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Eine Überraschung von Airbus

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  1. Re: Eine Überraschung von Airbus

    Autor: Technikfreak 22.05.14 - 23:04

    M.P. schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Ach, wenn das konventionelle Kerosin zu brennen beginnt ist auch alles zu
    > spät...
    >
    > Bei einem Flugzeug-Brand auf dem Boden soll Wasserstoff sogar Vorteile
    > haben: Sobald es wieder Gasförmig geworden ist, steigt es auf, und
    > Brandhitze entfernt sich von Passagieren und Flugzeug.
    >
    > Auslaufendes Kerosin bildet einen See unter dem Flugzeug, und bis die
    > Feuerwehr den Brand gelöscht hat, sind die Passagiere i. d. R. von unten
    > auf großer Flamme gut durchgegart...
    >
    > Die Hindenburg-Katastrophe sah zwar schockierend aus, aber es hat
    > prozentual deutlich mehr Überlebende (62 von 97) gegeben, als bei einem
    > heutigen Flugzeug-Unglück mit Kerosinbrand in der Landephase...
    >
    > Ich denke nicht, daß so viele überlebt hätten, wenn Kerosin mit dem
    > Brennwert des verbrannten Wassserstoffes brennend auf die Passagiere
    > herabgeregnet wäre...
    Das stimmt zwar, aber ein heutiges Wasserstoff-Fahrzeug kann man auch nicht
    mit der Hindenburg vergleichen. Genaugenommen sollte die Hindenburg ja auch
    mit Helium fliegen und nicht mit Wasserstoff.

  2. Re: Eine Überraschung von Airbus

    Autor: M.P. 23.05.14 - 10:19

    peterkleibert schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------

    > Ich bin zwar kein Flugzeug-Ingenieur, aber die Angaben dünken mich doch
    > sehr fragwürdig. Antriebe, die nicht mittels Rückstossprinzip arbeiten,
    > dürften bei den genannten 800km/h weit ausserhalb des Effizienzbereichs
    > arbeiten, das bringt zwangsweise Konflikte mit Reichweite, Leistung,
    > Sicherheit etc.
    >

    Höchstgeschwindigkeit 930 km/h

    http://de.wikipedia.org/wiki/Tupolew_Tu-95

  3. Re: Eine Überraschung von Airbus

    Autor: M.P. 23.05.14 - 10:25

    peterkleibert schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > >nach welchem prinzip sollen die denn sonst arbeiten ?
    > Nennt sich dynamischer Auftrieb und das ist was ganz anderes als
    > Rückstossenergie (wobei natürlich jedes Propeller-Triebwerk auch einen
    > gewissen Anteil der Energie durch das Rückstossprinzip erfährt).


    http://de.wikipedia.org/wiki/Dynamischer_Auftrieb

    "Der dynamische Auftrieb ist eine zentrale Größe von ... *und Turbinen*."

    http://de.wikipedia.org/wiki/Mantelstromtriebwerk
    "Der Fan wirkt ähnlich einem ummantelten Propeller und erzeugt in modernen, kommerziellen Triebwerken etwa 80 % des Vortriebs. "


    Ich sehe keinen großen Unterschied darin, ob man den Mantelstrom mit einer innenliegenden Strahlturbine oder mit eine Elektromotor erzeugt.
    Die Bilder lassen jedenfalls keinen großen Unterschied zwischen den Blättern der Elektro-Fans und denen einer Mantelstromturbine erkennen...

  4. Re: Eine Überraschung von Airbus

    Autor: M.P. 23.05.14 - 10:34

    Und das Gewicht der Kühltechnik relativiert sich auch:

    Brennwert Kerosin: ca 45 MJ/kg
    Brennwert Wasserstoff ca 140 MJ/kg

    Man könnte also das Doppelte des Gewichtes des getankten flüssigen Wasserstoffes an notwendiger Kühltechnik mitnehmen, und wäre gegenüber Kerosin noch in keinem Gewichtsnachteil bei gegebener Energiemenge...

  5. Re: Eine Überraschung von Airbus

    Autor: LT 23.05.14 - 13:04

    Also das ist doch hier der Knackpunkt:
    1. Der 80% Vortrieb erzeugendde Mantelstrom(-propeller) wird von der Turbine getrennt und rein elektrisch betrieben
    2. Die Energie liefert der Akku und beim Aufstieg wird der erhöhte Verbrauch nachgeladen von der auf diese Funktion optimierten Generatorturbine
    3. Im Gegenzug fällt das bisherige kleine Hilfstriebwerk weg
    4. die meisten Tanks, Pumpen für die Tanktrimmung, ein Großteil der Treibstoffleitungen usw., va allem aber die hochkomplexen Triebwerksaufhängungen fallen ersatzlos weg.

    Eigentlich ergibt sich ohne genau hinzusehen ein technisch einfacheres System, weil:

    - die Kompexität der Treibstoffversorgung entfällt
    - die Leistungsausbeute erhöht sich, weil Abwärme- und Verdichtergetriebeverluste entfallen
    - Wartungsintervalle und Anforderungen bei einer Generator-Turbine sind geringer
    - E-Motoren müssen ganz selten aufwändig gewartet werden
    - Das ohnehin vorhandene hochkomplexe und alles durchdringende Elektrosystems des Flugzeugs wird um die Komponente Antrieb+Akkus komplettiert
    - Es erfolgt eine hohe Einsparung durch die Abstiegs-Energierückgewinnung
    - die Flugsicherheit erhöht sich stark
    - die lärm- und Geruchsbelastung im Flughafenbereich reduziert sich stark
    - ...

    Jeder einzelne Grund reicht eigentlich, um das ganze ernsthaft anzugehen.

    Es wird irgendwann sicher auch bei der rasanten Akkuentwicklung große Flieger geben, sie werden mit genügend Ladung Elektrisch starten und abheben und ab einer gewissen Höhe geht der Generator an ... das ist natürlich das Ende des Nachtflugverbotes ... Es hängt nämlich alles am Masse-Leistungsverhältnis des Akkus und das ist absehbar gelöst und nur die Frage ob in 5 10 oder 20 Jahren. Ich tippe auf 10 ...

  6. Re: Eine Überraschung von Airbus

    Autor: Sergeij2000 23.05.14 - 17:39

    LT schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > - die Leistungsausbeute erhöht sich, weil Abwärme- und
    > Verdichtergetriebeverluste entfallen

    Nein, denn der Generator muss über ein Untersetzungsgetriebe angebunden werden - und die Abwärmeverluste bleiben die gleichen.

    > - Wartungsintervalle und Anforderungen bei einer Generator-Turbine sind
    > geringer

    Aus welchem Grund ?

    > - Es erfolgt eine hohe Einsparung durch die Abstiegs-Energierückgewinnung

    Es gibt keine Einsparung, da beim Abstieg in der Praxis keine Rückgewinnung möglich ist.

    Die üblichen Flugverfahren sehen nämlich beim Sinken aus dem Reiseflug eine Sinkrate von 2000ft/min und im Endanflug mit einem Gleitpfadwinkel von 3° vor. Rechnet man dies in eine Gleitzahl um, dann landet man bei Werten um die 20, beim Sinkflug aus Reiseflughöhe müsste mit einer Geschwindigkeit von 800km/h geflogen werden.

    Nun liegt aber die Gleitzahl eines modernen Verkehrsflugzeuges im sauberen Zustand (ohne Klappen und Fahrwerk) gerade mal bei 20, dazu müsste es aber die Geschwindigkeit für das beste Gleiten einhalten, die deutlich unterhalb von 800km/h liegt.

    In der Praxis wird also zusätzliche Motorleistung gebraucht - beim Anflug im Gleitpfad durch die stark verringerte Gleitzahl aufgrund der gesetzten Klappen und des ausgefahrenen Fahrwerks - um das in den Verfahren festgelegte vertikale Profil überhaupt einhalten zu können.

    > - die Flugsicherheit erhöht sich stark

    Wodurch sollte das der Fall sein?

    > - die lärm- und Geruchsbelastung im Flughafenbereich reduziert sich stark
    > - ...

    Dafür steigt sie an anderen Stellen an, solange für das Laden kein Strom aus 'sauberen' Quellen verwendet wird. Und ohne Laden funktioniert das ganze Konzept nicht.

    > Es hängt nämlich alles am
    > Masse-Leistungsverhältnis des Akkus und das ist absehbar gelöst und nur die
    > Frage ob in 5 10 oder 20 Jahren. Ich tippe auf 10 ...

    Ein A320 hat im Reiseflug einen Kraftstoffverbrauch von 2.400 l Kerosin. Das entspricht einer Energiemenge von rund 24.000 kWh. Rechnet man nun noch mit einem Wirkungsgrad des Triebwerks von etwa 40%, dann müsste ein elektrisches System für einen vergleichbaren Vortrieb pro Flugstunde eine Energiemenge von knapp 10.000 kWh oder 10 MWh zur Verfügung stellen. Und da ist noch kein Steigflug berücksichtigt, bei dem normalerweise fast der doppelte Kraftstoffverbrauch anfällt. Für eine Endurance von 4 Stunden, die man für innereuropäische Flugstrecken ansetzen muss, benötigt man bei rein elektrischem Flug also eine Batteriekapazität von 40 MWh und mehr. Soll ein Teil der benötigten Energie während des Fluges durch die Generatoreinheit zur Verfügung gestellt werden, dann muss die entsprechende Menge Kerosin mitgeführt werden. Schon eine Verringerung der Batteriekapazität um 25% auf 30 MWh würde bedeuten, dass (wegen des Wirkungsgrades der Generatorturbine) 2.400 l Kerosin mit geschleppt werden müssten - und die Generatoreinheit eine Leistung von einem Viertel der normalen Triebwerksleistung des A320 hätte. Von daher denke ich mal, dass das Ziel eines rein elektrischen Linienfluges noch in sehr weiter Zukunft liegt.

    cu/

    Sergeij

  7. Re: Eine Überraschung von Airbus

    Autor: Ach 23.05.14 - 20:37

    >Nein, denn der Generator muss über ein Untersetzungsgetriebe angebunden werden - und die Abwärmeverluste bleiben die gleichen.

    Mal ne Frage: das mit dem Getriebe, das habe ich irgendwo und in jedem Fall falsche Schlüsse gezogen, das ist in jedem Fall noch vorhanden, jedenfalls momentan, wie auch aus diesem anschaulichem PDF Dokument zum A321 Hilfstriebwerk hervorgeht, wobei das Getriebe bei einem Generator aber auch komplett außerhalb der Turbine angebracht wird, was die Anforderungen und Belastungen des Getriebes doch ziemlich senken sollte. Aber ist es nicht so, dass die Regel für Verbrennungsmotoren, nach der der Wirkungsgrad um so mehr steigt, je höher die Kompression und Temperaturdifferenz steigt, auch vor der Turbine nicht halt macht? Und ist es nicht so, das ein Generatortriebwerk ohne die mitzuschleppenden Fan Schaufelräder viel höher drehen würde, dabei höhere Kompressionen im Brennraum aufbauen und damit nicht nur den Wirkungsgrad sondern auch die Leistungsdichte steigern würde, wessen derer man das Triebwerk wiederum kleiner und leichter ausführen könnte? Während man die Antriebsfans größer, mit steilerem Anstellwinkel der Fanschaufeln, dafür langsamdrehender, und technisch einfacher mit einer vielleicht sogar außen liegenden Lagerungen ausführen könnte, da man den Mantel ja gar nicht mehr berücksichtigen muss?

    >> - Wartungsintervalle und Anforderungen bei einer Generator-Turbine sind geringer

    >Aus welchem Grund ?

    Weil die mechanische Belastung für die Antriebsschaufeln sinkt, seitens geringere Drehzahlen, seitens geringeren Wärmeausdehnungsbewegungen und seitens der Möglichkeiten, die Schaufelräder unabhängig der durch die Mantelturbine bedingten Kompromisse, einfacher und stabiler aufzuhängen?

    >Es gibt keine Einsparung, da beim Abstieg in der Praxis keine Rückgewinnung möglich ist.

    >Die üblichen Flugverfahren sehen nämlich beim Sinken aus dem Reiseflug eine Sinkrate von 2000ft/min und im Endanflug mit einem Gleitpfadwinkel von 3° vor. Rechnet man dies in eine Gleitzahl um, dann landet man bei Werten um die 20, beim Sinkflug aus Reiseflughöhe müsste mit einer Geschwindigkeit von 800km/h geflogen werden.

    >Nun liegt aber die Gleitzahl eines modernen Verkehrsflugzeuges im sauberen Zustand (ohne Klappen und Fahrwerk) gerade mal bei 20, dazu müsste es aber die Geschwindigkeit für das beste Gleiten einhalten, die deutlich unterhalb von 800km/h liegt.

    >In der Praxis wird also zusätzliche Motorleistung gebraucht - beim Anflug im Gleitpfad durch die stark verringerte Gleitzahl aufgrund der gesetzten Klappen und des ausgefahrenen Fahrwerks - um das in den Verfahren festgelegte vertikale Profil überhaupt einhalten zu können.

    Schon klar, so wie ich das verstanden habe, behält das Flugzeug die Reiseflughöhe bis zu dem Punkt bei, ab dem es durch einen, mehr oder weniger, Gleitflug möglichst genau den Luftraum des Flughafens trifft. Das ist auch vollkommen nachvollziehbar, aber würde sich dieser Hybridjet nicht einfach dem Flughafen so viel weiter auf Reisehöhe nähern, bis er eben schließlich doch und durch einen dann ja umso steileren Abstieg während des Sinkens rekupieren könnte?

    Bei der Landung selber, die mal wieder sehr anschaulich von dir erklärt ist, ja, da verstehe ich dass bei dieser starken Schrägstellung das Flugzeugs nicht mehr nur auf den Tragflächen ruht, sondern zusätzlich schon auf Triebwerksstrahl selber, da ist dann nix mit Rekupation weil ohne das aktive Zutun des Antriebes das Flugzeug ja quasi nach unten "plumsen" würde.

    >> - die Flugsicherheit erhöht sich stark

    >Wodurch sollte das der Fall sein?

    Durch die bei zwei verschiedenen Energiequellen eintretende Redundanz?

    >> - die lärm- und Geruchsbelastung im Flughafenbereich reduziert sich stark
    >> - ...

    >Dafür steigt sie an anderen Stellen an, solange für das Laden kein Strom aus 'sauberen' Quellen verwendet wird. Und ohne Laden funktioniert das ganze Konzept nicht.

    Wobei große Flughäfen aber doch schon und in aller Regel bereits aktuell mit einer umfassenden Stromversorgung für die dort landenden Jets ausgestattet sind.

    >Ein A320 hat im Reiseflug einen Kraftstoffverbrauch von 2.400 l Kerosin. Das entspricht einer Energiemenge von rund 24.000 kWh. Rechnet man nun noch mit einem Wirkungsgrad des Triebwerks von etwa 40%, dann müsste ein elektrisches System für einen vergleichbaren Vortrieb pro Flugstunde eine Energiemenge von knapp 10.000 kWh oder 10 MWh zur Verfügung stellen. Und da ist noch kein Steigflug berücksichtigt, bei dem normalerweise fast der doppelte Kraftstoffverbrauch anfällt. Für eine Endurance von 4 Stunden, die man für innereuropäische Flugstrecken ansetzen muss, benötigt man bei rein elektrischem Flug also eine Batteriekapazität von 40 MWh und mehr. Soll ein Teil der benötigten Energie während des Fluges durch die Generatoreinheit zur Verfügung gestellt werden, dann muss die entsprechende Menge Kerosin mitgeführt werden. Schon eine Verringerung der Batteriekapazität um 25% auf 30 MWh würde bedeuten, dass (wegen des Wirkungsgrades der Generatorturbine) 2.400 l Kerosin mit geschleppt werden müssten - und die Generatoreinheit eine Leistung von einem Viertel der normalen Triebwerksleistung des A320 hätte. Von daher denke ich mal, dass das Ziel eines rein elektrischen Linienfluges noch in sehr weiter Zukunft liegt.

    Keine Frage, bis zu einem rein elektrischer Ersatz für die aktuellen Passagierjets ist es ein noch langer und steiniger Weg, und eine Schlüsselrolle kommt mal wieder der Batterietechnik zu, in der Luftfahrt noch mehr als irgendwo anders, und da muss die Energiedichte noch ganz erheblich zunehmen.

  8. Re: Eine Überraschung von Airbus

    Autor: Max-M 25.05.14 - 13:09

    Warum flüssig und nicht stark komprimiert?
    Mitlerweile gibt es doch als sicher geltende Tanks, in denen Wasserstoff mit einem Druck von 700 bar gespeichert werden kann.

  9. Re: Eine Überraschung von Airbus

    Autor: Technikfreak 25.05.14 - 13:33

    Max-M schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Warum flüssig und nicht stark komprimiert?
    > Mitlerweile gibt es doch als sicher geltende Tanks, in denen Wasserstoff
    > mit einem Druck von 700 bar gespeichert werden kann.
    Vielleicht weils dann wirklich gefährlich wird, wenn ein Tank ein Leck bekommt..

  10. Re: Eine Überraschung von Airbus

    Autor: Ach 25.05.14 - 16:00

    Mir ist da gerade noch ein gewichtiges Argument (leider) gegen Wasserstoff über den Weg gelaufen. Es stammt von jemandem der ziemlich tief in die Technik involviert ist, einem der Erfinder und Konstrukteure des Englischen Wasserstoff-Hybrid-Raketen/Düsentriebwerks, mit dem irgendwann Flugzeuge in den Orbit aufsteigen sollen. Wasserstoff sei eigentlich ein ganz vorzüglicher Treibstoff für den Luftverkehr, er sei aber schlicht und einfach unbezahlbar.

    Siehe: The 10 Million Challenge

    Besonders die Verflüssigung würde eine Unmenge an Energie verschlingen, Alias Unmenge an Kosten erzeugen. Bedeutete, man bräuchte um so mehr, und hoffentlich über den Skalierungseffekt einmal billige sowie natürlich auch CO² neutrale erneuerbare Energielieferanten, um das irgendwann mal rentabel zu machen. Andererseits, ist das die Erklärung dafür warum man überdimensionierten Flugzeugrümpfen noch den Vorzug gegenüber Flüssigwasserstofftanks gibt.

  11. Re: Eine Überraschung von Airbus

    Autor: Ach 25.05.14 - 16:22

    Max-M schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Warum flüssig und nicht stark komprimiert?
    > Mitlerweile gibt es doch als sicher geltende Tanks, in denen Wasserstoff
    > mit einem Druck von 700 bar gespeichert werden kann.

    Gutes Argument, befindet sich derweil alles in Forschung und Erprobung, siehe IWR:

    Man unterscheidet grundsätzlich drei unterschiedliche Speicherungsmöglichkeiten von Wasserstoff: gasförmig in Druckbehältern, flüssig in vakuumisolierten Behältern und als Einlagerung in Metallen auf molekularer Ebene.

    1. gasförmiger Wasserstoff in Druckbehältern

    Kleinere Mengen gasförmigen Wasserstoffs lassen sich in Druckgasflaschen speichern. Je höher der Druck ist, desto größer ist auch die Speicherdichte. Üblicherweise wird gasförmiger Wasserstoff bei einem Druck zwischen 200 (0,5 kWh/l) und 300 bar (0,8 kWh/l) in Druckbehältern gespeichert. Tanks für einen Druck von 700 bar befinden sich derzeit im Entwicklungsstadium. Für die Zukunft stellt die Entwicklung leichterer Behälter eine Herausforderung dar, denn die Druckbehälter können aufgrund ihrer Beschaffenheit sehr schwer werden.

    2. flüssiger Wasserstoff in vakuumisolierten Behältern

    Kalter, flüssiger Wasserstoff wird in stationären oder mobilen Spezialtanks (Kryotanks) gespeichert. Bei einer Temperatur von -253° C beansprucht flüssiger Wasserstoff nur noch etwa ein Fünftel des Volumens als im gasförmigen, komprimierten Zustand. Die Speicherdichte liegt bei 2,13 kWh/l. Die Speicherung des Wasserstoffs im flüssigen Zustamd ist besonders für den Einsatz im mobilen Bereich interessant. Jedoch ist der mehrstufige Abkühlungsprozess sehr energieaufwendig. Der zusätzliche energetische Aufwand für diese Kühlung beträgt ca. ein Drittel der letztlich gespeicherten Energie.

    3. Einlagerung von Wasserstoff in Metallhybriden oder Kohlenstoff-Nanoröhren

    Aus der Automobilforschung entwickelte sich die Methode, Wasserstoffatome in festen und einfach zu handhabenen Metallkörpern (Metallhybridspeicher) zu speichern. Die Speicherdichte beträgt 1-1,5 kWh/l und ist somit höher als im flüssigen Zustand. Metallhybride entstehen aus verschiedenen Metallen (z.B. Aluminium, Magnesium, Palladium), die unter erhöhtem Druck und unter Abgabe von Wärme Wasserstoffatome wie ein Schwamm aufsaugen. Dabei lagern sich der Wasserstoff in das Kristallgitter der Metalle ein und wird so chemisch gebunden. Je höher der Umgebungsdruck bei diesem Vorgang ist, desto höher ist auch die Wasserstoffkonzentration im Kristallgitter....


    Also hast du bei so hohen Drücken das Problem, dass die Wände deines Tanks sehr schwer werden, bei einem Schiff egal, da kann man sich das im Hinterkopf behalten, aber nicht gut für ein Flugzeug.

  12. Re: Eine Überraschung von Airbus

    Autor: tingelchen 26.05.14 - 15:06

    Deine Geschichte klingt sehr an den Haaren herbeigezogen. Zum einen, wenn du direkt daneben gestanden hättest und die Explosion so stark war das 16 weitere Fahrzeuge beschädigt wurden zzgl. 2 Gebäude, bin ich mir sicher das dein Land Rover, der wie du sagst, direkt daneben stand, nicht nur Schrott wäre, sondern der Insasse, also du, das wohl ebenfalls nicht überlebt hättest.

    Zumal Wasserstoff weniger explodiert, sondern eher verpufft. Das Zeug ist so flüchtig das es nicht lange genug brennt um andere Materialien in Brand zu stecken. Im Gegensatz zu Benzin. Die Benzingase sind sehr leicht entzündlich und sorgen für einen ordentlichen Knall und stecken damit das Benzin in Brand. Welches darauf hin sehr lange und ausgiebig brennt.

    Ich sage nicht das Wasserstoff ungefährlich sei. Aber Benzin ebenfalls alles andere als ungefährlich.

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