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Fantriebe > 1.Übersicht > Flashcards

1.Übersicht Flashcards

1
Q

Anwendungsspektrum für Antriebe

—> nenne ein paar: ??

A
  • PKW
  • Flugzeuge
  • Schiffe
  • Motorrad
  • Straßenbahn
  • LKW
  • Busse
  • Roller
  • Kleinstfahrzeuge
  • Züge
  • Mikromobilität
  • Kreuzfahrtschiffe
  • Schwertransporter
  • Mienenfahrzeuge
  • Baumaschinen
  • Stationäranwendungen
  • Non Road
  • Landwirtschaft
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2
Q

Anwendungsspektrum für PKW-Antriebe

—> Nenne ein paar: ??

A
  • Mini-PKW
  • Kompaktklasse
  • Oberklasse
  • Luxus
  • Van
  • Pickup
  • Geländewagen
  • Cabriolet
  • Sportwagen
    —> mit Fotos auf Folie 9!!!!
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3
Q

Wirtschaftliche Bedeutung der Automobilindustrie in der Welt

  • 2019 wurden weltweit 92 mio. Fahrzeuge (PKW,LKW) produziert.
    —> durch Corona-Krise sank das Produktionsvolumen auf 78mio. Fahrzeuge ab
  • der weltweite Umsatz der Automobilindustrie betrug 2017 3,4 Billionen US$ (ca. 3,1 Billionen Euro), dies entspricht in etwa der Volkswirtschaft von Deutschland
  • 9 Millionen direkt Beschäftigte in der Automobilindustrie in 2005
  • 133 Milliarden Euro wurden 2019/20 weltweit im Bereich Automobil in Forschung und Entwicklung (F&E) investiert

(NUR LESEN)

A

…

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4
Q

Umwelt: Aufteilung weltweiter, anthropogener (durch den Menschen verursacht) CO2-Emissionen

—> siehe Abbildung Folie 11

A

…

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5
Q

Der Verkehr macht an den anthropogenen (durch den Menschen verursacht) CO2-Emissionen ca. ??% aus. (Weltweit)

A

14%

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6
Q

Notwendigkeit der Verringerung von Emissionen und Endlichkeit von Ressourcen wurde bereits frühzeitig erkannt:
—> IRVW, 1977 (Folie 12)
—> Öko-Polo (Folie 13)
—> 3-Liter-Auto (VW Lupo 3l) (Folie 14)
—> beim Kunden fielen diese Sparmobile aber durch stattdessen: Anstieg an SUV- Neuzulassungen

A

…

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7
Q

Umwelt: Einfluss der Antriebe auf die Luftqualität an einer Straße am Bsp. NO2

—> siehe Folie 16 !!!!

—> Der Verkehr hat einen hohen Einfluss auf die Luftqualität. Auch wenn die Emission der Antriebe immer weiter sinken, so besteht weiterhin Bedarf an Innovationen. Das gilt auch für E-Antriebe!

(Nur lesen)

A

(…)

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8
Q

Weltweiter Bestand an Light-duty-Fahrzeugen

Der weltweite Fahrzeugbestand ?(1)? in den nächsten Jahren weiter.
Um so wichtiger ist es, die Emissionen der ?(2)? weiter zu senken.

A

(1) steigt

(2) Antriebe

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9
Q

Marktanforderungen an Antriebsstränge von PKW

—> in Osteuropa: ?? (2)

A
  • Robustheit

- Kosten

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10
Q

Marktanforderungen an Antriebsstränge von PKW

—> in Deutschland/Westeuropa: ?? (2)

A
  • Performance

- Antriebsart

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11
Q

Marktanforderungen an Antriebsstränge von PKW

—> in Nordamerika: ??

A
  • Automatik
  • Allrad
  • Zylinderanzahl und Hubraum als Status
  • Verbrauch gewinnt an Bedeutung
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12
Q

Marktanforderungen an Antriebsstränge von PKW

—> in Asien: ??

A
  • Motorleistung/Beschleunigung

- Emissionen gewinnen an Bedeutung

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13
Q

China wird zum Leitmarkt

—> siehe Folie 19

A

…

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14
Q

Motoren für Fahrzeuge:

1) typische Motoren: ?? (3)
2) weitere Bsp.: ?? (4)

A

1) typische Motoren:
- Ottomotor
- Dieselmotor
- Elektromotor

2) weitere Bsp.:
- Dampfmaschinen
- Wankelmotor
- Stirlingmotor
- Turbine

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15
Q

Was versteht man unter Hybridantrieben allg.: ??

A

Ein Hybridantrieb besteht aus einer Kombination von Motoren.
—> i.d.R. ein Verbrennungsmotor und ein oder mehrere Elektromotoren

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16
Q

Energieträger zur Speicherung im Fahrzeug

—> nenne Beispiele: ?? (7)

A
  • Benzin
  • Diesel
  • CNG (Compressed Natural Gas)
  • LNG (liquefied natural gas)
  • LPG (liquefied Petroleum Gas)
  • H2 (Wasserstoff)
  • elektrische Energie in Batterien
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17
Q

Werden flüssige oder gasförmige Kraftstoffe auf Basis regenerativ produzierten Stroms synthetisch hergestellt, so werden sie auch ?? genannt.

A

E-Fuels

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18
Q

Primärenergie aus folgenden ursprünglich vorkommenden Energieformen oder Energiequellen: ?? (8)

A
  • Braunkohlen
  • Steinkohlen
  • Mineralöl
  • Erdgas
  • Kernenergie
  • Sonnenstrahlung
  • Wind
  • Wasserkraft
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19
Q

Es gibt zahlreiche Antriebsarten. Man wählt die gewünschte Antriebsart anhand folgender Kriterien aus: ?? (5)

A
  • Anwendungsgebiet
  • Anforderungen an die Emissionen
  • Verfügbarkeit
  • Infrastruktur
  • Kosten
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20
Q

Grenzen der Energiedichte

—> siehe Folie 21 !!!

A

…

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21
Q

Energiedichte und Leistungsdichte elektrischer Speicher

(Bei Energiedichte ist die logarithmische Skalierung zu beachten)

—> siehe Folie 22!!

A

…

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22
Q

Kraftstoffherstellung auf Basis von Erdöl

Beschreibe den Prozess grob!

A

1) Erdöl fördern
2) das Rohöl zur Raffinerie transportieren
3) von der Raffinerie werden Mineralölprodukte (leichtere Produkte wie Flüssiggas/Benzin/… oder schwerere Produkte wie Schmierstoffe/schweres Heizöl/…) ausgeliefert

Siehe genauer Folie 23

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23
Q

Kraftstoffherstellung aus Erdöl

—> Destillationsprozess (siehe Folie 24)

A

…

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24
Q

Kraftstoffherstellung aus Erdöl

1) Beim Destillationsprozess ergibt sich ein natürliches Verhältnis zwischen ?
2) Nur mit ?? kann das Verhältnis verschoben werden

A

1) den einzelnen Endprodukten

2) zusätzlichem Energieaufwand

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25
Q

Der Ölpreis ist stark volatil und starken Schwankungen ausgesetzt, welche durch politische Einflussnahmen und Spekulationen getrieben werden.

Wahr/Falsch?

A

Wahr

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26
Q

Wirkungsgradkette von der Stromproduktion bis zur Energieumwandlung auf der Straße

Stromproduktionskosten am Beispiel EU
—> stark fallende Kosten bei Solar- und Windkraft
—> steigende Kosten bei Kohle (fossilen Brennst.)
—> siehe Folie 26

A

…

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27
Q

Die Kosten für Windkraft- und Solaranlagen fallen weltweit weiter, wohingegen die Kosten für herkömmliche Kraftwerke u.a. aufgrund von benötigten CO2-Zertifikaten steigen werden.

2/3 aller Investitionen in neue Kraftwerke werden 2040 in erneuerbare Energien investiert, da sie für viele Länder zur preiswertesten Energiequelle werden.

(Nur lesen)

A

…

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28
Q

Stromgestehungskosten

Die Methode der Levelized Costs of Electricity (LCOE) ermöglicht es, Kraftwerke unterschiedlicher Erzeugungs- und Kostenstruktur miteinander zu vergleichen. Die Stromgestehungskosten ergeben sich aus der Gegenüberstellung aller über die Lebensdauer der Anlage für die Errichtung und den Betrieb der Anlage anfallenden Kosten und der Summe der
erzeugten Energiemenge über die Nutzungsdauer

—> Hinweis: Auch die Entsorgungskosten müssen berücksichtigt werden

(Nur lesen)

[…] Quelle: C. Kost, S. Shammugam. V. Jülch, H.-T. Nguyen, T. Schlegl, Stromgestehungskosten erneuerbare Energien, Fraunhofer ISE, März 2018

A

…

29
Q

Regenerative Energien: Solarthermie
—> siehe Folie 28

Energiespeicherung ist auch möglich in Form von H2, Methanol,…

A

…

30
Q

Antriebe für Fahrzeuge

1) Der Antrieb ist definiert als das System, welches welche Komponenten umfasst? (3)
2) Was wandeln diese um?

A

1)
- Energiespeicher
- Energiewandler
- Getriebe

2) gespeicherte Energie in mechanische Energie
—> welche dann den Rädern für den Antrieb des Fahrzeuges zugeführt wird

31
Q

Antriebe für Fahrzeuge

1) Aktuell typische Motoren für PKW? (3)
2) weitere Motorenarten: ?? (2)

A

1)
- Ottomotoren
- Dieselmotoren
- Gasmotoren
- E-Maschinen
—> und deren Kombination

2)
- Gasturbinen
- Wankelmotoren
-

32
Q

Alternative Antriebe im PKW- und Nutzfahrzeugbereich sind Antriebe, die ??

A

…, die nicht auf Basis von Erdöl betrieben werden

33
Q

Alternative Antriebe sind Alternativen zu den bisher am Markt vorherrschenden Antrieben.

(Nur lesen)

A

…

34
Q

Atomkraft in Deutschland:
Aufwand und Ertrag

Höhere Ausgaben als Einnahmen (bis jetzt!)
—> siehe Folie 33

A

…

35
Q

Wirkungsgrad Verbrennungsmotor

Wie lautet die Formel zur Berechnung des effektiven Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors?

A

—> siehe KT oder Folie 34 (VL1)!!!

36
Q

Was bezeichnet man als Betriebspunkt?

A

Eine Kombination aus einer Drehzahl und einem Drehmoment

37
Q

Der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors ist je nach Betriebspunkt unterschiedlich.

Wahr/Falsch?

A

WAHR

38
Q

Ein Verbrennungsmotor für PKW kann einen Wirkungsgrad von bis zu ??% erreichen.

A

45%

39
Q

Beispiel für modernen Ottomotor

PKW mit Ottomotor: Golf GTI

  • Motor: 2.0 TSI Vierzylinder-Turbo Ottomotor mit Partikelfilter (OPF)
  • max. Leistung: 213kW bei 5.400 bis 6400 U/min
  • Max. Drehmoment: 380Nm bei 1950 bis 5300 U/min
  • Getriebe: 7-Gang-DSG
  • Höchstgeschwindigkeit: 250 km/h (optimal 260 km/h)
  • 0-100km/h: 5,6s
  • Kraftstoffverbrauch: kombiniert 6,7l/100km im NEFZ
  • Leergewicht (DIN): 1.410kg

(NUR LESEN!!)

A

…

40
Q

CNG-Antrieb (Erdgas-Antrieb): VW Polo TGI

  • Motor: 1.0l - Dreizylinder-Ottomotor
  • CNG-Speicherinhalt: 13,8 kg
  • Reichweite: 368 km
  • Kraftstoffverbrauch CNG: kombiniert 3,4 - 3,2 kg/100km im NEFZ
  • CO2-Emission: 88 - 93 g/km

Golf TGI:
- Motor: 1,5l-Vierzylinder Ottomotor
TGI-Miller-Brennverfahren mit einer Verdichtung von 12, 5:1, Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie
- CNG-Speicherinhalt: 17,3 kg
- Kraftstoffverbrauch CNG: kombiniert 3,6 - 3,5 kg/100km
- CO2-Emission: 98 - 95 g/km

(NUR LESEN)

A

…

41
Q

Beispiel für modernen Dieselmotor
PKW mit Dieselmotor: Passat TDI

  • Motor: 2.0 TDI Evo Turbodiesel
  • max. Leistung: 110kW bei 3500 bis 4000U/min
  • max. Drehmoment: 340Nm bei 1750 - 3000 U/min
  • Getriebe: 6-Gang-Schaltgetriebe
  • Höchstgeschwindigkeit: 218km/h
  • 0 - 100km/h: 8,9s
  • Kraftstoffverbrauch: kombiniert 4,4l/100km im NEFZ
  • CO2-Emission: 115 g/km
  • Tankvolumen: 66l Diesel, 16l AdBlue
  • Leergewicht (RL 92/21/EWG): 1540 kg

(NEFZ: Neuer europäischer Fahrzyklus)
(der NEFZ wurde vom WLTP (worldwide Harmonized Light Verhicles Test Procedure) abgelöst, lediglich für offizielle Kraftstoffverbrauchsangaben wird der NEFZ-Wert noch verwendet)

(NUR LESEN)

A

…

42
Q

Warum ermöglicht der Erdgas(CNG)-Antrieb niedrigere CO2-Emissionen?

A

Weil er das günstigere Kohlenwasserstoff Verhältnisses hat.

43
Q

Bsp. Für PKW mit Plug-In-Hybrid: Gold GTE

  • Verbrennungsmotor: 4-Zylinder-Ottomotor
  • Leistung: 110 kW bei 5000 - 6000 U/min
  • Drehmoment: 250 Nm bei 1500 - 3500 U/min
  • Getriebe: 6-Gang-Doppelkupplungsgetriebe
  • E-Maschine: permanentmagneterregte Synchronmaschine
  • Leistung: 75kW bei 2500
  • Systemleistung: 150 kW
  • Systemdrehmoment: 350 Nm
  • Höchstgeschwindigkeit: 222 km/h
  • 0-100km/h: 7,6 s
  • Batterietyp: Lithium-Ionen-Batterie
  • Batteriekapazität: 8,7 kWh
    —> der Nachfolger wird eine 50% höhere Batteriekapazität haben
  • Reichweite: 740 - 760 km im NEFZ
    45 - 49 km rein elektrisch im NEFZ
  • Kraftstoffverbrauch: kombiniert 1,8 - 1,6l/100km im NEFZ
  • Leergewicht: 1615 kg
  • CO2-Emission: 43 - 47 g/km

—> komplexer Antriebsstrang mit zwei Motoren und 2 Energiespeichern

(NUR LESEN)

A

…

44
Q

Wirkungsgrad eines Elektromotors

—> Formel?

A

Siehe KT oder Folie 38 (1.VL)!

45
Q

Elektromotor

Der Wirkungsgrad ist je nach Betriebspunkt unterschiedlich.

Wahr/Falsch?

A

Wahr

46
Q

Ein Elektromotor für PKW kann einen Wirkungsgrad von bis zu ??% erreichen.

A

95

47
Q

E-Fahrzeug mit Batterie
—> Bsp.: Tesla Model S Maximale Reichweite

  • Reichweite: 663km (WLTP)
  • Höchstgeschwindigkeit: 250 km/h
  • Systemleistung: 500kW
  • Leergewicht: 2069kg
  • Batterie: Lithium-Ion
  • Batteriekapazität: 90 kWh nett/ 95kWh brutto
  • Ladeleistung: 16,5 kW AC; 250 kW DC

—> für hohe Ladeleistungen wird also Gleichstrom genutzt

—> Neben der großen Batterie sind in dem Fahrzeug von Tesla auch sehr Leistungsstarke E-Maschinen verbaut, die extreme Beschleunigungswerte ermöglichen

(NUR LESEN!)

A

…

48
Q

Besonderheit beim Elektromotor:
Ab Drehzahl Null steht das ?? zur Verfügung

—> dies ist bei Lastwechseln (z.B. Beschleunigung) von Vorteil gegenüber dem Verbrennungsmotor

A

Volle Moment

49
Q

Bei den Wirkungsgradvergleichen ist was wichtig?

A

Es ist wichtig die gesamte Wirkungsgradkette zu vergleichen.

50
Q

In kleinen E-Fahrzeuge mit geringen Abmessungen können keine große Batterien untergebracht werden.
Kleinere Fahrzeuge bringen deshalb trotz ihrem geringen Energiebedarf bisher eine ??

A

geringere Reichweite

51
Q

E-Fahrzeug mit Batterie
—> Bsp.: Mercedes EQS

  • Reichweite: 780 km (WLTP)
  • Höchstgeschwindigkeit: 210 km/h
  • 0 - 100km/h: 6,2s
  • Systemleistung: 245 kW
  • Leergewicht: 2480kg
  • Batterie: Lithium-Ion
  • Batteriekapazität: 108 kWh netto
  • Ladeleistung: 22kW AC; 200 kW DC

(Nur lesen)

A

…

52
Q

Nutzfahrzeuge mit E-Antrieb sind für den ?(1)? Lieferverkehr mit planbarer Streckenlänge geeignet.

A

Innerstädtischen

53
Q

Nutzfahrzeuge mit E-Antrieb:

Nenne die ausschlaggebenden Vorteile! (2)

A
  • leiser Betrieb

- lokale Emissionsfreiheit

54
Q

Beispiel E-Fahrzeug mit Batterie:
Street Scooter Work Box (2016)
—> von Deutscher Post entwickelt

  • Batterietyp: Lithium-Ion
  • Batteriekapazität: 20 kWh
  • Ladedauer: 4,5h (0 - 80%), 7h (0 - 100%)
  • elektr. Reichweite: max. 80km
  • Höchstgeschwindigkeit: 85 km/h
  • Peak Leistung/Dauerleistung: 48 kW / 38 kW
  • Leergewicht: 1.440 kg
  • Zuladung: 740 kg

(NUR LESEN)

A

…

55
Q

Brennstoffzellenantrieb (GLC F-Cell)
—> Bsp.

Kleinserie: 2018 - 2020
Tankinhalt: 4,4 kg H2 
Batterie: Lithium-Ionen 
Batteriekapazität: 13,8 kWh (brutto) 
Reichweite: 478 km im NEFZ

(NUR LESEN)

A

…

56
Q

Ein Brennstoffzellenantrieb ist ein ?(1)?-Antrieb mit einer ?(2)? als Energiewandler.

A

(1) E-Antrieb

(2) Brennstoffzelle

57
Q

Wirkungsgradkette von der Stromproduktion bis zur Energieumwandlung auf der Straße

Siehe Folie 45!!!

A

…

58
Q

Wirkungsgradkette von der Stromproduktion bis zur Energieumwandlung auf der Straße

Die Elektrizität aus regenerativer Energie ist auf den ersten Blick überlegen gegenüber H2, CH4, e-Diesel/e-Gasoline.
Sie hat aber welches Problem?

A
  • Hohe Abhängigkeit von einer schwankenden Produktion von Solar- und Windkraft.
  • Speicherproblematik aufgrund einer niedrigen Energiedichte und im Vergleich lange Ladezeiten
    —> alternative Kraftstoffe wie Wasserstoff oder e-Fuels werden daher begünstigt, wenn kostengünstige Strukturen erreicht werden
59
Q

Technologieeinflüsse auf die Marktentwicklung:
—> Bsp.: Dieselmotoren in Europa
—> Schaubild zeigt exemplarisch wie IST-Zustand und Prognose durch Technologiefortschritte differieren können
—> deshalb sind in der Unternehmensführung regelmäßige Milestones mit der Überprüfung der Kennwerte unabdingbar
—> siehe Folie 45

A

…

60
Q

Einflüsse auf die Marktentwicklung:
Beispiel Dieselmotoren in Europa
—> siehe Folie 47

A

…

61
Q

Alternative Antriebsflotte von Daimler in den 70er Jahren (Folie 48)

A

…

62
Q

Technologieeinflüsse auf die Marktentwicklung: Hybridantriebe am Bsp. Toyota
—> siehe Folie 48

Zeigt den erfolgreichen Technologieeinfluss auf die Marktentwicklung am Beispiel des Hybridantriebs, welcher von Toyota konsequent in den Segmenten umgesetzt wurde.

A

…

63
Q

E-Antriebe gewinnen an Bedeutung

—> Statistiken zu Neuzulassungszahlen
—> siehe Folie 51

A

…

64
Q

Antriebe für Carsharing-Fahrzeuge

Für andere, neue Anwendungsfälle sind neue Spezifikationen zu erarbeiten und dann zu realisieren.
—> Welche Antriebe benötigen Fahrzeuge im Carsharing?
—> Welche Höchstgeschwindigkeit ist für diese Fahrzeuge notwendig?
—> Welche Antriebsleistung ist für diese Fahrzeuge notwendig?
—> Welche Laufleistung ist für diese Fahrzeuge notwendig?

(Nur lesen)

A

…

65
Q

Auch für autonom fahrende Fahrzeuge sind neue Spezifikationen zu erarbeiten und dann zu realisieren.

Welche Antriebe benötigen autonom fahrende Fahrzeuge?

  • Welche Höchstgeschwindigkeit ist für ein autonom fahrendes Fahrzeug notwendig?
  • Welche Antriebsleistung ist für ein autonom fahrendes Fahrzeug notwendig?
  • Welche Laufleistung ist für ein autonom fahrendes Fahrzeug notwendig?

(Nur lesen)

A

…

66
Q

Anforderungen

Das technische Optimum kann nicht immer ?? umgesetzt werden.

A

Wirtschaftlich

67
Q

Was hilft dabei die Kosten einer technischen Lösung zu senken?

A

hohe Stückzahlen
—> darum sind Lösungen immer auch in Abhängigkeit der Stückzahl zu bewerten

(So wird es bei ausreichend hoher Stückzahl optimierte Getriebe für Hybridantriebe geben oder an die Nutzung von Carsharing angepasste Antriebe)

68
Q

Lerninhalte dieser 1.VL („Übersicht“):

  • Bedeutung der Automobilindustrie in der Welt
  • Primärenergie, Energieträger und Antrieb
  • Aufteilung weltweiter, anthropogener (durch den Menschen verursacht) CO2–Emissionen
  • (Technologie-)Einflüsse auf die Marktentwicklung
  • Antriebsarten
  • Alternativer Antrieb
  • Wirkungsgrad Verbrennungsmotor
  • Wirkungsgrad Elektromotor
  • Antriebe für autonom fahrende Fahrzeuge
  • Antriebe für Carsharing-Fahrzeuge
  • Technisches Optimum vs. Wirtschaftlichkeit
A

(…)

Fantriebe (17 decks)

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