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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer
Pufferwirkung eines mit Kohlenwasserstoffen beladbaren Aktivkohlefilters
einer Kraftfahrzeug-Tankentlüftung
beim Spülen
z. B. mit Luft. Die Erfindung betrifft außerdem einen Prüfstand zur
Durchführung
eines derartigen Verfahrens.
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Eine
Tankentlüftung
dient bei einem Kraftfahrzeug zur Vermeidung eines Überdrucks
in einem Kraftstofftank beispielsweise für den Fall, dass das Fahrzeug
im abgestellten Zustand einer erhöhten Sonneneinstrahlung ausgesetzt
ist. Verschärfte
Umweltschutzbestimmungen haben dazu geführt, dass moderne Tankentlüftungen
Aktivkohlefilter enthalten. Hierdurch kann vermieden werden, dass
Kohlenwasserstoffe beim Druckausgleich vom Tank in die Umgebung
gelangen. Die Kohlenwasserstoffe werden dazu im Aktivkohlefilter
absorbiert, also gespeichert. Zum Regenerieren des Aktivkohlefilters
wird dieser mit Luft, die hierzu aus der Umgebung über einen
Teil der Tankentlüftung
durch das Aktivkohlefilter angesaugt wird, gespült, wodurch die eingelagerten
Kohlenwasserstoffe desorbiert werden. Die Ansaugung des Spülgasstroms
erfolgt dabei über
eine Frischgasanlage des Motors, so dass das Spülgas mit den freigesetzten
Kohlenwasserstoffen Brennräumen des
Motors zugeführt
wird. Da moderne Brennkraftmaschinen eine abgasseitige Lambda-Regelung
aufweisen, kann ein erhöhter
Kohlenwasserstoffgehalt im Frischgas die Motorregelung nachteilig
beeinträchtigen.
Der Spülgasstrom
zum Regenerieren des Aktivkohlefilters muss daher gezielt so eingestellt werden,
dass nur eine vergleichsweise geringe, für die Motorregelung bekannte
oder zumindest ausregelbare Kohlenwasserstoffmengen dem Frischgas des
Motors zugeführt
werden. Beim Spülen
des mit Kohlenwasserstoffen beladenen Aktivkohlefilters ist eine
Pufferwirkung feststellbar, da die eingelagerten Kohlenwasserstoffe
nicht alle gleichzeitig an die Spülluft abgegeben werden, sondern
nur nach und nach im Verlaufe einer länger anhaltenden Spülluftströmung. Zur
Vermeidung nachteiliger Effekte bei der Motorregelung sollte der
Spülgasstrom
möglichst klein
sein. Gleichzeitig sollte der Spülgasstrom
möglichst
groß sein,
damit die Regeneration des Aktivkohlefilters möglichst rasch und vollständig durchführbar ist,
um die Tankentlüftung
für den
nächsten Stillstand
des Fahrzeugs vorzubereiten. Das Auffinden eines optimalen Spülgasstroms
scheitert regelmäßig daran,
dass die Pufferwirkung des jeweiligen Aktivkohlefilters an sich
unbekannt ist bzw. bei jedem Typ von Aktivkohlefilter unterschiedlich
ausfällt.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, eine Möglichkeit
aufzuzeigen, mit deren Hilfe die Pufferwirkung eines Aktivkohlefilters vergleichsweise
einfach ermittelt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem durch die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dem Aktivkohlefilter über einen
Tankanschluss eine definierte Kohlenwasserstoffmenge zuzuführen und
aus dem Aktivkohlefilter über
einen Motoranschluss einen definierten Volumenstrom abzusaugen,
um die darin enthaltenen Kohlenwasserstoffe zu messen. Der so ermittelbare
Kohlenwasserstoffgehalt in dem aus dem Aktivkohlefilter abgesaugten
Volumenstrom korreliert mit der individuellen Pufferwirkung des
jeweiligen Aktivkohlefilters. Somit kann ein Vergleichswert bereitgestellt
werden, mit dessen Hilfe unterschiedliche Aktivkohlefilter hinsichtlich
ihrer Pufferwirkung miteinander verglichen werden können. Grundsätzlich ist
ebenfalls ein Vergleich mit einem Absolutwert möglich.
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Entsprechend
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der zeitliche
Verlauf des gemessenen Kohlenwasserstoffgehalts erfasst und als Korrelationsgröße für die Pufferwirkung
des jeweiligen Aktivkohlefilters verwendet werden. Diese Ausführungsform
beruht auf der Überlegung,
dass die Pufferwirkung des jeweiligen Aktivkohlefilters im Laufe
der Zeit zu einem Gleichgewichtszustand führt, bei dem der Kohlenwasserstoffgehalt
im abgesaugten, spülenden
Volumenstrom der Kohlenwasserstoffmenge entspricht, die dem Aktivkohlefilter
zugeführt wird.
Das bedeutet, dass bei unterschiedlichen Aktivkohlefiltern, die
insbesondere unterschiedliche Pufferwirkungen aufweisen, eine Stabilisierung
des Kohlenwasserstoffgehalts im Spülgasstrom stets auf dem Wert
der zugeführten
Kohlenwasserstoffmenge eintritt. Lediglich das Zeitverhalten bis
zum Erreichen dieser Stabilisierung hängt von der Pufferwirkung des jeweiligen
Aktivkohlefilters ab. Beispielsweise dauert es bei einem Aktivkohlefilter
mit großer
Pufferwirkung länger
bis sich der Kohlenwasserstoffgehalt im Spülgasstrom stabilisiert als
bei einem Aktivkohlefilter mit kleiner Pufferwirkung. Dabei ist
die Pufferwirkung nicht zwangsläufig
mit der Speicherkapazität
des jeweiligen Aktivkohlefilters gleichzusetzen, da bei der Pufferwirkung
neben der Speicherkapazität
auch z. B. die Strömungsführung innerhalb
des Aktivkohlefilters eine entscheidende Bedeutung hat.
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Besonders
vorteilhaft ist daher eine Ausführungsform,
bei welcher die Messung des Kohlenwasserstoffgehalts so lange durchgeführt wird,
bis sich die Werte des gemessenen Kohlenwasserstoffgehalts stabilisieren.
Insbesondere kann nun die Zeitspanne bis zum Erreichen der Stabilisierung
des gemessenen Kohlenwasserstoffgehalts als Korrelationsgröße für die Pufferwirkung
des Aktivkohlefilters verwendet werden. Je größer diese Zeitspanne ist, desto
größer ist
auch die Pufferwirkung des jeweiligen Aktivkohlefilters.
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Um
den zeitlichen Verlauf des Wasserstoffgehalts im Spülgasstrom
besser mit Referenzmessungen vergleichen zu können, ist es zweckmäßig, den
zeitlichen Verlauf des Kohlenwasserstoffgehalts im Spülgasstrom
zu erfassen und auf geeignete Weise zu dokumentieren bzw. zu speichern.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Die
einzige 1 zeigt eine stark vereinfachte,
schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Prüfstands zur Durchführung eines
Verfahrens zum Bestimmen einer Pufferwirkung eines Aktivkohlefilters.
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Entsprechend 1 umfasst
ein Prüfstand 1 eine
Kohlenwasserstoffzuführeinrichtung 2 und
eine Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 3. Des weiteren ist
eine Aufnahme 4 vorgesehen, mit deren Hilfe der Prüfstand 1 ein
Aktivkohlefilter 5 aufnehmen kann. Das Aktivkohlefilter 5 ist
dazu vorgesehen, bei einer Tankentlüftung eines Kraftfahrzeugs
Kohlenwasserstoffe daran zu hindern, in die Umgebung des Fahrzeugs
zu gelangen. Der Prüfstand 1 dient
zur Bestimmung einer Pufferwirkung des Aktivkohlefilters 5. Diese
Pufferwirkung macht sich im Betrieb des mit dem Aktivkohlefilter 5 ausgestatteten
Kraftfahrzeugs dann bemerkbar, wenn das mit Kohlenwasserstoffen beladene
Aktivkohlefilter 5 mit Luft gespült wird, die der Brennkraftmaschine
zur Verbrennung zugeführt wird.
In Abhängigkeit
der Pufferwirkung gibt das Aktivkohlefilter 5 beim Spülen die
absorbierten Kohlenwasserstoffe wieder frei. Eine möglichst
genaue Kenntnis dieser Pufferwirkung ist für eine Optimierung des Spülluftstroms
erforderlich, um eine möglichst
rasche Regenerierung des Aktivkohlefilters 5 ohne eine
Gefährdung
des ordnungsgemäßen Motorbetriebs
realisieren zu können.
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Die
Kohlenwasserstoffzuführeinrichtung 2 ist über eine
Zuführleitung 6 an
einen Tankanschluss 7 des Aktivkohlefilters 5 angeschlossen.
Sie ist außerdem
so ausgestaltet, dass mit ihr eine definierte Kohlenwasserstoffmenge
dem Aktivkohlefilter 5 zugeführt werden kann. Der Tankanschluss 7 dient
bei in die Tankentlüftung
eingebautem Aktivkohlefilter 5 dazu, das Aktivkohlefilter 5 an
einen zu entlüftenden Kraftstofftank
des Fahrzeugs anzuschließen.
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Die
Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 3 ist über eine Saugleitung 8 an
einen Motoranschluss 9 des Aktivkohlefilters 5 angeschlossen.
Sie ist außerdem
so ausgestaltet, dass damit ein definierter Volumenstrom aus dem
Aktivkohlefilter 5 abgesaugt werden kann. Ferner ist die
Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 3 so ausgestaltet, dass
sie den Kohlenwasserstoffgehalt in dem aus dem Aktivkohlefilter 5 abgesaugten
Volumenstrom messen kann. Bei der Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 3 kann
es sich insbesondere um einen Flammenionisationsdetektor handeln.
Zusätzlich
kann an die Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 3 eine Erfassungseinrichtung 10 angeschlossen
sein, mit deren Hilfe die Messwerte der Messeinrichtung 3 insbesondere
zeitlich erfasst werden können.
Beispielsweise handelt es sich bei der Erfassungseinrichtung 10 um
einen Linienschreiber oder um einen Computer. In 1 ist
innerhalb der Erfassungseinrichtung 10 ein Diagramm 11 angedeutet,
das symbolisch den zeitlichen Verlauf des Kohlenwasserstoffgehalts
im angesaugten Volumenstrom andeuten soll.
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Die
Aufnahme 4 kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass
das Aktivkohlefilter 5 innerhalb des Prüfstands 1 die gleiche
räumliche
Einbaulage aufweist wie bei seiner vorgesehenen Verwendung in der
Fahrzeugtankentlüftung.
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Die
dem Aktivkohlefilter 5 über
die Zuführleitung 6 zugeführte Kohlenwasserstoffmenge
ist in 1 durch einen mit 12 bezeichneten Pfeil
symbolisch angedeutet. Der aus dem Aktivkohlefilter 5 über die
Saugleitung 8 abgesaugte Volumenstrom ist in 1 durch
einen mit 13 bezeichneten Pfeil angedeutet. Ein weiterer,
mit 14 bezeichneter Pfeil deutet die Luftmenge an, die über einen
Umgebungsanschluss 15 des Aktivkohlefilters 5 aus
einer nicht näher
bezeichneten Umgebung des Prüfstands 1 in
das Aktivkohlefilter 5 nachströmt. Dementsprechend ist der
von der Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 3 angesaugte Volumenstrom 13 größer als
die über
die Zuführeinrichtung 2 zugeführte Kohlenwasserstoffmenge 12.
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Die
Kohlenwasserstoffzuführeinrichtung 2 umfasst
zweckmäßig eine
Kohlenwasserstoffquelle 16, die so ausgestaltet ist, dass
sie einen geeigneten Kohlenwasserstoff gasförmig und unter einem Druck bereitstellt.
Beispielsweise wird für
den Prüfstand 1 Butangas
als Kohlenwasserstoff verwendet, das in einer entsprechenden Butangasflasche,
insbesondere als Flüssiggas,
bereitgestellt wird. Ferner umfasst die Kohlenwasserstoffzuführeinrichtung 2 ein
Steuerventil 17, das hier in der Zuführleitung 6 angeordnet ist.
Dementsprechend ist die Kohlenwasserstoffquelle 16 über das
Steuerventil 17 an den Tankanschluss 7 angeschlossen.
Das Steuerventil 17 ist extern ansteuerbar. Ein entsprechendes
Steuersignal ist hier als Rechteck-Impuls-Signal angedeutet und
mit 18 bezeichnet. Die Zuführung dieses Steuersignals 18 zum
Steuerventil 17 ist hier durch eine mit 19 bezeichneten,
mit unterbrochener Linie dargestellten Pfeil angedeutet.
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Zu
Zuführleitung 6 enthält hier
außerdem
ein Mengenventil 20, das bei geöffnetem Steuerventil 17 den
aus der Quelle 16 abströmenden
Kohlenwasserstoffgasstrom auf einen bestimmten Volumenstrom, also
auf eine bestimmte Menge pro Zeiteinheit begrenzt. Im Beispiel ist
das Mengenventil 20 stromab des Steuerventils 17 in
der Zuführleitung 6 angeordnet.
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Das
Verfahren zum Bestimmen einer Pufferwirkung des Aktivkohlefilters 5 wird
wie folgt durchgeführt. Über den
Tankanschluss 7 wird dem Aktivkohlefilter 5 über die
Zuführeinrichtung 2 eine
definierte Kohlenwasserstoffmenge 12 zugeführt. Außerdem wird über den
Motoranschluss 9 aus dem Aktivkohlefilter 5 mit
Hilfe der Messeinrichtung 3 ein definierter Volumenstrom 13 abgesaugt.
Gleichzeitig wird dieser Volumenstrom 13 hinsichtlich seines
Kohlenwasserstoffgehalts gemessen. Des weiteren wird der zeitliche
Verlauf des gemessenen Kohlenwasserstoffgehalts erfasst und gespeichert
bzw. entsprechend dokumentiert. Dieser zeitliche Verlauf des gemessenen Kohlenwasserstoffgehalts
lässt sich
nun als Korrelationsgröße für die Pufferwirkung
des Aktivkohlefilters 5 verwenden. Zu Beginn des Verfahrens
ist das Aktivkohlefilter 5 regeneriert bzw. unbeladen und
enthält
also keine Kohlenwasserstoffe. Die über die Zuführeinrichtung 2 zugeführten Kohlenwasserstoffe können sich
im Aktivkohlefilter 5 einlagern. Gleichzeitig bewirkt die
Absaugung des Volumenstroms 13 eine Spülung des Aktivkohlefilters 5,
durch die Kohlenwasserstoffe aus dem Aktivkohlefilter 5 herausgelöst werden.
Durch die Pufferwirkung lassen sich jedoch Anfangs weniger Kohlenwasserstoffe
aus dem Aktivkohlefilter 5 herausspülen als durch die die Zuführeinrichtung 2 darin
eingelagert werden. Zu Beginn der Messung ist der Kohlenwasserstoffgehalt
im untersuchten Volumenstrom 13 somit kleiner als die über Zuführeinrichtung 2 zugeführte Kohlenwasserstoffmenge 12.
Im Laufe der Zeit kommt es im Aktivkohlefilter 5 zu einem
Gleichgewichtszustand, der dann vorliegt, wenn die Menge an dem
Aktivkohlefilter 5 zugeführten Kohlenwasserstoffen im
wesentlichen gleich groß ist
wie die über
die Spülung
wieder herausgelöste
Menge an Kohlenwasserstoffen, die im Volumenstrom 13 mitgeführt wird.
Dieser Gleichgewichtszustand zeigt sich in einer Stabilisierung
des gemessenen Kohlenwasserstoffgehalts im Volumenstrom 13.
Zweckmäßig wird
somit die Messung des Kohlenwasserstoffgehalts solange durchgeführt, bis sich
die Werte des gemessenen Kohlenwasserstoffgehalts stabilisieren.
Von einer derartigen Stabilisierung kann beispielsweise dann ausgegangen
werden, wenn der gemessene Kohlenwasserstoffgehalt in Relation zum
Volumenstrom 13 die Kohlenwasserstoffmenge 12 repräsentiert,
die über
die Zuführeinrichtung 2 dem
Aktivkohlefilter 5 zugeführt wird. Unterschiedliche
Pufferwirkungen verschiedener Aktivkohlefilter 5 zeigen
sich nun darin, dass der zeitliche Verlauf des Kohlenwasserstoffgehalts
im Volumenstrom 13 vom Typ des Aktivkohlefilters 5 abhängt, also
von dessen Pufferwirkung abhängt.
Dies gilt insbesondere für
die Zeitspanne, die vom Beginn der Messung bis zum Erreichen der
Stabilisierung des gemessenen Kohlenwasserstoffgehalts vergeht.
Besagte Zeitspanne kann insbesondere als Korrelationsgröße für die Pufferwirkung
des Aktivkohlefilters 5 dienen.
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Hierdurch
wird eine Größe geschaffen,
die es erlaubt, unterschiedliche Aktivkohlefilter 5 hinsichtlich
ihrer Pufferwirkung miteinander zu vergleichen. Hierzu kann insbesondere
vorgesehen sein, die einzelnen Aktivkohlefilter 5 stets
im Hinblick auf einen Referenz-Aktivkohlefilter
zu vergleichen.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens kann die Kohlenwasserstoffzuführeinrichtung 2 die
Kohlenwasserstoffmenge 12 zeitlich getaktet dem Aktivkohlefilter 5 zuführen. Hierzu
kann insbesondere das Steuerventil 17 so angesteuert werden,
dass zum Einstellen einer vorbestimmten Kohlenwasserstoffmenge 12 vorbestimmte Öffnungszeiten
und vorbestimmte Schließzeiten
des Steuerventils 17 mit einer vorbestimmten Taktfrequenz
realisiert werden. Durch Variieren wenigstens eines der Parameter
Taktfrequenz, Öffnungszeit
und Schließzeit
kann die Kohlenwasserstoffmenge 12 variiert werden. Mit
Hilfe einer derartigen getakteten Zuführung des Kohlenwasserstoffgases
werden quasi Gasstöße realisiert,
insbesondere durch die Auswahl relativ kurzer Öffnungszeiten im Vergleich
zu relativ langen Schließzeiten.
Beispielsweise kann eine Taktung geeignet sein, bei der die Schließzeit eine
Minute beträgt,
während
die Öffnungszeit
eine Sekunde beträgt.
Die Messeinrichtung 3 kann beispielsweise einen konstanten
Volumenstrom von zum Beispiel 220 l/h ansaugen. Das Mengenventil 20 ermöglicht eine
Einstellung des Kohlenwasserstoffvolumenstroms. Bei vergleichenden
Messungen kann die Kohlenwasserstoffmenge 12 somit so eingestellt
werden, dass der Wert eines zuvor vermessenen Referenzaktivkohlefilters
wieder erreicht wird. Hierdurch lassen sich insbesondere vergleichende
Messungen in Bezug auf Referenzaktivkohlefilter realisierbar. Bei
derartigen Referenzmessungen ist die genaue Einstellung des jeweiligen Referenzmesswerts
vor Beginn jeder Messreihe erforderlich, da unterschiedliche Faktoren,
wie z. B. Luftdruck und Umgebungstemperatur, Einflüsse auf die
Messung haben. Beim Einstellen fester Werte sind außerdem Absolutmessungen
möglich.
Beim Durchführen
des Messverfahrens wird bei einer Vergleichsmessung der bekannte,
stabilisierte Kohlenwasserstoffgehalt im Volumenstrom 13 angefahren. Hierzu
wird das Steuerventil 17 zum Einstellen der Kohlenwasserstoffmenge 12 angesteuert.
Bis sich der Kohlenwasserstoffgehalt im Spülgasstrom stabilisiert sind
beispielsweise je nach Aktivkohlefilter 5 ca. 30–50 Zyklen
zu fahren, also 30–50 Öffnungszeiten
mit dem Steuerventil 17 zu realisieren. Zunächst zeigt
die Messeinrichtung 3 geringere Werte für den Kohlenwasserstoffgehalt
an, was an der zuvor beschriebenen Pufferwirkung des Aktivkohlefilters 5 liegt.
Danach steigt der Kohlenwasserstoffgehalt an, bis sich der Messwert
stabilisiert.
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Bei
einer Messreihe, bei der mehrere Aktivkohlefilter 5 hinsichtlich
ihrer Pufferwirkung mit einem Referenzaktivkohlefilter verglichen
werden sollen, ist darauf zu achten, dass die Aktivkohlefilter 5 stets
mit identischen Steuerzeiten für
das Steuerventil 17, also mit gleichen Kohlenwasserstoffmengen 12 und
gleichen Volumenströmen 13 beaufschlagt
werden. Auch ist darauf zu achten, dass die Aktivkohlefilter 5 einer
Messreihe immer in derselben Lage, zweckmäßig in der jeweiligen Einbaulage,
gemessen werden. Insbesondere dürfen
keine Leitungen geknickt werden. Außerdem sollte das Mengenventil 20 während der
Messreihe möglichst
unberührt
bleiben, da sich bereits kleine Änderungen
der Prüfgasmenge 12 in der
Messung signifikant auswirken können.
Um den Einfluss einer ungewollten Verstellung des Mengenventils 20 zu überprüfen, kann
es zweckmäßig sein, nach
einer derartigen Messreiche das Referenzaktivkohlefilter 5 erneut
zur Kontrolle durchzumessen. Sofern die Auswerteeinrichtung 10 einen
Linienschreiber umfasst, kann dessen Papiervorschubgeschwindigkeit
beispielsweise bei 60 mm/min liegen.