020 12 77% verschiedenen Preiskategorien für PKW ist der Umfang an der weltweit zugelassenen Fahrzeuge pro Segment im Jahr 40% * CAGR 14 62% 83% 80% Komfort- und Fahrdynamikfunktionen. Dieser wiederum be- 2020 analysiert. 10 87% 69% 89% Stand: September 2020 73% 35% 12 92% 77% 40% stimmt die durchschnittliche Anzahl verbauter E-Motoren in 8 83% 80% der jeweiligen Preiskategorie. In Fahrzeugen des Premium- 10 89% 87% 30% 5% 6 92% 35% segments werden beispielsweise aufgrund der umfangrei- 25% 8 5% 11% 20% cheren Ausstattung und der fahrdynamischen Funktionen 4 30% 5% 18% 5% 7% 6 15% 12% mehr E-Motoren verbaut als bei kostengünstigen Basisfahr- 10% 255%% 5% 11% 2 7% 5% 5% 17% 5% 5% 3% 12% Berechnung Eigene Quelle: zeugen. 4 2% 5% 5% 5% 202%% 8% 5% 5% 5% 1% 1% 1% 18%2% 3% 3% 5% 7% 0 1% 1% 1% 1% 1% 152%% 3% 12% 10% 5% 5% 2 7% 5% 17% Abbildung 29: 2019 20205% 2021 2022 2023 2024 20255% 2026 20273% 2028 202912% 2030 2% 5% 5% 5% 2% 8% Durch diese Segmentierung nach Antriebstopologie und 5% 5% 5% 1% 1% 1% 2% 3% 3% Fahrzeugneuzulassungen Rest 0 1% 1% 1% 1% 1% 2% 3% Preiskategorie sollen Verkaufsvolumen pro Fahrzeugseg- der Welt (ROW) alle Länder 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 ment für die anschließenden Marktkalkulationen zugrunde außer China, Europa Nordamerika gelegt werden. Wie bereits in Kapitel 2.1.2 beschrieben, wird hinsichtlich der Antriebstopologie nach konventionellen

46 47

Millionen Fahrzeuge Preiskategorie Basis 100 Spanne Beispiele Millionen Fahrzeuge Mittel Kategorie 93 Einstiegspreis [€] Low end High end 90 Basis 90 +2%* 87 86 Premium 100 84 82 Mittel 80 93 80 90 90 +2%* 87 30% Basis < 18.000 € Dacia Sandero Toyota Corolla 74 86 30% Pr* CAemiuGR m 71 84 31% 30% 69 82 31% 80 70 32% 80 32% 30% 74 30% * CAGR 60 32% 71 31% 30% 60 34% 69 31% 70 33% 32% Mittel 18.000–30.000 € Honda Civic* VW Passat 51 32% 50 3360% 32% 60 34% 33% 3451% 51% 40 51% 50 33% 52% 53% 52% 52% 53% 30 34% 54% 51% Premium > 30.000 € Mercedes C-Klasse Porsche Cayenne PorscheF. AG. *Abbildung exemplarisches Bild entspricht nicht Honda Civic. 40 55% 51% c. 54% 54% 52% 53% 52% 52% 20 55% 53% 30 54% 55% 54% Segmentierungsvoraussetzungen: 10 54% 19% 19% - Eintrittspreise für die 50 meistverkauften PKW-Modelle pro Markt, analysiert für 2020 20 55% 16% 16% 17% 18% 13% 14% 15% Berechnung Eigene Quelle: - Preise basierend auf ICE ohne Steuern und basierend auf dem Kernmarkt 11% 12% 12% 0 10 19% 19% Abbildung 32: 16% 16% 17% 18% 2019 2020 2021 202213% 202314% 201524% 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Hauptunterscheidungsmerkmale von E-Motoren sind Komfort- und Fahrdynamikfunktionen. 11% 12% 12% Globale Entwicklung der PKW- 0 Neuzulassungen nach Preiskate- 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Quelle Abbildungen: Basis: Renault Deutschland AG, Toyota Deutschland GmbH; Mittel: HondaVW Motor AG; Premium: Europe Daimler Ltd., AG, Ing. Dr. h. gorie (inkl. COVID-19-Effekt) Abbildung 31: Segmentierung der Fahrzeuge nach Preiskategorien

Aufgrund des zunehmenden globalen Wohlstands und einer Betrachtet man die Anzahl der verbauten E-Motoren hin- Traktionsmotoren wachsenden Mittelschicht, insbesondere in den Schwellen- sichtlich der Antriebsart und der Preiskategorie des Fahr- Antrieb Basis Mittel Premium ländern, wird erwartet, dass Kunden vermehrt Premium- zeugs, lässt sich feststellen, dass diese vor allem bei Premi- Mittlere Motoren 61,0 PKW-Varianten kaufen werden. Daher nimmt der Marktan- umfahrzeugen zunimmt. Premiumfahrzeuge enthalten im 7,0 Kleine Motoren 39,4 Traktionsmotoren teil des Basis- und des Mittelsegments von 89% auf 81% ab Durchschnitt etwa die dreifache Anzahl an kleinen Motoren ICE 24,1 6,5 54,0 (Anzahl E-Motoren) 6,5 32,9 Mittlere Motoren und das Premiumsegment wächst von 11% im Jahr 2020 im Vergleich zu Basisfahrzeugen. Für die Antriebsfunktionen 17,6 auf 19% im Jahr 2030. Die dargestellte Hochlaufkurve in Ab- werden vergleichsweise wenige Motoren benötigt. Diese Kleine Motoren 60,9 1,0 bildung 32 beinhaltet bereits den durch die COVID-19-Pan- sind zwar deutlich größer und leistungsstärker, jedoch hat 39,0 5,8 1,0 (Anzahl E-Motoren) MHEV 23,4 demie ausgelösten Absatzrückgang. die Antriebsart lediglich einen geringen Einfluss auf die An- 1,0 5,0 54,1 4,7 33,0 zahl der verbauten E-Motoren. Alle aktuellen HEV und einige 17,7

PHEV enthalten zwei Traktionsmotoren, da sie einen 62,8 2,0 40,9 6,5 E-Motor für den Antrieb und einen weiteren E-Motor für die 2,0 HEV 25,3 5,7 Rekuperation plus Antrieb haben. Zum Teil werden bei BEV- 2,0 54,3 5,4 33,2 Allradfahrzeugen auch zwei Traktionsmotoren verbaut. Die- 17,9

ses technische Konzept ist jedoch meist nur bei Premium- 62,7 1,5 40,8 6,8 fahrzeugen zu finden. BEV enthalten die geringste Anzahl 1,5 25,1 PHEV 1,5 6,0 54,4 von E-Motoren in allen Preiskategorien, da sie keine ICE- 5,6 33,3 Berechnung Eigene Quelle: 18,0 spezifischen E-Motoren benötigen (z. B. Kraftstoffpumpe, Abbildung 33: Drosselklappe etc.). Grundsätzlich ist der Bedarf und damit 60,7 1,8 38,8 6,0 Übersicht Anzahl verbauter das Marktpotenzial bei Premiumfahrzeugen am größten. 1,2 BEV 23,7 5,5 1,0 52,9 E-Motoren in Abhängigkeit von 5,3 32,1 17,4 Antriebsart und Preiskategorie

48 49 Basierend auf den weltweiten PKW-Neuzulassungen und der motoren (engl. Brushed DC) und 18% bürstenlose Gleich- Segmentierung nach Leistungsstufen dient zur genaueren siert, jedoch sind viele Funktionen wie elektrische Lenkun- entsprechenden Segmentierung nach Antriebstopologie und strommotoren (engl. Brushless DC/BLDC). In den kommen- Berechnung des gesamten Marktpotenzials, das auf durch- gen auch bereits Standard in ICE-Fahrzeugen. Preiskategorie zeigt der Markt für E-Motoren für Automobil- den zehn Jahren wird es jedoch zu einer teilweisen schnittlichen Kosten für die E-Motoren der jeweiligen Leis- anwendungen ein stetiges Wachstum. Mit einer CAGR (engl. Verschiebung von Brushed-DC-Motoren zu BLDC-Motoren tungsstufe basiert. Traktionsmotoren weisen ein relativ geringes Wachstum- Compound Annual Growth Rate) von 3% wird im Jahr 2030 kommen. Wie bereits im vorangegangenen Kapitel beschrie- spotenzial von ~2% im Zeitraum bis 2030 auf. Der Anteil eine Nachfrage von knapp 3,6 Mrd. E-Motoren erreicht. Der ben, werden Komponenten, die bisher direkt von Verbren- Betrachtet man die Aufteilung des E-Motor-Bedarfs nach wächst von 0,7% auf 2,6% des gesamten E-Motoren-Mark- Automobilmarkt wird mit einer Wachstumsrate von etwa 2% nungsmotoren über Riemen angetrieben wurden, wie die diesen Kategorien, zeigt sich, dass das höchste Wachstum tes (siehe Abbildung 35). Dieser geringe Marktanteil, ge- bis 2030 einschließlich der berücksichtigten Auswirkungen Lenkung oder Klimakompressoren, zunehmend elektrifi- innerhalb der Kleinen Motoren mit einem Leistungsspekt- messen an den absoluten Absatzzahlen von E-Motoren im von COVID-19 stetig wachsen. Somit lässt sich ein über- ziert. Aus Effizienz- und Zuverlässigkeitsgründen kommen rum von 0–300 W liegt. Innerhalb dieser Kategorie gewin- Fahrzeug, ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass im Nor- durchschnittlicher Bedarf an E-Motoren in Neufahrzeugen ab- hier vor allem bürstenlose Gleichstrommotoren zu Einsatz. nen Komfortfunktionen im Fahrzeug wie beispielsweise malfall pro elektrifiziertem Fahrzeug lediglich ein bis zwei leiten. Die zunehmenden Stückzahlen an E-Motoren lassen Traktionsmotoren wie ASM, ESM und PSM stellen hinsicht- elektrische Handbremsen, Sitzverstellung oder Kurvenlicht Traktionsmotoren zum Einsatz kommen. Aufgrund ihrer sich primär auf die steigende Marktdurchdringung von Kom- lich der absoluten Stückzahl im Vergleich zu den deutlich stetig an Bedeutung. Dieser Trend wird noch durch die zu- hohen Leistung und Größe spiegelt sich der geringe Markt- fortfunktionen in Neufahrzeugen zurückführen, die vor allem günstigeren und vielseitig einsetzbaren Gleichstrommoto- nehmende Nachfrage nach Premiumfahrzeugen und weite- anteil von Traktionsmotoren jedoch lediglich bei den Absatz- den Einsatz kleinerer Dreh- und Stellmotoren voraussetzen ren auch in Zukunft lediglich einen sehr geringen Anteil von ren Komfortfunktionen verstärkt. zahlen wider. Ein anderes Ergebnis zeigt sich bei Betrach- (beispielsweise elektrische Sitzverstellung). etwa 4% des weltweiten Gesamtmarktes für E-Motoren dar. tung des Marktpotenzials von E-Motoren für Anwendungen Die Kategorie Mittlere Motoren hingegen verliert stetig im PKW. Wie in Kapitel 3.2.2 aufgezeigt, zeigt sich, dass bis Betrachtet man die absolute Anzahl verbauter E-Motor-Tech- Wie bereits in Kapitel 2.1.2 ausgeführt, lassen sich E-Moto- Marktanteile, da die Anwendungen in diesem Leistungs- zum Jahr 2030 die elektrischen Traktionsmotoren über 50% nologien, so steigt der weltweite Gesamtabsatz jährlich um ren in die Kategorien Kleine Motoren, Mittlere Motoren und spektrum vor allem für konventionelle Verbrennungsmoto- des weltweiten E-Motor-Marktpotenzials ausmachen. So- durchschnittlich 3% von knapp 1,9 Mrd. Einheiten pro Jahr Traktionsmotoren einordnen. Dabei fallen sämtliche E-Moto- ren und die damit zusammenhängenden Komponenten wie mit sind sie das am stärksten wachsende Segment mit dem in 2020 auf 3,6 Mrd. E-Motoren im Jahr 2030. Gleichstrom- ren mit einer Leistung von 0–300 W in die Kategorie Kleine Kraftstoffpumpen, Starter und Generatoren eingesetzt wer- höchsten Marktpotenzial. motoren (DC) stellen konstant mit über 95% den größten Motoren, 300–5 kW fallen in die Kategorie Mittlere Motoren den. Diese werden zwar teilweise über neu elektrifizierte Marktanteil dar. Davon sind 79% kostengünstige Bürsten- und 5–250 kW in die Kategorie der Traktionsmotoren. Diese Funktionen wie elektrische Klimakompressoren kompen-

Millionen Stück Milliarden Stück DC Kleine Motoren 4.000 Millionen Stück BLDC Milliarden Stück 3%* 3,6 Mittlere Motoren 3,5 3.581 DC 3,4 Kleine Motoren +3%* 3.468 3,3 4.3.500000 3.366 ASM 3,1 3,2 Traktionsmotoren 3,0 3.259 BLDC 3%* 3,6 Mittlere Motoren 3.154 3,5 3.088 3.581 PSM 2,8 3,4 2.99+37%* 3.468 2,6 2,6 3,3 3.3.500000 3.366 ASM 3,1 3,2 Tr* CAaktionsmotoreGR n 2.785 3.259 FSM 2,2 3,0 3.154 2.603 3.088 2,8 2.558 PSM 2.997 2,6 1,9 2,6 83% 83% * CAGR 3.2.500000 83% 83% 2.785 * CAGR 2,2 83% 83% 2.227 FSM 82% 2.603 82% 2.558 79% 82% 82% 1,9 83% 2.2.500000 1.893 83% 82% 83% 83% 83% 83% 2.227 84% * CAGR 82% 83% 85% 85% 82% 86% 82% 86% 79% 82% 82% 1.893 2.1.000500 86% 83% 82% 88% 84% 82% 15% 15% 15% 14% 87% 85% 85% 17% 16% 16% 16% 15% 15% 86% 17% 17% 87% 86% 1% 1% 1% 1% 2% 2% 2% 2% 2% 2% 2% 3% 1. 00500 88% 86% 88% 87% 2019 2020 2021 2022 2023 201624% 202515% 202615% 202715% 202815% 202915% 201430% 17% 17% 17% 16% 16% 87% 1% 1% 1% 1% 2% 2% 2% 2% 2% 2% 2% 3% 1. 00500 88% 18% 13% 14% 11% 11% 12%12% 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 9% 10% 10% 11%

9% Berechnung Eigene Quelle: Berechnung Eigene Quelle: 0% 0% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 0% 1% 0% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 2% 500 2% 2% 2% 2% 2% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 181%% 14% 11% 12%12% 13% 10% 11% 11% Abbildung 34: Kleine Motoren Mittlere Motoren Traktionsmotoren Abbildung 35: 209%19 20209% 2010%21 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 0% 0% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 0% 1% 0% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 2% Weltweite Entwicklung der Leistung 0–300 W 300– 5 kW 5–250 kW Weltweite Entwicklung der 0 2% 2% 2% 2% 2% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% Nachfrage nach E-Motoren für Zentralverriegelung, Nachfrage nach E-Motoren für 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Traktionsmotor BEV, PHEV, Beispiele Scheibenwischer, elektrische Anlasser, Gebläse HEV PKW nach Technologien Handbremse PKW nach Leistungsstufen

50 51 Der weltweite Gesamtmarkt für Traktionsmotoren im Bereich 3.2. Marktpotenziale für E-Motoren im nentenseitig Rotor, Stator und das Gehäuse. Die Materialkos- ten bei einem BEV mit PSM-Technologie bei etwa 700 €, wo- PKW, einschließlich BEV und hybrider Antriebstechnologien, elektrifizierten Antriebsstrang ten umfassen Kosten für Rohmaterialien wie Aluminium für hingegen FSM und ASM bei ca. 550 € liegen. zeigt aufgrund der steigenden Relevanz von xEV mit 16% den Gehäuseguss und Halbzeuge wie Wickeldraht, Elektro CAGR einen hohen jährlichen Zuwachs bis 2030. Diese Ausgehend von den erwarteten Bedarfen an E-Motoren für blech, Isolationsmaterialien oder Strangpressprofile für die Aufgrund der nicht notwendigen Permanentmagnete liegen Wachstumsrate beinhaltet bereits die durch die COVID- PKW werden im Folgenden konkrete Marktpotenziale inner- Welle. Für die Bewertung der Produktionskosten zur Herstel- die anteiligen Materialkosten im Fall des ASM für den Rotor 19-Pandemie hervorgerufenen Markteffekte. halb des elektrischen Antriebsstrangs abgeleitet. Hierzu lung der Komponenten und der Endmontage werden die in bei lediglich 18%. Dies entspricht knapp der Hälfte der antei- werden die Hauptkostentreiber der relevanten Konzepte für Kapitel 2.2 beschriebenen Herstellungsprozesse zugrunde ligen Materialkosten des PSM. Der volumetrisch größere Innerhalb der Traktionsmotoren, zu denen die Motortypen Traktionsmotoren detailliert analysiert. Konkret bedeutet gelegt. Des Weiteren werden die Kosten für die Dimensionie- Bauraum des ASM führt zu einer entsprechend größeren ASM, PSM und FSM zählen, verhalten sich die prozentualen dies, dass für die Traktionsmotoren die Wertschöpfungsan- rung der Antriebsmotoren von BEV, HEV/PHEV und MHEV Auslegung der Komponenten und damit zu erhöhten Materi- Marktanteile über die kommenden Jahre relativ konstant. Es teile hinsichtlich Material- und Produktionskosten bis 2030 unterschieden. alkosten von ca. 10% für die Komponenten Stator und Ge- lässt sich lediglich eine leichte Verschiebung vom ASM zum ausgewiesen werden. Für die Kategorien Kleine Motoren häuse. Diese Mehrkosten werden beim Gehäuse jedoch PSM beobachten, wodurch eine Ausweitung des PSM-Markt- und Mittlere Motoren werden durchschnittliche Kosten für Bei der im Antriebsstrang am weitesten verbreiteten Techno- durch den Entfall des fehlenden Resolvers teilweise kompen- anteils auf 60% erwartet wird. Diese Entwicklung ist auf die die Kalkulation der globalen Marktpotenziale und die Ein- logie, PSM, sind aufgrund der Verwendung von seltenen Er- siert. Die Produktionskosten des Rotors sind beim ASM etwa hohe Leistungsdichte und den entsprechend geringen Platz- schätzung des Gesamtmarkts herangezogen. den, wie beispielsweise Neodym und Dysprosium, die Mate- 25% höher als bei FSM, da hier ein Gusskäfig zum Einsatz bedarf des PSM zurückzuführen. Der FSM-Traktionsmotor rialkosten im Rotor mit durchschnittlich 37% am höchsten. kommt, der komplexere Produktionsverfahren erfordert. zeigt zunächst leicht steigende Marktanteile auf 8%, was auf 3.2.1. Kostenbewertung der relevanten Infolge der hohen Materialkosten für den Rotor sind die antei- die zunehmende Relevanz von Hybridantrieben zurückzufüh- Traktionsmotortechnologien ligen Materialkosten für Stator und Gehäuse wiederum ver- ren ist. Mit einem stärkeren Wechsel zu BEV-Fahrzeugen so- hältnismäßig gering (siehe Abbildung 37). Die hohen Materi- wie einer steigenden Relevanz des PSM wird der relative Bei der Kostenbewertung der relevanten E-Motoren-Arten im alkosten für den Rotor spiegeln sich ebenfalls in den Marktanteil von FSM wieder leicht zurückgehen, wie Abbildung Antriebsstrang (PSM, ASM und FSM) wird zwischen Materi- absoluten Gesamtkosten wider, wodurch der PSM grundsätz- 36 zu entnehmen ist – wobei auch im Segment der Hybridantrie- al- und Produktionskosten unterschieden und hinsichtlich der lich in die teuerste untersuchte Technologie hinsichtlich der be die Relevanz des PSM voraussichtlich leicht ansteigen wird. größten Kostentreiber untersucht. Zu diesen zählen kompo- Herstellungskosten fällt. So liegen die durchschnittlichen Kos-

Millionen Stück Permanentmagnet-Synchronmotor ASM Material % der Wertschöpfung Millionen Stück PSM Permanentmagnet-Synchronmotor Produktion ASM 5% Material 16%* FSM % der Wertschöpfung PSM 11% Produktion 5% 27% 16%* FSM* CAGR 11% 20% 27% * CAGR

7% 20%

92 16% 85 7% 78 71 33% 64 92 4% 60 34% 16% 36% 85 73% 36% 78 51 36% 71 33% 43 37% 4% 64 34% 37% 60 36 36% 73% 28 37% 60% 36% 58% 37% 37% 51 36% 57% 19 20 43 37% 56% 56% 37% 56% 36% 5637% 36% 5636% 56% 56% 37% 60% 57% 57% 28 37% 37% 8% 8% 587%% 7% 7%19 7%20 7% 8% 8% 8% 8% 8% 56% 57%

56% Berechnung Eigene Quelle: Berechnung Eigene Quelle: 37% 56% 36% 56% 36% 56% 56% 2019 2020 205621% 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 RotorStatorGehäuse Endmontage Total 57% 57% 8% 8% 7% 7% Abbildung 36: Abbildung 37: 7% 7% 7% 8% 8% 8% 8% 8% Weltweite Marktanteile für Verteilung Material- und 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 RotorStatorGehäuse Endmontage Total Traktionsmotoren bis 2030 Produktionskosten PSM

52 53 Drehstrom-Asynchronmotor Fremderregter Synchronmotor Material Material % der Wertschöpfung % der Wertschöpfung Drehstrom-Asynchronmotor Produktion Fremderregter Synchronmotor Produktion 6% Material 6% Material % der Wertschöpfung % der Wertschöpfung Produktion Produktion 14% 13% 6% 34% 6% 34%

14% 13% 34% 34% 25% 27%

25% 27% 8% 8%

8% 23% 218%% 66% 66%

23% 21% 6% 66% 7% 66%

186%% 187%% Quelle: Eigene Berechnung Eigene Quelle: Berechnung Eigene Quelle: 18% 18% RotorStatorGehäuse Endmontage Total RotorStatorGehäuse Endmontage Total Abbildung 38: Abbildung 39: Verteilung Material- und Verteilung Material- und RotorStatorGehäuse Endmontage Total RotorStatorGehäuse Endmontage Total Produktionskosten ASM Produktionskosten FSM

PSM In puncto Materialeinsatz sind FSM und ASM etwa gleich- Fahrzeugen (BEV) zwischen 450 € und 840 € (siehe Abbil- wertig. In beiden Technologien wird Kupfer für die Spulen dung 40). Die angegebenen Kosten beziehen sich dabei auf FSM BEV PSM verwendet. Die Produktion des Rotors ist beim FSM jedoch ein industrialisiertes, hochgradig automatisiertes Produkti- ASM um etwa 35% teurer als beim PSM, da dieser durch zusätzli- onsverfahren im Hochvolumen und berücksichtigen die ge- FSM BEV che Prozessschritte im Rahmen der Wicklung herstellungs- samten Herstellungskosten inklusive Gemeinkosten und ei- ASM seitig komplexer ist. Stator und Gehäuse sind durch die Not- nen Gewinnanteil entsprechend des Branchendurchschnitts. wendigkeit eines Schleifrings sowohl aus Material- als auch Bei niedrigeren Produktionsstückzahlen können die Kosten HEV/ Produktionssicht um ca. 5% teurer. ggfs. nach oben abweichen. Des Weiteren werden kosten- PHEV seitig keine Umlagen für die Entwicklung der Traktionsmoto- HEV/ Betrachtet man die durchschnittlichen Kosten eines E-Mo- ren berücksichtigt. PHEV tors, so lässt sich feststellen, dass die Technologie des ASM und des FSM aktuell meist ca. 30% günstiger ist als die des PSM. Dabei sind die verschiedenen Elektrifizierungsgrade MHEV von MHEV, HEV/PHEV und BEV und die damit zusammen-

hängenden Aspekte Dimensionierung und Gewicht bzw. MHEV Berechnung Eigene Quelle: Leistungsstufe des Traktionsmotors unabhängig von diesem Abbildung 40: Kostenvorteil. Das Kostenspektrum für MHEV in denen le- 0200 400600 800 1.000 Durchschnittliche Kosten für diglich ein kleiner Traktionsmotor ergänzend zu einem her- Kosten in € Traktionsmotoren (Kosten auf kömmlichen Verbrennungsmotor verbaut ist, reicht von 0200 400600 800 1.000 Basis Großserienproduktion durchschnittlich 100 € bis zu 220 € pro verbautem Motor. Kosten in € inkl. Ø Gewinnmarge) Motoren in Vollhybriden (HEV/PHEV) kosten in der Regel zwischen 225 € und 420 €. In rein elektrisch angetriebenen

54 55 3.2.2. Globale Marktpotenziale der Das weltweite Verkaufsvolumen von Traktionsmotoren er- Unter Einbezug aller E-Motoren-Kategorien im PKW, durch die zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstrangs. relevanten E-Motoren gibt auf Basis der Analyse im Jahr 2019 insgesamt ein auch derer außerhalb des Antriebsstrangs, liegt das pro- Des Weiteren sind die E-Motoren-Arten, die in den Katego- Marktpotenzial von 4,88 Mrd. €. Bis zum Jahr 2030 wird sich gnostizierte weltweite Marktpotenzial aller E-Motoren rien Kleine Motoren und Mittlere Motoren zum Einsatz kom- Die globalen Marktpotenziale der oben betrachteten E-Motoren dieses mit einem jährlichen Volumen von 22,02 Mrd. € mehr im Jahr 2020 bei insgesamt 17,61 Mrd. €. Im Jahr men, bereits am Markt etabliert und werden im Rahmen von PSM, ASM und FSM basieren auf den in Abbildung 40 darge- als vervierfachen. Die durchschnittliche jährliche Wachs- 2030 wird es auf ca. 44 Mrd. € ansteigen und sich somit um Commodity-Strukturen zugekauft. Dabei sind Produktions- stellten Kostenbewertungen für die jeweiligen Technologien. tumsrate (CAGR) liegt somit bei 15%. den Faktor 2,5 vervielfachen. Die Gesamtwachstumsrate stückzahlen von über 1,5 Mio. p.a. auf einer Fertigungslinie Für die Prognose der weltweiten Marktpotenziale wurden die liegt bei 6%. Die Entwicklung des weltweiten Marktpotenzi- sowie ein Bezug aus „Best Cost Countries“ bereits Stan- entsprechenden durchschnittlichen Kosten pro E-Motor-Techno- Gemessen am Marktpotenzial ist der PSM mit einem Markt- als zeigt ein Wachstum insbesondere in der Kategorie Trakti- dard. logie und -Leistungsklasse mit der erwarteten Anzahl von Fahr- anteil von 66% im Jahr 2020 führend und wird bis 2030 mit onsmotoren. Dies ist vor allem auf die hohen Kosten für zeugneuzulassungen und der Anzahl der verbauten Traktions- einem Anteil von 74% am Gesamtmarktpotenzial weiter an Traktionsmotoren gegenüber kleineren Leistungsstufen zu- motoren pro Fahrzeug multipliziert. Eine Verteilung der Bedeutung gewinnen. Dies liegt neben den steigenden Ver- rückzuführen, die jedoch in deutlich höheren Stückzahlen ver- Marktpotenziale auf die entsprechenden Komponenten und kaufszahlen auch an den höheren Herstellungskosten des kauft werden. Die Kategorien Kleine Motoren und Mittlere Produktionsanteile wurde basierend auf den in Abbildung 15 PSM. Der FSM und insbesondere der ASM werden entspre- Motoren verlieren aufgrund der steigenden Absatzzahl von dargestellten Herstellungsprozessen errechnet. Im Rahmen chend an Marktanteilen verlieren. Der FSM-Traktionsmotor Traktionsmotoren zunehmend Marktanteile. dieser Betrachtung wurde auch eine Kostenreduktion durch weist einen relativ konstant geringen Marktanteil zwischen Skaleneffekte in der Großserie sowie durch die steigenden Pro- 5% und 6% auf. Aufgrund der höheren volumetrischen und Betrachtet man das absolute Marktpotenzial, so wächst je- duktionskapazitäten mit 1,5% pro Jahr für die verschiedenen gravimetrischen Leistungsdichte des PSM und der dadurch des Segment in der beobachteten Zeitachse ab 2020. Für Technologien einheitlich berücksichtigt. Wie in Kapitel 2.3.2 be- generierten Einsparungen bei Bauraum und Gewicht im die weitere Betrachtung wird der Fokus auf das am stärks- schrieben, wurden die Technologietrends und -sprünge mit 1% Fahrzeug wird der ASM ab 2025 sukzessive verdrängt. ten wachsende Segment, die Traktionsmotoren, gelegt. Die durchschnittlichem Reduktionspotenzial pro Jahr integriert. Die- hier aufgeführten weiteren E-Motoren-Segmente dienen als se Berechnung beruht auf einer Bewertung der Eintrittswahr- Basis für die Einschätzung des gesamten E-Motoren-Mark- scheinlichkeit und der Wertschöpfungsänderung. tes in der PKW-Produktion. Sie verdeutlichen die Änderung

Milliarden € Milliarden € ASM Kleine Motoren

Milliarden € PSM Milliarden € Mittlere Motoren ASM Kleine Motoren FSM Traktionsmotoren PSM Mittlere Motoren

22,02 *FSM CAGR 6%* 43,58 T*raktionsmotore CAGR n 41,17 15%* 20,18 38,89 20% 18,39 2221,0%2 36,82 43,58 * CAGR 6%* 20% * CAGR 34,88 41,17 15%* 16,79 20,23%18 33,80 21% 38,89 15,30 31,26 21% 25% 21% 20% 18,39 22% 36,82 14,51 28,24 22% 20% 26% 34,88 30% 16,79 23% 23% 33,80 21% 27% 25,31 31% 12,31 31,26 21% 27% 15,30 25% 23% 32% 14,51 22,23 22% 33% 10,48 21,35 24% 28,24 22% 26% 35% 30% 28% 23% 35% 8,84 27% 25,31 31% 12,31 27% 17,61 24% 38% 28% 27% 74% 23% 32% 22,23 40% 33% 6,87 28% 10,48 71% 25% 21,35 68% 24% 35% 28% 41% 35% 5,17 67% 67% 4,88 28% 8,84 66% 27% 17,61 4324% 28% 74% 51% 38% 51% 66% 49% 28% 71% 46% 40% 47% 28% 6,87 28% 66% 25% 44% 46% 66% 68% 41% 43% 66% 67% 67% 37% 39% 5,17 28% 4,6788% 66% 66% 43% 35% 51% 51% 32% Berechnung Eigene Quelle: 28% 66% 22% 4629% 47% 49% 28% 666%% 6% 6% 6% 6% 6% 6% 5% 46% 6% 6% 6% 6% 43% 44% 66% Berechnung Eigene Quelle: 66% 37% 39% 66% 35% Abbildung 42: 67% 32% 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 202219% 202029% 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 6% 6% 6% 6% 6% 6% 5% Abbildung 41: 6% 6% 6% 6% 6% Weltweites Marktpotenzial Weltweites Marktpotenzial für für E-Motoren in PKW nach 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Traktionsmotoren bis 2030 Leistungsstufe

56 57 3.2.3. Wertschöpfungsanteile im Rahmen Bei einer genaueren Betrachtung der einzelnen Schritte in- der globalen Marktpotenziale nerhalb des Produktionsprozesses von Traktionsmotoren Produktionsprozess (PSM, ASM und FSM) lässt sich feststellen, dass die Mate- Die Betrachtung des weltweiten Marktpotenzials der Trakti- rialkosten mit durchschnittlich 30% der Hauptkostentreiber onsmotoren nach Material- und Produktionskosten zeigt, für die Herstellung des Rotors sind. Da der Rotor sich hin- dass die Aufteilung bis 2030 auf einem relativ konstanten sichtlich der Technologien für Traktionsmotoren unterschei-

Niveau bleiben wird. So entfallen durchschnittlich 71% der det, wird die Kalkulation des Marktpotenzials über die jewei- Jährliche Werte, basierend auf der Rotor- Rotor- Stator- Stator- Gehäuse- Gehäuse- End Gesamtkosten auf Material und 29% auf die Produktion. Der lige Motorenart und das Leistungsniveau vorgenommen. xEV-Marktentwicklung material produktion material produktion material produktion montage und Marktmodell leichte Anstieg der Materialkosten gegenüber den Produkti- Beim PSM belaufen sich die Materialkosten des Rotors auf onskosten wird auf die höhere Relevanz des PSM zurückge- ca. 37%, wohingegen beim ASM und FSM diese lediglich Marktpotenzial [Milliarden €] führt. Diese höheren Materialkosten entstehen hauptsäch- bei ca. 18% liegen. Gehäuse und Stator sind für alle Techno- lich aufgrund der verwendeten Permanentmagnete. Das logien identisch und verursachen ca. 22% bzw. 19% der Ge- 1,57 0,26 0,98 0,36 1,12 0,63 0,26 2020 globale Marktpotenzial für Traktionsmotoren mit An- samtkosten (siehe Abbildung 44). Durch eine Verschiebung [30%] [5%] [19%] [7%] [22%] [12%] [5%] wendung im PKW steigt von aktuell 5,17 Mrd. € im Jahr der Marktanteile zum PSM steigt die anteilige Wertschöp- 2020 auf ca. 22 Mrd. € im Jahr 2030. fung bei den Materialkosten des Rotors bis 2030 auf 32%. 4,39 0,73 2,74 0,99 3,15 1,77 0,74 2025 [30%] [5%] [19%] [7%] [22%] [12%] [5%]

7, 0 0 1,07 4,05 1,48 4,68 2,64 1,10 2030 [32%] [5%] [18%] [7%] [21%] [12%] [5%] Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle:

Abbildung 44: Marktpotenziale entlang der Wertschöpfungskette für Traktionsmotoren bis 2030

Millionen Stück Die Marktpotenziale für den Gesamtmarkt liegen vor allem Materialkosten bei den Materialien und Halbzeugen, die zur Herstellung be- Die Berechnung der weltweiten Marktpotenziale Millionen Stück Produktionskosten nötigt werden. So beläuft sich das prognostizierte weltweite für elektrische Traktionsmotoren erfolgt auf Basis Materialkosten Marktpotenzial für Materialien im Jahr 2030 auf 7,00 Mrd. € der in diesem Themenpapier prognostizierten Pr* CAoduktionskGR osten für den Rotor, 4,68 Mrd. € für das Gehäuse und 4,05 Mrd. € Fahrzeugzulassungen für xEV, der durchschnittli- 22,02 für den Stator. Aus Sicht der Produktion entfallen 2,64 Mrd. € chen Anzahl von verbauten Traktionsmotoren 15%* * CAGR 20,18 der weltweiten Wertschöpfung auf die Herstellung des Ge- pro Fahrzeug sowie der durchschnittlichen Kosten 18,39 22,02 häuses, 1,48 Mrd. € auf den Stator und 1,07 Mrd. € auf die für Traktionsmotoren nach Fahrzeugtopologie (MHEV/ 15%* 16,79 20,18 Produktion des Rotors. Globale Wertströme entlang der Pro- HEV/PHEV/BEV) und der eingesetzten Motorbauart 15,30 18,39 14,51 duktion von elektrischen Traktionsmotoren zeigen, dass (PSM/ASM/FSM). Daraus ergibt sich ein prognosti- 16,79 71,5% 12,31 höchste Werte innerhalb des Materials erreicht werden kön- ziertes weltweites Marktpotenzial von ca. 5,17 15,30 71,2% 14,51 71,0% 10,48 nen. Mrd. € im Jahr 2020, das bis zum Jahr 2030 auf 70,9% 71,5% 8,84 12,31 70,9% 70,8% 71,2% 22,02 Mrd. € anwachsen wird. Eine detaillierte 71,0% 6,87 10,48 70,8% Betrachtung des Marktpotenzials hinsichtlich des 70,9% 70,8% 4,88 5,17 8,84 70,9% 70,8% 70,8% Materialeinsatzes und der Produktionskosten ergibt 70,8% 6,87 70,8% einen Materialkostenanteil von über 70%, die 70,9% 70,8% 28,5% 70,8% 29,0% 28,8% 4,88 5,17 29,2% 29,1% 29,1%

70,8% 29,2% Berechnung Eigene Quelle: 29,2% 29,2% Produktion der Traktionsmotoren hingegen beläuft 29,1% 29,2% 279,20,8% 28,5% sich auf ca. 30% des Wertanteils. Da bei einer 70,9% 70,8% 28,8% 29,1% 29,0% Abbildung 43: 29,2% 29,2% 29,1% 2019 2020 2021 202229,2% 202329,2% 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Produktion in Baden-Württemberg Materialien und 29,1% 29,2% 29,2% Wertschöpfungsverteilung des Halbzeuge weitestgehend international zugekauft weltweiten Marktpotenzials für 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 werden, wird nachfolgend der Wertanteil durch die Traktionsmotoren bis 2030 Produktion von Traktionsmotoren als Wertschöp- fungspotenzial für das Land bezeichnet.

58 59 4. Wertschöpfungspotenziale elektrischer Antriebsmotoren im automobilen Sektor in Baden-Württemberg

Der globale Markt für E-Motoren befindet sich aktuell im Auf- 4.1. Herstellerlandschaft von Antriebs bau. Sowohl verschiedene OEMs als auch Automobilzuliefe- Baden-Württemberg verfügt über ein breites und von 3–5% an der europaweiten Wertschöpfung motoren und (Sub-)Komponenten in rer investieren in die Forschung und Entwicklung sowie in die gut verknüpftes Automobilindustrie-Netzwerk und im Bereich „neuer Komponenten“ abgeleitet und Baden-Württemberg Produktion von E-Motoren. Baden-Württemberg besitzt dank damit über gute Voraussetzungen, an den steigen- aufgrund verschiedener Annahmen im vorliegen- eines breiten und eng verknüpften Netzwerks an Maschinen- den Marktpotenzialen in der Produktion und den Themenpapier nach oben korrigiert (siehe Für eine Analyse der Potenziale entlang der Wertschöp- bauern, Anlagenherstellern, Forschungsinstituten, Automo- Entwicklung von E-Motoren zu partizipieren. Kapitel 4.2). fungskette elektrischer Antriebsmotoren wurde zunächst bilunternehmen und Fahrzeugzulieferern hohes Potenzial, an Über 60 Unternehmen, die Kompetenzen zur die Herstellerlandschaft der elektrischen Antriebsmotoren der europäischen Wertschöpfung der E-MotorenProduktion Produktion von E-Motoren sowie deren Subkom- Aktuell wird in Baden- Württemberg die Wert- und Subkomponenten in Baden-Württemberg analysiert beteiligt zu sein. Hierzu bedarf es jedoch einer frühen und ponenten besitzen, konnten identifiziert werden. schöpfung hauptsächlich durch Tier-1-Unterneh- (siehe Abbildung 45). Die Untersuchung ergab 288 Unter- zukunftsorientierten Ausrichtung des Industriestandorts auf Darunter befinden sich sowohl OEMs als auch men entlang der Entwicklung, Erprobung und nehmen, bestehend aus OEMs und Zulieferern, die grund- die mit der E-Motoren-Produktion verbundenen Chancen und Zulieferer. Fertigung der Komponenten sowie der Endmonta- sätzlich über die Technologien zur Produktion von elektri- Herausforderungen durch Politik, Wissenschaft und Wirt- ge von E-Motoren erwirtschaftet. schen Traktionsmotoren verfügen. Im Rahmen der Analyse schaft. Grundsätzlich sind alle Kompetenzen, die für wurden alle Produktionsschritte zur Fertigung von Rotor, die Herstellung von E-Motoren von Bedeu- Eine Analyse der Strategien von OEMs und Stator und Gehäusekomponenten sowie die notwendigen Für die Herleitung des Wertschöpfungspotenzials Baden- tung sind, im Land verfügbar. Der Schwerpunkt Automobilzulieferern zeigt, dass bis zum Jahr Kompetenzen für die Assemblierung berücksichtigt und be- Württembergs bei der Produktion von E-Motoren wird zu- liegt allerdings auf der Montagekompetenz, 2030 eine teilweise vertikale Integration der wertet. Des Weiteren wurden Unternehmen in Betracht ge- nächst die Herstellerlandschaft des Landes unter Begutach- wohingegen die Fertigung von (Sub-)Komponen- E-Motoren-Fertigung seitens der OEMs zogen, die über die erforderlichen Fähigkeiten zur Fertigung tung aller Produktionsschritte untersucht. Anschließend ten im direkten Vergleich eine eher untergeordne- stattfinden soll. Infolge dieses Trends beteiligen oder Bearbeitung von Subkomponenten wie Blechpaket, werden die Strategien sowie bereits aufgebaute Kompeten- te Rolle einnimmt. sich die Fahrzeughersteller stärker an der Welle oder Gehäuse verfügen. Die Datenbasis der Analyse zen ansässiger OEMs und Tier-1- bis -n-Zulieferer für die Ferti- Wertschöpfung bei der E-Motoren-Produktion stützt sich auf eine Recherche in verschiedenen Informati- gung von E-Motoren analysiert. Auf Basis dieser Analysen In einem Best-Case-Szenario, das von einer und kompensieren den Rückgang bei der onsnetzwerken wie den Mitgliedsunternehmen der von e- und des in Kapitel 3 prognostizierten Anstiegs sowohl des vollständigen Fertigung der E-Motoren inklusive Produktion von Verbrennungsmotoren. mobil BW koordinierten Cluster-Initiativen, Industrienetz- europäischen als auch des weltweiten Markpotenzials für der (Sub-)Komponenten ohne Materialien und werken und Onlineressourcen wie Kompass, IndustryStock elektrische Traktionsmotoren wird nachfolgend ein Best- Halbzeuge im Land ausgeht, wird das Wert- Aufgrund des steigenden Bedarfs an E-Motoren und Northdata. Case-Szenario berechnet. Abschließend werden in der Pro- schöpfungspotenzial in Baden-Württemberg wird erwartet, dass es zu steigenden Beschäfti- duktion von E-Motoren entstehende Beschäftigungspotenzia- auf 25 Mio. € im Jahr 2020 und auf 113 Mio. € gungszahlen in der Produktion kommen wird. Ausgehend von den 288 identifizierten Unternehmen besit- le für Baden-Württemberg bewertet. im Jahr 2030 beziffert. Dem Best-Case-Szenario In diesem Zusammenhang wurden Fade-in- zen 281 dieser Unternehmen eine oder mehrere Fertigungs- zugrunde liegt ein von den Autoren des Themen- Beschäftigungseffekte kalkuliert – daraus wurde stätten in Baden-Württemberg, die für die Produktion von papiers angenommener Wertschöpfungsanteil ein Bedarf an ca. 2.000 Mitarbeitenden für das elektrischen Traktionsmotoren oder deren Komponenten ge- Baden-Württembergs an der E-Motoren-Produktion Jahr 2030 im Best-Case-Szenario abgeleitet. eignet sind. Diese Unternehmen wurden anschließend hin- von 8% am europäischen und ca. 2% am globalen sichtlich ihrer Fähigkeiten zur Abdeckung integrierter Wert- Wertschöpfungspotenzial. Die Ableitung erfolgte schöpfungsschritte bewertet. Beispiele hierfür sind auf Basis der Strukturstudie BWe mobil 2019. Im Prozessschritte wie Stanzen und Paketieren bei der Herstel- Rahmen der Strukturstudie wurde für das lung von Blechpaketen oder spanende Bearbeitung, Härten Basisjahr 2019 ein Anteil Baden-Württembergs und spanende Nachbearbeitung bei der Produktion der Welle.

60 61 Online-Research: e-mobil BW Montage P3-Datenbank Industrienetzwerk Kompass, IndustryStock, Clusterunternehmen Traktionsmotor Northdata und 37 30 21 Subkomponenten

Identifizierte Unternehmen mit Sitz in Unternehmen mit Unternehmen Baden-Württemberg Automotive-Erfahrung/-Potenzial

Subkomponenten

Unternehmen mit Potenzial zum Automotive-Großserienlieferanten Herstellung 17 16 15 Blechpaket

Identifizierte Unternehmen Unternehmen mit Hauptsitz in Unternehmen mit 4 Baden-Württemberg Automotive-Erfahrung/-Potenzial 288 281 79 Herstellung 14 14 12 Gehäuse 57 Identifizierte Unternehmen Unternehmen mit Hauptsitz in Unternehmen mit Baden-Württemberg Automotive-Erfahrung/-Potenzial Identifizierte Unternehmen mit Sitz in Unternehmen mit der Fähigkeit, Unternehmen mit Unternehmen Baden-Württemberg integrierte Produktionsschritte Automotive-Erfahrung Herstellung 19 19 14 durchzuführen Welle

Identifizierte Unternehmen Unternehmen mit Hauptsitz in Unternehmen mit

Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Baden-Württemberg Automotive-Erfahrung/-Potenzial

Abbildung 45: Untersuchung von Unternehmen mit Kompetenzen zur E-Motoren-Fertigung Darstellung Eigene Quelle: Abbildung 47: Detailanalyse potenzieller E-Motoren- und Komponentenhersteller

Die integrierten Wertschöpfungsstufen wurden dabei auf Ba- zierten Unternehmen durchgeführt. Dabei wurden die Liefe- sis des in Kapitel 2.2 dargestellten Produktionsprozesses für ranten nach ihrer Kompetenz bei der Fertigung sowohl der E-Motoren abgeleitet (siehe Abbildung 46) und stellen die in Komponenten wie Rotor, Stator und Gehäuse als auch der Abbildung 47 zeigt die Analyse potenzieller E-Motoren- und von 14 und bei der Herstellung der Welle 14 von 19 Unterneh- der heutigen Traktionsmotorenproduktion übliche Wert- Subkomponenten untersucht. Hierbei wurde die Gewichtung Komponentenhersteller. Diese unterteilen sich in vier integ- men. Die detaillierte Aufschlüsselung der im Raum Baden- schöpfungstiefe dar (Kampker, 2014). Die Analyse kommt der Wertschöpfungspotenziale der einzelnen Subkomponen- rierte Wertschöpfungsschritte, basierend auf Abbildung 46: Württemberg ansässigen Unternehmen mit entsprechen- zum Ergebnis, dass 79 der 281 Unternehmen einzelne oder ten für die Beurteilung des Gesamtwertschöpfungspotenzials dem Fertigungsstandort für Montage, Blechpaket, Gehäuse mehrere Schritte der integrierten Wertschöpfung durch be- Baden-Württembergs berücksichtigt. Für die Fertigung des Montage von Traktionsmotoren inklusive der Montage und Welle wurde rein auf die Fertigungskompetenzen bezo- reits verfügbare Kompetenzen abdecken können. Rotors ergibt sich eine Clusterung der Wertschöpfung von von Rotor und Stator gen und bewertet. Dies bedeutet, dass Unternehmen mit 9% für das Blechpaket, von 68% für die Welle und von 23% Herstellung des Blechpakets für Stator und Rotor entsprechend breit aufgestelltem Kompetenzportfolio durch Auf Grundlage der in Abbildung 46 dargestellten integrierten für die Montage. In Abbildung 46 ist dies am Beispiel eines Herstellung des Gehäuses Mehrfachnennungen in den einzelnen Wertschöpfungsstu- Wertschöpfungsstufen wurde eine Detailanalyse der identifi- PSM dargestellt. Herstellung der Welle fen vertreten sein können. Aus diesem Grunde übersteigt die Addition der identifizierten Unternehmen der Komponen- Dabei konnte festgestellt werden, dass 37 der Lieferanten tencluster die Anzahl der in Abbildung 47 identifizierten Un- grundsätzlich zur Montage von Traktionsmotoren und deren ternehmen. Rotor Komponenten fähig sind. Von diesen 37 Unternehmen ha- + 9 % 68 % 23 % 100 % ben 30 dedizierte Produktionsstätten für E-Motoren in Ba- Keine Berücksichtigung in der Untersuchung fanden Unter- Blechpaket Welle Montage Rotor Total den-Württemberg. Im letzten Schritt der Analyse wurden nehmen, die ausschließlich Kompetenzen zur Fertigung klei-

Stator Endmontage die 30 Unternehmen hinsichtlich ihrer Qualifizierung als Lie- ner und mittlerer Motoren mit Leistungen kleiner 5 kW

+ + 17 % 83 % 100 % 100 % 100 % feranten für die Automobilindustrie untersucht. 21 Unter- sowie großer E-Motoren mit Leistungen größer 1.000 kW Zusammenbau, nehmen haben bereits Erfahrung als Automobilzulieferer besitzen. Als Ergebnis der Analyse konnten insgesamt Blechpaket Wickeln, Isolieren und Montage Stator Total Gesamtsystem Total bzw. haben die Möglichkeit, sich kurzfristig innerhalb weni- 61 Unternehmen identifiziert werden, bei denen die Grund- Gehäuse ger Monate als Automobilzulieferer zu qualifizieren. Für die voraussetzungen für die Qualifizierung als Automotive- +

69 % 31 % 100 % + Wertschöpfunganteil Subkomponentenfertigung wurden die Unternehmen mit- Großserienlieferant vorhanden sind. 57 der Unternehmen Formgebung Bearbeiten, Reinigen und Auswuchten Total Fertigungsschritt tels der gleichen Methodik untersucht. Dabei wurde festge- haben bereits Erfahrungen als Automotive-Serienlieferanten

Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: stellt, dass für die Herstellung des Blechpakets 15 von 17 und vier können sich durch ihre bereits vorhandene Infra-

Abbildung 46: Wertschöpfungssplit der Komponentenproduktion am Beispiel PSM Unternehmen als Lieferanten in der Automobilindustrie in struktur und Zertifizierung kurzfristig zu Lieferanten für die Frage kommen. Bei der Herstellung des Gehäuses sind es 12 Automobilindustrie qualifizieren.

62 63 Die im Rahmen dieser Analyse evaluierten Lieferanten stel- schließend werden die daraus resultierenden Chancen und E-Motoren weiter ausgebaut und Zentren für Forschung und Für Tier-1-Lieferanten hingegen birgt die aktuelle Entwick- len jedoch nicht die Gesamtheit der Lieferanten für elektri- Risiken für das Land diskutiert. Entwicklung gegründet. Die Fertigung des kompletten lung Risiken, da sich ihre potenziell adressierbare Wert- sche Traktionsmotoren in Baden-Württemberg dar. So wer- E-Motors samt Rotor, Stator und Gehäuse soll zukünftig schöpfung entsprechend der Übernahme der Fertigungspro- den keine Lieferanten für Kleinserien und Prototypen Mit Blick auf die Fahrzeughersteller Daimler AG und Dr. Ing. auch inhouse durchgeführt werden. Dabei wird angestrebt zesse bei den Fahrzeugherstellern reduziert. untersucht. Auch sind Unternehmen, die Maschinen für die h. c. F. Porsche AG lassen sich einheitliche Trends feststel- ein breites Portfolio an Motoren für alle Anwendungsklas- Produktion von Traktionsmotoren und deren Komponenten len. Zum aktuellen Zeitpunkt werden die elektrischen Trakti- sen, MHEV, HEV, PHEV und BEV, anbieten zu können und Abbildung 48 stellt die Verteilung der in Baden-Württem- herstellen, nicht im Betrachtungsumfang enthalten. Eine onsmotoren zu großen Anteilen von Tier-1-Unternehmen weiter im Bereich E-Motoren zu expandieren. Die Schaeffler berg ansässigen Kernunternehmen dar. Anhand der Land- Wertschöpfung durch diese Unternehmen stellt somit zusätz- zugekauft. Den Tier-1-Lieferanten fallen somit große Teile AG hat dazu beispielsweise den Hersteller für Statoren El- karte ist eine klare Häufung an Unternehmen für die Produk- liches Potenzial für das Land Baden-Württemberg dar. der Wertschöpfung zu. Zukünftig ist es geplant, die For- motec-Statomat übernommen und die ZF Friedrichshafen tion von elektrischen Traktionsmotoren in der Region schung und Entwicklung im Bereich des elektrischen An- AG ist ein Joint Venture mit dem chinesischen E-Motoren- Stuttgart zu erkennen. Weitere Standorte liegen in der Regi- Mit dem Ziel, weitere Einblicke in die Herstellerlandschaft triebsstrangs wie auch die Fertigung verstärkt inhouse, also Hersteller Wolong-Electric eingegangen. on Bodensee, bei Offenburg, Rastatt und um Heilbronn. von Antriebsmotoren und Subkomponenten in Baden-Würt- innerhalb der Unternehmensgruppe der Fahrzeughersteller, temberg zu erhalten, werden im Folgenden die aktuellen durchzuführen. Die Dr. Ing. h. c. F. Porsche AG hat diesbe- Insbesondere die vertikale Integration der Fahrzeugherstel- Strukturen und Strategien von OEMs, Tier-1- und Tier-2-Zulie- züglich ihr Entwicklungszentrum in Weissach ausgebaut. ler bringt die Chance mit sich, größere Teile der globalen OEMs ferern sowie deren Sublieferanten aufgezeigt. Die Daimler AG hat das Technologieprogramm „Vision Wertschöpfung von E-Motoren nach Baden-Württemberg EQXX“ initiiert, nachdem zuvor der E-Motorenhersteller zu ziehen. Für den auf einem Verbrennungsmotor basierten Tier-1 4.1.1. OEMs und Tier-1-Unternehmen in EM-Motive, welcher 2011 als Joint Venture zwischen der Antriebsstrang konnte am europäischen Markt im Rahmen Baden-Württemberg Daimler AG und der Robert Bosch GmbH gegründet wurde, der Strukturstudie BWe mobil 2019 (e-mobil BW GmbH, vollständig an die Robert Bosch GmbH verkauft wurde. Ziel 2019) aufgezeigt werden, dass die Tier-1-Lieferanten ten- Baden-Württemberg gilt als eine der weltweit führenden des Technologieprogramms ist es, die Effizienz des E-Mo- denziell stärker auf Best Cost Sourcing setzen als die Fahr- Regionen der Automobilindustrie. Das Land besitzt ein be- tors zu steigern und dadurch höhere Reichweiten bei xEV zeughersteller. Im Rahmen einer Großserienproduktion sonders ausgeprägtes regionales Branchencluster, das die erzielen zu können. des E-Motors, vergleichbar mit dem heutigen Produkti- gesamte automobile Wertschöpfungskette inklusive zuge- onsvolumen des Verbrennungsmotors, wird daher eine höriger Dienstleistungen und innovativer Entwicklungszent- Porsche hat zudem begonnen, die Assemblierung des ähnliche Tendenz erwartet. Diese wird aufgrund der Ab- ren abdeckt. Die regionale Nähe bietet den Clusterunterneh- E-Motors für das Modell Taycan in Zuffenhausen durchzu- baugebiete von seltenen Erden für die Magnete des PSM men entscheidende Wettbewerbsvorteile, da Synergien führen. Der E-Motor des Hybrid-Modells Panamera E wird noch verstärkt. Heute kann, wie in Kapitel 5 aufgezeigt, der durch lokale Kooperationen genutzt werden können. Die hingegen weiterhin vollständig von der ZF Friedrichshafen Anteil an außerhalb von Baden-Württemberg bezogenen Herstellerlandschaft von Antriebsmotoren in Baden-Würt- AG zugekauft (Rudschies, 2019). Die Daimler AG kauft aktu- (Sub-)Komponenten als noch höher bewertet werden. temberg wird insbesondere durch die ansässigen Fahrzeug- ell den kompletten elektrischen Antriebsstrang für das Mo- hersteller wie die Daimler AG, die Audi AG und die Dr. Ing. dell EQC von der ZF Friedrichshafen AG. Es wurde jedoch Die angekündigte vertikale Integration der E-Motoren-Her- h. c. F. Porsche AG sowie verschiedene global agierende angekündigt, zukünftig den elektrischen Antriebsstrang stellung wird vor allem durch zwei Faktoren bestimmt. Tier-1-Unternehmen wie die Robert Bosch GmbH, die ZF samt E-Motor, Leistungselektronik und Getriebeteilen in Un- Friedrichshafen AG, die Schaeffler AG oder die Mahle GmbH tertürkheim zu fertigen. Audi übernimmt bereits Teile der 1. Nutzung freiwerdender Kapazitäten:

geprägt. Dieser Wertschöpfungskern trägt mit über 300.000 Fertigung von E-Motoren in seinem Werk in Győr, Ungarn OEMs können freiwerdende Kapazitäten durch die Darstellung Eigene Quelle:

Mitarbeitenden, wovon ca. 120.000 Personen bei den OEMs (Schaal, 2019). Für den Standort zur Fahrzeugproduktion in sinkende Relevanz der Verbrennungsmotorproduktion Abbildung 48: Produktionslandkarte Traktionsmotoren beschäftigt sind, in großem Maße zu Wirtschaftsleistung Neckarsulm wurden bisher keine Ankündigungen bzgl. der für die Produktion von E-Motoren nutzen. Baden-Württemberg, OEMs und Tier-1 Baden-Württembergs bei. Die Elektrifizierung der Mobilität Produktion des E-Antriebsstrangs veröffentlicht. beeinflusst die Beschäftigung im Wertschöpfungskern zu- 2. E-Motor als Differenzierungsmerkmal: künftig stark (e-mobil BW GmbH – Landesagentur für neue Es zeigt sich, dass es in Baden-Württemberg zu einer parti- Je nachdem, wie stark der E-Motor als Differenzierungs- Mobilitätslösungen und Automotive Baden-Württemberg, ellen Kompetenzverschiebung im Bereich der Traktionsmo- komponente eines Fahrzeugs eingeschätzt wird, 2019). torenfertigung kommen wird. ist für OEMs aus Wettbewerbsgründen eine eigene Produktion zu erwägen. Die Relevanz des E-Motors Um die Entwicklungen der Kernunternehmen im Bereich der Die Tier-1-Unternehmen haben weiterhin das Ziel, stark an im Fahrzeug entscheidet maßgeblich, ob die Fahrzeug- E-Motoren-Fertigung besser zu verstehen, wird zunächst der Fertigung von E-Motoren beteiligt zu bleiben. Dies lässt hersteller weiter eine Inhouseproduktion verfolgen ein Überblick über die angekündigten Strategien gegeben. sich auch an den angekündigten Unternehmensstrategien oder den E-Motor zukünftig als Bestellteil möglichst Hierbei sollen insbesondere die angekündigten Unterneh- der größten Automobilzulieferer Baden-Württembergs er- kostenoptimiert zukaufen. mensausrichtungen sowie der Aufbau von Entwicklungs- kennen. Die ZF Friedrichshafen AG, die Robert Bosch GmbH zentren und Fertigungslinien herausgestellt werden. Ab- oder die Schaeffler AG haben ihre Kompetenzen im Bereich

64 65 4.1.2. Tier-2 und Sublieferanten in tenzen in Baden- Württemberg liegen im Fokus des Bran- 4.1.3. Hersteller- und Kompetenzlandkarte dargestellt. Wenn beispielsweise kein OEM heute Kompeten- Baden-Württemberg chenclusters. Die Fertigung von Subkomponenten spielt im Baden-Württemberg zen zur Fertigung des Rotors besitzt, wird der Wert 0% ange- direkten Vergleich aufgrund der hohen Produktionskosten im setzt. Können hingegen alle OEMs die gesamte Fertigung Neben dem Wertschöpfungskern der OEMs und Tier-1- Land sowie der relativ geringen Herstellstückzahlen von elekt- Basierend auf der in Kapitel 4.1.1 und 4.1.2 durchgeführten des Rotors übernehmen wird der Wert 100% angesetzt. In Systemlieferanten tragen auch insbesondere die Tier-2 und rischen Traktionsmotoren aktuell eine eher untergeordnete Analyse zur E-Motoren- und (Sub-)Komponenten-Hersteller- der Kompetenzbewertung wurde zudem berücksichtigt, zu weitere Sublieferanten zum Erfolg des automobilen Wirt- Rolle. Die Verteilung der Tier-2- und Tier-n-Sublieferanten über landschaft Baden-Württembergs wurde anschließend eine Be- welchem Anteil Fertigungsschritte zur Gesamtwertschöp- schaftsstandorts Baden-Württemberg bei. Sie besitzen stetig Baden-Württemberg zeigt die in Abbildung 49 dargestellte wertung der vorhandenen Kompetenzen und ihrer Lokalisie- fung der Komponenten bzw. des E-Motors beitragen (siehe wachsende Produkt- und Produktionskompetenzen. Diese Landkarte. Dabei kann im Vergleich zu den OEMs und Tier- rung durchgeführt. Mittels der diskutierten Strategien der Abbildung 46). So hat beispielsweise die Welle einen Anteil sind für die Wertschöpfungskette und das vollständig ausge- 1-Lieferanten keine zentrale Häufung der Subkomponentenfer- Hersteller konnten der aktuelle Status sowie eine voraussicht- von 68% an der Wertschöpfung des Rotors und geht folglich prägte regionale Branchencluster unerlässlich. Die Subliefe- tiger beobachtet werden. liche Entwicklung des Kompetenzportfolios abgeleitet werden. mit 68% in die Kompetenzbewertung der Rotorfertigung ein. ranten zählen zum erweiterten Wertschöpfungscluster und Die Kompetenz zur Fertigung des Blechpakets wird analog mit beliefern die Systemlieferanten und OEMs. Zu diesen Unter- Die Auswertung der Produktionsstandorte zeigt, dass die 9% und die zur Herstellung und Bearbeitung des Gehäuses mit nehmen zählen beispielsweise Material- und Komponenten- OEMs Daimler AG und Dr. Ing. h. c. F. Porsche AG ebenso wie 23% berücksichtigt. lieferanten. Allein in der Materialfertigung waren 2017 ca. verschiedene große Tier-1-Zulieferer wie die Robert Bosch Tier 2 26.000 Mitarbeitende beschäftigt. Dies verdeutlicht deren GmbH oder die Mahle GmbH im Raum Stuttgart ansässig Zunächst werden die OEMs als oberste Stufe der Wert- große industrielle, aber auch wirtschaftliche Bedeutung (e- sind. Diese Region gilt als dominierende Automobilregion in schöpfung betrachtet. Dabei zeigt sich, dass diese aktuell mobil BW GmbH, 2019), zeigt jedoch im Gegensatz zu den Baden-Württemberg, in der aktuell ca. 55% des landeswei- nur sehr wenige direkte Kompetenzen zur Herstellung der Beschäftigten bei Fahrzeugherstellern sowie Tier-1- und Tier- ten Umsatzes auf die Automobilindustrie zurückzuführen ist E-Motoren-Komponenten Rotor, Stator und Gehäuse ausge- 2-Unternehmen die eher untergeordnete Rolle der Material- (e-mobil BW GmbH, 2019). Dahingegen gibt es eine deutlich prägt haben (siehe Abbildung 50). Das heißt, dass so gut wie fertigung in Baden-Württemberg. breitere Verteilung der Tier-2, Tier-n und weiterer Tier-1-Liefe- alle Komponenten zugekauft werden und die Kompetenzen ranten über das Land. Bei den Zulieferern, die das Potenzial folglich als 0% angesehen werden. Ebenso wird die End- Bei der Produktion von E-Motoren können Tier-2-Unternehmen zum Subkomponentenfertiger für die Automobilindustrie be- montage des Motors nur teilweise von den Fahrzeugherstel- typischerweise große Teile der Fertigung von Subkomponen- sitzen, kann keine klare räumliche Abgrenzung getroffen wer- lern durchgeführt. Innerhalb der aktuellen Wertschöpfungs- ten durchführen. Diese umfassen Arbeiten wie Stanzen, Tief- den. Es existieren folglich keine feststellbaren regionalen strukturen erfolgt die Assemblierung durch Tier-1- ziehen, Fräsen, Drehen oder Schneiden und können Tätigkeiten Schwerpunkte. Systemlieferanten. Die OEMs spezifizieren typischerweise zur Produktion der Welle, des Blechpakets oder des Gehäuses die gewünschte Technologie, die Leistung und den Bauraum sein. Die Analyse der Herstellerlandschaft in Kapitel 4.1.1 zeigt Ferner wurde analysiert, zu welchem Anteil Kompetenzen für des E-Motors oder der E-Achse für ein Fahrzeug. Die Tier- beispielsweise, dass in Baden-Württemberg 15 Unternehmen die Fertigung des Rotors, des Stators, des Gehäuses und der 1-Zulieferer übernehmen dann Entwicklung, Komponente- das Potenzial für die integrierte Fertigung des Blechpakets auf- Endmontage bei den OEMs, Tier-1- und Tier-2- bzw. Tier-n- nerprobung und Fertigung. Porsche jedoch hat kürzlich be- weisen. Die Herstellung des Gehäuses, inklusive Urformen Unternehmen vorhanden sind (siehe Abbildung 50). Die Er- gonnen, die Endmontage der E-Achse inkl. des E-Motors und anschließender spanender Bearbeitung, können zwölf Un- gebnisse dieser Analyse sind mittels einer Skala von 0–100% teilweise inhouse durchzuführen. ternehmen abbilden. Zudem besitzen 14 Unternehmen die Kompetenz zur Fertigung der Welle inklusive des Auswucht-

prozesses. Dazu besitzen diese Unternehmen bereits Erfah- Darstellung Eigene Quelle: Tier-2 rungen im Bereich Automobil- bzw. Großserienfertigung. Lieferkette Rotor Stator Gehäuse End- Abbildung 49: Produktionslandkarte Traktionsmotoren OEMs montage Baden-Württemberg, Tier-2; Tier-n Tier-1 Als Beispiele können hier Unternehmen wie die Grohmann OEMs 0% 0% 0% 50% ALUWORKS GmbH & Co. KG, die Druckguss Waghäusel GmbH und die GSTech GmbH zur Fertigung des Gehäuses, die Tier-1 44% 84% 28% 100% Erich Grau GmbH und die Metallwarenfabrik Gemmingen Es kann festgehalten werden, dass die Kompetenzen zur Sub- GmbH zur Fertigung des Blechpakets und die Harry Roth komponentenfertigung in Baden-Württemberg vorhanden GmbH & Co. KG sowie die Schauber GmbH zur Fertigung von sind. Die Produktion wird jedoch bislang nur zu geringen An- Tier-2/Tier-n 85% 23% 100% 0% Wellen angeführt werden. teilen durch regionale Tier-2- und Tier-n-Unternehmen durch- Kompetenz verfügbar geführt. Im Gefolge der in Kapitel 4.1.1 aufgezeigten partiellen in Baden-Württemberg Bei einer Gegenüberstellung der Anzahl an Sublieferanten für Kompetenzverschiebung von den Tier-1-Lieferanten in Rich-

die einzelnen Subkomponenten (Blechpakte, Welle und Ge- tung der Fahrzeughersteller sowie steigender Herstellstück- Darstellung Eigene Quelle: häuse) mit den Unternehmen, die die Fähigkeiten zur Montage zahlen wird jedoch erwartet, dass es zu einer stärkeren Lokali- Abbildung 50: Produktionslandkarte und Kompetenzübersicht Traktionsmotoren Baden-Württemberg von E-Motoren besitzen, wird deutlich: Die Montagekompe- sierung der Subkomponentenfertigung kommen wird.

66 67 Die Tier-1-Zulieferer haben im aktuellen Gefüge der Wert- 4.2. Wertschöpfungspotenziale und im Produktcluster elektrischer Antriebssysteme bis zum PKW für den jeweiligen Markt statt. Das heißt, ein Großteil schöpfungskette die Kompetenzen, um die Assemblierung Beschäftigungseffekte bei der Jahr 2030 im globalen Sourcing und Wettbewerb insbeson- der in der EU gefertigten PKW wird auch innerhalb der EU des E-Motors (Montage des Stators inklusive der Wicklung) Herstellung elektrischer Antriebs dere mit Asien. verkauft. Ein Beispiel zur Verdeutlichung: Im Jahr 2015 wur- vollständig (100 %) übernehmen zu können, wohingegen die motoren in Baden-Württemberg den 205.000 der in Deutschland produzierten PKW nach Fertigung von Subkomponenten zu weiten Teilen an die Tier- Die realen Entwicklungszahlen müssen entsprechend den in China exportiert, wohingegen 4 Mio. PKW deutscher OEMs 2-Zulieferer ausgelagert wird oder nicht in Baden-Württem- Der steigende Bedarf an elektrischen Traktionsmotoren so- Baden-Württemberg getätigten Investitionen und der Fir- in China gefertigt wurden (e-mobil BW GmbH, 2019). Durch berg verortet ist. Die Fertigung der Bestandteile des Rotors wie die vorhandenen Fertigungskompetenzen eröffnen die menaufstellung gemonitort werden, um entlang der Trans- die vornehmlich lokale Produktion wird die Herleitung des (wie Blechpaket und Welle), des Stators (wie Blechpaket) Chance für Unternehmen aus Baden-Württemberg, von die- formation aktuelle Aussagen zum realen Marktanteil treffen Wertschöpfungspotenzials Baden-Württembergs auf das und des Gehäuses finden meist bei den Tier-2-Zulieferern ser Entwicklung zu profitieren und neue Wertschöpfungs zu können. europäische Marktpotenzial bezogen. Gewünscht wird ein oder in Joint Ventures der Tier-1-Lieferanten statt. Dies um- potenziale zu erschließen. weiterhin hoher Wertschöpfungsanteil Baden-Württem- fasst dabei Arbeiten wie Drehen, Wuchten, Druckgießen, Zur Herleitung dieser Beschäftigungseffekte wird zunächst bergs in Europa. Bei klassischen Automobil-Zulieferteilen Fräsen, Stanzen und Paketieren, wie in Kapitel 2.2 beschrie- Gelingt es, ähnlich große Marktanteile an der europäischen das Wertschöpfungspotenzial für Baden-Württemberg be- kommen etwa 9 % der europäischen Produktion aus Baden- ben. Die Detailanalyse der E-Motor- und Komponentenher- Wertschöpfung von elektrischen Traktionsmotoren zu errei- stimmt. Die Ableitung erfolgt auf Basis der globalen Markt- Württemberg, bei einzelnen Teilen wie Getrieben und Ge- steller zeigt, dass vor allem Kompetenzen für die Fertigung chen, wie es derzeit bei Verbrennungsmotoren der Fall ist, potenziale entlang der Wertschöpfungskette und der Be- triebeteilen (12 %) und Teilen für Kolbenverbrennungsmoto- des Stators und die Assemblierung des Motors bei den Tier- können neue Arbeitsplätze entstehen. wertung des Wertschöpfungspotenzials nach: ren (14 %) ist der Wert sogar deutlich höher. Für den 1-Unternehmen (84%) ausgeprägt sind. Kompetenzen zur Wertschöpfungsanteil des E-Motors am europäischen Fertigung des Rotors (85%) und des Gehäuses (100%) lie- Für nachfolgende Berechnungen des europaweiten Wert- Traktionsmotorenart Marktpotenzial wird, basierend auf der Strukturstudie BWe gen zumeist bei den Tier-2- bzw. Tier-n-Unternehmen oder schöpfungspotenzials Baden-Württembergs im Produktclus- mobil 2019, der in diesem Themenpapier nach oben korri- den Joint Ventures außerhalb Baden-Württembergs. ter der elektrischen Antriebsmotoren werden 8% als kons- vorhandenen Kompetenzen zur Fertigung von gierte Wert von 8% verwendet. Das ist bereits eine deutli- tanter Wert verwendet. Die Ableitung erfolgte auf Basis der E-Motoren in Baden-Württemberg che Steigerung gegenüber bisherigen Produktionsanteilen Zusammenfassend kann konstatiert werden, dass in Strukturstudie BWe mobil 2019. Im Rahmen der Strukturstu- vergleichbarer Bauteile und Systeme (E-Motoren 5 %, Batte- Baden-Württemberg grundsätzlich alle Kompetenzen die wurde für das Basisjahr 2019 ein Anteil Baden-Württem- dem möglichen Anteil des Landes an den rien 3 %, elektronische Bauteile 4 %), wie sie in der Struktur- zur Fertigung des E-Motors existent sind. Ausgeprägte bergs von 3–5% an der europaweiten Wertschöpfung im globalen bzw. europäischen Produktionsvolumen studie BWe mobil 2019 ausgewiesen wurden. Montagekompetenzen liegen vor allem bei den Tier-1-Un- Bereich „neuer Komponenten“ abgeleitet, darunter Batte- ternehmen vor. Diese bieten bereits heute diverse elektri- riesysteme, Leistungselektronik und elektrische Motoren Im Folgenden werden die Trends in der E-Motoren-Entwick- Die Ableitung des Wertschöpfungspotenzials über das ge- sche Traktionsmotoren für xEV-Applikationen an. Die Kom- aller Leistungsklassen. Der angenommene Wert für E-Moto- lung und der Fertigung seitens der OEMs und Zulieferer samte Marktpotenzial für E-Motoren erfolgt mittels der Dif- petenzen zur (Sub-)Komponentenfertigung sind ebenso im ren wurde vom Konsortium aufgrund der folgenden Argu- sowie die impliziten Auswirkungen auf die Wertschöpfung ferenzierung zwischen Produktions- und Materialkosten, da Land vorhanden. Eine Großserienfertigung seitens der Tier- mente festgesetzt. in Baden-Württemberg bis 2030 beschrieben. Am Ende des aktuell vorrangig nur die Produktionskosten zur wirtschaft- 2- und Tier-n-Unternehmen ist jedoch aktuell im Vergleich zu Kapitels 4 werden die Beschäftigungseffekte in der E-Moto- lich erbrachten Leistung aus Baden-Württemberg beitragen. den Montagekompetenzen relativ geringer ausgeprägt. Die 1. Ein erhöhtes technisches Differenzierungspotenzial ren-Produktion auf Basis der im Land gefertigten E-Moto- Aus dem aktuellen Marktpotenzial des Landes am gesamt- (Sub-)Komponenten werden aufgrund ihrer Kostensi- im Produktfeld elektrischer Antriebsmotoren gegenüber ren-Stückzahl und die entsprechende Wertschöpfungstiefe europäischen E-Motoren-Markt und den im Land vorhande- tuation und der relativ geringen Serienstückzahl im handelsüblicher E-Motoren-Varianten (Fensterheber, bestimmt. nen Kompetenzen zur E-Motoren-Fertigung kann schließlich Vergleich zum Produktionsvolumen des Verbrennungs- Sitzsteller, Kleinstmotoren …) ein unter optimalen Bedingungen erreichbares „Best-Case- motors verstärkt auf dem internationalen Beschaf- 4.2.1. Wertschöpfungspotenzial in Szenario“ für die Entwicklung des Wertschöpfungspotenzi- fungsmarkt zugekauft. 2. Die Ansässigkeit bereits etablierter Unternehmen im Baden-Württemberg als in Baden-Württemberg hergeleitet werden. Bereich elektrischer Antriebsmotoren wie Porsche AG, Robert Bosch GmbH, ZF Friedrichshafen AG, Der Automobilstandort Baden-Württemberg wird sich durch Schaeffler AG, Mahle GmbH etc. in Baden-Württemberg die Elektrifizierung des Antriebsstrangs wandeln und immer größere Teile des Umsatzes müssen anstelle von 3. Die im direkten Vergleich bereits fortgeschrittenere Verbrennungsmotoren und seinen Komponenten durch Integration Baden-Württembergs im Bereich E-Motoren E-Motoren und weitere Komponenten des elektrischen An- gegenüber den Produktclustern Lithium-Ionen-Batterie triebsstrangs erwirtschaftet werden. Im Folgenden soll für und Leistungselektronik Baden-Württemberg das Wertschöpfungspotenzial abgeleitet werden, das durch die Fertigung von E-Motoren gene- Die Autoren des Themenpapiers nehmen an, dass der Wert- riert werden kann (siehe Abbildung 51). Zur Herleitung wird schöpfungsanteil Baden-Württembergs in Höhe von 8 % am zunächst das weltweite Marktpotenzial elektrischer Trakti- europäischen Markt bis 2030 konstant bleibt. Gründe hierfür onsmotoren betrachtet, das in Kapitel 3.2 diskutiert wurde. liegen trotz des prognostizierten starken Marktwachstums Heutzutage findet zumeist eine regionale Produktion von

68 69 –66%

–73% Rotormaterial Aktuelles Marktpotenzial –66% Baden-Württembergs am 100% Rotorproduktion europäischen PKW-Markt 5% –73% Rotormaterial Statorproduktion 10110%% Rotorproduktion 100% Eingangsparameter 5% 100% Statormaterial - Anteil Baden-Württemberg an der 6% 6% Statorproduktion bisherigen weltweiten Produktion 11% von Antriebssträngen 20% Gehäusematerial 10130%% - Potenzieller Anteil Baden-Würt- 10140%% Statormaterial 6% temberg an der europäischen 6% Gehäuseproduktion Weltweites Weltweites Produktion von Antriebssträngen Gehäusematerial Best-Case-Szenario 207%% Umsatzpotenzial für Wertschöpfungspotenzial 13% Baden-Württemberg 14% Endmontage 27% Traktionsmotoren für Traktionsmotoren 25% Gehäuseproduktion

167%% en st Endmontage Eingangsparameter Eingangsparameter 25% 27% ko 8% 8% Wertschöpfungspotenzial - Durchschnittliche Kosten - Zusammensetzung Kosten für rial Traktionsmotor 4% en pro Traktionsmotor (abhängig von Traktionsmotoren (abhängig von 16% te E-Motoren-Produktion Motortyp und Anwendung) Motortyp und Anwendung kompetenzen in st

ko 34% 34% 23% 21% r Ma 27% - Wertschöpfungspotenzial - Beschaffung der Materialien Baden-Württemberg 8% 8% Wertschöpfungspotenzial rial 6% 6% Traktionsmotoren 2020 bis 2030 und Halbzeuge am weltweiten 4% 5% g de te E-Motoren-Produktion Beschaffungsmarkt (Abgrenzung zu 37% 7% 3414% 3413%

zur Wertschöpfung in Baden- r Ma Eingangsparameter 236%% 21% Ab 2711% Württemberg) - Bewertung der in Baden- 6% 6% 5% g de Württemberg verfügbaren 7% 8% 8% 18% 18% zu Kompetenzen im Bereich der 37% 7% 14% 13% Berechnung Eigene Quelle:

6% Ab 11% Produktion von Traktionsmotoren 4% 6% 7% - Prognostizierte Veränderungen 8% der Wertschöpfungskette im 7% 8% Abbildung 52: PSMFAS18%M 18SM% PSM ASM FSM Bereich der Traktionsmotoren Wertschöpfun4% g Wertschöpfun6% g Wertschöpfung7% Verteilung des Wertschöpfungs- bis 2030 potenzials in Abhängigkeit von PSMFASM SM PSM ASM FSM Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Wertschöpfung Wertschöpfung Wertschöpfung der E-Motoren-Art Abbildung 51: Ableitung des Best-Case-Szenarios zur Wertschöpfung in Baden-Württemberg

In Kapitel 3.2.2 wurde das voraussichtliche globale meinkosten „SG&A: Selling, General and Administrative Ex- Abgeleitet vom gesamten europäischen Marktpotenzial für aller E-Motoren-Komponenten in Baden-Württemberg vor- Marktpotenzial für elektrische Traktionsmotoren mit penses“ und Margen auf Materialerzeugerebene). elektronische Traktionsmotoren von 1,09 Mrd. € im Jahr handen sind. Bis zum Jahr 2030 wird es voraussichtlich zu 5,17 Mrd. € für das Referenzjahr 2020 abgeleitet. Das euro- 2020 beträgt das für Baden-Württemberg adressierba- einer Verschiebung der Kompetenzen zwischen den OEMs päische Marktpotenzial beträgt davon 1,09 Mrd. €, was Das adressierbare Wertschöpfungspotenzial für E-Motoren re Marktpotenzial gemäß der Herleitung ca. 318 Mio. €. und Zulieferern kommen. Doch hat eine vertikale Integration einem Anteil von ca. 21% entspricht. Die Ableitung des in Baden-Württemberg beträgt nach Abzug der Materialkos- Dies entspricht einem Anteil von ca. 29% des gesamten in Rahmen dieses Szenarios keinen Einfluss auf die im Land europäischen Wertschöpfungspotenzials vom Markt ten 27% für PSM und jeweils 34% für ASM bzw. FSM (siehe europäischen Marktpotenzials. Dieser Anteil wurde mit- abgebildeten Kompetenzen, da bereits heute alle Kompeten- potenzial erfolgt anhand der Betrachtung von Material- und Abbildung 52). Die Materialkosten für PSM sind aufgrund tels des adressierbaren Wertschöpfungsanteils je E-Moto- zen vorhanden sind. Produktionskosten. Vom gesamten Marktpotenzial entfallen der in Kapitel 1 diskutierten hohen Preise der verwendeten ren-Bauart für PSM, ASM und FSM inklusive einer entspre- je nach Traktionsmotorenart verschiedene Anteile auf Mate- seltenen Erden höher als für die Motorarten ASM und FSM. chenden Gewichtung entsprechend der Marktdurchdringung rialkosten und Produktionskosten, wie in Kapitel 3.2.1 darge- der jeweiligen Motorarten errechnet. Das durchschnittliche stellt. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Materialkos- Wachstum des Wertschöpfungspotenzials beträgt in Analo- ten nicht zur im Land erbrachten Wirtschaftsleistung und gie zur Entwicklung der Gesamtwertschöpfung in Europa adressierbaren Wertschöpfung beitragen. Des Weiteren ist 15% CAGR und wird bis im Jahr 2030 auf ca. 1,4 Mrd. € an- zu beachten, dass neben den Rohstoffen auch die Produk wachsen (siehe Abbildung 53). tion der Halbzeuge wie Wickeldraht, Elektroblech, Isolati- onsmaterialien oder Strangpressprofile zumeist nicht in Zur Ermittlung des Wertschöpfungspotenzials Baden-Würt- Baden-Württemberg stattfindet. Diese Materialien werden tembergs für E-Motoren im „Best-Case-Szenario“ wird zu- global gehandelt und vornehmlich auf Basis bereits beste- dem berücksichtigt, inwieweit die Kompetenzen zur Ferti- hender Lieferketten zugekauft. Durch den Einkauf dieser gung im Land existieren und welche Entwicklungen die Erzeugnisse umfassen die Materialkosten im Rahmen die- Kompetenzlandschaft voraussichtlich durchläuft. In Kapitel ser Betrachtung auch die Kosten der Halbzeuge (inklusive 4.1 wurde die Herstellerlandschaft analysiert – aus der Ana- der damit einhergehenden Fertigungs- und Vertriebsge- lyse wurde abgeleitet, dass die Kompetenzen zur Fertigung

70 71

Wertschöpfungspotenzial Europa Millionen € Millionen €/a Wertschöpfungspotenzial Wertschöpfungspotenzial Global Traktionsmotoren Produktion EU Wertschöpfungspotenzial Europa 15%* Millionen € Wertschöpfungspotenzial Millionen €/a Wertschöpfungspotenzial WBaertscden-Whöpfungspotenzialürttemberg Global Traktionsmotoren Produktionoduktion EU 15%* Baden-Württemberg Wertschöpfungspotenzial Ba* CAden-WGR ürttemberg 1.2641.345 1.417 Wertschöpfungspotenzial 7.234 1.035 1.153 Traktionsmotoren Produktion 16%* 804 881 951 519 703 Baden-Württemberg 6.581 310318 * CAGR * CAGR 1.2641.345 1.417 5.952 7.234 1.035 1.153 16%* 804 881 951 ** Vergleiche Herleitung in Kapitel 4.2 2019 2020 2051219 2022703 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 5.372 6.581 310318 * CAGR PorscheF. AG c. 4.836 5.952 4.528 ** Vergleiche Herleitung in Kapitel 4.2 5.372 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 3.798 8%** 4.836 4.528 98,4% 3.196 98,4% 2.663 98,3% 3.798 98,3% Wertschöpfungspotenzial Baden-Württ8%ember** g 98,3% 98,4% 2.045 3.196 98,3% 98,4% Millionen €/a 98,1% 1.523 2.663 98,3% 1.421 98,0% 98,3% Wertschöpfungspotenzial Baden-Württ15ember%* g 97,9% 98,3% 2.9804,0%5 98,3% Millionen €/a 98,3% 1.9852,3%3 98,1%

1.421 98,0% Berechnung Eigene Quelle: 97,9% 15%* 1,7% 1,7% 2,0% 2,1% 2,0% 1,9% 1,7% 1,7% 1,7% 1,7% 1,6% 1,6% 98,0% 101108 113 98,3% 98,3% Abbildung 54: Europe Ltd., VW AG; Premium: Daimler AG, Ing. Dr. h. 83 92 Quelle Abbildungen: Basis: Renault Deutschland AG, Toyota Deutschland GmbH; Mittel: Honda Motor 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 70 76 56 64 1,7% 1,7% 2,0% 2,1% 2,0% 1,9% 1,7% 1,7% 1,7% 1,7% 1,6% 1,6% Wertschöpfungspotenzial Baden- 25 25 42 113 Abbildung 53: Württembergs am Weltmarkt für 92 101108 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 76 83 56 64 70 Ableitung des Wertschöpfungs Traktionsmotoren in Mio. € 202519 202025 204221 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 potenzials von Baden-Würt- temberg vom europäischen 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Wertschöpfungspotenzial

4.2.2. Veränderung der Wertschöpfung durch Trends im Bereich der E-Motoren- und Produktions Unter Berücksichtigung aller oben genannten Prämissen Case-Szenario“ abgeleitet. Dieses beinhaltet zusätzlich die technologie wurde folgend das „Best-Case-Szenario“ abgeleitet (siehe Ergebnisse der Untersuchung der weltweiten Produktions- Abbildung 53). Das angestrebte Wertschöpfungspoten- netzwerke und eine realistische Wertschöpfungsstruktur In Kapitel 4.1.3 wurde ein Überblick über die Kompetenzver- einer Veränderung der Wertschöpfungsverteilung beitragen, zial an der Fertigung elektrischer Traktionsmotoren im der Subkomponenten bezogen auf den Standort Baden- teilung zur Fertigung von E-Motoren innerhalb der Herstel- beispielsweise durch eine stärkere regionale Integration von Jahr 2020 beträgt in diesem Szenario ca. 25 Mio. € und Württemberg. lerlandschaft Baden-Württembergs gegeben. Die Analyse Produktionsschritten bei der Subkomponentenfertigung wird sich bis 2030 auf ca. 113 Mio. € steigern. Die Grund- zeigte, dass alle Kompetenzen zur Fertigung von E-Motoren (vertikale Upstream-Integration) in Baden-Württemberg. Zur lage für die Erreichung des Best-Case-Szenarios ist die Fer- Abschließend wird der landesweite Anteil der Wert- im Land grundsätzlich vorhanden sind und sowohl OEMs als Analyse einer potenziellen Verschiebung der Wertschöp- tigung aller Subkomponenten in Baden-Württemberg. Aktu- schöpfung elektrischer Antriebsmotoren im Verhältnis auch Tier-1- und Tier-2-Unternehmen an der Wertschöpfung fungsanteile innerhalb der aktuellen Unternehmensland- ell werden jedoch Komponenten aus der EU und weltweit zum Weltmarkt aufgezeigt (siehe Abbildung 54). Das globale beteiligt sein werden. Im Folgenden wird eine durch die schaft werden vier Hauptentwicklungsfelder diskutiert: zugekauft. Deshalb sollte eine Integration der zugekauf- Wertschöpfungspotenzial beträgt im Jahr 2020 ca. 1,5 Mrd. € OEMs angekündigte Verschiebung der Lieferketten und ten (Sub-)Komponenten in die Produktionslandschaft und wird sich bis 2030 auf ca. 7,3 Mrd. € steigern. Mit eine damit einhergehende Verschiebung der Wertschöp- die Entwicklung von Traktionsmotoren Baden-Württemberg angestrebt werden, um die Ferti- 25 Mio. € beträgt der Anteil Baden-Württembergs 2020 ca. fung diskutiert – abgeleitet aus einem Vergleich zwischen die Erprobung von Traktionsmotoren gung von Subkomponenten entsprechend zu verlagern. Die- 1,7 % an der globalen Wertschöpfung. Der prozentuale An- den Jahren 2020 und 2030 (siehe Tabelle 2). die Produktion der Subkomponenten wie Blechpaket, ses Vorhaben wird durch einen starken Wettbewerbsdruck, teil schwankt dabei jährlich leicht zwischen 1,6% und 2,1%. Welle und Gehäuse vorrangig aus Ländern mit günstigeren Kostenstrukturen, Diese Schwankungen sind auf die unterschiedlichen Ent- Die angekündigten strategischen Entscheidungen der Fahr- der Zusammenbau von Rotor, Stator und Gesamtsystem erschwert. Eine Unterstützung durch staatliche Subventio- wicklungen der Elektrifizierung der Fahrzeuge sowie des zeughersteller hin zu einer vertikalen Integration beeinflus- nen in der Phase des Umschwungs könnte hierbei einen Marktwachstums in den Kernmärkten China, Nordamerika sen die Verschiebung der adressierbaren Wertschöpfungs- Dabei werden je Hauptentwicklungsfeld die positiven, neut- Wettbewerbsvorteil ermöglichen. Im folgenden Kapitel 5 und Rest of the World (ROW) im Vergleich zum europäi- anteile zwischen den OEMs und den Lieferanten maßgeblich. ralen oder negativen Einflüsse durch eine potenzielle Verla- wird ausgehend vom „Best-Case-Szenario“ ein „Realistic- schen Markt zurückzuführen. Doch auch die Tier-1- und Tier-2-Unternehmen können zu gerung für das Land Baden-Württemberg bewertet.

72 73 Bewertung aus Sicht 2020 2030 Entwicklung von Traktionsmotoren durch. Die Erprobung des E-Motors selbst und seiner Kom- Baden-Württembergs ponenten findet entsprechend der Entwicklung und

Durch die Zunahme der Verkaufszahlen Aktuell findet die Forschung und Entwicklung elektrischer Produktion bei den Tier-1-Lieferanten statt. Durch eine der xEV rückt der Traktionsmotor bei Traktionsmotoren typischerweise auf Tier-1-Zuliefererebene stärkere vertikale Integration der OEMs im Bereich der den Fahrzeugherstellern stärker in den Die Fahrzeughersteller spezifizieren statt. So entwickeln beispielsweise die Robert Bosch E-Motoren-Fertigung sowie der Forschung und Entwick- Fokus der Kernwertschöpfung, die benötigten Traktionsmotoren GmbH, die Mahle GmbH und die ZF Friedrichshafen AG lung bis 2030 wird es auch hier zu einer verstärkten Integ- wohingegen der reine Verbrennungs und beschaffen diese größtenteils als motor an Bedeutung verliert ihre E-Motoren inhouse und bieten den OEMs bedarfsge- ration der E-Motoren-Erprobung kommen. bereits entwickelte Systeme Entwicklung Eine Eigenentwicklung von Elektro rechte Produktlösungen an. Dies steht im Kontrast zur vor- Traktionsmotor traktionsmotoren wird als Folge bei Verlagerung der Entwicklung, Fertigung und Know-how- herrschenden Struktur aktueller Wertschöpfungsketten im In Analogie zur teilweisen Verschiebung der Kompetenzen vielen Fahrzeugherstellern erwartet, in Entwicklung zum Aufbau finden größtenteils beim Kombination mit Inhousefertigungen Fahrzeughersteller Bereich der herkömmlichen Verbrennungsmotoren in bei der Entwicklung von Traktionsmotoren hat auch eine Tier-1-Lieferanten als Gesamtgewerk Tier-1-Lieferanten bieten weiterhin statt Deutschland. Bei diesen Fahrzeugen werden sowohl die stärkere Übernahme der Erprobung durch die Fahrzeugher- Traktionsmotoren für Fahrzeughersteller Gesamtentwicklung als auch die Montage hauptsächlich steller keinen signifikanten negativen oder positiven Ein- an, die keine Eigenentwicklung durchführen von den OEMs durchgeführt. Es ist bei der Entwicklung fluss auf das Land Baden-Württemberg. von Traktionsmotoren jedoch der Trend zu einer stärkeren

Bei einer Eigenentwicklung der vertikalen Integration seitens der OEMs zu erkennen. Als Produktion der Subkomponenten Traktionsmotoren durch den Fahrzeug- Beispiele können hierfür die Dr. Ing. h. c. F. Porsche AG mit hersteller wird eine Komponenten- dem Ausbau des Entwicklungszentrums Weissach und die Die Fertigung der E-Motoren-Subkomponenten für die Pro- Fahrzeughersteller erproben den sowie Gesamtsystemerprobung durch integrierten elektrischen Antriebsstrang den Hersteller selbst erwartet und ist Daimler AG mit der Gründung des Technologieprogramms duktion in Baden-Württemberg wird aktuell größtenteils im Fahrzeug und auf Prüfständen vom Entwicklungsablauf her zu „Vision EQXX“ angeführt werden. Die Audi AG hat ebenso von Tier-2- oder Tier-n-Zulieferern, aber auch teilweise von Erprobung präferieren Traktionsmotor Verlagerung der die Kompetenzen für die technologische Entwicklung von Tier-1-Lieferanten durchgeführt. Subkomponenten wie die Die Komponentenerprobung findet Bei Zukauf von Traktionsmotoren Erprobung entsprechend E-Motoren erweitert, die Fertigung ist dabei aktuell im un- Welle, das Gehäuse oder das Blechpaket werden jedoch hauptsächlich bei den Tier-1-Lieferanten findet weiterhin die Komponenten der Entwicklung statt erprobung hauptsächlich durch den garischen Győr angesiedelt. Dieser Trend kann auch für meist nicht in Baden-Württemberg hergestellt, sondern Tier-1-Systemlieferanten statt und die weitere OEMs mit Hauptsitz außerhalb von Baden-Würt- auf dem europäischen und internationalen Beschaffungs- Erprobung des Gesamtsystems durch temberg festgestellt werden. Beispiele für diese Entwick- markt zugekauft. Hier kann für das Jahr 2030 eine stärkere den Fahrzeughersteller lung sind die gegründeten Entwicklungsabteilungen der vertikale Integration der Komponentenfertigung seitens Volkswagen AG, der BMW AG und der PSA Group. der Fahrzeughersteller gemäß ihrer Ankündigungen erwar- Es findet eine stärkere Integration der Komponentenfertigung für den tet werden. Als Beispiel ist die Daimler AG zu nennen, die Produktion Die benötigten Subkomponenten Traktionsmotor beim Fahrzeughersteller der Subkompo- Festzuhalten ist, dass es in Baden-Württemberg im Be- eine Komponentenfertigung für das Werk in Untertürk- für die Produktion von Traktionsmotoren und Tier-1-Lieferanten aufgrund nenten reich der Forschung und Entwicklung von E-Motoren eben- heim, wie in Kapitel 4.1.1 beschrieben, angekündigt hat. werden vorwiegend auf dem zunehmender Marktkonsolidierung Blechpaket weltweiten Beschaffungsmarkt statt (beispielhaft hat dies die Daimler Lokale Integration so wie in der Produktion bis 2030 zu einer Teilung der Kom- Überdies wird angenommen, dass die Fahrzeughersteller Welle zugekauft und je nach Komponente AG bereits für die Komponentenferti- der Wertschöpfung petenzen zwischen den Tier-1-Zulieferern und den OEMs ihre Subkomponenten regionaler und damit auf dem euro- Gehäuse in bestimmten Regionen gefertigt gung im Stammwerk Untertürkheim im aus Best Cost Countries kommen wird. Fand die Entwicklung bislang vorwiegend päischen Markt beziehen, entsprechend der Situation beim Zuge des Aufbaus des e-Campus angekündigt) bei den Tier-1-Zulieferern statt, wird sie zukünftig sowohl Verbrennungsmotor (e-mobil BW GmbH, 2019). Dies bietet von den OEMs als auch den Zulieferern vorangetrieben auch den regional ansässigen Tier-1-Lieferanten die Mög- werden. lichkeit, sich stärker an der Subkomponentenfertigung für Der Zusammenbau und die finale die OEMs zu beteiligen. Eine detaillierte Analyse der aktu- Fahrzeughersteller kaufen größtenteils Qualitätsprüfung (End of life Test) von den gesamten Antriebsstrang bzw. die Rotor, Stator und Gehäuse bzw. Aufgrund der Aufteilung der Kompetenzen innerhalb des ellen Lieferketten der Traktionsmotorenproduktion wird in Traktionsmotoren weltweit zu E-Achse wird vom OEM als Kernwert- Landes wird davon ausgegangen, dass diese Trends zum Kapitel 5 geleistet. Zusammenbau Zusammenbau von Rotor, Stator schöpfung angesehen und überwiegend größten Teil keinen Einfluss auf die Wertschöpfung im Rotor, Stator und Gehäuse findet hauptsächlich beim inhouse durchgeführt Land haben werden. Der dieser Bewertung zugrundeliegende Trend zu einer und Gesamt Tier-1-Lieferanten statt Tier-1-Lieferanten übernehmen Verlagerung der system Technologisch führende Fahrzeug weiterhin den Zusammenbau von Rotor, Wertschöpfung vom stärkeren Beteiligung der Automobilhersteller an der Sub- hersteller haben begonnen, Stator und Gehäuse (E-Achse) für die Tier-1 zum Erprobung von Traktionsmotoren komponentenfertigung ist für das Land als positiv anzuse- Inhousefertigungen für die Endmontage Fahrzeughersteller, die keine Eigenwert- Fahrzeughersteller hen. Es werden Teile der Wertschöpfung des E-Motors von E-Motoren aufzubauen schöpfung und Entwicklung aufbauen (BMW, VW etc.) können, z. B. aufgrund von zu kleinen Die Komponentenerprobung von Traktionsmotoren findet vom europäischen Markt in die bereits bestehenden Pro- Produktionsvolumen im Rahmen der Forschung und Entwicklung statt. Die duktionswerke in Baden-Württemberg integriert und regio-

Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Erprobung des E-Motors im Gesamtsystem liegt in der nale Zulieferer werden stärker in die Produktion eingebun-

Tabelle 2: Prognostizierte Veränderung der Wertschöpfung durch Trends im Bereich der E-Motoren- und Produktionstechnologie Verantwortung der OEMs. Diese führen die Funktions- und den. Dauerlauftests entsprechend ihren Qualitätsrichtlinien

74 75 Zusammenbau Rotor, Stator und Gesamtsystem Fazit Millionen Stück ASM

Millionen Stück Es kann erwartet werden, dass es, vergleichbar mit den be- Für alle Bereiche – die Entwicklung, die Erprobung und PSM ASM reits etablierten Wertschöpfungsketten beim Verbrennungs- die Produktion der Subkomponenten ebenso wie den FSM motor, bis zum Jahr 2030 zu einer teilweise Verschiebung Zusammenbau von Rotor, Stator und Gesamtsystem – PSM 20,00 der Wertschöpfung beim Zusammenbau von E-Motoren werden Verschiebungen innerhalb der Wertschöpfungs- 16%* 19,29 FSM* CAGR 18,44 kommt. Diese Annahme im Rahmen des vorliegenden The- kette erwartet. Diese Verschiebungen werden vor allem von 16,89 20,00 menpapiers basiert auf den Ankündigungen diverser OEMs den OEMs durch die stärkere vertikale Upstream-Integ- 16%* 19,29 32% * CAGR 15,25 18,44 34% und wurde für Baden-Württemberg bereits in Kapitel 4.1.1 ration der E-Motoren-Produktion getrieben – zulasten der 14,01 16,89 36% beschreiben. Es kommt somit seitens der OEMs somit zu Tier-1-Lieferanten. Aber auch Zulieferer können größere Teile 12,75 37% 32% 15,25 34% 11,35 37% einer teilweisen Integration der E-Motoren-Montage sowie der Subkomponentenproduktion durch vertikale Rückwärtsin- 14,01 36% 37% der Montage von Rotor und des Stator. tegration in ihre Produktion aufnehmen. Somit lässt sich ein 9,81 1237,7%5 37% 37% insgesamt positiver Trend durch die Veränderung der Wert- 11,35 37% 7,13 38% 37% 9,81 37% 60% 58% Für die Tier-1-Unternehmen Baden-Württembergs ist der schöpfung in Baden-Württemberg prognostizieren und als 56% 37% 37% 55% 4,14 55% Trend zur Integration der E-Motoren-Produktion durch die „Lokalisierung der Fertigung“ bezeichnen. Dieser Trend wird 3,79 7,13 38% 55% 55% 55% 60% 37% 55% 58% lokalen bzw. auch internationalen OEMs mit einer Verringe- insbesondere auf der Fertigung der Subkomponenten beru- 36% 56% 5537% 55% 4,14 55% rung der adressierbaren Wertschöpfungsanteile und somit hen, da diese aktuell überwiegend international zugekauft 3,5779% 56% 55% 55% Berechnung Eigene Quelle: 55% 8% 8% 8% 8% 8% 7% 8% 8% 8% 8% als Risiko zu bewerten. Jedoch wird erwartet, dass die Fahr- werden. 367%% 378%% 55% 55% Abbildung 55: zeughersteller nicht ihren kompletten Bedarf an E-Motoren 205719% 202056% 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 8% 8% 8% 8% 8% 7% 8% 8% 8% 8% Entwicklung der europäischen bis 2030 inhouse decken werden. Zusätzlich zu den Trakti- Um die oben beschriebene Bewertung der potenziellen Ver- 7% 8% Absatzzahlen von elektrischen onsmotoren für PKW in Großserie kann davon ausgegangen änderung der Wertschöpfung durch die Integration der 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Traktionsmotoren werden, dass weitere Märkte für Sonderlösungen sowie E-Motoren-Produktion von Fahrzeugherstellern in Baden- Traktionsmotoren für Nutzfahrzeuge langfristig aufgrund von Württemberg bis 2030 durchführen zu können, wurde im Skaleneffekten seitens der Automobilzulieferer entwickelt ersten Schritt eine Auswertung der potenziell verkauften und gefertigt werden. Im globalen Umfeld gibt es neben den Fahrzeuge der in Baden-Württemberg ansässigen Fahrzeug- OEMs wie beispielsweise der VW AG, der Daimler AG, der hersteller durchgeführt. Diese Auswertung (basierend auf in

BMW AG und PSA, die eine vertikale Integration im Bereich Kapitel 3 beschriebenen CO2 -Tools) wurde in Schritt 2 mit 4.2.3. Aktuelle und zukünftige der E-Motoren anstreben, weiterhin Akteure wie Ford, Ge- den Produktionsstückzahlen des Best-Case-Szenarios abge- Beschäftigungssituation in ely und Volvo, die ihren strategischen Fokus aktuell nicht auf glichen. Dieses Vorgehen ermöglicht es, die Auswirkungen Baden-Württemberg die Produktion von E-Motoren gelegt haben. Diese bauen der horizontalen Integration auf Basis der Stückzahlen her- mittelfristig auf die Fertigungs- und Entwicklungskompeten- gestellter E-Motoren zu vergleichen. Die Entwicklung des Wertschöpfungspotenzials wurde zu- Um die Beschäftigungseffekte durch die Fertigung von zen der Zulieferer. Somit wird es für die Tier-1-Zulieferer an- vor in Kapitel 4.2.1 diskutiert und wird im Best-Case-Szena- E-Motoren auf Baden-Württemberg herleiten zu können, gesichts des prognostizierten Marktwachstums auch in rio für Baden-Württemberg auf ca. 113 Mio. € im Jahr 2030 werden zunächst die Entwicklungen des europäischen Zukunft hohe Wachstumspotenziale bei der E-Motoren-Fer- beziffert (siehe Abbildung 53). Marktes für Traktionsmotoren betrachtet. Diese basieren tigung und der flankierenden Forschung und Entwicklung auf den in Kapitel 3.1 diskutierten Fahrzeugzulassungen von geben. Die Betrachtung des steigenden Bedarfs an elektrischen xEV in Europa und den Entwicklungen der verschiedenen Traktionsmotoren und der notwendigen Produktionssteige- Antriebstopologien. Somit können Absatzahlen für E-Moto- Diese Entwicklungen sind mit Sicht auf Baden-Württem- rung zeigt, dass zwangsläufig auch die Zahl der Mitarbeiten- ren in Europa prognostiziert werden (siehe Abbildung 55). berg auf Basis der Stückzahlprämissen des Best-Case-Sze- den steigen wird, die erforderlich sind, um die Nachfrage Der Bedarf an elektrischen Traktionsmotoren betrug 2020 narios als neutral zu betrachten, da es lediglich zu einer Ver- decken zu können. Die Auswirkungen auf die Beschäftigung ca. 4,1 Mio. Stück, wovon 7% auf den FSM, 36% auf den schiebung der Wertschöpfungsanteile innerhalb des Landes sollen im Folgenden diskutiert werden, wobei ausschließlich ASM und 57% auf den PSM entfielen. Bis 2030 wird eine kommen wird. die Fade-in-Effekte untersucht werden. Das bedeutet, dass Steigerung der Absatzzahlen auf ca. 20 Mio. Motoren erwar- nur die Schaffung neuer Stellen durch die E-Motoren-Pro- tet. Dies entspricht einem durchschnittlichen jährlichen duktion in dieser Diskussion berücksichtigt wird. Dabei wer- Wachstum von 16%. Die Auswirkungen durch die COVID- den sowohl die direkt an der Produktion beteiligten Mitarbei- 19-Pandemie (vgl. Kapitel 3.1) sind bereits mitberücksichtigt tenden als auch die in den indirekten Bereichen benötigten – sie stellen die Erklärung für die schwache Steigerung der Mitarbeitenden berücksichtigt. Absatzahlen zwischen den Jahren 2019 und 2020 dar.

76 77 Millionen Stück Anzahl Beschäftigte ASM Mitarbeitende Produktion

Millionen Stück PSM Anzahl Beschäftigte Mitarbeitende indirekte Bereiche ASM Mitarbeitende Produktion FSM PSM Mit* CAarbeitendeGR indirekte Bereiche

1,60 1,54 FSM* CAGR 16%* 1,48 15%* * CAGR 1.938 1.987 1,35 1,60 1.873 1,54 32% * CAGR 1.734 16%* 1,22 1,48 34% 15%* 1.583 1.987 1,12 1,35 36% 1.938 1.470 1.873 1,02 37% 32% 1,22 34% 1.351 1.734 0,91 37% 1.583 1.252 1,12 36% 1.216 1.180 1.221 0,78 37% 1,3702% 37% 1.062 1.470 1.092 1.351 997 0,3791% 37% 926 1.252 1.216 851 1.221 0,57 38% 37% 779 1.180 0,78 37% 60% 766 58% 1.062 1.092 669 37% 37% 55% 56% 926 997 0,33 55% 457 851 0,30 0,57 38% 55% 55% 419 774991 55% 60% 766 37% 55% 58% 717 735 36% 56% 288 669 586 642 693 5537% 55% 264 450 500 544 0,33 55% 457 Quelle: Eigene Berechnung Eigene Quelle: 57% 56% Berechnung Eigene Quelle: 393 0,30 55% 55% 419 284918 8% 558%% 8% 8% 8% 8% 8% 8% 7% 155 169 7% 378%% 8% 55% 717 735 36% 288 586 642 693 55% Abbildung 56: 264 450 500 544 Abbildung 57: 205719% 202056% 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2019 2020 2028218 2022393 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 8% 8% 8% 8% 8% 8% 7% 155 169 7% 8% 8% 8% 8% Prognostizierte Entwicklung Beschäftigungseffekte der E-Motoren-Produktion in Best-Case-Szenario für 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Baden-Württemberg Baden-Württemberg

Das Produktionsvolumen elektrischer Traktionsmotoren mit Zur Ermittlung der Beschäftigtenzahlen aus den jährlich Ab- Im Jahr 2019 waren den Berechnungen des Modells zufol- Fertigung in Baden-Württemberg kann auf Basis der europä- satzzahlen von E-Motoren wird zunächst ein Bedarf an Mit- ge 419 Mitarbeitende in der Fertigung von E-Motoren in ischen Absatzzahlen abgeleitet werden. Wie bei der voran- arbeitenden pro 200.000 E-Motoren bestimmt. Die Mitar- Baden-Württemberg beschäftigt, wovon 264 Beschäftigte gegangenen Berechnung des Wertschöpfungspotenzials beitenden in der direkten E-Motoren-Produktion wurde auf der Produktion und 155 Beschäftigte den indirekten Berei- wird auch für die Berechnung der Beschäftigung mit 8% Basis einer internen Referenzkostenkalkulation, die den Pro- chen zugeordnet werden können (siehe Abbildung 57). Auf- gerechnet. Somit beträgt das Absatzziel 2020 ca. 330.000 duktionsprozess abbildet, mit 170 Angestellten festgelegt. grund von dämpfenden Effekten durch die COVID-19-Pande- E-Motoren und wird sich bis 2030 auf ca. 1,6 Mio. E-Moto- Da gesamt 275 Mitarbeitende benötigt werden, sind 105 mie wird es 2020 nur zu einer geringen Steigerung der ren steigern (siehe Abbildung 56). Mitarbeitende somit indirekt an der Fertigung beteiligt. Die Beschäftigtenzahlen kommen. Insgesamt wird jedoch mit ei- indirekt beteiligten Mitarbeitenden sind beispielsweise ner CAGR von ca. 15% gerechnet, wodurch bis zum Jahr in der Produktionssteuerung, der Qualitätskontrolle, der Lo- 2030 nach der Modellrechnung insgesamt fast 2.000 Mit- gistik oder der Verwaltung tätig. Der Anteil der indirekt be- arbeitende an der Produktion von E-Motoren beteiligt teiligten Mitarbeitenden basiert auf den im Rahmen der sein werden. Davon könnten ca. 1.250 Mitarbeitende direkt Strukturstudie BWe mobil 2019 verwendeten Daten der der Produktion und ca. 750 indirekten Bereichen zugeordnet ELAB2.0-Studie Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft werden. und Organisation (IAO) (Bauer, et al., 2018). Des Weiteren wurden Effizienzsteigerungen in der Produktion sowie Ska- leneffekte von insgesamt 1% pro Jahr berücksichtigt.

78 79 5. Definition einer Standardlieferkette für elektrische Antriebsmotoren in Automobilanwendungen und Implika- tionen für die Wertschöpfung in Baden-Württemberg

Der globale Bedarf an elektrischen Traktionsmotoren wird und in Abhängigkeit von der Integrationstiefe der E-Motoren- durch die Elektrifizierung der Mobilität, wie in Kapitel 3.2 Die Analyse der Marktanteile der E-Motoren-Her- produzieren weiterhin E-Motoren für OEMs Produktion bei den Fahrzeugherstellern diskutiert. Schließlich prognostiziert, von 2020 bis 2030 auf ein kumuliertes Ge- steller für das Jahr 2025 ergab, dass sowohl OEMs ohne Inhousefertigung und für die nicht wird unter Betrachtung der globalen Lieferketten und Produkti- samtmarktpotenzial von ca. 22 Mrd. € anwachsen. Aufgrund als auch Tier-1-Automobilzulieferer aus im Rahmen der Eigenproduktion abgedeckten onsnetzwerke eine Bewertung der Wertschöpfungstiefe des des hohen Wachstumspotenzials der elektrischen Antriebs- Europa, Asien und Nordamerika zu den Anwendungsfelder. Standorts Baden-Württemberg durchgeführt. technologien und der angekündigten Strategien der Fahr- Unternehmen mit den größten prognostizier- zeughersteller werden sich die aktuell etablierten Lieferket- ten Marktanteilen zählen. Die marktführenden Unter Berücksichtigung der weltweiten Lieferket- 5.1.1. Weltweite Produktionsnetzwerke ten nochmals stark verändern. In diesem Kapitel werden Positionen werden voraussichtlich von der Robert ten von (Sub-)Komponenten und des Anteils, zu von Traktionsmotoren und deren daher die Lieferketten der E-Motoren-Produktion mit Aus- Bosch GmbH, der Volkswagen AG, der Renault dem diese im Rahmen der E-Motoren-Produktion Subkomponenten im Überblick blick auf die nächsten Produktgenerationen für das Jahr Group, der Magna International Inc. und der in Baden-Württemberg auf dem internationalen 2025 hergeleitet und es wird eine Standardlieferkette defi- Hyundai Mobis Co., Ltd. eingenommen. Markt zugekauft werden, wurde ein Realistic- Zu Beginn werden neue sowie technologisch und volumensei- niert. Case-Szenario für das Wertschöpfungspotenzial tig marktrelevante globale Hersteller von elektrischen Trakti- Unter Einbezug der Strukturstudie BWe mobil 2019 des Landes berechnet. Dieses beträgt aktuell ca. onsmotoren mit Hinblick auf deren Marktanteile betrachtet. Es Daran anschließend wird ein Realistic-Case-Szenario für sowie der von den Fahrzeugherstellern angekün- 16 Mio. € und wird sich voraussichtlich bis zum wird eine Prognose der Marktanteile der jeweiligen Hersteller Baden-Württemberg abgeleitet. Es basiert auf Basis der Be- digten vertikalen Integration ergab die Untersu- Jahr 2030 auf über 80 Mio. € steigern. auf Basis der öffentlich bekanntgemachten Kunden und Liefer- wertung des Standorts Deutschland bzw. Baden-Württem- chung der weltweiten Produktionsnetzwerke, beziehungen mit Ausblick auf das Jahr 2025 durchgeführt. Die berg innerhalb des globalen Produktionsnetzwerks sowie dass insbesondere die an der E-Motoren-Produkti- Prognose basiert unter anderem auf der Entwicklung des Be- unter Betrachtung der Technologiekompetenz und der defi- on beteiligten OEMs stärker regionale Lieferan- darfs an E-Motoren pro Fahrzeughersteller, der Entwicklung nierten Standardlieferkette. tenbeziehungen aufbauen und regional für den der Antriebsarten sowie den in Kapitel 4 diskutierten Strategi- jeweiligen Markt fertigen. Bei den Tier-1-Zuliefe- 5.1. Standardlieferkette und en der OEMs und Tier-1-Lieferanten (Abbildung 58). Ebenso rern werden beispielsweise durch die Grün- Produktionsnetzwerk sind bekannte Lieferantenbeziehungen und Ankündigungen zu dung von Joint Ventures stärkere internationale Unternehmensausrichtungen mit in die Prognose eingeflos- Verflechtungen aufgebaut und die (Sub-)Kompo- In der Produktion von elektrischen Traktionsmotoren etablieren sen. Beispielhaft ist hier die Serienproduktion von E-Motoren nenten stärker aus weltweiter Produktion zugekauft. sich mit steigendem Produktionsvolumen aktuell globale Netz- der Volkswagen AG, der Toyota Motor Corporation und der BYD werke aus Herstellern und Subkomponentenlieferanten für Company Limited zu nennen. Das gesamte Marktvolumen für Für die Mehrzahl der OEMs konnte ein Trend Großserienproduktionen. Diese Netzwerke und Lieferketten E-Motoren wird dabei jeweils dem Hersteller des E-Motors zu- zur teilweisen Inhouseproduktion aufgezeigt werden im Folgenden beschrieben und diskutiert. Zunächst gerechnet und nicht weiter auf die Wertschöpfungskette her- werden. Dieser wurde auch als zukünftiges wird eine Prognose der Marktanteile von E-Motoren-Herstel- untergebrochen. Die Darstellung der relativen Marktanteile ist Standardlieferketten-Szenario definiert. lern für das Jahr 2025 erstellt. Darauf aufbauend werden die mittels einer ABC-Analyse in drei Segmenten zusammenge- Hierbei werden vor allem die strategisch wichtigs- Verteilungen der Markanteile hinsichtlich OEMs und Tier-1-Lie- fasst. Alle führenden Hersteller mit kumulierten Marktanteilen ten Komponenten sowie die Montage für die feranten untersucht. Anschließend findet eine Analyse der Lie- von 60% stellen dabei die A-Hersteller dar. Die B-Hersteller volumenseitig großen Plattformen bei OEMs ferantenbeziehungen zwischen den globalen E-Motoren-Her- umfassen den kumulierten Marktanteil von 30% und die Inhouse abgedeckt. Die aus strategischer Sicht stellern und den Komponentenlieferanten statt. Unter C-Hersteller sowie neue Marktteilnehmer mit noch geringen weniger wichtigen Subkomponenten werden Betrachtung dieser Lieferantenbeziehungen werden dann ver- Produktionsvolumen im Jahr 2025 bilden ca. 10% des prog- teilweise zugekauft. Tier-1-Unternehmen schiedene Szenarien für Standardlieferketten herausgearbeitet nostizierten weltweiten Stückzahlvolumens ab.

80 81 E-Motor-Umsatzvolumen in % Kumuliertes Volumen [%] E-Motor-Umsatzvolumen in % Kumuliertes Volumen [%]

~10% Anteil ~10% Anteil 14% 100% 25% 100% ~30% Anteil ~30% Anteil 90% 90% 12% 80% 20% 80% ~60% Anteil 10% 70% 70% ~60% Anteil 60% 15% 60% 8% 50% 50% 6% 40% 10% 40%

4% 30% 30%

20% 5% 20% 2% 10% 10%

0% 0% 0% 0% r h e e A A D D hi ta ta sl a sl a fler sc AIC AW AIC en g en g we ac PS PS yo yo BY BY e ...) naul t agen naul t agen Te Te B B arner ste m ste m arina ) Nidec BM W BM W Rivian Rivian Bo Mahle Rimac To To Honda Denso Honda Marelli Hit haef Re Re Daimler Daimler Siemens tomobile Aisin rgW e Sy e Sy lksw lksw hnologies Dongf Dongf Sc utomobile utomotiv hnologies) yu Magna) c c A Au A Vo Vo Bo under Moto r Te utomotiv Lucid Motors Lucid Motors Te LG Electronics A Hyundai Mobis General Motors General Motors Shanghai Edriv E-Driv E-Driv GKN itesco utomobili Pininf w Energy w Energy long ZF ask awa ask awa Zhejiang Fo al (V Y Y Hangzhou Ge nw ell Po y Wo y Magna (inkl. Hua Jing-Jin Electric Rimac (A Cher Cher Changan Ne Continent ZF (inkl. Changan Ne Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle:

Abbildung 58: Prognose der Marktanteile der E-Motoren-Hersteller für das Jahr 2025 Abbildung 59: Prognose der Marktanteile der an der Produktion von E-Motoren beteiligten OEMs für das Jahr 2025

Hersteller-A-Segment – 60 % Marktanteil Hersteller-B-Segment – 30 % Marktanteil ren sowohl Tier-1-Zulieferer als auch Fahrzeughersteller mit Inhousemontage von Rotor, Stator und Gehäuse. Auch sind weniger ausgeprägten Elektrifizierungsstrategien bzw. ge- sie bereits heute an der E-Motoren-Produktion beteiligt und Die Analyse ergibt, dass ein Großteil des Marktpotenzials für In diesem Segment mit kumulierten Marktanteilen von ca. ringeren Absatzzahlen. gehören global zu den OEMs mit den größten prognostizier- elektrische Traktionsmotoren im Jahr 2025 (~60%) durch 30% lässt sich wie im A-Segment eine vergleichbare Vertei- ten Absatzzahlen von xEV. Beispielhaft können an dieser neun Hauptakteure abgedeckt wird. Dazu zählen Produzenten lung zwischen europäischen, asiatischen und nordamerikani- Neben einer gesamtheitlichen Prognose der Marktanteile Stelle der VW ID.3 und der Renault ZOE als Modelle mit ei- aus dem europäischen (Robert Bosch GmbH, Volkswagen AG, schen Unternehmen feststellen. Die zehn hier aufgeführten der führenden globalen E-Motoren-Hersteller im automobi- nem inhouse gefertigten Motor genannt werden. Renault AG, Continental AG), dem asiatischen (Shanghai E-Motoren-Produzenten werden jeweils voraussichtlich zwi- len Antriebsbereich für das Jahr 2025 wurden ebenso die Edrive Co., Ltd., Hyundai Mobis, Toyota Motor Corporation) schen 2% und 4% Marktanteil am weltweiten Marktpotenzi- Marktanteile der OEMs und der Tier-1-Unternehmen ge- OEM-B-Segment – 30 % Marktanteil und dem nordamerikanischen (Magna International Inc., Borg- al erwirtschaften. Dabei sind der japanische Mischkonzern trennt voneinander betrachtet und in Analogie mittels einer Warner Inc.) Raum. Die größten prognostizierten Marktanteile Hitachi, der deutsche Tier-1-Automobilzulieferer ZF Fried- ABC-Analyse dargestellt. In diesem Segment mit einem kumulierten Marktanteil von werden potenziell durch die Robert Bosch GmbH, die Volks- richshafen AG und der US-amerikanische OEM General Motors 30% sind fünf OEMs mit einem Marktanteil zwischen 3% wagen AG und die Renault AG von europäischen Unterneh- als wichtigste Unternehmen in diesem Segment zu nennen. OEM-A-Segment – 60 % Marktanteil und 8% abgebildet. Hierzu zählen General Motors, Tesla, men und deren Joint Ventures erwirtschaftet. Dies ist insbe- Honda, die BMW AG und die Daimler AG. Diese Unterneh- sondere auf die ausgeprägte europäische Automobilwirtschaft Hersteller-C-Segment – 10 % Marktanteil Bei der reinen Betrachtung der OEMs werden die Volkswa- men werden entweder nur teilweise ihre Motoren inhouse und die staatlich getriebenen Elektrifizierungsstrategien zu- gen AG gefolgt von der Renault AG und der Toyota Motor fertigen, wie General Motors und Honda, oder verfügen rückzuführen Es ist davon auszugehen, dass sowohl Fahr- Die im C-Segment aufgeführten Unternehmen mit einem Corporation voraussichtlich die größten Umsätze bei der über geringere Absatzzahlen, wie Tesla. Dies führt zu einem zeughersteller als auch Tier-1-Zulieferer unter den Unterneh- kumulierten Marktanteil von unter 10% werden jeweils we- Produktion elektrischer Traktionsmotoren erwirtschaften. geringen Marktvolumen im Vergleich zu Unternehmen wie men mit den größten Marktanteilen sein werden. Dies basiert niger als 2% Marktanteil am weltweiten Marktpotenzial er- Damit bilden sie zusammen einen kumulierten Marktanteil der Toyota Motor Corporation, der Renault AG oder der auf der Teilung des bislang von Tier-1-Unternehmen dominier- wirtschaften. Als deutsche Unternehmen sind beispielswei- von knapp unter 60% des Marktpotenzials ab (siehe Abbil- Volkswagen AG. ten E-Motoren-Marktes bis 2025 und ist auf die in Kapitel 4 se die Daimler AG, die Schaeffler Gruppe, die Mahle GmbH dung 59). Diese Unternehmen verfolgen eine ehrgeizige diskutieren Unternehmensstrategien zurückzuführen. und die Siemens AG zu nennen. Zu diesem Segment gehö- Strategie zur Integration der E-Motoren-Produktion samt

82 83 84 60). (siehe Abbildung analysiert der Tier-1-Zulieferergnostizierten Marktanteile gesondert pro die ebenso wurden OEMs der Marktanteilen den Neben Dongfeng oder BAIC. BYD, wie OEMs chinesische allem vor sich finden Kategorie 10%. dieser In ca. von Marktanteil einen kumuliert schaften erwirt und Segment dritten zum gehören Marktpotenzial weltweiten 3% vom als kleiner Marktanteil einem mit OEMs –10 %Marktanteil OEM-C-Segment Abbildung 60:PrognosederanProduktion von derMarktanteile E-Motoren beteiligten Tier-1-Zulieferer fürdasJahr 2025 20% 25% 15 10 E-Motor 0% 5% % % -Umsatzv Bosch

Magna (inkl. Huayu Magna) olumen in% ~60%

Hyundai Mobis Anteil

Continental (Vitesco Technologies)

BorgWarner

Shanghai Edrive

Hitachi

ZF (inkl. Wolong ZF …) ~30%

Denso Anteil - - Aisin AW

GKN Automotive etablieren und beliefert aktuell die Partner Kia und Hyundai Hyundai und Kia Partner die aktuell beliefert und etablieren sichtlich als der führende asiatische E-Motoren-Hersteller voraus sich wird Ltd. Co., Mobis Hyundai Hersteller Der aus. Zulieferer der Betrachtung der bei PKW im wendung Traktionsmotoren an elektrischen Marktanteils für die An des 60% fast von Marktanteil kumulierten einen sammen zu machen (8%). Diese Inc. BorgWarner tomobilzulieferer Au US-amerikanische der und (8%) AG Continental lieferer Zu deutsche (8%), der Ltd. Co., Mobis Hyundai Zulieferer japanische der Magna), Huayu Ventures Joint des inkl. (9% folgen der kanadische Zulieferer Magna International Inc. 2019). GmbH, Bosch Darauf (Robert wider ren-Hersteller E-Moto der Marktanteilen prognostizierten GmbH Bosch Robert der von den in auch sich spiegelt Einschätzung etablieren können. am Markt im Bereich Diese E-Motoren von fast 20% voraussichtlich als führender Tier-1-Hersteller Marktanteil einem mit sich wird wurde, gegründet CNEMS gemeinsam mit das dem chinesischenUAES, Konzern Ventures Joint ihres inklusive GmbH Bosch Robert Die %Marktanteil –60 Zulieferer-A-Segment

LG Electronics

Nidec

Zhejiang Founder Motor

Jing-Jin Electric Technologies ~1

Schaeffler 0% Anteil

Marelli

Mahle K umuliertes

Siemens V

Hangzhou Genwell Power olumen [%] 0% 10 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 10 % 0% ------

Quelle: Eigene Darstellung Tier-1-Zulieferer Diese BorgWarner Inc. elf Hersteller stel General Motors sowie Corporation der US-amerikanische Automobilkonzernedie US-amerikanischen Tesla Inc. und Electronics, Magna Venture Huayu Joint das Mitsubishi, Renault-Nissan- Allianz die Ltd., Co., Mobis Hyundai ler beteiligtGmbH ist, der südkoreanische Automobilherstel Bosch Robert die dem an Ltd., Co., UAES Unternehmen chinesische das Ltd., Co., Edrive Shanghai Hersteller E-Motoren- chinesische der AG, Volkswagen die fen AG, Friedrichsha ZF die GmbH, Bosch Robert die zählen men Lieferketten Zu durchgeführt. den ausgewählten Unterneh wählt und Untersuchungen zu und deren Kundenstrukturen wurden elf weltweit repräsentative Unternehmen ausge Fürkomponentenfertigern diesen Vergleich analysiert. und den Sub den E-Motoren-Herstellern schen den OEMs, zwi Lieferantenbeziehungen die werden 61 Abbildung In 4% kleiner warteten Marktanteilen einzuordnen. er mit GmbH Mahle und Gruppe Schaeffler bilzulieferer Automo deutschen die und Ltd., Co. Technologies Electric Jing-Jin die und Corporation Nidec die wie Unternehmen, japanische und chinesische 10% verschiedene von sind mit einemIn kumulierten Volumen diesem Marktsegment –10 %Marktanteil Zulieferer-C-Segment angekündigt. China und Serbien in duktionsstandorte Pro neue hat und erweitern stetig E-Motoren-Fertigung wird dieser seinediskutiert, Kompetenzen im Bereich 4.2. Kapitel in Wie Teil Segments. ist AG dieses richshafen Automobilzulieferer Fried ZF baden-württembergische der 4% Auch 8%. und zwischen dabei variieren Segment beliefern. der Unternehmen Die Marktanteile in diesem che als Systemlieferanten vor allem Markt asiatischen den Hitachi Ltd. oder die Corporation Denso wel Corporation, Ltd., Co., Edrive Shanghai wie Unternehmen gehören 30% mit einem kumuliertenZum Volumen Marktsegment von %Marktanteil –30 Zulieferer-B-Segment 2017). to-News.net, (Elektroau stärken zu Markt chinesischen am Position ihre um Venture gegründet, Joint ein SAIC Automobilkonzern chinesischen dem mit auch Inc. Magna die hat Allerdings einnehmen. E-Motoren von Zulieferer als Position führende eine voraussichtlich Markt nordamerikanischen im wird Inc. Magna Unternehmen kanadische Das 2019). trive.net, (elec 2007), LLC., Media, (Industrial Konzernverbund im ------

und der BMW AG. BMW der und PSA FCA, AG, Daimler der wie Automobilherstellern mit Raum europäischen im allem vor sich befindet duzenten 2013). E-Motoren-Pro Kundenstammder Der deutschen (Franken, gefertigt Zulieferern externen von auch aber ZF, von teilweise diese werden Dort bezogen. China und en Serbi aus Komponenten auch werden Es Deutschland. aus GmbH Voit Automotive der von anderem unter Gehäuse, das beispielsweise wie E-Motoren-Fertigung, zur nenten Kompo teilweise erhält AG Friedrichshafen ZF Die niert. domi beschrieben, Antriebsstrang nungsmotorbasierten verbren den für 2019) GmbH, BW 2019 (e-mobil mobil europäische Lieferstruktur,europäische BW wie in Strukturstudie der Falle diesem in regionale, starke eine dass angenommen, wird Dabei 2018). 2017), (Mintenbeck, GmbH, Automotive (Voit auf Lieferketten geprägte Teil zum mit regional sehr so weisen Sie beliefert. Sublieferanten deren hungsweise ihren mehrheitlich chinesischen Joint Ventures bezie von sowie Gruppe +Spiess Kienle der und Gruppe mann Handt der GmbH, Voit Automotive der wie Unternehmen von sie werden Dabei Deutschland. aus teilweise häuse Ge und Rotor, jeweils Stator beziehen GmbH Bosch bert Ro Tier-1-Unternehmen das und AG Volkswagen OEM Der den dargestellt. Zulieferern und Kun den genannten E-Motoren-Fertigern, zwischen Lieferbeziehungen die sind 61 Abbildung und Tabelle 3 In Markt. nordamerikanischen und asiatischen europäischen, den für Lieferketten von Erläuterung und dar dienen zur len repräsentative E-Motoren-Hersteller 85 e ------

Bosch Rotor, Stator, Gehäuse Volkswagen Ford Volkswagen Group Bosch Kienle + Spiess Rotor, Stator, Gehäuse ZF Friedrichshafen e Go Rotor, Stator (Blechpaket) BMW Daimler Daimler FCA Volkswagen Group PSA Volkswagen Group Voit Gehäuse

Handtmann ZF Friedrichshafen Gehäuse Rotor, Stator General Motors Volkswagen General Motors Audi Welle, Rotor, Stator Wolong ZF Automotive E-Motors Rotor, Stator, Gehäuse Rotor, Stator

Tesla Tesla Rotor, Stator, Gehäuse

Hyundai Mobis Hyundai/Kia Group Rotor, Stator, Gehäuse BorgWarner Aiways Renault-Nissan-Mitsubishi Ford Daimler Great Wall Motors Renault-Nissan Leading Ideal Rotor, Stator, Gehäuse Magneti Marelli WM Motor Porsche Rotor, Stator, Gehäuse Renault-Nissan-Mitsubishi Daimler Renault-Nissan Rotor, Stator, Gehäuse

BorgWarner Rotor, Stator Huayu Magna Shanghai Edrive SAIC Changan Automobile Group Volkswagen Group Chery UAES (JV mit Bosch) Rotor, Stator, Gehäuse Dongfeng Motor BAIC FAW BMW GAC BYD Auto Geely (Volvo, Lynk & Co, Lotus) Automobilhersteller Geely (Volvo, Lynk & Co, Lotus) Great Wall Motors Great Wall Motors JAC Elektromotorlieferant SAIC SAIC Rotor, Stator, Gehäuse Rotor, Stator, Gehäuse Elektromotorlieferant mit Inhouse-Subkomponentenfertigung

Komponentenlieferant (Rotor/Stator/Gehäuse) Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle:

Abbildung 61: Repräsentative Lieferketten zwischen OEMs, Tier-1-Zulieferern und Komponentenherstellern

86 87 Schlüssel- Rotorkomponenten – Statorkomponenten – Gehäuse – lieferanten Kunden Herstellerregion Der US-amerikanische OEM Tesla Inc. fertigt den gesamten im Speziellen VW als Marke für den europäischen Markt mit Herstellerregion (Auszug auf Herstellerregion (Auszug Traktionsmotor Automobilhersteller (Auszug auf Basis E-Motor inhouse in seinem Hauptwerk in Sparks, Nevada. der hauptsächlichen Fertigung von Komponenten in Basis Hauptwerk) auf Basis Hauptwerk) xEV Hauptwerk) Dies ist repräsentativ für die Unternehmensausrichtung Tes- Deutschland angeführt werden. Ein Beispiel dafür ist das las mit einer möglichst starken vertikalen Upstream-Integra- Gehäuse des Modells ID3. Ebenso können General Motors Aiways, Ford, Great China: Wuhan (Hubei), tion, also einer hohen Wertschöpfungstiefe im Konzern. Ein für den nordamerikanischen Markt mit der Fertigung in den BorgWarner Wall Motors, Leading China: Wuhan (Hubei), Beijing China: Wuhan (Hubei), Beijing Beijing vergleichbarer Trend wird ebenso für General Motors beob- USA und Renault-Nissan-Mitsubishi mit der lokalen Ferti- Ideal, WM Motor achtet. Die Fertigung des E-Motors und der Komponenten gung in Japan und Frankreich genannt werden. Deutschland: findet ausschließlich in den USA statt und es sind keine ex- e Go, Daimler, FCA Bosch Hildesheim Deutschland: Hildesheim PSA, Volkswagen Deutschland ternen Zuliefererbeziehungen bekannt (General Motors, Bei den Tier-1-Zulieferern zeigt sich, dass stärkere internati- (ohne UAES) Deutschland: Deutschland: Sachsenheim Group 2011). Der Tier-1-Automobilzulieferer BorgWarner Inc. be- onale Verflechtungen bestehen. Die Robert Bosch GmbH Sachsenheim sitzt neben Produktionskapazitäten in den USA auch Kapazi- hat beispielsweise ein Joint Venture mit UAES und der kana- täten zur Fertigung von Welle und Rotor in China (BorgWar- dische Zulieferer Magna International Inc. ein Joint Venture USA: Pontiac, Bay City General Motors General Motors USA: Pontiac (Michigan) USA: Bedford (Indiana) (Michigan) ner Inc., 2020). Zu den Kunden der BorgWarner Inc. gehören mit SAIC gegründet. Diese Joint Ventures wurden mit dem vor allem chinesische OEMs wie Great Wall Motors, Aiways Ziel gestartet, den chinesischen Markt stärker bedienen zu Huayu Magna und WM Motors, aber auch die Ford Motor Company in den können – aber auch, um eine kostengünstige Produktion von Electric Drive SAIC, Volkswagen China: Shanghai China: Shanghai China: Shanghai USA. (Sub-)Komponenten zu ermöglichen. System Co., Ltd. Group (Magna Joint Venture) Für den asiatischen Raum werden die Unternehmen Hyun- Des Weiteren ist bei den Tier-1-Zulieferern die Fertigung we-

Hyundai Mobis Hyundai/Kia Group Korea: Chungju Korea: Chungju Korea: Chungju dai Mobis, Renault-Nissan-Mitsubishi, Huayu Magna, niger stark von einem lokalen Netzwerk geprägt. So führt Shanghai Edrive und UAES betrachtet. In der Allianz Re beispielsweise die ZF Friedrichshafen AG die Fertigung von nault-Nissan-Mitsubishi werden die E-Motoren der Fahrzeu- Rotor und Stator in China bzw. Serbien durch und produziert Renault- Daimler, Renault/ Japan: Yokohama Japan: Yokohama Japan: Yokohama Nissan-Mitsubishi Nissan ge von Nissan samt Rotor, Stator und Gehäuse in Japan in- das Gehäuse aufgrund des erforderlichen technologischen house gefertigt (Nissan Motor Co., Ltd., 2020). Renault Know-hows teilweise in Deutschland. Auch BorgWarner be- hingegen assembliert seine E-Motoren im französischen sitzt internationale Produktionskapazität mit einer Kompo- Changan Automobile Group, Chery, Cléon (Laurent, 2019). Auch der koreanische Automobilzulie- nentenproduktionen in China. Dongfeng Motor, Shanghai Edrive China: Shanghai China: Shanghai China: Shanghai ferer Hyundai Mobis fertigt Komponenten und bedient mit FAW, GAC, Geely/ Hyundai und Kia hauptsächlich den Mutterkonzern. Ein loka- Volvo, Great Wall Motors, JAC, SAIC les Netzwerk aus Kunden und Zulieferern besteht auch für die chinesischen Automobilzulieferer Huayu Magna, Shang-

Tesla Tesla USA: Sparks, Nevada USA: Sparks, Nevada USA: Sparks, Nevada hai Edrive und UAES. Die Fertigung des Motors und der Komponenten findet in China statt und auch die Kunden sind

BAIC, BMW, BYD zumeist chinesische OEMs. Beispielhaft können hier die Lie- UAES Auto, Geely/Volvo, (Bosch Joint China: Taicang China: Taicang China: Taicang ferbeziehungen zwischen den Herstellern Huayu Magna und Great Wall Motors, Venture) SAIC und die Belieferung von Dongfeng, MW Motors und SAIC JAC durch Shanghai Edrive genannt werden. Teilweise wer- Deutschland: Kassel, Deutschland: Kassel, den von diesen Zulieferern jedoch auch europäische OEMs Salzgitter Deutschland: Kassel, Salzgitter wie die BMW AG und die Volkswagen AG beliefert. Mit Blick Ford, Volkswagen Deutschland: Salzgitter, Biberach, Volkswagen Deutschland: Sachsenheim Group Sachsenheim St. Ingbert auf die chinesischen Lieferantennetzwerke ist noch die ge- Porsche Taycan: Italien Porsche Taycan: Italien Audi: Ungarn sonderte Position bei der Magnetfertigung für den Rotor des Audi: Ungarn Audi: Ungarn PSM zu beachten. China besitzt die weltweit größten Vor- kommen an seltenen Erden, die unerlässlich für die Ferti- Serbien: Pancevo Serbien: Pancevo Deutschland: St. Ingbert gung eines PSM sind, und erhält dadurch eine starke Markt- BMW, Daimler, ZF Friedrichshafen China: Hangzhou, China: Hangzhou, Shangyu China: Hangzhou, Shangyu Volkswagen Group position. Shangyu (Zhejiang) (Zhejiang) (Zhejiang)

Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Die Analyse hat ergeben, dass insbesondere die an der

Tabelle 3: Übersicht zu repräsentativen Lieferketten zwischen OEMs, Tier-1-Zulieferern und Komponentenherstellern E-Motoren-Produktion beteiligten OEMs stärker regionale auf Basis öffentlich zugänglicher Quellen Lieferantenbeziehungen aufgebaut haben bzw. regional fertigen. Als Beispiel können hier der Volkswagen-Konzern und

88 89 5.1.2. Definition eines Standardliefer Vor- und Nachteile einer Inhouseproduktion tensiven Produktionsschritte wie die Montage des Rotors und es ist ein schneller Markteintritt möglich. Diese Strategie ketten-Szenarios für elektrische sowie des Stators und die Endmontage des Motors von den verfolgen beispielsweise die Ford Motor Corporation und der Antriebsmotoren Bei der Produktion des E-Motors bietet diese Strategie ver- OEMs durchgeführt und Low-Cost-Komponenten auf dem FCA-Konzern. Sie erfordert eine enge Zusammenarbeit mit schiedene Vorteile. Zum einen führt die Inhouseproduktion weltweiten Markt zugekauft. Unternehmen, die die Strategie den entsprechenden Lieferanten, um Spezifikationen, Desi- Für die Definition eines Standardlieferketten-Szenarios für aller wichtigen Komponenten des E-Motors zur größten der teilweisen Inhousefertigung verfolgen, produzieren zu- gnänderungen und technologische Neuerungen entspre- elektrische Traktionsmotoren werden zunächst verschiede- Marktunabhängigkeit in Bezug auf Preisentwicklungen und meist E-Motoren für die größten Plattformen selbst und kau- chend implementieren zu können. Es wird davon ausgegan- ne Integrationsstufen bei der Fertigung von E-Motoren sei- Versorgungssicherheit. Des Weiteren sind Kostenvorteile fen weiterhin E-Motoren für kleinere Anwendungsfelder und gen, dass bis 2030 nur noch wenige Automobilhersteller tens der Fahrzeughersteller betrachtet. Generell sind hierbei möglich und eine Eigenentwicklung/Fertigung des Motors Sondervarianten zu. Dabei finden die Entwicklung und die ihren kompletten Bedarf an E-Motoren mittels Zukäufen de- drei Strategien möglich (siehe Abbildung 62): kann zu Technologievorteilen führen. Diese technischen Ent- Spezifikation der E-Motoren zum größten Teil inhouse statt. cken werden (vgl. Kapitel 4.2). wicklungen sind somit auch nicht direkt für weitere Marktteil- Der Nachteil dieser Strategie ist, dass große Abhängigkeiten eine Inhouseproduktion aller E-Motoren-Komponenten nehmer zugänglich. Fortführend ist eine hohe Flexibilität bei Diese Strategie bietet die Vorteile niedrigerer Investitionen in von Tier-1-Zulieferern bestehen. Zudem können keine techno- eine teilweise Inhouseproduktion der strategisch der Entwicklung des Motors vorhanden, wodurch dieser bes- der Produktion im Vergleich zur vollständigen Inhouseproduk- logischen Fortschritte durch die OEMs ohne Tier-1-Lieferan- wichtigen Komponenten ser an die Anforderungen der jeweiligen Fahrzeuge ange- tion. Jedoch werden die für die Auslegung und das Design ten erreicht werden und es besteht eine geringere Flexibilität der Zukauf des E-Motors als Systemkomponente von passt werden kann. des Motors entscheidenden Komponenten weiterhin durch bei der Auslegung der E-Motoren. Auf der anderen Seite las- Zulieferern den OEM gefertigt. Dadurch kann ein hohes Maß an Flexibili- sen sich mit der konsolidierten Fertigung von E-Motoren Als Risiken einer starken vertikalen Upstream-Integration tät zur Entwicklung und Auslegung des Antriebsstrangs mehrerer Hersteller infolge der erhöhten Stückzahlen höhere Diese Strategien bergen Vor- und Nachteile und damit Potenziale sind sowohl hohe finanzielle Investitionen in Forschung und erhalten werden. Durch den Einkauf verschiedener Subkom- Skaleneffekte realisieren. und Risiken für die OEMs. Im Folgenden werden diese diskutiert. Entwicklung als auch solche in entsprechende Produktionsli- ponenten besteht zudem ein geringes Risiko, sich in die Ab- nien zu nennen. Ebenso ist eine reduzierte Flexibilität mit hängigkeit von Zulieferern zu begeben. Ein Großteil der OEMs Bei den diskutierten Strategien zur E-Motoren-Fertigung Die vollständige Inhouseproduktion aller technischen sowie Hinblick auf Produktionsvolumen anzuführen. Bei OEMs, die wie beispielsweise die Renault AG, die Daimler AG, die Volks- durch die OEMs sind verschiedene Wertschöpfungsvertei- kostentechnisch strategisch wichtigen E-Motoren-Kompo- die Strategie einer Inhouseproduktion verfolgen, kann jedoch wagen AG, die BMW AG und die General Motors Corporation lungen zwischen OEM, Tier 1 und Tier-2 je nach Integrations- nenten wird zum Beispiel von BYD Ltd. und von Tesla Inc. teilweise auch beobachtet werden, dass der Bedarf an E- hat angekündigt, diese Strategie zu verfolgen. tiefe der Fertigung möglich (siehe Abbildung 63). Nachfolgend verfolgt. Sowohl Tesla als auch BYD zeichnen sich dadurch Motoren für einzelne Modelle oder Leistungsklassen durch werden die Anteile der OEMs entlang der Wertschöpfungs- aus, dass diese Unternehmen auf eine hohe Fertigungstiefe einen Zukauf von E-Motoren gedeckt wird. Vor- und Nachteile des kompletten Zukaufs kette je nach Fertigungsstrategie diskutiert und auf die in in ihrer Produktion setzen und so beispielsweise von der Kapitel 4 bereits erörterten sechs integrierten Produktions- Produktion der Batterie über die Elektronik und den E-Motor Vor- und Nachteile einer teilweisen Inhouseproduktion Im Falle eines Zukaufs des gesamten E-Motors über alle schritte (Fertigung der Rotorkomponenten, Rotormontage, bis hin zur Entwicklung der Software beteiligt sind (Field, Plattformen von Tier-1-Unternehmen fallen die niedrigsten Fertigung der Statorkomponenten, Statormontage, Gehäuse- 2019), (BYD, 2020). Bei einer teilweisen Inhouseproduktion werden die kostenin- Investitionen bei der Elektrifizierung des Antriebsstranges an fertigung und die Endmontage) bezogen.

Wertschöpfungsverteilung im Rahmen der Integrationsstufen der E-Motoren-Fertigung Integrationsstufen der E-Motoren-Fertigung bei Fahrzeugherstellern Wertschöpfungskette Rotor- Stator- Stator- Gehäuse- Rotormontage Endmontage (Traktionsmotor) komponenten komponenten montage fertigung

Inhouseproduktion Teilweise Inhouseproduktion Zukauf Inhouseproduktion Alle wichtigen E-Motor-Komponenten werden Eigenfertigung der wichtigen Keine Eigenfertigung von Komponenten OEM inhouse spezifiziert und hergestellt. Nicht-Commodity-Komponenten. und Gesamtsystem. Tier-1 Spezifikation und Entwicklung inhouse. Interne Spezifikation kann variieren. Tier-2 Zukauf Beispiele Beispiele Beispiele OEM Tier-1

Strategisch wichtige Komponenten werden Tier-2 Hohe Unabhängigkeit Niedrigste Investition/geringstes Risiko inhouse gefertigt Teilweise Inhouseproduktion Technologievorteile möglich Schneller Markteintritt möglich Niedrige Investition/geringes Risiko OEM Höchste Flexibilität zur Verbesserung des Hohe Abhängigkeit von Lieferanten Flexibilität zur Verbesserung des Tier-1 E-Motors Geringste Flexibilität zur Verbesserung Antriebsstrangs Tier-2 Höchste Investitionen erforderlich des Antriebsstrangs Teilweise Abhängigkeit von Lieferanten Wertschöpfung hauptsächlich verortet Wertschöpfung selten verortet Wertschöpfung teilweise verortet Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Darstellung Eigene Quelle:

Abbildung 62: Mögliche Strategien bei der Fertigung von E-Motoren bei OEMs Abbildung 63: Verteilung der Wertschöpfungen in Abhängigkeit von der Fertigungsstrategie der OEMs

90 91 Im Falle einer vollständigen Inhouseproduktion findet die 5.1.3. Bewertung des Standorts Prognose der Marktanteile der aktuellen E-Motoren-Hersteller mit Ausblick auf das Jahr 2025 Wertschöpfung des E-Motors vollständig durch den OEM Deutschland bzw. statt. Dies bedeutet, dass alle zuvor diskutierten Produkti- Baden-Württemberg innerhalb des Bosch onsschritte vom OEM durchgeführt werden. Es ist bei der globalen Produktionsnetzwerks E-Motoren- Continental (Vitesco Technologies) Fertigung der Komponenten jedoch möglich, einzelne Hersteller mit Unternehmenssitz Schritte wie die Produktion von Statorkomponenten auch Mit dem Ziel, eine Bewertung des Standorts Deutschland BMW in Deutschland, ca. 35% Marktanteil von Tier-1- bzw. Tier-2-Zulieferern durchführen zu lassen. bzw. Baden-Württemberg innerhalb der globalen E-Moto- Schaeffler weltweit Dies ist jedoch eher die Ausnahme. ren-Produktion durchzuführen, werden zunächst die für das Siemens Jahr 2025 prognostizierten Marktanteile deutscher E-Motoren- Im Szenario der teilweisen Inhouseproduktion des E-Mo- Hersteller am Weltmarkt analysiert (siehe Abbildung 64). Magna (inkl. Huayu Magna) tors werden vom OEM zumeist die Montageschritte des Toyota Stators und des Rotors sowie die Endmontage übernom- Die Robert Bosch GmbH, die Volkswagen AG, die Conti- Shanghai Edrive men. Die Produktion der Komponenten erfolgt meist teil- nental AG, die ZF Friedrichshafen AG, die BMW AG, die weise durch den OEM und teilweise durch die Zulieferer. Daimler AG, die Schaeffler Gruppe, die Mahle GmbH und General Motors Somit sind die Zulieferer weiterhin an der Produktion betei- die Siemens AG werden im Jahr 2025 einen prognosti- Denso ligt und können entsprechende Wertschöpfungsanteile ad- zierten kumulierten Marktanteil von ca. 35% des welt- ressieren. Es wird davon ausgegangen, dass dieses Szena- weiten Marktpotenzials erwirtschaften. Hierbei wurden GKN Automotive E-Motoren- Hersteller mit rio die Standardlieferkette für E-Motoren bis zum Jahr 2030 ebenso die Joint Ventures deutscher Unternehmen, wie bei- LG Electronics Unternehmenssitz außerhalb darstellen wird, da es mit den Produktionsstrategien der spielsweise UAES als Joint Venture zwischen der Robert Deutschlands, Zhejiang Founder Motor ca. 65% Marktanteil meisten und auch der verkaufsstärksten OEMs zum heuti- Bosch GmbH und CNEMS sowie Wolong ZF Automotive weltweit gen Zeitpunkt übereinstimmt. E-Motors als Joint Venture zwischen Wolong und der ZF Changan New Energy Automobile

Friedrichshafen AG, berücksichtigt. 65% des Marktpotenzials Marelli Bei einem vollständigen Zukauf der E-Motoren durch den werden folglich von E-Motoren-Herstellern mit Sitz außerhalb Dongfeng OEM wird die Produktion des E-Motors beim Tier-1-Zuliefe- Deutschlands erwirtschaftet. rer stattfinden, der an allen Produktionsschritten beteiligt BAIC sein wird. Dazu ist es möglich, dass die Tier-2-Unterneh- Sowohl Deutschland als auch Baden-Württemberg als Bun- Rimac (Automobili Pininfarina) men die Fertigung des Rotors, des Stators und des Gehäu- desland werden sich voraussichtlich durch das hohe Enga- Hangzhou Genwell Power ses sowie der Subkomponenten wie Welle und Blechpaket gement von Herstellern wie der Robert Bosch GmbH, der Anzahl E-Motoren

übernehmen. ZF Friedrichshafen AG, der Daimler AG, der Schaeffler Grup- Darstellung Eigene Quelle:

pe und der Mahle GmbH als führende Standorte bei der glo- Abbildung 64: Marktanteile deutscher Unternehmen an der globalen E-Motoren-Produktion für das Jahr 2025 Zur Definition eines weltweiten Standardlieferketten- balen Produktion von E-Motoren etablieren. Diese prognos- Szenarios bis zum Jahr 2030 kann festgehalten wer- tizierte Entwicklung wird sowohl auf die vorhandenen den, dass die teilweise Inhouseproduktion die Strate- Montagekompetenzen als auch auf die ausgeprägte For- gie für einen Großteil der OEMs darstellen wird. Dabei schung und Entwicklung seitens der OEMs und Tier-1-Zulie- werden voraussichtlich insbesondere für die großen Fahr- ferer zurückgeführt. von Komponenten, Montagemaschinen und Robotern, die 5.2. Wertschöpfungspotenziale für zeugplattformen mit den höchsten Verkaufszahlen die die hocheffiziente Produktion von E-Motoren ermöglichen Baden-Württemberg E-Motoren durch die OEMs gefertigt. Die Tier-1- bzw. Tier- Der Industriestandort Deutschland besitzt zudem aufgrund und eine Fertigung in Deutschland erst rentabel machen. 2-Unternehmen bleiben weiterhin an der Wertschöpfung der starken Automobilindustrie sowie der Entwicklung und In Kapitel 4.2 wurde ein Best-Case-Szenario für die Ab- durch die Produktion von Subkomponenten beteiligt. Des Produktion von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren aus- Zudem haben sich in Deutschland und Baden-Württemberg schätzung des Wertschöpfungspotenzials bis 2030 von Weiteren werden die Tier-1-Unternehmen E-Motoren für geprägte Kompetenzen im Bereich Fahrzeug- und Motoren- viele Netzwerkstrukturen etabliert, die zur Vernetzung und elektrischen Traktionsmotoren in Baden-Württemberg ent- OEMs ohne Inhousefertigung und ebenso für Produktlö- bau. Diese Kompetenzen wurden in der Vergangenheit auf- zum Wissenstransfer der unterschiedlichen Stakeholder im wickelt. Auf Basis der in Kapitel 5.1 erörterten weltweiten sungen in Anwendungsfeldern mit geringerem Umsatzpo- gebaut und werden auch zukünftig bei der Fertigung von Bereich E-Motoren beitragen und somit einen relevanten Lieferketten, der Ableitung des Standardlieferketten-Szena- tenzial übernehmen. Die komplette Inhouseproduktion des E-Motoren und deren Integration in Fahrzeuge von entschei- Beitrag zum Aufbau eines wirtschaftlichen „Ökosystems“ rios und der Betrachtung der Produktionsanteile der in Ba- gesamten E-Motors inklusive (Sub-)Komponenten wird dender Bedeutung sein. Des Weiteren kann das große Netz- auf regionaler und auf Landesebene leisten. den-Württemberg ansässigen Unternehmen bis zum Jahre auch bis zum Jahr 2030 nur in Sonderfällen und bei OEMs werk aus Anlagenherstellern und Maschinenbauern zum Er- 2030 wird folgend ein Realistic-Case-Szenario für die Ent- mit besonders starker vertikaler Upstream-Integration folg des Industriestandorts Deutschland beitragen. Sie wicklung des Wertschöpfungspotenzials berechnet. Es wird stattfinden. werden weiterhin eng mit den Motorenherstellern zusam- anschließend ein Vergleich der beiden Szenarien durchge- menarbeiten und besitzen die Kompetenzen zur Produktion führt.

92 93 5.2.1. Einordnung der Technologie Im Rahmen der Produktion von E-Motoren in Baden-Würt- Die Produktionsschritte Blechpaket und Welle des on bereits beschrieben – es lässt sich auch am Beispiel der kompetenz und der Marktposition des temberg finden die Montage des Rotors und des Stators so- Rotors sowie Blechpaket des Stators tragen nur zu ca. 30% Wertschöpfungstiefe Baden-Württembergs an der heutigen Standorts Baden-Württemberg wie die Endmontage zu großen Teilen im Land statt und der zur landesweiten Wertschöpfung bei. Auch die Fertigung Produktion von Verbrennungsmotoren für den europäischen Wertschöpfungsanteil liegt somit voraussichtlich bei annä- des Gehäuses findet nur teilweise in Baden-Württemberg Markt mit einem Anteil von 14% nachvollziehen (e-mobil Im in Kapitel 4.2 dargestellten Best-Case-Szenario wurde hernd 100% der Absatzmenge der baden-württembergischen statt und der Wertschöpfungsanteil beträgt 45% des Best- BW GmbH, 2019). davon ausgegangen, dass alle Fertigungsschritte des Produktion. Diese Fertigungsschritte werden heute vorrangig Case-Szenarios. In den Jahren 2025 bis 2030 wird die Pro- E-Motors im Land durchgeführt werden. Dies ist damit be- von den Tier-1-Unternehmen durchgeführt und nicht an exter- duktion der Subkomponenten stärker durch die Unterneh- gründet, dass die Kompetenzen grundsätzlich in Baden- ne Unternehmen ausgelagert. Dadurch tragen sie vollständig men im Land übernommen werden. Dies ist zum einen auf Württemberg vorhanden sind. Ausgehend von diesem Sze- zur baden-württembergischen Wertschöpfung bei. Auch für die Strategie zur vertikalen Upstream-Integration seitens der nario wird im Folgenden ein realistisches Szenario zur die Jahre bis 2030 wird diese Wertschöpfung voraussichtlich E-Motoren-Hersteller wie beispielsweise der Daimler AG Entwicklung der Wertschöpfung abgeleitet (siehe Abbildung weiter im Land stattfinden, es wird allerdings zu einer teilwei- und der Dr. Ing. h. c. F. Porsche AG zurückzuführen. Zum an- 64). Hierfür werden die in Kapitel 5.1 erarbeitete Standardlie- sen Verlagerung der Montageschritte von den Tier-1-Zuliefe- deren liegt dies an der Übernahme dieser Produktionstätig- ferkette sowie die Analyse der strategischen Ausrichtung der rern zu den OEMs kommen (vgl. Kapitel 4.1). Die Fertigung keiten im Rahmen einer Großserienproduktion durch die ansässigen E-Motoren-Hersteller herangezogen. Es wird der Subkomponenten hingegen, des Blechpakets und der Tier-2- und Tier-n-Zulieferer, die infolge des wachsenden dazu nachfolgend analysiert, zu welchem Anteil die einzel- Welle des Rotors sowie des Blechpakets des Stators und des E-Motoren-Markts ihre Produktion an eine Fertigung von nen Produktionsschritte in Baden-Württemberg durchge- Gehäuses erfolgt derzeit nur teilweise in Baden-Württem- Subkomponenten für E-Motoren anpassen. führt werden und in welchem Umfang die einzelnen Sub- berg. Diese Subkomponenten werden von den E-Motoren- komponenten auf dem (inter-)nationalen Markt zugekauft Herstellern zu großen Teilen auf dem internationalen Markt zu- Zwischen den Jahren 2020 und 2030 werden sich die werden. Durch diese Erweiterung der weltweiten Standard- gekauft. Im Rahmen eines Berechnungsmodells wurden auf Produktions- und Wertschöpfungsanteile der E-Motoren- lieferketten ergibt sich im Realistic-Case-Szenario eine gerin- Basis der in Kapitel 5.1 evaluierten Standardlieferkette, der un- Produktion Baden-Württembergs steigern lassen: beim gere Wertschöpfung im Land als im optimistischen Szenario tersuchten Lieferantenbeziehungen der deutschen E-Motoren- Blechpaket von Rotor und Stator sowie der Welle von 30% (siehe Abbildung 65). Des Weiteren wird untersucht, wie Hersteller und deren Unternehmensstrategien die in Baden- auf 45% und beim Gehäuse von 45% auf 60%. sich die landesweite Produktion und der Zukauf von Kompo- Württemberg verorteten Wertschöpfungsanteile der (Sub-) nenten bis zum Jahr 2030 verändern werden. Komponentenfertigung bis 2030 errechnet. Zusätzlich zu den bereits genannten Volumensteigerungen und den entsprechenden Skaleneffekten, die eine Produkti- on in Baden-Württemberg erst wirtschaftlich machen, führt auch eine mögliche zunehmende Differenzierung der Her- steller über den E-Motor zu einer gesteigerten Near-Shore-

Aktuelles Marktpotenzial Produktion. Dies erfolgt seitens der Fahrzeughersteller, um Baden-Württembergs am möglichst schnell Technologieentwicklungen bei den ent- europäischen PKW-Markt scheidenden Komponenten umsetzen zu können. In Kapitel 5.1 wurde dies im Rahmen der teilweisen Inhouseprodukti- Eingangsparameter - Anteil Baden-Württemberg an der Einbezug der Realistic-Case- bisherigen weltweiten Produktion Weltweites Weltweites weltweiten Szenario für Umsatzpotenzial für Wertschöpfungspotenzial von Antriebssträngen - Potenzieller Anteil Baden-Würt- Standard- Baden- Traktionsmotoren für Traktionsmotoren temberg an der europäischen lieferketten Württemberg Produktion von Antriebssträngen

Eingangsparameter Eingangsparameter Eingangsparameter - Durchschnittliche Kosten - Zusammensetzung Kosten für - Standardlieferkette Traktionsmotor- Rotor- Rotor- Rotor- Stator- Stator- End pro Traktionsmotor (abhängig Traktionsmotoren (abhängig von für Traktionsmotoren Gehäuse von Motortyp und Anwendung) Motortyp und Anwendung) kompetenzen in am aktuellen Markt blechpaket welle montage blechpaket montage montage - Wertschöpfungspotenzial - Beschaffung der Materialien und Baden-Württemberg - Prognostizierte Traktionsmotoren 2020 bis 2030 Halbzeuge am weltweiten Veränderungen an der Beschaffungsmarkt (Abgren- Lieferkette bis 2030 zung zur Wertschöpfung in Eingangsparameter 2020–2024 30% 30% 100% 30% 100% 45% 100% Baden-Württemberg) - Bewertung der in Baden- Württemberg verfügbaren Kompetenzen im Bereich der Produktion von Traktionsmotoren - Prognostizierte Veränderungen der Wertschöpfungskette im 2025–2030 45% 45% 100% 45% 100% 60% 100% Bereich der Traktionsmotoren bis 2030 Quelle: Eigene Darstellung Eigene Quelle: Darstellung Eigene Quelle:

Abbildung 65: Ableitung des Realistic-Case-Szenarios zur Wertschöpfung in Baden-Württemberg Abbildung 66: Produktionsanteile Baden-Württembergs auf Basis der Standardlieferkette

94 95 Millionen € Aufgrund der an die Realität angepassten Annahme, dass nicht wurden dieselben Prämissen wie im Best-Case-Szenario zu- Wertschöpfungspotenzial Traktionsmotoren alle E-Motoren-Komponenten in Baden-Württemberg gefertigt grunde gelegt (s. Kapitel 4.2). Die Untersuchung beider Szena- Millionen € Produktion Baden-Württemberg werden, sondern diese zu einem gewissen Anteil auf dem in- rien basiert somit auf der Annahme, dass jeweils die gleichen 18%* Wertschöpfungspotenzial Traktionsmotoren ternationalen Markt zugekauft werden, ergibt sich unter Einbe- Stückzahlen an E-Motoren gefertigt werden. Um eine Anglei- Pr* CAoduktionGR Baden-Württemberg zug der in Abbildung 66 dargestellten und vorab errechneten chung des Realistic-Case-Szenarios an das Best-Case-Sze- 18%* 79 84 Produktionsanteile das Realistic-Case-Szenario für die Entwick- nario zu ermöglichen, bedarf es einer großen gemeinsa- 68 75 61 * CAGR 51 lung des Wertschöpfungspotenzials (siehe Abbildung 67). Das men Anstrengung von Industrie, Politik, Forschung und 42 46 37 79 84 Wertschöpfungspotenzial Baden-Württembergs bei der weiteren Akteuren im Land. Eine Stückzahlsteigerung bei 27 68 75 17 61 51 Fertigung elektrischer Traktionsmotoren beträgt im Realis- der Produktion von E-Motoren im Land kann dazu einen 46 37 42 27 tic-Case-Szenario für das Jahr 2020 ca. 17 Mio. € und wird relevanten Beitrag leisten. Als Beispiel der Unternehmens- 17 auf ca. 84 Mio. € im Jahr 2030 anwachsen. Die jährliche strategien kann hierfür die von der Robert Bosch GmbH ange- Wachstumsrate von 18% ist dabei aufgrund der bereits be- strebte weltweite Marktführerschaft im Bereich der Produktion schriebenen zunehmenden vertikalen Integration durch die elektrischer Traktionsmotoren genannt werden. Jedoch ist Fahrzeughersteller und einer verstärkten Lokalisierung der Pro- auch die Erschließung weiterer Wertschöpfungspotenziale duktion der Subkomponenten höher als im Best-Case-Szenario. notwendig, wie in den Handlungsempfehlungen dieses In der Berechnung des Best-Case-Szenarios beträgt das Wert- Themenpapiers aufgezeigt wird. Neben der Analyse der Ent- schöpfungspotenzial für das Jahr 2020 ca. 25 Mio. € und für wicklung des wertschöpfungspotenzials wurden ebenso die

Quelle: Eigene Berechnung Eigene Quelle: das Jahr 2030 ca. 113 Mio. € (siehe Abbildung 68). Zwischen Fade-in-Beschäftigungseffekte bei der Produktion elektrischer 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 den Jahren 2020 und 2024 liegt das Wertschöpfungspotenzial Traktionsmotoren untersucht. Der Zukauf von E-Motoren-Kom- Abbildung 67: Potenzielle im Best-Case-Szenario so ca. 54% über dem Realistic-Case- ponenten auf dem (inter-)nationalen Markt führt zum einen zu Wertschöpfung Realistic-Case- 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Szenario. Die Differenz der beiden Szenarien wird zwischen einer geringeren Wertschöpfung im Land und zum anderen zu Szenario Baden-Württemberg den Jahren 2025 und 2030 auf ca. 36% sinken und voraussicht- einem geringeren Bedarf an Beschäftigten bei der Produktion lich nach 2030 weiter leicht abnehmen. Für die Berechnungen elektrischer Traktionsmotoren (siehe Abbildung 69).

Millionen € Anzahl Beschäftigte Realistic-Case-Szenario MA Produktion

Millionen € Best-Case-Szenario Anzahl Beschäftigte MA indirekte Bereiche 113 Realistic-Case-Szenario MA Produktion 108 1.657 101 Best-Case-Szenario 1.597 MA* CA GRindirekte Bereiche +36% 113 1.528 92 108 1.399 1.657 101 18%* 1.597 * CAGR +36%83 84 1.528 79 1.263 +54% 76 92 75 1.399 70 83 68 84 181.06%*6 1.044 64 79 1.263 963 1.006 +54% 76 61 75 936 881 56 70 68 51 833 1.066 796 1.044 64 963 1.006 46 61 721 936 672 42 56 42 881 833 590 37 51 524 796 525 46 721 27 672 25 42 42 454 37 590 304 335240 17 525 591 613 518 565 27 Berechnung Eigene Quelle: 25 192 454 394 467 304 308 346 Quelle: Eigene Berechnung Eigene Quelle: 331940 267 17 112 591 613 Abbildung 69: Beschäftigungs- 518 565 192 394 467 Abbildung 68: Vergleich des 308 346 effekte bei der Produktion 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2020 2019214 2022267 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Wertschöpfungspotenzials 112 elektrischer Traktionsmotoren Realistic- und Best-Case- Baden-Württemberg – Realistic- 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Szenario Case-Szenario

96 97 Anzahl Beschäftigte Realistic-Case-Szenario

Anzahl Beschäftigte Best-Case-Szenario 1.987 Realistic-Case-Szenario 1.938 1.873 Best-Case-Szenario 1.734 1.987 1.9381.657 1.583 1.8731.597 1.528 1.470 1.734 1.399 1.657 1.351 1.583 1.597 1.263 1.528 1.216 1.470 1.399 1.062 1.3511.066 1.263 1.216 936

1.062 833 1.066 779 721 936 833 524779 457 721

304 524 457 Quelle: Eigene Berechnung Eigene Quelle: 304 Abbildung 70: Vergleich 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Fade-in-Beschäftigungseffekte nach dem Best-Case- und dem 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Realistic-Case-Szenario

Die Betrachtung der Beschäftigungseffekte des Realis- Komponentenproduktion und Montage des E-Motors ge- tic-Case-Szenarios zeigt, dass im Jahr 2020 ca. 300 Mit- koppelt ist, ergibt sich auch bei den Beschäftigungseffekten arbeitende für die Produktion von Traktionsmotoren eine schrittweise Annäherung der Szenarien bis 2030. benötigt werden, wovon ca. 190 Mitarbeitende auf die Pro- duktion und ca. 110 Mitarbeitende auf indirekte Bereiche Sowohl die Entwicklung des Wertschöpfungspotenzials entfallen (Berechnungsgrundlage der Beschäftigungseffek- Baden-Württembergs als auch die Beschäftigtenzahlen im te vgl. Kapitel 4.2). Die Beschäftigungszahlen im Rahmen Real-Case-Szenario liegen zwischen 20% und 40% unter der E-Motoren-Produktion werden vergleichbar mit der den prognostizierten Entwicklungen des Best-Case-Szena Wertschöpfung mit einer jährlichen Wachstumsrate von ca. rios. Diese Differenz kann aus heutiger Sicht am ehesten 18% steigen und voraussichtlich auf ca. 1.650 Mitarbei- durch eine Stückzahlsteigerung an produzierten E-Motoren tende im Jahr 2030 anwachsen. Es kann erwartet wer- ausgeglichen werden. Die Steigerung der Verkaufszahlen den, dass von diesen 1.650 Mitarbeitenden ca. 1.050 in der müsste wie dargelegt jedoch vorrangig von den umsatzstar- Produktion und 600 Mitarbeitende in indirekten Bereichen ken E-Motoren-Herstellern wie der Robert Bosch GmbH, benötigt werden. der Mahle GmbH, der ZF Friedrichshafen AG und der Scha- effler Gruppe sowie durch in Baden-Württemberg ansässige Die Analyse der Beschäftigungseffekte im Best-Case-Sze- OEMs mit E-Motoren-Produktion vorangetrieben werden. nario ergab einen Bedarf von ca. 460 Mitarbeitenden für das Jahr 2020, was einer Differenz von ca. 48% zum Realistic- Case-Szenario entspricht (Abbildung 70). Bis zum Jahr 2030 wurde eine Beschäftigtenzahl von ca. 2.000 Mitarbeitenden prognostiziert. Damit verringert sich die Differenz auf ca. 20%. Da die Entwicklung der Beschäftigungszahlen an die

98 99 6. Zusammenfassung und Handlungsempfehlungen

6.1. Zusammenfassung der Motorentyp aus vier Hauptschritten – der Produktion des auf ca. 22,2 Mrd. € im Jahr 2030. Die Materialkosten betra- ca. 25 Mio. € im Jahr 2020 und 113 Mio. € im Jahr 2030 für Ergebnisse des Themenpapiers Stators, des Rotors und des Gehäuses sowie der Endmonta- gen dabei je nach Motorenart zwischen 66% und 73% der Baden-Württemberg. ge – besteht, hat zur Identifikation wesentlicher Technolo- Gesamtkosten. Das Wertschöpfungspotenzial umfasst im Die durch Klimaschutzmaßnahmen getriebene Elektrifizie- gietrends geführt: der Systemintegration, der Hairpin-Wick- Gegensatz zum Marktpotenzial nur die Produktion von Die aus dem Best-Case-Szenario abgeleiteten Beschäfti- rung der Mobilität bedeutet einen großen Umbruch für die lung und höherer Motordrehzahlen (siehe Kapitel 2). E-Motoren, da Rohmaterialien und Halbzeuge vornehmlich gungseffekte zeigen einen Anstieg von ca. 460 Mitarbeiten- Wertschöpfungsstrukturen der Automobilwirtschaft in nicht in Baden-Württemberg hergestellt werden, sondern auf den im Jahr 2020 auf bis zu 2.000 Mitarbeitende im Jahr Baden-Württemberg. Denn der Bedarf an Verbrennungsmo- Weltweiter Markt für E-Motoren wächst dem internationalen Beschaffungsmarkt zugekauft werden. 2030. Die Prognose geht davon aus, dass ca. 60% auf die toren und deren Komponenten, von dem Baden-Württem- Produktion und ca. 40% auf indirekte Bereiche entfallen berg ca. 14% des europäischen Marktes bedient, wird konti- Die globalen PKW-Neuzulassungen werden sich voraus- Breite Know-how-Basis der E-Motoren-Fertigung in könnten. nuierlich sinken. Gleichzeitig wird die Nachfrage nach sichtlich von 51 Mio. Fahrzeugen im Jahr 2020 auf 93 Mio. Baden-Württemberg vorhanden – Potenzial, um vom elektrischen Traktionsmotoren steigen, an denen Baden- Fahrzeuge im Jahr 2030 steigern. Der prognostizierte Anteil weltweit wachsenden Markt zu profitieren Die Wertschöpfung findet aktuell vor allem bei den Tier-1- Württemberg aktuell nach Schätzungen der Autoren dieses der rein batteriebetriebenen Fahrzeuge (BEV) wird von 4% Unternehmen statt. Eine Strategieanalyse der Fahrzeugher- Themenpapiers einen europäischen Marktanteil von 8% be- auf 23% steigen und der Anteil reiner Verbrennungsfahrzeu- Eine Auswertung der im Land verfügbaren Kompetenzen er- steller ergab, dass diese in Zukunft stärker an der Wertschöp- sitzt. Bei Komponenten des Verbrennungsmotors liegt die- ge wird 2030 nur noch ca. 18% betragen. gab, dass alle für die Herstellung eines E-Motors und seiner fung beteiligt sein werden. Vor allem die Felder Entwicklung, ser Anteil durchschnittloch bei 9%. Dies stellt den Industrie- Komponenten benötigten Kompetenzen bereits vorhanden Erprobung und Produktion stehen im Fokus dieser Strategien. standort Baden-Württemberg mit seinem ausgeprägten Der Bedarf an E-Motoren, die je nach Antriebskonzept und sind. Ausgenommen wurde in dieser Betrachtung die Her- Automobilcluster vor große Herausforderungen. Ausstattungsvarianten unterschiedlich ausgelegt werden stellung von Halbzeugen und Rohmaterialien. Die Bewertung Entwicklung globaler Lieferketten relevant für müssen, wächst deutlich: Neben Traktionsmotoren werden basiert dabei auf einer Untersuchung von Unternehmen, die tatsächliche Realisierung der Wertschöpfungschancen Das vorliegende Themenpapier zeigt auf, wie es durch die in großer Zahl auch kleine bzw. mittlere Motoren im Fahr- Technologien zur Fertigung von E-Motoren und ihrer Kompo- in Baden-Württemberg Umstellung von Produktionsprozessen, die Intensivierung zeugbau eingesetzt. Diese Motoren werden beispielsweise nenten besitzen. Es konnten 61 Unternehmen mit Erfahrun- von Forschung und Entwicklung sowie die Anpassung von als Startermotoren oder für die Bremskraftverstärkung, aber gen im Automotive-Bereich oder dem Potenzial zum Großse- Um zu beurteilen, wie wahrscheinlich es ist, dass das wün- Lieferantenbeziehungen gelingen kann, Wertschöpfungspo- auch für Komfortfunktionen eingesetzt. Für die im Fokus rienlieferanten in der Automobilindustrie identifiziert werden. schenswerte und durch eine breite Know-how-Basis theoretisch tenziale in der E-Motoren-Technologie zu erschließen und dieses Themenpapiers stehenden elektrischen Traktions- mögliche Wertschöpfungspotenzial des Best-Case-Szenarios Arbeitsplätze am Standort Baden-Württemberg zu sichern. motoren wurde die Entwicklung der Verkaufszahlen bis zum Für die Ermittlung des Wertschöpfungspotenzials Baden- für Baden-Württemberg erreicht wird, wurden weltweite Pro- Jahr 2030 prognostiziert. Weltweit werden bis dahin vorrau- Württembergs wurde ein Best-Case-Szenario für 2030 auf duktionsnetzwerke betrachtet und die Marktanteile neuer so- Energieeffizienz und Kosten – wichtige Kriterien der sichtlich ca. 92 Mio. elektrische Traktionsmotoren benötigt, Basis des vorher prognostizierten weltweiten Marktpoten wie verkaufsstarker E-Motoren-Hersteller näher betrachtet. Technologiebewertung wovon 60% auf den PSM, 33% auf den ASM und 7% auf zials an elektrischen Traktionsmotoren abgeleitet. Dabei wurden FSM entfallen werden. den die Produktions- bzw. Materialkosten sowie die im Land Die Marktprognose für 2025 ergab, dass Unternehmen mit Der Permanentmagnet-Synchronmotor (PSM), der Dreh- abgebildeten Kompetenzen berücksichtigt. Für das Best- Sitz in Deutschland inklusive ihrer weltweiten Joint Ventures strom-Asynchronmotor (ASM) und der Fremderregte Syn- Ausgehend von einer Bewertung der Produktions- und Ma- Case-Szenario wurde durch die Autoren die Annahme zugrun- bis 2025 voraussichtlich einen Anteil von ca. 35% der welt- chronmotor (FSM) konnten als die heute marktrelevanten terialkosten der relevanten elektrischen Traktionsmotoren de gelegt, dass Baden-Württemberg einen Anteil von 8 % am weiten Wertschöpfung erwirtschaften könnten. Ob und in Technologien identifiziert werden. Der PSM weist dabei die konnte sowohl das globale Marktpotenzial als auch das europäischen Markt erreicht und mittelfristig halten kann. welcher Tiefe die Unternehmen diese Wertschöpfung am höchsten Effizienzen auf, aber aufgrund der verwendeten Wertschöpfungspotenzial abgeleitet werden. Das weltweite Aufgrund dieser exogen gesetzten Annahme ergibt sich für Standort Deutschland bzw. Baden-Württemberg realisieren, seltenen Erden in den Magneten auch die höchsten Kosten. Marktpotenzial für Traktionsmotoren steigert sich auf Basis das Best-Case-Szenario ein Wertschöpfungspotenzial für hängt von mehreren Faktoren ab. Der Blick auf den Produktionsprozess, der unabhängig vom der berechneten Prognosen von ca. 5,2 Mrd. € im Jahr 2020 E-Motoren entlang der gesamten Wertschöpfungskette von

100 101 Die weiterführende Analyse der globalen Lieferketten er- Einstiegsmöglichkeiten in die Wertschöpfungsketten und um Baden-Württemberg bei Kunden und Technologieexper- 3. Befähigung etablierter mittelständischer gab, dass insbesondere die OEMs stärker regional fertigen starten von unterschiedlich ausgeprägten Know-how-Positi- ten als Kompetenzzentrum zu positionieren. Hierzu gehören Unternehmen und Ansiedlung neuer Unternehmen und auch tendenziell ihre Lieferketten regionaler aufbauen. onen. Dabei müssen sich die bislang auf Verbrennungsmo- unter anderem eine verstärkte Integration des E-Motors in Die Tier-1-Unternehmen hingegen weisen häufig stärkere toren spezialisierten Antriebslieferanten vom Produktportfo- der sog. E-Achse und die Steigerung der Effizienz sowie der Um weitere Wertschöpfungspotenziale für Baden-Württem- internationale Verflechtungen auf und beliefern beispiels- lio und den genutzten Technologien zur Fertigung von gravimetrischen und volumetrischen Leistungsdichte. Für berg zu generieren, sollte eine Integration der international weise über die Gründung von Joint Ventures oder Tochterfir- elektrischen Antriebsmaschinen vollständig weiterentwi- die Produktion ist es von zentraler Bedeutung, auch bei ge- zugekauften (Sub-)Komponenten (siehe Kapitel 5.2.1) in die men internationale Märkte. ckeln. Auf der anderen Seite müssen sich Fahrzeugherstel- ringen Stückzahlen E-Motoren profitabel produzieren zu kön- Produktionslandschaft Baden-Württemberg angestrebt ler in die Spezifikation und Entwicklung zukunftsfähiger Inte- nen. Dafür gilt es, das Know-how bei flexiblen Produktions- werden. Grundsätzlich sind alle Kompetenzen, die bei der Für die OEMs wurden im Anschluss verschiedene Szenarien grationslösungen einarbeiten. Beiden Gruppen steht als systemen auszubauen und den Gesamtproduktionsprozess Herstellung von E-Motoren von Bedeutung sind, im Land der E-Motoren-Bereitstellung diskutiert. Grundsätzlich sind potenzielle Bedrohung die bereits viel weiter entwickelte zu optimieren. verfügbar. Der Fokus der E-Motoren-Produktion für den eine komplette Inhouseproduktion, eine teilweise Inhouse- Lieferantenlandschaft für elektrische Antriebe in Asien ge- Traktionsantrieb liegt in Baden-Württemberg aufgrund der fertigung und der Zukauf des gesamten E-Motor-Portfolios genüber. Innerhalb der nächsten Jahre wird der Druck auf Durch Technologieführerschaft bei Materialien, Komponen- Kostensituation derzeit jedoch vornehmlich auf der Montage möglich. Als Standardlieferketten-Szenario konnte die teil- die Lieferantenlandschaft in Baden-Württemberg vor allem ten und Prozessen könnten die lokale Ansiedelung von Kom- von Stator, Rotor und des gesamten E-Motors. Mit steigen- weise Inhouseproduktion identifiziert werden. Der Großteil von zwei Seiten daher stark zunehmen: ponenten- und E-Motoren-Herstellern sowie der Ausbau dem Bedarf an E-Motoren, der Designoptimierung hinsicht- der OEMs hat mittelfristig angekündigt, E-Motoren selbst von Forschungskompetenzen innerhalb Baden-Württem- lich Herstellbarkeit sowie der von den Fahrzeugherstellern oder im Rahmen ihrer Konzernstruktur zu montieren und A) durch den globalen Wettbewerb und das globale Sour- bergs maßgeblich verstärkt werden. angekündigten vertikalen Integration sollte jedoch auch das auch teilweise die Komponenten zu produzieren. cing der Fahrzeughersteller von elektrischen Antriebs- Potenzial bei der Produktion von Komponenten und Sub- maschinen und integrierten elektrischen Achsen; 2. Steigerung der Attraktivität Baden-Württembergs komponenten erschlossen werden. Die gewonnenen Erkenntnisse aus der globalen Lieferket- als Standort für E-Motoren-Produktion tendiskussion wurden in das Best-Case-Szenario integriert, B) durch die zunehmende vertikale Integration der Fahr- Für die Verlagerung der Fertigung von Subkomponenten so konnte anschließend ein Realistic-Case-Szenario für die zeughersteller in Richtung elektrischer Achse und An- Um Baden-Württemberg als Standort für die Produktion von nach Baden-Württemberg kommt u. a. mittelständischen Entwicklung des Wertschöpfungspotenzials in Baden-Würt- triebsmaschinen, wodurch sich ein signifikanter Anteil elektrischen Traktionsmotoren attraktiv zu machen, muss Unternehmen eine Schlüsselrolle zu, die sich mit geeigneter temberg abgeleitet werden. Da Teile der Subkomponenten der Wertschöpfung, insbesondere die Endmontage und eine Optimierung des E-Motoren-Designs hinsichtlich Unterstützung neue Geschäftsfelder erschließen könnten, von den E-Motoren-Produzenten auf dem Weltmarkt zuge- die Prüfung der elektrischen Antriebssysteme, auf den Industrialisierungsfähigkeit und kostenoptimierter Großseri- indem sie auf bereits in den Unternehmen vorhandene kauft werden, liegt das Wertschöpfungspotenzial – wie auch Fahrzeughersteller selbst verlagern wird. enproduktion erfolgen. Zu diesen Optimierungen gehören Grundkompetenzen für die Herstellung von Komponenten die Beschäftigtenzahlen des Realistic-Case-Szenarios – unter beispielsweise die in Kapitel 2.3 beschriebenen Technolo- und Subkomponenten des E-Motors aufbauen. dem des Best-Case-Szenarios. Das prognostizierte Wertschöp- Daher ist es entscheidend für den Standort Baden-Württem- gietrends wie die kontinuierliche Hairpin-Wicklung, neue fungspotenzial wird demnach voraussichtlich 16 Mio. € im Jahr berg, die erforderlichen Potenziale für den Erhalt und das wei- Kühlkonzepte und eine verbesserte Isolation des Wicklungs- Um diese Potenziale zu erkennen, kommt dem Wissens 2020 betragen und sich mit einer jährlichen Wachstumsrate tere Wachstum der Lieferantenlandschaft umzusetzen. drahts. Diese Technologietrends zielen auf eine Verbesse- transfer und der einzelbetrieblichen Beratung eine große von 18% auf 83 Mio. € im Jahr 2030 steigern. rung der Fertigungseffizienz und der Produktperformance Bedeutung zu. Cluster-Initiativen und Angebote wie der 1. Förderung von Technologiekompetenz bei ab – sowohl auf Komponenten- als auch auf Systemebene. Beratungsgutschein „Transformation Automobilwirtschaft“ Um einen relevanten Anteil der europäischen Wertschöp- der Entwicklung und Produktion von elektrischen des Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus fung durch elektrische Traktionsmotoren in Baden-Württem- Traktionsmotoren Entscheidend für die baden-württembergischen Unterneh- Baden-Württemberg können hier einen Beitrag leisten. berg zu erreichen, bedarf es einer Steigerung der Absatz- men ist somit, neben der Innovationsführerschaft bei Mate- stückzahlen von E-Motoren und einer stärkeren Übernahme Um das im Themenpapier dargestellte Wertschöpfungspo- rialien, Komponenten und Prozessen eine konsequente Ver- Das Vorhaben der Verlagerung wird durch einen starken der Produktion von Subkomponenten. Jedoch ist auch die tenzial im Bereich elektrischer Traktionsmotoren am Stand- besserung bestehender Kostenstrukturen in der Produktion Wettbewerbsdruck, vorrangig aus Ländern mit günstigeren Erschließung weiterer Wertschöpfungspotenziale notwen- ort Baden-Württemberg realisieren zu können, ist es zu erlangen. Die Implementierung hocheffizienter Großseri- Kostenstrukturen, erschwert. Eine Unterstützung durch dig, wie in den Handlungsempfehlungen dieses Themenpa- notwendig, verstärkt in die Entwicklung innovativer Techno- enproduktionen bietet für Unternehmen aus Baden-Würt- staatliche Subventionen in der Phase des Umschwungs piers aufgezeigt wird. logien und Fertigungskompetenz zu investieren. Angesichts temberg Potenziale, auch kostenseitig auf internationaler könnte hierbei einen Wettbewerbsvorteil ermöglichen. der internationalen Wettbewerbssituation ist es entschei- Ebene wettbewerbsfähig zu sein. Innovative Verbesserun- 6.2. Handlungsempfehlungen und dend, dass durch geeignete Förderprogramme und andere gen im Herstellungsverfahren sowie der Ausbau hocheffizi- Neben der Befähigung vorhandener Unternehmen kann Potenziale durch E-Motoren für das Maßnahmen Investitionen von Unternehmen an den Stand- enter Produktionsprozesse kann dem aktuellen kostenseiti- auch die Förderung von Neuansiedlungen entsprechender Land Baden-Württemberg ort Baden-Württemberg gelenkt werden. Hier können unter gen Wettbewerbsnachteil des Produktionsstandorts Unternehmen zu einer gesteigerten Wertschöpfung in Ba- anderem die Aktivitäten der Cluster-Initiativen des Landes Deutschland entgegenwirken. Im Vergleich zur Fertigung in den-Württemberg beitragen. Dafür muss die Erschließung Der Wandel hin zu elektrischen Antriebssystemen für Kraft- Baden-Württembergs einen Beitrag leisten. „Niedriglohnländern“ wie China und an alternativen europä- geeigneter Flächen vorangetrieben werden, die Qualifizie- fahrzeuge erzeugt ein zunehmendes Spannungsfeld ischen Produktionsstandorten müssen erhöhte Lohn- und rung der Fachkräfte auf exzellentem Niveau forciert und Ba- zwischen den etablierten Antriebssystemlieferanten und Förderaktivitäten sollten sich auf die beschriebenen Trends Nebenkosten ausgeglichen werden, um Arbeitsplätze ent- den-Württemberg als „Ökosystem“ für innovative Technolo- Fahrzeugherstellern. Beide Gruppen suchen nach direkten zur Verbesserung der Motorentechnologien konzentrieren, stehen zu lassen. gien etabliert werden.

102 103 4. Beobachtung des Trends zur vertikalen Integration Neben den angesprochenen Wertschöpfungspotenzialen an 7. Förderung weiterer Wertschöpfungspotenziale der Herstellung von Halbzeugen in Frage. Dazu zählen die den direkten Schnittstellen ergeben sich weitere Potenziale im erweiterten Wertschöpfungscluster Maschinen- Produktion von Elektroblechen und Wickeldraht sowie wei- Um rechtzeitig auf Strategieänderungen der OEMs reagie- durch eine innovative Vernetzung der Steuerung des E-Mo- und Anlagenbau tere Komponenten aus Rohmaterial wie Magneten. Im ren zu können, sollte der aktuelle Trend zur Erhöhung der tors mit dem Gesamtfahrzeug. Dabei können in Abhängig- Rahmen der Produktion von Verbrennungsmotoren wurden Fertigungstiefe beobachtet und in regelmäßigen Intervallen keit von der Antriebstopologie Funktionen wie Torque Vecto- Um von weiteren Möglichkeiten der Wertschöpfung bei der diese Produktionsschritte im Zuge der Fokussierung auf die auf Gültigkeit geprüft werden. ring oder eine Vernetzung des Antriebsstrangs mit dem Produktion von E-Motoren zu profitieren, ist es – wie bei der Kernkompetenzen sowie aufgrund der Kostensituation im elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) in das Fahrzeug Produktion von Verbrennungsmotoren – relevant, die Produk- Land jedoch weitestgehend in Best Cost Countries ausge Aktuell ist durch den erwarteten Rückgang der Fahrzeuge integriert werden. tionsausrüster als wichtigen Akteur in die Wertschöpfungs- lagert. Nach den Erfahrungen in der COVID-19-Pandemie mit Verbrennungsmotor und die somit sinkende Relevanz kette einzubeziehen. Bestimmte Fertigungstechnologien ma- sollte diese Strategie jedoch mit Blick auf die Resilienz der des Verbrennungsmotors bei den Fahrzeugherstellern eine 6. Transfer von Know-how aus Erprobung und Validie- chen es sogar erst möglich, E-Motoren wettbewerbsfähig im Lieferketten überdacht werden. Strategie der vertikalen Integration der E-Motoren-Produkti- rung des konventionellen Antriebs auf E-Motoren Land zu produzieren. Der baden-württembergische Maschi- on bei OEMs feststellbar. nen- und Anlagenbau sollte daher im Kontext der E-Motoren- Auch um eine zukünftig entfallende Wertschöpfung durch Um die bei der Erprobung, Validierung und Qualitätssiche- Produktion als wettbewerbsentscheidender Technologieliefe- den Wandel zur Elektromobilität auszugleichen sowie dem Zum momentanen Zeitpunkt ist jedoch nur bedingt rung des konventionellen Antriebsstrangs gewonnenen rant gesehen werden. stark zunehmenden Bedarf an E-Motoren Rechnung zu tra- abschätzbar, ob der E-Motor in Zukunft zu einer Differenzie- Kompetenzen zu nutzen, sollten diese nach Möglichkeit gen, ist eine entsprechende Produktion in Baden-Württem- rungskomponente wird oder ob Synergien und Skaleneffek- auf die Absicherung des E-Motors und des gesamten Neben der eigentlichen Entwicklung und Produktion von berg zu prüfen. te über die zukünftige Ansiedlung der Produktion entschei- E-Antriebsstrangs transferiert werden. Fahrzeugen und Antriebssträngen gehören auch Unterneh- den. Letzteres Szenario würde eine Produktion der men des Maschinenbaus zum erweiterten Wertschöpfungs- E-Maschine z. B. bei Tier-1-Zulieferern, ähnlich wie in der Das automobile Cluster in Baden-Württemberg zeichnet cluster der Automobilindustrie in Baden-Württemberg. Vergangenheit, bedeuten. Für das Land Baden-Württem- sich durch eines der am stärksten ausgeprägten Entwick- Diese Unternehmen und ihre Mitarbeitenden, die Produkti- berg ist daher die zukünftige strategische Positionierung des lungszentren für Antriebsstränge weltweit aus. Diese Kom- onsausrüstung für die Montage, Komponentenproduktion E-Motors seitens der Fahrzeughersteller entscheidend. petenz spiegelt sich auch in dem von der Strukturstudie BWe und Messtechnik für die Erprobung herstellen, werden mit mobil 2019 ausgewiesenen Wertschöpfungsanteil Baden- insgesamt ca. 30.000 Beschäftigten in der Strukturstudie Diese Ankündigungen wurden in den Berechnungsmodellen Württembergs von 12% am europäischen Markt bei der BWe mobil 2019 ausgewiesen. des vorliegenden Themenpapiers berücksichtigt. Sie führen Produktion von Verbrennungsmotoren und deren Bauteilen zu einer Erhöhung des Wertschöpfungspotenzials durch die wider. Des Weiteren muss beachtet werden, dass der potenzielle stärkere Ansiedlung der Komponentenproduktion sowie Absatzmarkt des baden-württembergischen Maschinen- durch eine lokale Produktion des E-Motors seitens der im Die hierbei gewonnenen Kompetenzen bei der Erprobung, und Anlagenbaus nicht ausschließlich auf die regionale Pro- Land ansässigen OEMs. Validierung und Qualitätssicherung des konventionellen An- duktion des elektrischen Antriebsstrangs begrenzt ist. Viel- triebsstrangs sollten auf die Absicherung des E-Motors und mehr wird weltweit ein Markt für Maschinen und Anlagen 5. Realisierung von Wertschöpfungspotenzialen an den des gesamten E-Antriebsstrangs transferiert werden. Be- für die Herstellung von ca. 92 Mio. Traktionsmotoren im Jahr Schnittstellen des E-Motors zum Gesamtfahrzeug sonders geht es hier um das Testing und die Applikation von 2030 entstehen. E-Maschinen, Invertern, elektrischen Zusatzkomponenten Um weitere Wertschöpfungspotenziale für Unternehmen in sowie Hybridantrieben und deren Eigenschaften in Bezug 8. Analyse weiterer möglicher Wertschöpfungs Baden-Württemberg zu erschließen, sollten entstehende auf Wirkungsgrad, Lebensdauer oder Verhalten unter Um- potenziale bei Rohmaterialien und Halbzeugen Chancen im Bereich Vernetzung mit Leistungselektronik so- weltbedingungen. Unternehmen, die sich auf die Auslegung wie deren Steuerungssoftware und durch die Einbindung in und den Bau von Prüfständen und zugehöriger Software Um den Wertschöpfungsanteil weiter zu erhöhen, besteht die gesamte Fahrzeugelektronik betrachtet werden. spezialisiert haben, können hier neue Geschäftsfelder und unter optimalen Bedingungen auch die Möglichkeit, weitere Wertschöpfungspotenziale erschließen. Besonders wichtig Schritte der Wertschöpfungskette im Rahmen der Verarbei- Zusätzlich zu den Wertschöpfungspotenzialen in der Ent- ist in diesem Zusammenhang auch das Testen von Antrie- tung von Rohmaterialien zu Halbzeugen für die Herstellung wicklung und Produktion von E-Motoren ergeben sich an ben in einer frühen Projekt- bzw. Entwicklungsphase. von elektrischen Traktionsmotoren im Land zu etablieren. den Schnittstellen des E-Motors z. B. zu Inverter und Getrie- be sowie an den Schnittstellen in die Fahrzeugsteuerung Im Falle der Batterie sind darüber hinaus auch weitere Tests In Baden-Württemberg liegt der Fokus bei der E-Motoren- weitere Potenziale. Gerade Systemlieferanten haben hier die für die Validierung der Lebensdauer und aufgrund der erhöh- produktion derzeit hauptsächlich auf der Fertigung der Möglichkeit, von ihrem Know-how im Bereich des Verbren- ten Sicherheitsanforderungen notwendig. Motoren und ihrer Komponenten. Diese umfassen wie in nungsmotors zu profitieren und entsprechende Schnittstel- Kapitel 3.2.3 aufgezeigt durchschnittlich ca. 30% der Wert- lenkomponenten und Software beizusteuern. schöpfung eines E-Motors. Für Baden-Württemberg kommen hier hauptsächlich Wertschöpfungsschritte im Bereich

104 105 Literaturverzeichnis

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108 109 Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Weltweite Marktanteile für Traktionsmotoren bis 2030 ...... 7 Abbildung 41: Weltweites Marktpotenzial für Traktionsmotoren bis 2030 ...... 56 Abbildung 2: E-Motoren im Überblick ...... 13 Abbildung 42: Weltweites Marktpotenzial für E-Motoren in PKW nach Leistungsstufe ...... 57 Abbildung 3: Schematischer Aufbau eines elektrischen Antriebsmotors ...... 14 Abbildung 43: Wertschöpfungsverteilung des weltweiten Marktpotenzials für Traktionsmotoren bis 2030 ...... 58 Abbildung 4: Aufbau PSM ...... 15 Abbildung 44: Marktpotenziale entlang der Wertschöpfungskette für Traktionsmotoren bis 2030 ...... 59 Abbildung 5: Aufbau FSM ...... 16 Abbildung 45: Untersuchung von Unternehmen mit Kompetenzen zur E-Motoren-Fertigung ...... 62 Abbildung 6: Aufbau ASM ...... 16 Abbildung 46: Wertschöpfungssplit der Komponentenproduktion am Beispiel PSM ...... 62 Abbildung 7: Aufbau BLDC ...... 17 Abbildung 47: Detailanalyse potenzieller E-Motoren- und Komponentenhersteller ...... 63 Abbildung 8: Vergleich der Motorkonzepte ...... 18 Abbildung 48: Produktionslandkarte Traktionsmotoren Baden-Württemberg, OEMs und Tier-1 ...... 65 Abbildung 9: E-Motor-Konzepte und deren Kategorisierung ...... 19 Abbildung 49: Produktionslandkarte Traktionsmotoren Baden-Württemberg, Tier-2 und Tier-n ...... 66 Abbildung 10: Anwendungsgebiete der unterschiedlichen Motortypen ...... 20 Abbildung 50: Produktionslandkarte und Kompetenzübersicht Traktionsmotoren Baden-Württemberg ...... 67 Abbildung 11: Übersicht Motorkonzepte und Anwendungsgebiete im Fahrzeug ...... 22 Abbildung 51: Ableitung des Best-Case-Szenarios zur Wertschöpfung in Baden-Württemberg ...... 70 Abbildung 12 Übersicht Antriebstopologien in Hybridfahrzeugen ...... 23 Abbildung 52: Verteilung des Wertschöpfungspotenzials in Abhängigkeit von der E-Motren-Art ...... 71 Abbildung 13: Komponenten im elektrischen Antriebsstrang ...... 24 Abbildung 53: Ableitung des Wertschöpfungspotenzials von Baden-Württemberg vom Abbildung 14: Referenz Produktionsprozess elektrischer Maschinen ...... 25 europäischen Wertschöpfungspotenzial ...... 72 Abbildung 15: Technologiealternativen bei der Herstellung des Blechpakets ...... 26 Abbildung 54: Wertschöpfungspotenzial Baden-Württembergs am Weltmarkt für Traktionsmotoren in Mio. € ...... 73 Abbildung 16: Technologiealternativen in der Statorproduktion ...... 27 Abbildung 55: Entwicklung der europäischen Absatzzahlen von elektrischen Traktionsmotoren ...... 77 Abbildung 17: Technologiealternativen in der Wellenproduktion ...... 28 Abbildung 56: Prognostizierte Entwicklung der E-Motoren-Produktion in Baden-Württemberg ...... 78 Abbildung 18: Technologiealternativen in der Rotorproduktion ...... 29 Abbildung 57: Beschäftigungseffekte Best-Case-Szenario für Baden-Württemberg ...... 79 Abbildung 19: Technologiealternativen in der Herstellung des Gehäuses ...... 30 Abbildung 58: Prognose der Marktanteile der E-Motoren-Hersteller für das Jahr 2025 ...... 82 Abbildung 20: Technologiealternativen in der Endmontage elektrischer Maschinen ...... 31 Abbildung 59: Prognose der Marktanteile der an der Produktion von E-Motoren beteiligten Abbildung 21: Technologietrends und deren Auswirkungen auf die Wertschöpfung ...... 32 OEMs für das Jahr 2025 ...... 83 Abbildung 22: Achsintegrationsstufen ...... 34 Abbildung 60: Prognose der Marktanteile der an der Produktion von E-Motoren beteiligten Tier-1-Zulieferer Abbildung 23: Technologietrends und deren Implikationen für die Wertschöpfung ...... 36 für das Jahr 2025 ...... 84 Abbildung 24: Methodik zur Prognose des Markthochlaufs elektrifizierter PKW ...... 42 Abbildung 61: Repräsentative Lieferketten zwischen OEMs, Tier-1-Zulieferern und Komponentenherstellern ...... 86 Abbildung 25: Globale Entwicklung PKW-Neuzulassungen nach Antriebsart ...... 43 Abbildung 62: Mögliche Strategien bei der Fertigung von E-Motoren bei OEMs ...... 90 Abbildung 26: Fahrzeugneuzulassungen China ...... 44 Abbildung 63: Verteilung der Wertschöpfungen in Abhängigkeit von der Fertigungsstrategie der OEMs ...... 91 Abbildung 27: Fahrzeugneuzulassungen Europa ...... 45 Abbildung 64: Marktanteile deutscher Unternehmen an der globalen E-Motoren-Produktion für das Jahr 2025 ...... 93 Abbildung 28: Fahrzeugneuzulassungen Nordamerika ...... 45 Abbildung 65: Ableitung des Realistic-Case-Szenarios zur Wertschöpfung in Baden-Württemberg ...... 94 Abbildung 29: Fahrzeugneuzulassungen Rest der Welt (ROW) alle Länder außer China, Europa Nordamerika ...... 46 Abbildung 66: Produktionsanteile Baden-Württembergs auf Basis der Standardlieferkette ...... 95 Abbildung 30: Globale PKW-Fahrzeugneuzulassungen mit COVID-19-Effekt ...... 47 Abbildung 67: Potenzielle Wertschöpfung Realistic-Case-Szenario Baden-Württemberg ...... 96 Abbildung 31: Segmentierung der Fahrzeuge nach Preiskategorien ...... 48 Abbildung 68: Vergleich des Wertschöpfungspotenzials Realistic- und Best-Case-Szenario ...... 96 Abbildung 32: Globale Entwicklung der PKW-Neuzulassungen nach Preiskategorie (inkl. COVID-19-Effekt) ...... 49 Abbildung 69: Beschäftigungseffekte bei der Produktion elektrischer Traktionsmotoren Baden-Württemberg – Abbildung 33: Übersicht Anzahl verbauter E-Motoren in Abhängigkeit von Antriebsart und Preiskategorie ...... 49 Realistic-Case-Szenario ...... 97 Abbildung 34: Weltweite Entwicklung der Nachfrage nach E-Motoren für PKW nach Technologien ...... 50 Abbildung 70: Vergleich Fade-in-Beschäftigungseffekte nach dem Best-Case- und dem Realistic-Case-Szenario ...... 98 Abbildung 35: Weltweite Entwicklung der Nachfrage nach E-Motoren für PKW nach Leistungsstufen ...... 51 Abbildung 36: Weltweite Marktanteile für Traktionsmotoren bis 2030 ...... 52 Abbildung 37: Verteilung Material- und Produktionskosten PSM ...... 53 Abbildung 38: Verteilung Material- und Produktionskosten ASM ...... 54 Abbildung 39: Verteilung Material- und Produktionskosten FSM ...... 55 Abbildung 40: Durchschnittliche Kosten für Traktionsmotoren ...... 55

110 111 Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis

Tabelle 1: Gegenüberstellung der Motorkonzepte mit Fahrzeugbeispielen ...... 18 AC Wechselstrom (engl. Alternating Current) Tabelle 2: Prognostizierte Veränderung der Wertschöpfung durch Trends im Bereich ASM Drehstrom-Asynchronmotor der E-Motoren- und Produktionstechnologie ...... 74 BEV Batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (engl. Battery Electric Vehicle) Tabelle 3: Übersicht zu repräsentativen Lieferketten zwischen OEMs, Tier-1-Zulieferern und BLDC Bürstenloser Gleichstrommotor (engl. Brushless Direct Current) Komponentenherstellern auf Basis öffentlich zugänglicher Quellen ...... 88 CAGR Durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (engl. Compound Annual Growth Rate) DC Gleichstrom (engl. Direct Current) EMV Elektromagnetische Verträglichkeit ESP Elektronisches Stabilitätsprogramm EV Elektrofahrzeug (engl. Electric Vehicle) FCEV Brennstoffzellenfahrzeug (engl. Fuel Cell Electric Vehicle) FSM Fremderregter Synchronmotor HEV Hybridelektrokraftfahrzeug (engl. Hybrid Electric Vehicle) HV Hochvolt ICE Verbrennungsmotor (engl. Internal Combustion Engine) IMG Integrierter Motorgenerator kg Kilogramm kW Kilowatt kW/Kg Leistungsgewicht (Kilogramm pro Kilowatt) LKW Lastkraftwagen MHEV Mild-Hybrid (engl. Mild Hybrid Electric Vehicle) Mio. Million Mrd Milliarde NVH Spür- und hörbare Nebengeräusche und Vibrationen (engl. Noise Vibration Harshness) OEM Erstausrüster (engl. Original Equipment Manufacturer) PHEV Plug-in-Hybrid (engl. Plug-in-Hybrid Electric Vehicle) PKW Personenkraftwagen PSM Permanentmagnet-Synchronmotor ROW Rest der Welt (engl. Rest of the World) SG&A Vertriebsgemeinkosten (engl. Selling, General and Administrative Expenses) SOP Beginn der Serienproduktion (engl. Start of Production) SRM Geschalteter Reluktanzmotor (engl. Switched Reluctance Motor) TCO Gesamtkosten des Betriebs (engl. Total Cost of Ownership) U/min Umdrehungen pro Minute V Volt W Watt WLTC Homologationszyklus, weltweit einheitliches Leichtfahrzeug-Testverfahren (engl. Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle) xEV jede Art von Elektrofahrzeug (oder Electric Vehicle, EV). Dazu zählen BEV, FCEV und PHEV

112 113 Impressum

Herausgeber Cluster Elektromobilität Süd-West c/o e-mobil BW GmbH – Landesagentur für neue Mobilitätslösungen und Automotive Baden-Württemberg

Autoren Robert Stanek Johannes Flemming Global Advisor E-Mobility, Member of the Board (P3) Senior Consultant E-Powertrain (P3)

Jana Kirchen Lisa Steiner Team Lead E-Powertrain (P3) Senior Consultant E-Mobility (P3)

Andreas Klein Dr. Tobias Knecht Team Lead Technical Due-Diligence & Strategy Consulting (P3) Senior Consultant E-Mobility (P3)

Markus Rupp Senior Consultant Cost Management & E-Mobility (P3)

Redaktion und Koordination des Themenpapiers e-mobil BW GmbH Isabell Knüttgen, Katja Gicklhorn, Walter Holderried, Stephan Braun

Layout/Satz/Illustration markentrieb Die Kraft für Marketing und Vertrieb

Fotos Umschlag: © Gorodenkoff/shutterstock Die Quellennachweise aller weiteren Bilder befinden sich auf der jeweiligen Seite.

Auslieferung und Vertrieb e-mobil BW GmbH, Leuschnerstraße 45, 70176 Stuttgart Telefon +49 711 892385-0, Fax +49 711 892385-49, [email protected], www.e-mobilbw.de

Juli 2021

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114 115 www.e-mobilbw.de

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