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Die vorliegende Erfindung ist auf ein System und ein Verfahren zum Entladen von Kohlenwasserstoffemissionen von einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gerichtet.
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Verschiedene Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, wie Dieselpartikelfilter, Dreiwegekatalysatoren und andere Vorrichtungen, sind entwickelt worden, um Abgasemissionen von Verbrennungsmotoren effektiv zu beschränken. In dem Fall von Kompressionszündungs- oder Dieselmotoren wird weiterhin eine große Anstrengung unternommen, praktische und effiziente Vorrichtungen und Verfahren zum Reduzieren von Emissionen größtenteils kohlenstoffhaltiger Partikel in Abgasen zu entwickeln.
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Ein Oxidationskatalysator ist eine der Vorrichtungen, die oftmals in Dieselmotoren für einen derartigen Zweck vorgesehen sind. Ein derartiger Oxidationskatalysator wird typischerweise verwendet, um Kohlenwasserstoffemissionen, die in der Abgasströmung vorhanden sind, zu oxidieren und zu verbrennen. Wenn jedoch ein Dieselmotor bei Leerlauf für eine längere Zeitperiode betrieben wird, können Kohlenwasserstoffemissionen an dem Oxidationskatalysator abgeschieden werden. Eine signifikante Ansammlung von Kohlenwasserstoffemissionen an dem Oxidationskatalysator kann erhöhte Temperaturen und schließlich einen Schaden an dem Katalysator bewirken. Ein ähnliches Problem kann sich in Dreiwegekatalysatoren entwickeln, die üblicherweise in Funkenzündungs- oder Benzinmotoren verwendet werden.
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Die
DE 11 2007 001 723 T5 offenbart ein System, das in der Lage ist, in einer Nachbehandlungseinrichtung eines Verbrennungsmotors angesammelte Kohlenwasserstoffemissionen auszutreiben, indem eine Temperatur des in die Nachbehandlungseinrichtung eintretenden Abgases erfasst und eine Zeitdauer gemessen wird, innerhalb der die Temperatur eine Kohlenwasserstoff-Ansammlung in der Nachbehandlungsvorrichtung begünstigt. Dabei wird die Zeitdauer für Zeiten, in denen die Temperatur eine Kohlenwasserstoff-Desorption aus der Nachbehandlungsvorrichtung unterstützt, verringert, wobei ein Ausgangssignal erzeugt wird, wenn die Zeitdauer eine Schwelle erreicht, die eine unerwünschte adsorbierte Kohlenwasserstoff-Ansammlung anzeigt. In Ansprechen auf das Ausgangssignal erhöht ein Motorsteuergerät die Temperatur des in die Nachbehandlungseinrichtung eintretenden Abgases, um die Desorption von Kohlenwasserstoffen zu bewirken, beispielsweise durch Erhöhen der Leerlaufdrehzahl des Motors.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und System bereitzustellen, mit denen es möglich ist, bei Fahrzeugen ein zuverlässiges und sicheres Entladen von in einem Abgassystem angesammelten Kohlenwasserstoffemissionen zu erreichen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Ein Verfahren zum Entladen von Kohlenwasserstoffemissionen, die durch ein Abgas an einer Nachbehandlungsvorrichtung, die in einem Abgassystem für einen Verbrennungsmotor verwendet ist, abgeschieden sind, umfasst ein Bestimmen, ob der Motor bei einer voreingestellten Leerlaufdrehzahl für eine vorbestimmte Zeitdauer betrieben worden ist. Das Verfahren umfasst auch ein Erhöhen der voreingestellten Leerlaufdrehzahl um einen vorbestimmten Wert, wenn der Motor bei der voreingestellten Leerlaufdrehzahl für eine vorbestimmte Zeitdauer betrieben worden ist. Die Erhöhung der Motorleerlaufdrehzahl erhöht einen Durchfluss des Abgases zu der Nachbehandlungsvorrichtung und entlädt die abgeschiedenen Kohlenwasserstoffemissionen.
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Der Motor kann vom Dieseltyp oder Benzintyp sein. Wenn der Motor vom Dieseltyp ist, kann die Nachbehandlungsvorrichtung einen Dieseloxidationskatalysator, einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion und/oder einen Dieselpartikelfilter aufweisen. Wenn der Motor vom Benzintyp ist, kann die Nachbehandlungsvorrichtung einen DreiwegeKatalysatorwandler aufweisen.
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Das Verfahren umfasst ein Bestimmen, ob der Motor bei einer Frosttemperatur betrieben worden ist. Ferner umfasst das Verfahren ein Erhöhen der voreingestellten Leerlaufdrehzahl um den vorbestimmten Wert, wenn der Motor bei der voreingestellten Leerlaufdrehzahl für die vorbestimmte Zeitdauer und bei der Frosttemperatur betrieben worden ist.
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Der Motorbetrieb bei der voreingestellten Leerlaufdrehzahl und bei der Frosttemperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer kann eine vorbestimmte Menge an Kohlenwasserstoffemissionen angeben, die an der Nachbehandlungsvorrichtung abgeschieden ist.
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Der Motor kann in einem Fahrzeug eingesetzt werden, der einen Neutralmodus und/oder einen Parkmodus aufweist. Das Verfahren kann auch ein Bestimmen umfassen, ob sich das Fahrzeug in dem Parkmodus oder dem Neutralmodus befindet, und die Aktion zur Erhöhung der voreingestellten Leerlaufdrehzahl um einen vorbestimmten Wert kann erreicht werden, wenn sich das Fahrzeug in dem Parkmodus oder dem Neutralmodus befindet.
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Das Verfahren kann zusätzlich ein Einschalten eines Schalters für erhöhte Drehzahl aufweisen, der funktionell mit dem Motor verbunden ist, bevor die voreingestellte Leerlaufdrehzahl um einen vorbestimmten Wert erhöht wird.
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Jede der Aktionen zum Bestimmen, ob der Motor bei einer voreingestellten Leerlaufdrehzahl für eine vorbestimmte Zeitdauer betrieben worden ist, Erhöhen der voreingestellten Leerlaufdrehzahl um einen vorbestimmten Wert, Bestimmen, ob sich der Motor in dem Parkmodus oder dem Neutralmodus befindet, und Aktivieren eines erhöhten Leerlaufes kann durch einen Controller ausgeführt werden.
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Ein System zum Entladen von Kohlenwasserstoffemissionen, die an einer Nachbehandlungsvorrichtung abgeschieden sind, sowie ein Fahrzeug, das ein derartiges System verwendet, sind ebenfalls offenbart.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Motor, der mit einem Abgassystem verbunden ist, das eine Reihe von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen aufweist; und
- 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Regeneration der Abgasnachbehandlungsvorrichtung von 1.
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Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten über die verschiedenen Ansichten hinweg bezeichnen, zeigt 1 schematisch ein Kraftfahrzeug 10. Das Fahrzeug 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 auf. Wie gezeigt ist, ist der Motor 12 ein Kompressionszündungs- oder ein Dieselmotor. Die Verbrennung in dem Dieselmotor 12 findet statt, wenn eine spezifische Menge an Umgebungsluftströmung 14 mit der dosierten Menge an Kraftstoff 16 gemischt wird, die von einem an Bord befindlichen Kraftstofftank 18 geliefert wird, und das resultierende Luft/Kraftstoff-Gemisch in den Zylindern des Motors (nicht gezeigt) komprimiert wird. Ein Abgas 20 wird von dem Motor 12 als ein Nebenprodukt der Verbrennung ausgestoßen und an die Umgebung durch ein Abgassystem 22 entfernt.
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Das Fahrzeug 10 weist auch ein Getriebe 23 auf, das funktionell mit dem Motor 12 zur Übertragung von Motordrehmoment zum Antrieb des Fahrzeugs verbunden ist. Das Getriebe 23 kann entweder ein Automatikgetriebe oder ein Handschaltgetriebe sein, wie es dem Fachmann gut bekannt ist. Das Getriebe 23 weist eine geeignete Getriebezuganordnung auf, die jedoch nicht gezeigt ist, deren Existenz dem Fachmann jedoch bekannt ist. Ein derartiger Getriebezug innerhalb des Getriebes 23 ist derart konfiguriert, dass er das Fahrzeug mit einem Antriebsmodus, einem Rückfahrmodus, und wenn das Getriebe von einem Automatiktyp ist, auch einem Parkmodus versieht. Das Getriebe 23 kann zusätzlich einen Neutralmodus aufweisen.
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Das Fahrzeug 10 weist zusätzlich ein System 24 auf. Das System 24 weist ein Abgassystem 22 auf und ist zum Entladen von Kohlenwasserstoffemissionen, die durch Abgas 20 an einer Nachbehandlungsvorrichtung, die in dem Abgassystem positioniert ist, abgeschieden sind, konfiguriert. Wie in 1 gezeigt ist, weist das Abgassystem 22 eine Reihe von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen auf, die als ein Dieseloxidationskatalysator 26, ein Katalysator 28 für selektive katalytische Reduktion (SCR) und ein Dieselpartikelfilter 30 gezeigt sind. Die gezeigte Reihe von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 26, 28 und 30 ist derart konfiguriert, das Abgas 20 zu katalysieren, wodurch verschiedene Abgasemissionen des Motors 12 reduziert werden.
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Insbesondere ist der Dieseloxidationskatalysator 26 derart angepasst, dass er das Abgas 20 von dem Motor 12 aufnimmt, um Kohlenwasserstoffemissionen, die in dem Abgas vorhanden sind, zu oxidieren und zu verbrennen. Nach dem Dieseloxidationskatalysator 26 wird das Abgas 20 zu dem SCR-Katalysator 28 geführt, der dazu verwendet wird, die Emission von NOx zu reduzieren. Ein Reduktionsmittel, allgemein als „Dieselabgasfluid“ oder DEF (von engl.: „diesel-exhaust-fluid“) bezeichnet ist, kann an den Strom von Abgas 20 in dem SCR-Katalysator 28 geliefert werden, um dadurch die Reduktion von NOx zu unterstützen. Nachdem das Abgas 20 den SCR-Katalysator 28 verlässt, jedoch bevor ein Durchgang an die Atmosphäre zugelassen wird, wird das Gas durch den Dieselpartikelfilter 30 geführt, wo das rußige Partikelmaterial, das von dem Motor 12 ausgestoßen wird, gesammelt und entsorgt wird. Obwohl, wie gezeigt ist, der SCR-Katalysator 28 stromaufwärts des Dieselpartikelfilters 30 positioniert ist, kann der SCR-Katalysator auch stromabwärts des Dieselpartikelfilters positioniert sein, ohne die Wirksamkeit der Reihe von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 26, 28 und 30 bei der Nachbehandlung des Abgases 20 zu beeinträchtigen.
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Obwohl ein Kompressionszündungsmotor in Bezug auf 1 gezeigt und beschrieben ist, kann das System 24 ähnlicherweise für einen Funkenzündungs- oder Benzinmotor (nicht gezeigt) implementiert sein. Bei einem Abgassystem eines derartigen Benzinmotors kann eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die für Benzinmotoren geeignet ist, einen Dreiwegekatalysator aufweisen, der zusätzlich zu oder anstelle einiger oder aller der dieselspezifischen Abgasnachbehandlungsvorrichtungen verwendet ist, die in 1 gezeigt sind. Wie dem Fachmann bekannt ist, ist ein Dreiwegekatalysatorwandler eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die drei simultane Aufgaben besitzt i) Oxidation von Stickoxiden, ii) Oxidation von Kohlenmonoxid und iii) Oxidation nicht verbrannter Kohlenwasserstoffe.
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Typischerweise werden Kohlenwasserstoffemissionen, die von dem Motor 12 während normaler Betriebsbedingungen als Teil des Abgases 20 ausgestoßen werden, entweder durch den Dieseloxidationskatalysator 26 oxidiert oder schlupfen an die Umgebung und werden an diese ausgetragen. Wenn der Motor 12 bei Frostumgebungstemperaturen arbeitet, kann die Verbrennung in dem Motor instabil oder unvollständig sein, sodass das Abgas 20, das den Motor verlässt, eine erhöhte Menge an Kohlenwasserstoffemissionen aufweisen kann. Eine derartige erhöhte Menge an Kohlenwasserstoffemissionen ist typischerweise das Ergebnis eines suboptimalen Kraftstoff/Luft-Verhältnisses des in den Motor 12 eintretenden brennbaren Gemisches. Erhöhte Kohlenwasserstoffemissionen sind insbesondere möglich, wenn die Umgebungsluftströmung 14 in den Motor 12 bei Frosttemperaturen eintritt, während der Motor bei Leerlaufdrehzahl arbeitet. Die Temperatur der Umgebungsluftströmung 14 kann durch einen Sensor 32 erfasst werden.
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Die Erfahrung hat gezeigt, dass eine Zunahme der Masse an Kohlenwasserstoffen, die durch den Motor 12 während der obigen Bedingungen emittiert werden, ausreichend signifikant sein kann, sodass der Dieseloxidationskatalysator 26, der SCR-Katalysator 28 und der Dieselpartikelfilter 30 weder zur Oxidation noch zum Schlupf der Kohlenwasserstoffe an die Umgebung mit einer ausreichenden Rate in der Lage sind. Folglich können der Dieseloxidationskatalysator 26, der SCR-Katalysator 28 und der Dieselpartikelfilter 30 für daran abgeschiedene Kohlenwasserstoffemissionen anfällig sein. Die erhöhten Kohlenwasserstoffemissionen können anfänglich den Dieseloxidationskatalysator 26 beladen. Nach dem Dieseloxidationskatalysator 26 können die erhöhten Kohlenwasserstoffemissionen den SCR-Katalysator 28 beladen und können schließlich den Dieselpartikelfilter 30 beladen. Eine derartige Beladung des Dieseloxidationskatalysators 26, des SCR-Katalysators 28 und des Dieselpartikelfilters 30 kann den Betriebswirkungsgrad dieser Reihe von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen signifikant reduzieren.
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Das System 24 weist zusätzlich einen Controller 34 auf, der funktionell mit dem Motor 10 und dem Getriebe 23 verbunden ist. Der Controller 34 ist derart programmiert, um zu bestimmen, ob sich das Fahrzeug in dem Parkmodus befindet. Der Controller 34 steht in elektrischer Kommunikation mit dem Sensor 32 zur Bestimmung der Temperatur der Umgebungsluftströmung 14. Der Controller 34 ist auch derart programmiert, dass er bestimmt, ob der Motor 12 bei einer voreingestellten Leerlaufdrehzahl für eine vorbestimmte Zeitdauer und bei Frosttemperaturen betrieben worden ist. Die vorbestimmte Zeitdauer, die der Motor 12 bei der voreingestellten Leerlaufdrehzahl bei Frostumgebungstemperaturen arbeitet, gibt eine spezifische Menge an Kohlenwasserstoffemissionen, die von dem Motor 12 ausgestoßen wird, an, die ausreichend ist, den Dieseloxidationskatalysator 26 zu beladen. Die Zeitdauer, die der Motor 12 bei Leerlaufdrehzahl arbeitet, kann während des Tests und der Entwicklung des Fahrzeugs 10 und des Motors 12 empirisch bestimmt werden.
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Der Controller 34 ist zusätzlich so programmiert, dass er die voreingestellte Leerlaufdrehzahl um einen vorbestimmten Wert 36 erhöht, wenn der Motor 12 bei der voreingestellten Leerlaufdrehzahl während der vorbestimmten Zeitdauer und bei einer Frosttemperatur arbeitet, wenn der Controller bestimmt, dass sich das Fahrzeug 10 in dem Parkmodus befindet. Der Controller 34 kann auch so programmiert sein, dass er die voreingestellte Leerlaufdrehzahl um einen vorbestimmten Wert 36 erhöht, wenn das Getriebe 23 in den Neutralmodus ist. Das System 24 kann auch einen Schalter 38 für erhöhten Leerlauf aufweisen, der funktionell mit dem Motor 12 verbunden ist. Der Schalter 38 ist derart konfiguriert, dass er durch den Controller 34 eingeschaltet werden kann, bevor der Controller die voreingestellte Leerlaufdrehzahl des Motors 12 um den vorbestimmten Wert 36 erhöht. Eine derartige Erhöhung der Leerlaufdrehzahl des Motors 12 dient dazu, eine Rate und/oder Temperatur des Abgases 20, das an den Dieseloxidationskatalysator 26 strömt, zu erhöhen, und ist ausreichend, die Kohlenwasserstoffemissionen, die an dem Dieseloxidationskatalysator abgeschieden sind, zu entladen.
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Allgemein beträgt die Temperatur des Abgases 20, das den Motor 12 bei einer typischen voreingestellten Leerlaufdrehzahl verlässt, etwa 100°C. Die Zunahme der Leerlaufdrehzahl des Motors 12 um eine empirisch bestimmte Größe, die ausreichend ist, um den Dieseloxidationskatalysator 26 zu entladen, erhöht die Temperatur des Abgases 20 anfänglich bis zu etwa 300°C. Nach der anfänglichen Erhöhung der Temperatur des Abgases 20 findet eine exotherme Reaktion in dem Dieseloxidationskatalysator 26 statt. Wenn diese ausgelöst ist, bewirkt die exotherme Reaktion in dem Dieseloxidationskatalysator 26 eine Reaktion der Kohlenwasserstoffe in dem Dieseloxidationskatalysator und ein Treiben der Temperaturen innerhalb des Dieseloxidationskatalysators auf bis zu und über etwa 400°C.
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Die erhöhten Temperaturen innerhalb des Dieseloxidationskatalysators 26 werden durch den erhöhten Durchfluss von Abgas 20 an den SCR-Katalysator 28 und dann an den Dieselpartikelfilter 30 geführt, wodurch die abgeschiedenen Kohlenwasserstoffe ebenfalls von diesen Nachbehandlungsvorrichtungen entladen werden. Demgemäß kann, wenn der Controller 34 bestimmt, dass sich das Fahrzeug 10 in dem Parkmodus befindet, der Controller die Zunahme der voreingestellten Leerlaufdrehzahl um den vorbestimmten Wert 36 autorisieren, um Kohlenwasserstoffe von den Nachbehandlungsvorrichtungen 26, 28 und 30 zu entladen.
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2 zeigt ein Verfahren 40 zum Entladen von Kohlenwasserstoffemissionen, die an irgendeiner der Nachbehandlungsvorrichtungen 26, 28 und 30 abgeschieden sind, wie in Bezug auf 1 beschrieben ist. Wie bei dem System 24 oben ist das Verfahren 40 gleichermaßen zum Entladen von Kohlenwasserstoffemissionen anwendbar, die durch ein Abgas an einer Nachbehandlungsvorrichtung eines Dieselmotors wie auch an einer benzinmotorspezifischen Nachbehandlungsvorrichtung abgeschieden sind, die einen Dreiwegekatalysator aufweisen kann.
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Demgemäß beginnt das Verfahren bei Kästchen 42, wo es die Verwendung des Controllers 34 umfasst, um zu bestimmen, ob der Motor 12 bei einer voreingestellten Leerlaufdrehzahl für eine vorbestimmte Zeitdauer betrieben worden ist. Wie oben beschrieben ist, kann das Verfahren auch die Verwendung des Controllers 34 aufweisen, um zu bestimmen, ob der Motor 12 bei der voreingestellten Leerlaufdrehzahl bei Frosttemperaturen betrieben worden ist. Der Controller 34 kann zusätzlich bestimmen, ob sich das Fahrzeug 10 in dem Parkmodus oder dem Neutralmodus befindet, und kann die Zunahme der voreingestellten Leerlaufdrehzahl um den vorbestimmten Wert 36 autorisieren, wenn sich das Fahrzeug in dem Parkmodus oder dem Neutralmodus befindet. Ferner kann das Verfahren auch ein Einschalten eines Schalters für erhöhten Leerlauf durch den Controller 34 aufweisen, bevor die voreingestellte Leerlaufdrehzahl um einen vorbestimmten Wert erhöht wird.
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Nach dem Kästchen 42 fährt das Verfahren mit Kästchen 44 fort, wo es umfasst, dass durch den Controller 34 die voreingestellte Leerlaufdrehzahl um den vorbestimmten Wert 36 erhöht wird, wenn der Motor 12 bei der voreingestellten Leerlaufdrehzahl für eine vorbestimmte Zeitdauer betrieben worden ist. Eine derartige Erhöhung der voreingestellten Leerlaufdrehzahl um den vorbestimmten Wert 36 erhöht einen Durchfluss von Abgas 20 zuerst an den Dieseloxidationskatalysator 26, dann an den SCR-Katalysator 28 und schließlich an den Dieselpartikelfilter 30, um die abgeschiedenen Kohlenwasserstoffemissionen zu entladen. Auch kann die Erhöhung der voreingestellten Leerlaufdrehzahl um den vorbestimmten Wert 36 erreicht werden, wenn der Motor 12 bei der voreingestellten Leerlaufdrehzahl bei Frosttemperatur während einer vorbestimmten Zeitdauer betrieben worden ist, wie oben beschrieben ist. Das Verfahren endet bei Kästchen 46, bei dem der Durchfluss von Abgas 20 zu dem Dieseloxidationskatalysator 26 erhöht wird und die abgeschiedenen Kohlenwasserstoffemissionen von den Nachbehandlungsvorrichtungen entladen werden. Nach Kästchen 46 kann das Verfahren schleifenartig zu Kästchen 42 zurückkehren und neu starten.
