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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Fahrzeugdruckluftsystems gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge wie Lastkraftwagen, Busse oder Sonderfahrzeuge, wie sie die vorliegende Erfindung besonders betrifft, weisen ein Fahrzeugdruckluftsystem auf, bei welchem mit einem Kompressor Druckluft in wenigstens einen, in der Regel mehrere parallele Luftkreise gespeist wird, beispielsweise über ein Mehrkreis-Schutzventil, an welchem die einzelnen Luftkreise zu ihrer Versorgung mit Druckluft angeschlossen sind. Jeder Luftkreis weist in der Regel einen Druckluftvorrat, beispielsweise in Form von einem oder mehreren Luftbehältern auf, der mittels des Kompressors mit Druckluft befüllt wird und seine Druckluft dann nachfolgend an die verschiedenen Luftverbraucher im Druckluftsystem entsprechend deren Bedarfs abgibt. Prinzipiell kann die vorliegende Erfindung jedoch auch bei Systemen ohne besonderen Druckluftvorrat angewendet werden, in welchen der Kompressor die Druckluft in eine Druckluftleitung einspeist.
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In der Regel fördert der Kompressor nicht permanent Druckluft in den Druckluftvorrat oder die Druckluftleitung, sondern nur in Intervallen, nämlich nur dann, wenn ein zusätzlicher Druckluftbedarf im Druckluftsystem festgestellt wird, beispielsweise aufgrund eines vorherigen Verbrauchs von Druckluft. Wenn dieser Bedarf festgestellt wurde, schaltet der Kompressor in einen Speisungszustand und speist solange Druckluft in den Druckluftvorrat oder die Druckluftleitung, bis der Druckluftbedarf in ausreichendem Maße befriedigt wurde. Anschließend kann der Kompressor aus dem Speisungszustand in einen Nichtspeisungszustand geschaltet werden, um entsprechend die notwendige Antriebsenergie zum Antreiben des Kompressors einzusparen oder zumindest zu reduzieren.
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Es sind sowohl Ausführungsformen bekannt, bei welchen der Kompressor im Nichtspeisungszustand stillsteht, demnach keine Antriebsleistung für den Kompressor notwendig ist. Dies kann beispielsweise durch Abkoppeln des Kompressors vom Antriebsstrang mittels einer Trennkupplung erfolgen. Bei anderen Ausführungsformen läuft der Kompressor permanent um und der Übergang vom Speisungszustand in den Nichtspeisungszustand wird dadurch erreicht, dass die druckluftleitende Verbindung zwischen der Druckseite des Kompressors und dem Druckluftvorrat beziehungsweise der Druckluftleitung, in welchen/welche der Kompressor im Speisungszustand Druckluft einspeist, unterbrochen wird. Beispielsweise kann diese Unterbrechung durch Öffnen eines sogenannten Überströmventils erfolgen, wodurch der Luftdruck auf der Druckseite des Kompressors abgelassen wird, sodass der Kompressor nicht mehr gegen ein entsprechend hohes Druckniveau arbeiten muss. Zusätzlich oder alternativ kann eine Leerlaufeinrichtung des Kompressors betätigt werden, um einzelne oder alle Druckstufen des Kompressors in Leerlauf zu schalten, das heißt die entsprechenden Zylinderräume oder Druckseiten der einzelnen Kompressorstufen zu entlüften.
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Um Störungen im Fahrzeugdruckluftsystem, beispielsweise durch Undichtigkeiten oder defekte Aggregate frühzeitig erkennen zu können, wurde bereits vorgeschlagen, die Füllzeit des Kompressors, das heißt die Zeitdauer, über welche der Kompressor in einem Speisungszustand zugeschaltet ist, zu überwachen und mit einem Referenzwert oder einem Referenzbereich zu vergleichen. Wenn sich die Füllzeit unerwartet verlängert, kann hieraus auf eine Störung, insbesondere auf eine Undichtigkeit im System geschlossen werden. Dies setzt allerdings voraus, dass das Zuschalten des Kompressors in den Speisungszustand und das nächste Schalten des Kompressors in den Nichtspeisungszustand bei bestimmten Drücken im Druckluftsystem, das heißt bei bestimmten Gegendrücken für den Kompressor auf dessen Druckseite, erfolgt (sogenannte Zweipunkt-Regelung). Es sind jedoch auch Fahrzeugdruckluftsysteme bekannt, bei denen das Schalten des Kompressors in den Speisungszustand nicht mehr ausschließlich durch das Erreichen eines unteren Druckwertes im Druckluftsystem ausgelöst wird, sondern bei welchen die Antriebsleistung des Kompressors gezielt zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs herangezogen wird, das heißt der Kompressor wird auch dann in den Speisungszustand geschaltet, wenn ein Bremsen des Fahrzeugs erforderlich ist. Damit wird die Zuschaltdauer des Kompressors jedoch nicht mehr allein in Abhängigkeit des Zustands des Fahrzeugdruckluftsystems bestimmt, sondern externe Randbedingungen des Fahrzustands bestimmen den Zeitpunkt des Übergangs vom Speisungszustand in den Nichtspeisungszustand und umgekehrt. Dies ist vor allem bei sogenannten Micro- oder Mini-Hybridsystemen der Fall.
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In der Praxis hat sich daher die bekannte Überwachung des Fahrzeugdruckluftsystems anhand der Zuschaltdauer des Kompressors als nicht ausreichend erwiesen. Es wurden Überlegungen angestellt, anstelle der Zuschaltdauer des Kompressors den Gradient des Druckaufbaus im Druckluftvorrat oder einer Druckluftleitung des Fahrzeugdruckluftsystems zu überwachen, wenn sich der Kompressor im Speisungszustand befindet. Allerdings setzt dies zusätzliche Drucksensoren im Druckluftsystem voraus, welche den Druckgradienten erlassen, was die Kosten erhöht und die Zuverlässigkeit der Überwachung aufgrund von Ungenauigkeiten reduziert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung eines Fahrzeugdruckluftsystems anzugeben, das zuverlässig auch bei externer Einflussnahme auf die Schaltung des Kompressors arbeitet und zugleich kostengünstig umsetzbar ist.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Fahrzeugdruckluftsystems, wobei das Fahrzeugdruckluftsystem einen zwischen einem Speisungszustand und einem Nichtspeisungszustand schaltbaren Kompressor aufweist und der Kompressor im Speisungszustand Druckluft in einen Druckluftvorrat oder eine Druckluftleitung des Fahrzeugdruckluftsystems einspeist sowie im Nichtspeisungszustand die Drucklufteinspeisung des Kompressors unterbrochen ist, weist die folgenden Schritte auf:
- – Erfassen einer Zuschaltdauer des Kompressors, wobei die Zuschaltdauer durch die Zeitspanne zwischen einem Schalten des Kompressors in den Speisungszustand und dem nächsten, das heißt dem unmittelbar folgenden Schalten des Kompressors in den Nichtspeisungszustand bestimmt wird;
- – Vergleichen der Zuschaltdauer mit einem Referenzwert oder mit einem Referenzbereich;
- – Feststellen einer Störung des Fahrzeugdruckluftsystems, wenn die erfasste Zuschaltdauer vom Referenzwert oder Referenzbereich abweicht.
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Erfindungsgemäß wird wenigstens ein Fahrzyklusparameter fortlaufend oder in Intervallen erfasst und der Referenzwert wird dynamisch in Abhängigkeit des wenigstens einen erfassten Fahrzyklusparameters verändert oder vorgegeben.
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Die Intervalle können regelmäßige oder unregelmäßige Intervalle sein.
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Erfindungsgemäß wird somit eine bewährte Berücksichtigung der Zuschaltdauer des Kompressors zur Überwachung des Fahrzeugdruckluftsystems mit der Berücksichtigung externer Parameter kombiniert, sodass insbesondere auf Drucksensoren oder zumindest zusätzliche Drucksensoren für die Überwachung im Fahrzeugdruckluftsystem verzichtet werden kann, mit welchen ein Gradient des Druckaufbaus festgestellt wird. Solche externen Parameter erfahren eine Änderung auf Grundlage von Vorgängen, die außerhalb des Fahrzeugdruckluftsystems stattfinden, wobei insbesondere als Fahrzyklusparameter, wie diese externen Parameter vorliegend bezeichnet werden, wenigstens eine oder mehrere der nachfolgenden Größen verwendet werden:
- – Die Anzahl von Fahrzeugstopps pro vorgegebener zuvor mit dem Fahrzeug zurückgelegter Fahrtstrecke oder pro vorgegebener Zeiteinheit;
- – die Anzahl von Fahrzeugverzögerungen wenigstens um ein vorgegebenes Ausmaß pro vorgegebener zuvor zurückgelegter Fahrtstrecke des Fahrzeugs oder pro vorgegebener Zeiteinheit;
- – die Anzahl von Betätigungen einer Fahrzeugbremse, insbesondere einer druckluftbetätigten Betriebsbremse des Fahrzeugs pro vorgegebener Zeiteinheit oder pro vorgegebener zuvor zurückgelegter Fahrtstrecke;
- – die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit;
- – die Durchschnittsgeschwindigkeit des Fahrzeugs auf einer zuvor zurückgelegten Fahrtstrecke des Fahrzeugs oder während einer vorgegebenen Zeiteinheit;
- – der Beladungszustand des Fahrzeugs, eine Änderung des Beladungszustandes des Fahrzeugs und/oder das Ausmaß der Änderung des Beladungszustands des Fahrzeugs.
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Das Ausmaß der Änderung oder eine Änderung des Beladungszustandes des Fahrzeugs kann beispielsweise relativ zu dem letzten Zuschalten des Kompressors bestimmt werden, also zu dem Zuschalten des Schaltzyklusses, für den der letzte Referenzwert vorgegeben wurde. Der neue Referenzwert wird dann entsprechend der Änderung oder des Ausmaßes der Änderung des Beladungszustandes verändert beziehungsweise neu vorgegeben.
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Die zuvor zurückgelegte Fahrstrecke kann beispielsweise wenigstens einen Kilometer betragen, die Zeiteinheit wenigstens eine Minute. Die Betätigungen der Betriebsbremse können gemäß einer Ausführungsform über Betätigungen eines zusätzlich vorgesehenen hydrodynamischen Retarders erfasst werden. Auch die Betätigungen des Retarders selbst pro zurückgelegter Fahrstrecke beziehungsweise Zeiteinheit können als Fahrzyklusparameter herangezogen werden.
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Zur Bestimmung der Fahrzyklusparameter können vorteilhaft die Betriebsdaten eines Getriebes des Fahrzeugs, insbesondere Automat-Getriebes des Fahrzeugs herangezogen werden. Die entsprechenden Betriebsdaten beziehungsweise Fahrzyklusparameter können dann mittels eines Big-Data-Ansatzes beziehungsweise als Massendaten verwendet werden, um über wenigstens ein hinterlegtes Kennfeld beziehungsweise durch Umwandlung in einen Kennwert den voraussichtlichen Luftbedarf und damit den Referenzwert für die Zuschaltdauer zu bestimmen. Die entsprechende Bestimmung und insbesondere das wenigstens eine Kennfeld können in einer lokalen Steuereinrichtung des Fahrzeugs oder auch zentral im Rahmen eines Telemetriesystems erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Druckluftverbrauch und/oder wird die Einschaltzeit von Druckluftverbrauchern des Fahrzeugs erfasst und der Referenzwert wird in Abhängigkeit des erfassten Druckluftverbrauchs und/oder der Einschaltzeit verändert oder vorgegeben.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kompressor in Abhängigkeit der Drehzahl eines Antriebsmotors des Fahrzeugs angetrieben wird, wobei der Antriebsmotor insbesondere als Verbrennungsmotor ausgeführt ist, und der Referenzwert oder Referenzbereich in Abhängigkeit der aktuellen Drehzahl des Antriebsmotors verändert oder vorgegeben wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird mit dem Kompressor im Speisungszustand Druckluft über ein Überströmventil in den Druckluftvorrat oder die Druckluftleitung eingespeist und beim Übergang zum Nichtspeisungszustand wird das Überströmventil geöffnet, um Druck abzulassen, sodass der Kompressor frei von einem Gegendruck, insbesondere in einer Leerlaufschaltung zur Verlustreduzierung, umläuft. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Zuschaltdauer des Kompressors aus dem Schaltzustand des Überströmventils bestimmt werden, beispielsweise mittels eines Schalters, insbesondere Mikroschalters, der vom Überströmventil zumindest mittelbar betätigt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Überströmventil mittels eines Steuersignals, insbesondere in Form eines Steuerluftdruckes, in einer Steuerdruckluftleitung geschaltet, und das Steuersignal wird direkt oder indirekt erfasst, um die Zuschaltdauer des Kompressors zu bestimmen. Beispielsweise kann ein Druckschalter in der Steuerdruckluftleitung vorgesehen sein, der ein Signal der Zuschaltdauer oder zur Bestimmung der Zuschaltdauer erzeugt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Kompressor über eine Trennkupplung angetrieben, die im Speisungszustand geschlossen ist und im Nichtspeisungszustand geöffnet wird, letzteres um den Kompressor anzuhalten, und ein die Kupplung ansteuerndes Signal kann dann zur Bestimmung der Zuschaltdauer des Kompressors verwendet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Luftdruck auf einer Druckseite des Kompressors erfasst und zur Bestimmung der Zuschaltdauer des Kompressors herangezogen. Auch hier kann ein Druckschalter in der entsprechenden Leitung vorgesehen sein.
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Vorteilhaft weist der Kompressor wenigstens ein Leerlaufventil auf, das im Speisungszustand des Kompressors geschlossen und im Nichtspeisungszustand des Kompressors geöffnet ist und der Schaltzustand, insbesondere die Stellung des Leerlaufventils, wenn dieses mit einem beweglichen Ventilkörper ausgeführt ist, wird zur Bestimmung der Zuschaltdauer des Kompressor verwendet. Beispielsweise kann die Stellung des Leerlaufventils mittels eines Näherungssensors erfasst werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird bei einer Veränderung des wenigstens einen erfassten Fahrzyklusparameters der Referenzwert in Abhängigkeit dieser Veränderung auf Grundlage einer Prognose der zu erwartenden Zuschaltzeit bei dem wenigstens einen veränderten Fahrzyklusparameter variiert.
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Fahrzyklusparameter können direkt oder indirekt bestimmt werden. Beispielsweise bei Anwendung der Erfindung in einem Bus kann eine Änderung der Beladung erfasst werden, um festzustellen, dass Fahrgäste zu- oder ausgestiegen sind, wobei bei einem solchen Fahrgastwechsel eine Türbetätigung erfolgt, was bei mit Druckluft betätigten Türen zu einem Luftverbrauch führt. Somit kann es ausreichend sein, festzustellen, ob ein Beladungswechsel stattgefunden hat, sogar ohne zu erfassen, ob die Beladung zu- oder abgenommen hat.
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Fahrzyklusparameter können auch über die Fahrzeugelektronik erfasst werden, beispielsweise über den sogenannten CAN-Bus ermittelt und anschließend ausgewertet werden. Diese Daten können entsprechend in einem elektronischen Steuergerät, beispielsweise der Getriebesteuerung, erfasst und insbesondere mit Vorgabewerten verglichen werden, um einen Einfluss der geänderten Fahrzyklusparameter auf den Luftverbrauch oder voraussichtlichen Luftverbrauch zu bewerten, um demgemäß den Referenzwert zu verändern oder geändert vorzugeben. Wenn der Kompressor mit einer Leerlaufschaltung ausgerüstet ist, kann diese vorteilhaft als selbsttätige Leerlaufschaltung ausgeführt sein, das heißt das wenigstens eine Leerlaufventil öffnet in Abhängigkeit von Betriebszuständen im Kompressor beziehungsweise am Kompressor, insbesondere auf der Kompressordruckseite. Wenn zur Erfassung der Schaltstellung wenigstens eines Leerlaufventils ein Näherungssensor verwendet wird, kann dieser beispielsweise auf dem Hall-Effekt basieren. Eine Störung kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass bei unveränderten Fahrzyklusparametern eine (nicht prognostizierte) verlängerte Zuschaltdauer des Kompressors erfasst wird. Dies kann insbesondere zu einem Fehlereintrag im Steuergerät verwendet werden und dieser Fehlereintrag kann vorteilhaft an ein Telemetriesystem übermittelt werden.
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Auf eine Störung kann insbesondere auch denn geschlossen werden, wenn bei wenigstens einem veränderten relevanten Fahrzyklusparameter die veränderte Zuschaltdauer nicht einer prognostizierten veränderten Zuschaltdauer entspricht. Auch hier kann entsprechend ein Fehlereintrag im Steuergerät erzeugt werden und gegebenenfalls an ein Telemetriesystem weitergegeben werden.
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Stimmt hingegen bei veränderten Fahrzyklusparametern eine veränderte Zuschaltdauer mit einer prognostizierten Zuschaltdauer überein, kann hieraus auf ein störungsfreies System geschlossen werden.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figur exemplarisch erläutert werden.
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In der 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeugdruckluftsystem 1 dargestellt, umfassend einen Kompressor 2, beispielsweise als zweistufiger Kompressor ausgeführt, der zumindest mittelbar über einen Antriebsmotor 3 des Fahrzeugs angetrieben wird. Der Antriebsmotor 3 treibt ferner über ein Getriebe 4 Antriebsräder 5 des Fahrzeugs an. Der Kompressor 2 speist über ein Überströmventil 6 in einem Speisungszustand Druckluft in die Druckkreise 7, 8 ein, die hier nur teilweise angedeutet sind. In jedem Druckkreis 7, 8 ist vorliegend ein Druckluftvorrat 9 positioniert, hier jeweils in Form eines Behälters. Jeder Druckluftvorrat 9 ist über eine Druckluftleitung 10 am Kompressor 2 beziehungsweise dem Überströmventil 6 angeschlossen. Druckluft aus jedem Druckluftvorrat 9 wird über weitere Leitungen den hier nicht näher dargestellten Verbrauchern in den Druckkreisen 7, 8 zugeleitet.
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Das Überströmventil 6 wird mittels eines Steuergeräts 11 des Druckluftsystems 1 gesteuert, im gezeigten Ausführungsbeispiel über ein Steuerventil 12, das das Überströmventil 6 entsprechend der gewünschten Schaltstellung mit Druckluft zu dessen Betätigung beaufschlagt, siehe die Steuerdruckluftleitung 26.
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Das Überströmventil 6 weist einen Druckablass 13 auf, über welchen es in einer Schaltstellung die Druckseite 14 des Kompressors 2 entlüftet, sodass der Kompressor 2 in diesem Nichtspeisungszustand die Drucklufteinspeisung in die Druckkreise 7, 8 unterbricht und nicht mehr gegen einen hohen Druck arbeiten muss.
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Der Druckzustand beziehungsweise Druckwert der Druckseite 14 kann beispielsweise mit einem Drucksensor 15 erfasst werden, und einer Steuereinrichtung 16 zugeführt werden, die eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen und in der Regel wenigstens einen Prozessor und einen elektronischen Speicher aufweist, um eine entsprechende Software auszuführen.
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Das Getriebe 4 weist ein Getriebesteuergerät 17 auf, welches Betriebsdaten des Getriebes erfasst und Aktuatoren im Getriebe 4 steuert. In der Regel weist der Antriebsmotor 3 ebenfalls ein Steuergerät, hier Motorsteuergerät 18, auf, um den Betrieb des Antriebsmotors 3 zu steuern beziehungsweise Betriebsdaten desselben zu erfassen. Insbesondere sind alle Steuergeräte und Steuereinrichtungen 11, 16, 17, 18 über einen CAN-Bus 19 des Fahrzeugs miteinander vernetzt, wie dies dem Fachmann bekannt ist, sodass die Betriebsdaten der verschiedenen Aggregate auch auf dem CAN-Bus 19 zur Verfügung stehen und von dort abgerufen werden können. Zusätzlich oder alternativ ist jedoch auch eine direkte oder indirekte Steuerverbindung zwischen der Steuereinrichtung 16 und Steuergeräten oder Sensoren/Schaltern zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Steuereinrichtung 16 möglich, beispielsweise eine Verbindung der Steuereinrichtung 16 mit dem Steuergerät 11 des Druckluftsystems, mit dem Getriebesteuergerät 17, mit dem Motorsteuergerät 18 und/oder mit dem Drucksensor 15 auf der Druckseite 14 des Kompressors 2.
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Wie anhand der Steuerverbindung 20 zwischen dem Steuergerät 11 und dem Steuerventil 12 gezeigt, ist es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auch möglich, dass die Steuereinrichtung 16 Steuerdaten bestehender Steuerverbindungen abgreift, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Alternativ könnte auch ein Drucksensor oder Druckschalter in der Steuerdruckluftleitung 26 vorgesehen sein.
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Die Steuereinrichtung 16 weist ferner eine Steuerverbindung mit einem Näherungssensor 21 auf, der die Schaltstellung eines Leerlaufventils 22 des Kompressors 2 erfasst. Im Leerlauf des Kompressors 2 ist das Leerlaufventil 22 geöffnet, um wenigstens eine Druckstufe zu entlüften, und im Speisungszustand des Kompressors 2 ist das Leerlaufventil 22 geschlossen. Beispielsweise kann das Öffnen und das Schließen des Leerlaufventils 22 selbsttätig erfolgen, insbesondere in Abhängigkeit des Druckniveaus auf der Druckseite 14 des Kompressors 2.
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Die Steuereinrichtung 16, die in Form eines selbstständigen Steuergeräts oder auch integriert in ein anderes Steuergerät, beispielsweise eines der weiteren gezeigten Steuergeräte, ausgeführt sein kann, erfasst die Zuschaltdauer des Kompressors 2 und vergleicht diese mit einem vorgegebenen Referenzwert oder Referenzbereich, der insbesondere in der Steuereinrichtung 16 hinterlegt ist. Ferner erfasst die Steuereinrichtung 16 wenigstens einen Fahrzyklusparameter, der insbesondere durch einen oder mehrere Betriebsdaten definiert wird, die hier auf einem oder mehreren der gezeigten Steuergeräte 11, 17, 18 oder Sensoren 15, 21 beziehungsweise der Steuerverbindung 20 oder dem CAN-Bus 19 zur Verfügung steht. In Abhängigkeit wenigstens eines Fahrzyklusparameters wird der Referenzwert oder Referenzbereich für die Zuschaltdauer des Kompressors 2 verändert oder durch die Steuereinrichtung 16 vorgegeben und bei Feststellen einer Abweichung wird eine Störung erfasst.
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Insbesondere kann auch eine zentrale Fahrsteuerung 24 vorgesehen sein, welche zusammen mit den weiteren dargestellten Steuergeräten die Steuerung der einzelnen Aggregate übernimmt. Auch eine solche zentrale Fahrsteuerung 24 könnte eingerichtet sein, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Beispielsweise greift die zentrale Fahrsteuerung 24 auf Betriebsbremsen 25 des Fahrzeugs zu beziehungsweise erfasst die Bremsbetätigung, sodass auch diese als Fahrzyklusparameter herangezogen werden kann.
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Anstelle oder zusätzlich zu der hier dargestellten Steuereinrichtung 16 kann auch ein Telemetriesystem 23 vorgesehen sein, welches das erfindungsgemäße Verfahren ausführt oder zusammen mit der Steuereinrichtung 16 ausführt.