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DE102012209240A1 - Verfahren zur Plausibilisierung einer Messvorrichtung zur Ermittlung einer Qualität einer Harnstoffwasserlösung in einem Behälter eines SCR-Katalysatorsystems - Google Patents

Verfahren zur Plausibilisierung einer Messvorrichtung zur Ermittlung einer Qualität einer Harnstoffwasserlösung in einem Behälter eines SCR-Katalysatorsystems Download PDF

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DE102012209240A1
DE102012209240A1 DE102012209240A DE102012209240A DE102012209240A1 DE 102012209240 A1 DE102012209240 A1 DE 102012209240A1 DE 102012209240 A DE102012209240 A DE 102012209240A DE 102012209240 A DE102012209240 A DE 102012209240A DE 102012209240 A1 DE102012209240 A1 DE 102012209240A1
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DE
Germany
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container
water solution
urea water
quality
filling
Prior art date
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Ceased
Application number
DE102012209240A
Other languages
English (en)
Inventor
Wolfgang Klenk
Matthias Burger
Reinold Weinmann
Wilhelm Dueck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to FR1354781A priority patent/FR2991381B1/fr
Priority to US13/907,643 priority patent/US9239320B2/en
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Abstract

Ein Verfahren zur Plausibilisierung einer Messvorrichtung zur Ermittlung einer Qualität einer Harnstoffwasserlösung in einem Behälter eines SCR-Katalysatorsystems, umfasst das Bestimmen, ob eine Befüllung des Behälters stattgefunden hat, das Bestimmen der Qualität der Harnstoffwasserlösung in dem Behälter, und das Ermitteln, ob ein Fehler der Messvorrichtung vorliegt oder ob der Behälter mit einer Harnstoffwasserlösung befüllt wurde, deren Qualität von einer Vorgabe abweicht, aus einem Befüllungsstatus des Behälters und der Qualität der Harnstoffwasserlösung in dem Behälter.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung einer Messvorrichtung zur Ermittlung einer Qualität einer Harnstoffwasserlösung in einem Behälter eines SCR-Katalysatorsystems. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird.
  • Stand der Technik
  • Um die immer strengeren Abgasgesetzgebungen zu erfüllen, ist es notwendig, Stickstoffdioxide im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, zu verringern. Hierzu ist es bekannt, im Abgasbereich von Brennkraftmaschinen einen SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) anzuordnen, der dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine enthaltene Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxid im Abgas erheblich verringert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH3) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Als Reduktionsmittel werden daher NH3 bzw. NH3-abspaltende Reagenzien eingesetzt. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung (Harnstoffwasserlösung) verwendet, die vor dem SCR-Katalysator im Abgasstrang eingespritzt wird. Aus dieser Lösung bildet sich Ammoniak, das als Reduktionsmittel wirkt. Eine 32,5 %ige wässrige Harnstofflösung ist unter dem Markennamen AdBlue® kommerziell erhältlich.
  • Bei Nutzfahrzeugen wird die Harnstoffwasserlösung vom Fahrer nachgefüllt. Auch bei Pkws wird in Zukunft eine Nachfüllung durch den Fahrer außerhalb von Wartungsintervallen diskutiert. Eine Überprüfung, ob es sich bei der nachgefüllten Substanz tatsächlich um Harnstoffwasserlösungen handelt, bzw. ob die Harnstoffkonzentration in der Harnstoffwasserlösung der relevanten Norm ISO 22241 bzw. DIN 70070 entspricht, erfolgt bisher nicht. Der Gesetzgeber fordert jedoch in Zukunft eine Überprüfung, um einen möglichen Betrugsversuch beim Nachfüllen der Harnstoffwasserlösung sofort zu erkennen und entsprechende Maßnahmen, wie beispielsweise eine Begrenzung des Motorstarts oder eine Reduzierung der Motorleistung einleiten zu können. Zu diesem Zweck sollen die Systeme um einen Qualitätssensor erweitert werden, welcher die Qualität der Harnstoffwasserlösung bestimmt. Ein SCR-System mit einem solchen Qualitätssensor ist beispielsweise aus der DE 101 39 142 A1 bekannt. Dieses Dokument beschreibt jedoch nicht, wie eine Fehlfunktion des Qualitätssensors erkannt werden kann, um eine fälschliche Detektion einer abweichenden Harnstoffkonzentration oder einer Befüllung mit einer Substanz, bei der es sich nicht um Harnstoffwasserlösung handelt, zu verhindern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Plausibilisierung einer Messvorrichtung zur Ermittlung einer Qualität einer Harnstoffwasserlösung in einem Behälter eines SCR-Katalysatorsystems, d. h. eines Qualitätssensors, umfasst das Bestimmen, ob eine Befüllung des Behälters stattgefunden hat. Die Qualität der Harnstofflösung in dem Behälter wird bestimmt und es wird ermittelt, ob ein Fehler der Messvorrichtung vorliegt oder ob der Behälter mit einer Harnstoffwasserlösung befüllt wurde, deren Qualität von einer Vorgabe abweicht, indem ein Befüllungsstatus des Behälters und die Qualität der Harnstoffwasserlösung in dem Behälter ausgewertet werden. Der Qualitätssensor kann erfindungsgemäß in dem Behälter angeordnet sein. Er kann alternativ aber auch in einer Leitung angeordnet sein, durch welche die Harnstoffwasserlösung auf ihrem Weg zum SCR-Katalysator transportiert wird, beispielsweise in einer Leitung eines Fördermoduls.
  • Vorzugsweise wird darauf erkannt, dass der Behälter mit einer Harnstoffwasserlösung befüllt wurde, deren Qualität von einem vorgegebenen Wert abweicht, wenn eine Befüllung des Behälters stattgefunden hat und wenn die Messvorrichtung zur Ermittlung einer Qualität ermittelt, dass die Konzentration der Harnstoffwasserlösung von einem vorgegebenen Wert abweicht, die Harnstoffwasserlösung verunreinigt ist und/oder es sich bei dem Inhalt des Behälters nicht um eine Harnstoffwasserlösung handelt.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass darauf erkannt wird, dass das Signal der Messvorrichtung nicht plausibel ist, wenn keine Befüllung des Behälters stattgefunden hat und wenn die Messvorrichtung zur Ermittlung einer Qualität ermittelt, dass die Konzentration der Harnstoffwasserlösung einen vorgegebenen Wert überschreitet, die Harnstoffwasserlösung verunreinigt ist und/oder es sich bei dem Inhalt des Behälters nicht um eine Harnstoffwasserlösung handelt.
  • Außerdem ist es bevorzugt, dass darauf erkannt wird, dass ein Fehler der Messvorrichtung vorliegen könnte, wenn keine Befüllung des Behälters stattgefunden hat und wenn die Messvorrichtung zur Ermittlung einer Qualität ermittelt, dass die Konzentration der Harnstoffwasserlösung einen vorgegebenen Wert überschreitet. In diesem Fall ist es allerdings auch möglich, dass eine Alterung der Harnstoffwasserlösung erfolgt ist. Dann ist die OBD-Gesetzgebung anzuwenden, d. h. die Harnstoffwasserlösung muss bei weiterer Abnahme ihrer Konzentration ausgetauscht werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Konzentration zu gering ist und den OBD-Grenzwert einzuhalten.
  • Bei dem vorgegebenen Wert für die Konzentration der Harnstoffwasserlösung handelt es sich insbesondere um eine Konzentration im Bereich von 26,5 Gew.-% bis 33,5 Gew.-%. Dieser Bereich deckt u. a. die zulässige Konzentration von AdBlue® gemäß der Norm ISO 22241 bzw. DIN 70070 ab.
  • Ob eine Befüllung des Behälters stattgefunden hat, kann beispielsweise über einen Füllstandssensor in dem Behälter ermittelt werden. Vorzugsweise wird das Signal des Füllstandssensors in dem Behälter ausgewertet, um auch hinsichtlich des Befüllvorgangs einen Betrugsversuch, beispielsweise durch langsames Nachfüllen, auszuschließen. Besonders bevorzugt wird das Signal des Füllstandssensors mit einer Menge an im SCR-Katalysator eindosierter Harnstoffwasserlösung plausibilisiert. Eine weitere erfindungsgemäß bevorzugte Alternative, um zu bestimmen, ob eine Befüllung des Behälters stattgefunden hat, ohne dass hierbei die Möglichkeit einer Manipulation besteht, besteht darin, dass überprüft wird, ob eine Öffnung eines Deckels des Behälters stattgefunden hat.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem SCR-Katalysatorsystem mit Qualitätssensor implementiert werden, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu dient das erfindungsgemäße Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, dient zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • 1 zeigt ein SCR-Katalysatorsystem mit einem Qualitätssensor gemäß dem Stand der Technik.
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Ein SCR-Katalysatorsystem gemäß der WO 2006/051017 A1 , in welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, ist in 1 dargestellt. In einem Vorratstank 100 mit einem Deckel 101 ist eine wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung zur Reinigung eines Abgases eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs gespeichert, welche über eine Förderpumpe 102 und eine nicht näher bezeichnete Leitung sowie einen Vorfilter 103 in ein Dosierventil 104 einbringbar ist. Im Vorfilter 103 wird die Harnstofflösung grob gereinigt. Die Förderpumpe 102 ist mit einem Bypassventil 105 umgehbar, welches bei einem zu hohen Druck in einer Normalbetrieb-Förderrichtung 106 stromab der Förderpumpe 102 öffnet. Die Förderpumpe 102 fördert die wässrige Harnstofflösung in die durch einen Pfeil gekennzeichneten Normalbetrieb-Förderrichtung 106 zu dem Dosierventil 104, welches die Harnstofflösung direkt, ohne Luftunterstützung zu einer Aerosolbildung, in einen Abgasstrang dosiert. Stromab der Förderpumpe 104 ist ein Filter 107 angeordnet, mit der die Harnstofflösung gereinigt wird, bevor sie zum Dosierventil 104 gelangt. Stromab des Filters 107 ist ein Sensor 108 zur Bestimmung der Temperatur der Harnstofflösung angeordnet, der über eine nicht näher bezeichnete Signalleitung mit einem Motorsteuergerät 109 verbunden ist. Zur Abgasreinigung wird die Harnstofflösung an einer Dosierstelle in einen Abgaseinlassbereich 110 eines SCR-Katalysators 111 eingebracht. Eine Abgasströmungsrichtung am Abgaseinlassbereich 110 und am Abgasauslassbereich 112 ist jeweils durch Pfeile gekennzeichnet. Am Abgasauslassbereich 112 sind übliche Sensoren 113, 114 vorgesehen, beispielsweise Drucksensoren, Temperatursensoren, Lambdasonden, NOx-Sensoren und dergleichen, die mittels nicht näher bezeichneten Signalleitungen mit dem Steuergerät 109 und Bestandteil einer üblichen Abgasnachbehandlung sind, verbunden sind. Das Steuergerät 109 steuert weiterhin abhängig von Betriebsparametern und/oder Betriebszuständen über nicht näher bezeichnete Signalleitungen das Dosierventil 104 sowie die Förderpumpe 102 bzw. deren Antriebmotor 115 an. Ferner ist das Steuergerät 109 über einen CAN-Bus 116 mit dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs verbunden. Am Vorratstank 100 sind ein Sensor 117 zur Füllstandsmessung sowie ein Sensor 118 zur Tanktemperaturmessung vorgesehen, die mittels nicht näher bezeichneten Datenleitungen mit dem Steuergerät 109 verbunden sind. Das Dosierventil 104 ist pulsweitenmoduliert betreibbar. Beim Abstellen des Fahrzeugmotors ist das Dosierventil 104 bzw. ein Bereich 119 einer Förderleitung zwischen der Förderpumpe 102 und dem Dosierventil 104 entgegengesetzt zur Normalbetrieb-Förderrichtung 106 entleerbar, wobei die Förderrichtung der Förderpumpe 102 umgekehrt wird und die Harnstofflösung entgegen der im Betrieb üblichen Normalbetrieb-Förderrichtung 106 in den Vorratstank 100 zurückbefördert wird. Ein stromauf des Dosierventils 104 angeordnetes Belüftungsventil 120 wird geöffnet und das Dosierventil 104 geschlossen. Durch einen Gasdurchfluss, beispielsweise durch Frischluftzufuhr, durch das Belüftungsventil 120 wird ein Ansaugen von Abgas und Partikeln aus dem SCR-Katalysator 111 und dem Abgaseinlassbereich 110 vermieden. Ist der Bereich 119 entleert, kann das Dosierventil 104 zum Abgasstrang hin geöffnet werden, um eine geringe Restmenge der Harnstofflösung aus dem Dosierventil 104 selbst zu entleeren. Ist das Dosierventil 104 wie dargestellt in Einbaulage oberhalb des Abgasstrangs angeordnet, kann diese geringe Restmenge in den Abgasstrang 110 abgegeben werden.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch Wechselwirkung eines Qualitätssensors mit dem Reduktionsmitteltank 110 bestimmt, ob die Harnstoffwasserlösung verunreinigt ist bzw. ob es sich bei der Flüssigkeit im Reduktionsmitteltank 110 überhaupt um Harnstoffwasserlösung handelt. Weiterhin wird die Konzentration der Harnstoffwasserlösung bestimmt. Ein solcher Qualitätssensor ist in dem SCR-Katalysatorsystem gemäß der WO 2006/051017 A1 nicht enthalten und in 1 nicht dargestellt. Er muss diesem System hinzugefügt werden, um das erfindungsgemäße Verfahren darin durchzuführen. Aus dem Signal des Füllstandssensors 117 wird ermittelt, ob eine Befüllung des Reduktionsmitteltankes 100 stattgefunden hat. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dieser Ausführungsform. In einem Verfahrensschritt 21 wird beurteilt, ob es sich bei dem Inhalt des Reduktionsmitteltanks 100 um Harnstoffwasserlösung handelt. Wenn dies nicht der Fall ist, wird in einem Verfahrensschritt 22 unterschieden, ob eine Befüllung des Reduktionsmitteltanks 100 stattgefunden hat. Im Fall einer Befüllung wird in einem Schritt 221 auf einen Betrugsversuch erkannt. Andernfalls wird in einem Schritt 222 erkannt, dass das Signal des Qualitätssensors nicht plausibel ist. Der Qualitätssensor muss in diesem Fall überprüft, beobachtet oder ausgetauscht werden.
  • Sofern es sich beim Inhalt des Reduktionsmitteltanks 100 um Harnstoffwasserlösung handelt, wird in einem Schritt 23 deren Konzentration mit der normgemäßen Konzentration von 32,5 Gew.-% verglichen. Wenn die Konzentration der Harnstoffwasserlösung innerhalb der Fehlertoleranz des Qualitätssensors dem Vorgabewert entspricht, wird in einem Schritt 24 erkannt, dass keine Eingriffe in das SCR-Katalysatorsystem, wie beispielsweise eine Anpassung der Dosierstrategie des SCR-Katalysators 111, notwendig sind. Liegt die Konzentration unter dem Vorgabewert, wird in einem Schritt 25 unterschieden, ob eine Befüllung des Reduktionsmitteltanks 100 stattgefunden hat. Wurde dieser befüllt, so wird in einem Schritt 251 auf einen Betrugsversuch erkannt. Weiterhin wird in einem Schritt 252 die Dosierstrategie des SCR-Katalysators 111 angepasst. Hat keine Befüllung stattgefunden, so wird erkannt, dass entweder eine Alterung der Harnstoffwasserlösung stattgefunden hat und in einem Schritt 253 wird überprüft, ob die Konzentration der Harnstoffwasserlösung unter der Konzentration liegt, welche notwendig ist, um den OBD-Grenzwert einzuhalten. Falls dies gegeben ist, wird in Schritt 254 erkannt, dass die Harnstoffwasserlösung ersetzt werden muss. Es ist allerdings auch möglich, dass ein Fehler des Qualitätssensors vorliegt. Auf die Schritte 253 und 254 kann verzichtet werden, wenn ein Qualitätssensor verwendet wird, der in der Lage ist, nicht nur die Harnstoffkonzentration der Harnstoffwasserlösung sondern auch ihren Ammoniakgehalt zu bestimmen.
  • Falls die Konzentration der Harnstoffwasserlösung oberhalb des Vorgabewerts liegt, so wird in einem Schritt 26 unterschieden, ob eine Befüllung des Reduktionsmitteltanks stattgefunden hat. Fand eine solche Befüllung statt, wo wird in einem Schritt 261 auf einen Betrugsversuch erkannt. Es kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei der Harnstoffwasserlösung nicht um AdBlue® sondern um eine Eigenmischung handelt, beispielsweise eine Mischung aus Dünger und Wasser. Andernfalls wird in einem Schritt 262 erkannt, dass das Signal des Qualitätssensors nicht plausibel ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10139142 A1 [0003]
    • WO 2006/051017 A1 [0014, 0015]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Norm ISO 22241 [0003]
    • DIN 70070 [0003]
    • Norm ISO 22241 [0008]
    • DIN 70070 [0008]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Plausibilisierung einer Messvorrichtung zur Ermittlung einer Qualität einer Harnstoffwasserlösung in einem Behälter (100) eines SCR-Katalysatorsystems, umfassend – Bestimmen, ob eine Befüllung des Behälters (100) stattgefunden hat, – Bestimmen der Qualität der Harnstoffwasserlösung in dem Behälter (100), und – Ermitteln, ob ein Fehler der Messvorrichtung vorliegt oder ob der Behälter (100) mit einer Harnstoffwasserlösung befüllt wurde, deren Qualität von einer Vorgabe abweicht, aus einem Befüllungsstatus des Behälters (100) und der Qualität der Harnstoffwasserlösung in dem Behälter (100).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass darauf erkannt wird, dass der Behälter (100) mit einer Harnstoffwasserlösung befüllt wurde, deren Qualität von einem vorgegeben Wert abweicht (221, 253, 262), wenn eine Befüllung des Behälters (100) stattgefunden hat, und wenn die Messvorrichtung zur Ermittlung einer Qualität ermittelt, dass – die Konzentration der Harnstoffwasserlösung von einem vorgegebenen Wert abweicht, – die Harnstoffwasserlösung verunreinigt ist, und/oder – es sich bei dem Inhalt des Behälters (100) nicht um eine Harnstoffwasserlösung handelt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass darauf erkannt wird, dass das Signal der Messvorrichtung nicht plausibel ist (222, 251), wenn keine Befüllung des Behälters (100) stattgefunden hat, und wenn die Messvorrichtung zur Ermittlung einer Qualität ermittelt, dass – die Konzentration der Harnstoffwasserlösung einen vorgegebenen Wert überschreitet, – die Harnstoffwasserlösung verunreinigt ist, und/oder – es sich bei dem Inhalt des Behälters (100) nicht um eine Harnstoffwasserlösung handelt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass darauf erkannt wird, dass ein Fehler der Messvorrichtung vorliegen könnte (253), wenn keine Befüllung des Behälters (100) stattgefunden hat, und wenn die Messvorrichtung zur Ermittlung einer Qualität ermittelt, dass die Konzentration der Harnstoffwasserlösung einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Wert für die Konzentration der Harnstoffwasserlösung im Bereich von 26,5 Gew.-% bis 33,5 Gew.-% liegt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmt wird, ob eine Befüllung des Behälters (100) stattgefunden hat, indem das Signal eines Füllstandssensors (117) in dem Behälter (100) ausgewertet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmt wird, ob eine Befüllung des Behälters (100) stattgefunden hat, indem das Signal des Füllstandssensors (117) mit einer Menge an im SCR-Katalysator (111) eindosierter Harnstoffwasserlösung plausibilisiert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmt wird, ob eine Befüllung des Behälters (100) stattgefunden hat, indem überprüft wird, ob eine Öffnung eines Deckels (111) des Behälters (100) stattgefunden hat.
  9. Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät (109) abläuft.
  10. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät (109) ausgeführt wird.
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