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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifikation von Zylindern einer Brennkraftmaschine bei Auftreten von zylinderindividuellen Ereignissen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 102 35 665 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die von zylinderindividuellen Ereignissen betroffenen Zylinder einer Brennkraftmaschine mittels Referenzphasen identifiziert werden. Die Referenzphasen basieren auf einer Frequenzanalyse des Drehzahlsignals der Kurbelwelle und werden für jeden einzelnen Zylinder durch eine Verstellung der Einspritzmenge ermittelt und in einem Steuergerät abgelegt. Tritt in einem Zylinder ein zylinderindividuelles Ereignis auf, so kann der betroffene Zylinder durch einen Vergleich der aktuell ermittelten Phasen mit den Referenzphasen identifiziert werden. Zylinderindividuelle Ereignisse sind beispielsweise eine zu hohe oder zu niedrige Einspritzmenge in einem Zylinder. In Folge von Alterungserscheinungen der Brennkraftmaschine müssen die gespeicherten Referenzphasen nach gewissen Zeitabständen aktualisiert werden. Für diese Aktualisierung ist während des Fahrbetriebes für jeden Zylinder eine Verstellung der Einspritzmenge erforderlich. Nachteilig ist, dass die Aktualisierung der Referenzphasen die Laufruhe und die Abgaswerte der Brennkraftmaschine beeinträchtigt.
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DE 10 2004 005 325 A1 betrifft ein Verfahren zur Detektion des Brennbeginns einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern mittels eines für eine Welle der Brennkraftmaschine ermittelten Drehzahlsignals. Aus dem Drehzahlsignal wird ein Segmentsignal mit einer Signallänge entsprechend einer ganzzahligen Vollumdrehung der Welle extrahiert. Aus dem Segmentsignal wird ein den Betriebszustand in einem Zylinder wiedergebendes Zylindersignal erzeugt.
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US 6 591 666 B1 betrifft eine Schaltung zur Erkennung von Verbrennungsaussetzem in einem Motor und ein entsprechendes Betriebsverfahren, umfassen einen Referenzfenstergenerator, der ein Verbrennungsaussetzer-Referenzsignal mit einem Verbrennungsaussetzer-Abtastfenster erzeugt. Ein Fehlzündungsfenster-Rechner ist mit einem zustandsvariablen Eingang und dem Referenzfenstergenerator gekoppelt. Der zustandsvariable Eingang kann ein Filtereingang oder ein Eingang von verschiedenen Motorsensoren sein. Der Fehlzündungsfenster-Rechner berechnet einen Offset zur Anpassung des Abtastfensters als Reaktion auf den zustandsvariablen Eingang.
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DE 103 43 069 B4 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Quantifizierung einer Voreinspritzung in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine. Bei Einspritzsystemen mit einer Voreinspritzung besteht das Problem, dass die sehr kleinen einzuspritzenden Kraftstoffmengen nicht direkt gemessen werden können. Dies liegt u.a. daran, dass bei kleinsten Einspritzmengen die Öffnungszeiten der Düsennadel des Einspritzventils nicht zuverlässig geregelt werden können. Es ist daher vorgesehen, dass das Verbrennungsgeräusch mit Hilfe eines Klopfsensors erfasst und mit Hilfe eines Algorithmus ausgewertet wird, wodurch die gewonnenen Signale in Aussageintervalle eingeteilt werden können. Diese Intervalle sind abhängig von der Anzahl der Umdrehungen, dem Lastmoment und/oder dem Einspritzbeginn. Aus diesen Intervallen kann ein Indikator zur Steuerung des einzuspritzenden Kraftstoffs ausgelesen werden.
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DE 195 35 094 A1 betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern auf der Basis eines ersten Eingangsmerkmalsignals, in dem sich die Ungleichförmigkeit der Drehbewegung (auf Basis Drehzahl oder Segmentzeiten) des Verbrennungsmotors innerhalb der 1. Ordnung abbildet, dessen Betrag mit einem ersten Schwellwert und einem zweiten, größeren Schwellwert verglichen wird, sowie auf der Basis weiterer Eingangsmerkmalsignale, in denen sich die Ungleichförmigkeit der Drehbewegung (auf Basis Drehzahl oder Segmentzeiten) des Verbrennungsmotors innerhalb weiterer Ordnungen abbildet, deren Anzahl von der Zylinderzahl des Verbrennungsmotors abhängt und deren Beträge mit je einem jeder Ordnung zugeordneten Schwellwert verglichen werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Identifikation von Zylindern einer Brennkraftmaschine bei Auftreten von zylinderindividuellen Ereignissen zu schaffen, das zuverlässig ist und die Laufruhe sowie die Abgaswerte der Brennkraftmaschine nicht beeinträchtigt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Startpunkt des Auswertefensters für das Drehzahlsignal der Kurbelwelle schrittweise in einem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine verschoben wird, wobei der von dem zylinderindividuellen Ereignis betroffene mindestens eine Zylinder dann identifiziert wird, wenn der Startpunkt des Auswertefensters derart verschoben wurde, dass der Abschnitt des Drehzahlsignals, der zu dem von dem Ereignis betroffenen Zylinder gehört, erstmalig in dem Auswertefenster liegt. Im Gegensatz zu der Ermittlung und Auswertung von Referenzphasen, wo ein Auswertefenster um ein Arbeitsspiel oder ein Vielfaches davon verschoben wird, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Auswertefenster schrittweise in einem Arbeitsspiel verschoben, so dass aus der Kenntnis, dass ein zylinderindividuelles Ereignis aufgetreten ist, und der Lage des Startpunktes sowie der Länge des Auswertefensters zu diesem Zeitpunkt der betroffenen Zylinder identifizierbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert auch dann, wenn mehrere oder alle Zylinder von einem zylinderindividuellen Ereignis betroffen sind. Eine Bestimmung und Auswertung von Referenzphasen ist somit nicht länger erforderlich. Da das erfindungsgemäße Verfahren keine Verstellung der Einspritzmenge der Zylinder erfordert, werden die Laufruhe und die Abgaswerte der Brennkraftmaschine nicht beeinträchtigt.
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Eine Schrittweite nach Anspruch 1 gewährleistet ein Verschieben des Startpunktes in einem Arbeitsspiel von kleiner als 720° Kurbelwellenumdrehung.
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Eine Schrittweite nach Anspruch 1 gewährleistet, dass der Startpunkt des Auswertefensters entlang des Drehzahlsignals von einem Zylinder zu dem in der Zündreihenfolge jeweils nächsten Zylinder verschoben wird.
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Eine Schrittweite nach Anspruch 2 ermöglicht eine Bestimmung von zylinderindividuellen Ereignissen des betroffenen Zylinders mit einer hohen Genauigkeit. Beispielsweise kann eine einsetzende Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder mit der Genauigkeit des Markenabstandes des Geberrades detektiert werden. Der Markenabstand des Geberrades entspricht beispielsweise 10° Kurbelwellenumdrehung.
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Ein Auswertefenster nach Anspruch 3 ermöglicht ein zuverlässiges Identifizieren des betroffenen Zylinders, da durch die Auswertung eines Arbeitsspiels ein zuverlässiges Erkennen des Ereignisses gewährleistet ist.
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Ein Auswertefenster nach Anspruch 4 erhöht die Zuverlässigkeit bei der Identifikation des betroffenen Zylinders, da eine Mittelung des Drehzahlsignals über mehrere Arbeitsspiele durchführbar ist.
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Ein Auswertefenster nach Anspruch 5 optimiert den Rechenleistungs- und Speicherbedarf bei der Identifikation des betroffenen Zylinders.
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Das Verfahren nach Anspruch 1 ermöglicht eine einfache Zuordnung des Startpunktes zu dem jeweiligen Zylinder. Brennkraftmaschinen weisen standardmäßig eine Erkennung des oberen Totpunktes des ersten Zylinders auf.
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Eine Weiterbildung nach Anspruch 6 ermöglicht eine zuverlässige Detektion des zylinderindividuellen Ereignisses und somit eine zuverlässige Identifikation des betroffenen Zylinders.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine,
- 2 eine Prinzipdarstellung eines Steuergerätes der Brennkraftmaschine in 1,
- 3 ein Drehzahlsignal einer Brennkraftmaschine mit einem Auswertefenster in einer Ausgangsposition,
- 4 das Drehzahlsignal in 3 mit dem Auswertefenster in einer ersten verschobenen Position,
- 5 das Drehzahlsignal in 3 mit dem Auswertefenster in einer zweiten verschobenen Position, und
- 6 ein Diagramm mit einer Amplitude 0,5-ter Ordnung basierend auf einer Frequenzanalyse des Drehzahlsignals in 5.
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Eine Brennkraftmaschine 1 weist einen Motorblock 2 mit mehreren Zylinders 3 und einem Einspritzsystem 4 auf. Das Einspritzsystem 4 umfasst für jeden Zylinder eine Einspritzeinheit 5 zum Einspritzen von Kraftstoff 6. Wie in 1 gezeigt ist, weist die Brennkraftmaschine 1 vier Zylinder 3 auf, so dass eine Zylinderanzahl Z = 4 beträgt. Die Brennkraftmaschine 1 kann sowohl eine selbstzündende als auch eine nicht selbstzündende Brennkraftmaschine 1 sein.
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Innerhalb des Motorblocks 2 ist eine Kurbelwelle 7 angeordnet und aus diesem herausgeführt. Zur Umwandlung der in den Zylindern 3 freigesetzten Energie des Kraftstoffs 6 in eine Rotationsbewegung ist die Kurbelwelle 7 mit nicht näher dargestellten Zylinderkolben verbunden.
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An einem aus dem Motorblock 2 herausgeführten Ende der Kurbelwelle 7 ist zur Messung einer Drehzahl N der Kurbelwelle 7 ein Geberrad 8 angeordnet. Das Geberrad 8 weist zur Ermittlung eines der Drehzahl N entsprechenden Drehzahlsignals der Kurbelwelle 7 äquidistante Winkelmarkierungen 9 auf. Die Winkelmarkierungen 9 weisen einen Markenabstand ΔM auf, der beispielsweise 10° Kurbelwellenumdrehung entspricht.
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Das Geberrad 8 und die Einspritzeinheit 5 stehen in Signalverbindung mit einem Steuergerät 10 zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1. Das Steuergerät 10 umfasst eine Signalabtastungseinheit 11, eine Signalvorverarbeitungseinheit 12, eine Transformationseinheit 13, eine Ereigniserkennungseinheit 14 und eine Zylinderidentifikationseinheit 15.
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Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Zündreihenfolge der Zylinder 3 von 1-3-4-2 auf. Der dritte Zylinder 3 soll von einem Zündaussetzer betroffen sein. Ein Zündaussetzer stellt ein zylinderindividuelles Ereignis dar. Der Zündaussetzer wirkt sich in der Drehzahl N der Kurbelwelle 7 und somit in dem mittels des Geberrades 8 ermittelten Drehzahlsignals aus. Die 3 bis 5 zeigen das ermittelte Drehzahlsignal, wobei die den einzelnen Zylindern 3 zugehörigen Abschnitte des Drehzahlsignals mit N1, N2, N3 und N4 gekennzeichnet sind. Das Drehzahlsignal ist aufgrund der diskreten Arbeitsweise der Brennkraftmaschine 1 hügelförmig ausgebildet, wobei jeder Hügel N1, N2, N3 und N4 dem jeweiligen Zylinder 3 zugehört. Der Beginn jedes Hügels kennzeichnet einen oberen Totpunkt OT des jeweiligen Zylinders 3. Die einzelnen oberen Totpunkte OT sind in den 3 bis 5 mit OT1, OT2, OT3 und OT4 gekennzeichnet. Die Abschnitte N1, N2, N3 und N4 des Drehzahlsignals ergeben ein Arbeitsspiel A der Brennkraftmaschine 1, wobei ein Arbeitsspiel A 720° Kurbelwellenumdrehung entspricht. Der Zündaussetzer des dritten Zylinders 3 wirkt sich in dem Abschnitt N3 des Drehzahlsignals aus, der eine geringere Höhe als die nicht von dem Zündaussetzer betroffenen Abschnitte N1, N2 und N4 des Drehzahlsignals aufweist.
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Nachfolgend wird die Detektion des Zündaussetzers und die Identifikation des von dem Zündaussetzer betroffenen Zylinders 3 beschrieben.
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Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 werden ständig die Zeiten zwischen den Winkelmarkierungen 9 des Geberrades 8 detektiert und mittels der Signalabtastungseinheit 11 in ein digitales Drehzahlsignal der Kurbelwelle 7 umgerechnet. Das digitale Drehzahlsignal wird anschließend der Signalvorverarbeitungseinheit 12 zugeführt, in der mittels gespeicherter Korrekturwerte mechanische Fertigungstoleranzen des Geberrades 8 korrigiert werden. Mechanische Fertigungstoleranzen sind beispielsweise nicht äquidistante Abstände der Winkelmarkierungen 9. Weiterhin kann in der Signalvorverarbeitungseinheit 12 eine Schleppkorrektur durchgeführt werden.
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Zur weiteren Auswertung des Drehzahlsignals wird ein Auswertefenster 16 für das Drehzahlsignal festgelegt. Das Auswertefenster 16 weist einen Startpunkt S und einen Endpunkt E auf, wobei der Startpunkt S und der Endpunkt E eine Länge L des Auswertefensters 16 definieren. Der Startpunkt S wird zu Beginn der Auswertung des Drehzahlsignals derart festgelegt, dass dieser mit dem oberen Totpunkt OT1 des ersten Zylinders 3 übereinstimmt. Alternativ kann der Startpunkt S derart festgelegt werden, dass dieser mit einem der oberen Totpunkte OT2, OT3 oder OT4 übereinstimmt. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt hierzu über eine Totpunkterkennung, die mittels einer speziellen Winkelmarkierung 9, die den oberen Totpunkt OT1 des ersten Zylinders 3 kennzeichnet, realisiert ist. Weiterhin wird zu Beginn der Auswertung die Länge L des Auswertefensters 16 festgelegt. Wie in den 3 bis 5 gezeigt ist, entspricht die Länge L einem Arbeitsspiel A, also 720° Kurbelwellenumdrehung. Alternativ kann die Länge L des Auswertefensters 16 ein ganzzahliges Vielfaches von 720° Kurbelwellenumdrehung oder ein Bruchteil von 720° Kurbelwellenumdrehung sein.
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Vorteilhafter Weise wird der Startpunkt S des Auswertefensters 16 derart gewählt, dass die Identifikationsgenauigkeit am größten ist. Hierzu ist es erforderlich, den Startpunkt S des Auswertefensters 16 in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 festzulegen. Somit kann der Startpunkt S auch um einige Grad Kurbelwellenumdrehung vor oder nach einem der oberen Totpunkte OT liegen.
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Ausgehend von dem oberen Totpunkt OT1 wird der Startpunkt S bei konstanter Länge L des Auswertefensters 16 relativ zu dem Drehzahlsignal schrittweise in dem Arbeitsspiel A verschoben. Der Startpunkt S wird mit einer Schrittweite ΔW verschoben, die einem Verhältnis von 720° Kurbelwellenumdrehung zu der Zylinderanzahl Z entspricht. Bei einer Zylinderanzahl von Z = 4 beträgt die Schrittweite ΔW 180° Kurbelwellenumdrehung. Alternativ kann auch eine kleinere Schrittweite ΔW gewählt werden, die beispielsweise dem Markenabstand ΔM des Geberrades 8 entspricht, beispielsweise 10° Kurbelwellenumdrehung.
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3 zeigt eine Ausgangsposition des Auswertefensters 16, bei der die Lage des Startpunktes S mit dem oberen Totpunkt OT1 übereinstimmt. Der dritte Zylinder 3 ist in dem in dem Auswertefenster 16 befindlichen Arbeitsspiel A noch nicht von dem Zündaussetzer betroffen.
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Das innerhalb des Auswertefensters 16 befindliche Drehzahlsignal wird mittels der Transformationseinheit 13 in einen Winkel-Frequenz-Bereich transformiert. Die Transformation in den Winkel-Frequenz-Bereich findet mittels einer diskreten Hartley-Transformation statt. Aus der Transformation ergibt sich ein Amplitudenspektrum des Drehzahlsignals. Zur Detektion von Zündaussetzern wird in der Ereigniserkennungseinheit 14 die Amplitude 0,5-ter Ordnung A0,5 überwacht. Befindet sich der von dem Zündaussetzer betroffene Abschnitt N3 des Drehzahlsignals nicht in dem Auswertefenster 16, so liegt die Amplitude 0,5-ter Ordnung A0,5 unterhalb eines Grenzwertes G0,5. Die Ereigniserkennungseinheit 14 zeigt somit an, dass kein Zündaussetzer vorliegt.
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4 zeigt das Auswertefenster 16 in einer ersten verschobenen Position, in der der Startpunkt S um die Schrittweite ΔW zu dem oberen Totpunkt OT3 des dritten Zylinders 3 verschoben ist. Der von dem Zündaussetzer betroffene Abschnitt N3 des Drehzahlsignals liegt noch nicht innerhalb des Auswertefensters 16, so dass die Ereigniserkennungseinheit 14 - wie bereits zu 3 beschrieben - anzeigt, dass kein Zündaussetzer vorliegt.
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5 zeigt eine zweite verschobene Position des Auswertefensters 16, in der der Startpunkt S wiederum um die Schrittweite ΔW zu dem oberen Totpunkt OT4 des vierten Zylinders 3 verschoben ist. Der von dem Zündaussetzer betroffene Abschnitt N3 des Drehzahlsignals liegt erstmalig innerhalb des Auswertefensters 16. Das in dem Auswertefenster 16 befindliche Drehzahlsignal wird - wie bereits zu 3 beschrieben - mittels der Transformationseinheit 13 in den Winkel-Frequenz-Bereich transformiert, wobei aufgrund des Zündaussetzers ein Anstieg der Amplitude 0,5-ter Ordnung A0,5 auftritt. Die Amplitude 0,5-ter Ordnung A0,5 liegt bei einem Zündaussetzer oberhalb des Grenzwertes G0,5. Dies ist in 6 gezeigt. Die Ereigniserkennungseinheit 14 detektiert somit erstmalig das Auftreten des Zündaussetzers.
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Bei einer Detektion eines Zündaussetzers wird von der Ereigniserkennungseinheit 14 ein Signal an die Zylinderidentifikationseinheit 15 übermittelt. Die Zylinderidentifikationseinheit 15 identifiziert den Zylinder 3, der von dem Zündaussetzer betroffen ist. Hierzu wird die Lage des Auswertefensters 16 relativ zu dem Drehzahlsignal ausgewertet. Bei der Detektion des Zündaussetzers liegt der Endpunkt E in dem Abschnitt N3 des Drehzahlsignals, der dem dritten Zylinder 3 zugeordnet ist. Der Startpunkt S fällt mit dem oberen Totpunkt OT4 zusammen. Aus der Zündreihenfolge der Zylinder 3, der Schrittweite ΔW und der Länge L sowie der Ausgangsposition des Auswertefensters 16 kann somit der von dem Zündaussetzer betroffene dritte Zylinder 3 bestimmt werden.
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Die Auswertung eines Phasenspektrums des Drehzahlsignals und ein Vergleich mit Referenzphasen zur Identifikation des betroffenen Zylinders 3 ist nicht erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Lage, dauerhafte und insbesondere sporadisch auftretende Zündaussetzer zu detektieren. Aufgrund der beschriebenen Verschiebung des Auswertefensters 16 ist weder eine Ermittlung von Referenzphasen noch eine Aktualisierung der Referenzphasen erforderlich.
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Eine Auswertung der Amplitude 0,5-ter Ordnung A0,5 ist zur Detektion von Zündaussetzern gut geeignet. Grundsätzlich können jedoch auch Amplituden anderer Ordnungen als auch Linearkombinationen von Amplituden bestimmter Ordnungen zur Detektion von einem Zündaussetzer verwendet werden. Ebenso ist eine Auswertung eines Phasenspektrums des Drehzahlsignals möglich. Aufgrund der beschriebenen Verschiebung des Auswertefensters kann ein Zündaussetzer schnell detektiert werden, wenn der von dem Zündaussetzer betroffene Abschnitt des Drehzahlsignals erstmalig in dem Auswertefenster 16 zu liegen kommt. Ein Abwarten von einem gesamten Arbeitsspiel A ist nicht erforderlich.
