Beschwerdekammern des Europäischen Patentamts Entscheidung vom 27.04.1998 – T 264/96

Aktenzeichen: T 0264/96 - 3.5.2

E N T S C H E I D U N G

der Technischen Beschwerdekammer 3.5.2 vom 27. April 1998 Beschwerdeführer:

J. M. Voith GmbH St. Pöltener Straße 43 D-89522 Heidenheim (DE) Vertreter:

Rieberer, Stefan, Dipl.-Ing. VA TECH Patente GmbH Postfach 5 A-1141 Wien (AT) Angefochtene Entscheidung:

Entscheidung der Prüfungsabteilung des Europäischen Patentamts, die am 10. November 1995 zur Post gegeben wurde und mit der die europäische Patentanmeldung Nr. 92 909 576.8 aufgrund des Artikels 97 (1) EPÜ zurückgewiesen worden ist.

Zusammensetzung der Kammer:

Vorsitzender:

W. J. L. Wheeler Mitglieder: A. G. Hagenbucher B. J. Schachenmann

Sachverhalt und Anträge

I. Die Beschwerde richtet sich gegen die Zurückweisung der Patentanmeldung Nr. 92 909 576.8. Die Entscheidung der Prüfungsabteilung wurde damit begründet, daß der Gegenstand der seinerzeit geltenden Ansprüche 1 bis 4 nicht auf einer erfinderischen Tätigkeit gegenüber folgendem Stand der Technik beruhe:

D1: Patent Abstracts of Japan, Band 3, Nr. 71 (E-118), 20. Juni 1979 und JP-A-54 050 813 und D3: EP-A-295 710. Im Prüfungsverfahren war zusätzlich die D2: Patent Abstracts of Japan, Band 10, Nr. 197 (E-418), 10. Juli 1986 und JP-A-61 039 885 zitiert worden. In der Zurückweisungsentscheidung (vgl. Abschnitt 7) wies die Prüfungsabteilung ausdrücklich darauf hin, daß wegen des Zurückweisungsgrundes nach Artikel 56 EPÜ keine Einwände wegen weiterer Mängel erhoben wurden.

II. Mit der Beschwerdebegründung reichte die Beschwerdeführerin neue Patentansprüche und eine neue Beschreibung ein.

III. In einem Bescheid als Anlage zur Ladung für eine mündliche Verhandlung machte die Kammer auf Mängel in .../... den eingereichten Unterlagen aufmerksam und verwies zusätzlich auf die Druckschriften D1b:

Englische Übersetzung von JP-A-54 050 813 (D1), D4: etz Archiv, Band 4, 1982, Heft 7, Seiten 219 bis 224 und D5: DE-A-3 705 089. IV. Aufgrund einer Erwiderung der Beschwerdeführerin verwies die Kammer vor der mündlichen Verhandlung noch auf D6: US-A-4 333 042 und D7: Elektronik-Lexikon, Dr. Baier, zweite Auflage, Frankh'sche Verlagshandlung Stuttgart, 1982, Seite 137. V. Am 1. April 1998 fand die mündliche Verhandlung vor der Kammer statt. Die Beschwerdeführerin reichte hierbei neue Ansprüche 1 und 2 und Beschreibungsseiten 1, 2, 2a und 3 bis 5 ein.

VI. Die nunmehr geltenden Ansprüche 1 und 2 lauten:

.../... "1. Verfahren zum Steuern einer permanenterregten, elektrisch einphasigen Transversalflußmaschine mittels eines Umrichters, dadurch gekennzeichnet, daß vom Umrichter eine Klemmenspannung (u) eingeprägt wird, welche aus dem Drehwinkel (φ) der Transversalflußmaschine, der Kreisfrequenz (ω), einem jeweils vorgewählten Drehmoment (msoll) und einer verfügbaren Zwischenkreis-Gleichspannung (+UZK bzw. -UZK) errechnet wird, wobei die Klemmenspannung (u) sinusförmige Anteile und Bereiche zwischen errechneten ersten und zweiten Umschaltzeitpunkten (δ-∆, δ+∆) aufweist, innerhalb derer die Klemmenspannung (u) den Wert der ZwischenkreisGleichspannung (UZK) annimmt, um eine Minimierung des Effektivwertes des Strangstromes (i) der Transversalflußmaschine bei einem maximalen Drehmoment zu erreichen."

"2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßwert für den Drehwinkel (φ) der Transversalflußmaschine (5), die Kreisfrequenz (ω), welche ein differenzierendes Regelkreisglied (6) aus dem Drehwinkel (φ) bildet, das jeweils vorgewählte Drehmoment (msoll) und die verfügbare Zwischenkreis-Gleichspannung (UZK) jeweils einer ersten und einer zweiten Steuereinrichtung (1, 2) einspeisbar sind, daß die erste Steuereinrichtung (1) Umschaltzeitpunkte (δ-∆, δ+∆) für eine Umschaltung auf die Zwischenkreis-Gleichspannung (+UZK bzw. -UZK) je nach Polarität der Spannung innerhalb der Halbperiode errechnet und diese Umschaltzeitpunkte (δ-∆, δ+∆) an einen Steuersatz (3) des Umrichters (4) weitergibt, und daß die zweite Steuereinrichtung (2) eine Sollklemmen- .../...

spannung bildet und damit den Steuersatz (3) des Umrichters (4) speist."

VII. Die Argumente der Beschwerdeführerin lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Aus der Druckschrift D5 sei eine von einem Umrichter gespeiste Transversalflußmaschine bekannt. Dabei könne gemäß vorliegender Beschreibungseinleitung der Umrichter zur Spannungsanpassung im Pulsbetrieb getaktet werden mit dem Vorteil, daß die Gleichspannung für den Umrichter über einen ungesteuerten Gleichrichter aus dem dreiphasigen Netz ableitbar sei. Eine beschleunigte Kommutierung unter Vermeidung des Pulsbetriebes benötige dagegen einen Hochsetzsteller für die Kommutierungsspannung, die über das Gleichspannungsstellglied an den Umrichter gelegt werde. Eine wirtschaftliche Auslegung des Umrichters sowie eine optimale Anpassung an die Bedürfnisse des Anwenders unter Ausschöpfung aller Vorteile der Transversalflußmaschine sei dabei jedoch nicht möglich. Die Erfindung mache - ähnlich wie in D6 beschrieben - von einem Pulsbetrieb ohne Hochsetzsteller für die Steuerung einer Transversalflußmaschine Gebrauch und löse dabei die Aufgabe, ein Verfahren zum Betreiben einer permanenterregten, elektrisch einphasigen Transversalflußmaschine zu schaffen, welches sowohl eine optimale Ausnutzung der Maschine als auch eine wirtschaftliche Auslegung des Umrichters ermöglicht. Weiterhin werde eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben. Die sinusförmigen Anteile der Klemmenspannung (u) in den Figuren 1 bis 3 der Anmeldung seien das Ergebnis eines .../...

in der Praxis üblichen Pulsbetriebes - wie auch aus D6 bekannt - jedoch geglättet dargestellt, weil die Klemmenspannung letztlich in dieser Weise auf die Transversalflußmaschine wirke und die durch den Pulsbetrieb verursachten Spannungsschwankungen wegen der sich daraus ergebenden geringen Stromschwankungen regelungstechnisch vernachlässigbar seien. Die Erfindung schlage jedoch zur besseren Ausnutzung des Umrichters eine Betriebsoptimierung vor und zwar im Hinblick auf eine Minimierung des Effektivwertes des Strangstromes der Transversalflußmaschine bei einem maximalen Drehmoment unter Berechnung einer vom Umrichter einzuprägenden Klemmenspannung. Maßgebende Parameter hierfür seien der Drehwinkel (φ) der Transversalflußmaschine, die Kreisfrequenz (ω), ein jeweils vorgewähltes Drehmoment (msoll) und eine verfügbare Zwischenkreis-Gleichspannung (+UZK bzw. -UZK), wobei die daraus berechnete Klemmenspannung (u) sinusförmige Anteile und Bereiche zwischen errechneten ersten und zweiten Umschaltzeitpunkten aufweise, innerhalb derer die Klemmenspannung (u) den Wert der ZwischenkreisGleichspannung annehme. Die Berücksichtigung gerade dieser Parameter erlaube eine optimale Ausnutzung der Maschine und des Umrichters über den möglichen Drehzahlbereich. Bei dem aus D6 bekannten Verfahren geschehe der Übergang zwischen dem mit vorzugsweise einer sinusförmigen Spannung gesteuerten "A"-Bereich und dem vorzugsweise mit einer Rechteckspannung gesteuerten "B"-Bereich kontinuierlich in Abhängigkeit von der Drehzahl. Hierbei werde zwar die zur Verfügung stehende Zwischenkreis-Gleichspannung wirksam ausgenützt. Jedoch träten dabei vergleichsweise hohe Strangströme auf. Die .../...

Erfindung erlaube dagegen durch die Heranziehung der angegebenen Betriebsparameter eine Minimierung des Strangstroms über den möglichen Drehzahlbereich. Dies sei für Transversalflußmaschinen wegen ihrer großen Induktivität besonders wichtig. Die dafür erforderlichen Spannungen und Umschaltzeitpunkte könnten vom Fachmann ohne weiteres durch Versuche in ein oder zwei Wochen bestimmt werden und in Steuereinrichtungen für die jeweiligen Parametersätze gespeichert werden. Die Dokumente D1 und D2 beschrieben zwar Betriebsverfahren, welche entweder mit einer Rechteck- oder Sinuskurvenform entsprechend dem Arbeitspunkt der Maschine arbeiteten. In beiden Fällen würden jedoch Ströme, aber keine Spannungen eingeprägt. Bei der aus D3 bekannten Synchronmaschine würden vom Umrichter nur Rechteckspannungen eingeprägt und zwar derart, daß der Phasenverschiebung durch die sinusförmige Gegenspannung in der Maschine bei der Synchronisation Rechnung getragen würden. Diese Synchronmaschine verwende keinen Drehgeber. Die Druckschriften D4 bis D7 trugen nichts zur anmeldungsgemäßen Problemlösung bei.

VIII. Die Beschwerdeführerin beantragte, die angefochtene Entscheidung aufzuheben und ein Patent mit den in der mündlichen Verhandlung überreichten Unterlagen sowie den in WO-92/20 142 enthaltenen Figuren zu erteilen. Hilfsweise wurde beantragt, die Angelegenheit an die erste Instanz zur weiteren Entscheidung zurückzuverweisen.

.../...

1. Die Beschwerde ist zulässig.

2. Die Gegenstände der Ansprüche 1 und 2 sind in den ursprünglich eingereichten Unterlagen offenbart. Die Beschreibung wurde an die neuen Ansprüche 1 und 2 angepaßt und durch eine Würdigung der Druckschriften D1, D2, D3 und D6 ergänzt. Nach Meinung der Kammer sind die Voraussetzungen gemäß Artikel 123 (2) EPÜ für die nunmehr gültigen Anmeldungsunterlagen erfüllt.

3. Aus keiner der vorliegenden Druckschriften ist ein Verfahren oder eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens bekannt, das bzw. die alle in den Ansprüchen 1 oder 2 angegebenen Merkmale aufweist. Insoweit genügen die Gegenstände dieser Ansprüche den Erfordernissen des Artikels 54 EPÜ.

4. Erfinderische Tätigkeit 4.1 Für die Beurteilung der erfinderischen Tätigkeit ist von D5 als nächstliegendem Stand der Technik auszugehen. D5 beschreibt ein Schaltungskonzept für die Energieversorgung einer zweisträngigen Transversalflußmaschine mit einem aus einem ungesteuerten Gleichrichter G und einem Wechselrichter WR bestehenden Umrichter. Die Druckschrift D5 weist einerseits auf die Möglichkeit des Pulsbetriebes des Wechselrichters zur Spannungsanpassung und andererseits auf die Vermeidung des Pulsbetriebes durch einen Hochsetzsteller hin. Die Ausführung mit einem Hochsetzsteller erlaubt hiernach keine optimale .../...

Anpassung und wirtschaftliche Auslegung des Umrichters.

4.2 Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer permanenterregten, elektrisch einphasigen Transversalflußmaschine zu schaffen, welches sowohl eine optimale Ausnutzung der Maschine sowie eine wirtschaftliche Auslegung des Umrichters ermöglicht. Weiters ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

.../...

4.3 Dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren liegt der Lösungsgedanke zugrunde, einer Transversalflußmaschine von einem Umrichter eine Klemmenspannung einprägen zu lassen, die aus den Parametern Drehwinkel, Kreisfrequenz, jeweils vorgewähltes Drehmoment und der verfügbaren Zwischenkreis-Gleichspannung errechnet wird, wobei diese Klemmenspannung sinusförmige Anteile und Bereiche zwischen errechneten ersten und zweiten Umschaltzeitpunkten aufweist, innerhalb derer die Klemmenspannung den Wert der ZwischenkreisGleichspannung annimmt. Anspruchsgemäß soll diese Rechnung (beispielsweise aufgrund von in der Maschine gespeicherten empirisch ermittelten Umschaltzeitpunkten für den jeweiligen Parametersatz) zu einer Minimierung des Effektivwertes des Strangstromes der Transversalflußmaschine bei einem maximalen Drehmoment führen und hat u. a. wegen der Berücksichtigung der jeweils verfügbaren Zwischenkreis-Gleichspannung den Vorteil, daß diese Zwischenkreis-Gleichspannung nicht geregelt sein muß. Der im Anspruch 1 verwendete Begriff "vorgewähltes Drehmoment" bezeichnet dabei offensichtlich den der Ermittlung der Umschaltzeitpunkte jeweils zugrundegelegten vorgewählten Soll-Wert. Der im Anspruch 1 ebenfalls verwendete Begriff "maximales Drehmoment" hingegen ist der daraus resultierende IstWert des Drehmomentes der Maschine, welcher aufgrund der Festlegung der Umschaltzeitpunkte bei einem minimalen Effektivwert des Strangstromes einen maximalen Wert darstellt. Da keine Soll-Ist-Regelung vorgesehen ist, stimmen vorgewähltes und maximales Drehmoment nicht notwendigerweise überein.

4.4 In den Druckschriften D1 und D2 sind Betriebsverfahren .../... beschrieben, welche entweder mit einer Rechteck- oder mit einer Sinuskurvenform entsprechend dem Arbeitspunkt der Maschine arbeiten. In beiden Fällen werden aber keine Spannungen, sondern Ströme eingeprägt; vgl. D1 (Anspruch 1) und D2 (Abstract). Eine Anregung für eine Optimierung durch Spannungsregelung kann diesem Stand der Technik also nicht entnommen werden.

4.5 Bei der aus der Druckschrift D3 bekannten Synchronmaschine handelt es sich um eine kleine dreiphasige Maschine ohne Verwendung eines Drehgebers, bei der das Kippen der Maschine verhindert werden muß. Dort werden Rechteckspannungs-Pulse eingeprägt, die möglichst gleiche Phasenlagen wie die sinusförmige Gegenspannung der Maschine aufweisen sollen. Die abfallenden Flanken der Rechteckspannungs-Pulse weisen jedoch aufgrund einer Transistorsteuerung Impulse auf, deren Lage zur Gegenspannung der Maschine zur Ermittlung der Phasenverschiebung herangezogen werden. Liegt eine Phasenverschiebung vor, so können dann geeignete Maßnahmen zur Synchronisation durchgeführt werden, so daß der Einfluß der Gegenspannung minimiert wird. Eine Anregung, eine Klemmenspannung durch einen Umrichter einprägen zu lassen, die bis zu und nach errechneten Umschaltzeitpunkten sinusförmige Spannungsanteile und zwischen den Umschaltzeitpunkten den Wert der Zwischenkreis-Gleichspannung aufweist, um eine Minimierung des Effektivwertes des Strangstromes bei einem maximalen Drehmoment zu erreichen, vermag diese Entgegenhaltung nicht zu geben.

4.6 In der Druckschrift D6 ist eine Steuerungseinrichtung für eine Wechselstrommaschine beschrieben, bei welcher .../... in einem "A"-Bereich (Grunddrehzahlbereich) eine sinusförmige Spannung und in einem "B"-Bereich (Betrieb mit konstanter Leistung) eine rechteckförmige Spannung an die Klemmen angelegt wird. Der Übergang zwischen beiden Bereichen erfolgt kontinuierlich durch Anlegen einer Spannung, welche sinusförmige und rechteckförmige Anteile enthält. Jeder Kreisfrequenz ist also ein bestimmtes Verhältnis zwischen rechteckförmigen und sinusförmigen Anteilen fest zugewiesen. Dadurch wird zwar die zur Verfügung stehende ZwischenkreisGleichspannung wirksam genutzt. Jedoch treten unter Umständen vergleichsweise hohe Strangströme auf. Eine Anregung, im Sinne der beanspruchten Erfindung für die jeweiligen Parameterwertegruppen "verfügbare Zwischenkreis-Gleichspannung", "Drehwinkel" bzw. "Kreisfrequenz" und "jeweils vorgewähltes Drehmoment" eine Klemmenspannung einschließlich erster und zweiter Umschaltzeitpunkte zwischen Sinusanteilen und einem Bereich, innerhalb derer die Klemmenspannung den Wert der Zwischenkreis-Gleichspannung annimmt, so zu berechnen, daß jeweils eine Minimierung des Effektivwertes des Strangstromes einer Transversalflußmaschine bei einem maximalen Drehmoment erreicht wird, kann dieser Entgegenhaltung nicht entnommen werden.

4.7 Die Druckschriften D4 und D7 wurden lediglich zum Nachweis dafür genannt, daß bereits Wechselrichter gespeiste Synchronmaschinen so konzipiert wurden, daß die Wicklungsverluste minimiert sind und daß die Drehzahl-Drehmomentenkennlinie bei Synchronmaschinen in drei Teilbereiche unterteilbar ist. Die Druckschriften D4 und D7 sowie die übrigen im Recherchenbericht genannten Druckschriften haben jedoch weniger .../...

Gemeinsamkeiten mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 als die Druckschriften D1 bis D3, D5 und D6. 4.8 Selbst bei einer gemeinsamen Betrachtung der Druckschriften D1 bis D3, D5 und D6 ergibt sich das im Anspruch 1 angegebene Verfahren nicht in naheliegender Weise aus diesem Stand der Technik. Das beanspruchte Verfahren beruht daher auf einer erfinderischen Tätigkeit im Sinne von Artikel 56 EPÜ. Der Anspruch 1 ist somit gewährbar. Dies gilt folgerichtig auch für die im Anspruch 2 angegebene Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. Die Beschreibung ist an das geltende Patentbegehren angepaßt worden. Die vorliegenden relevanten Dokumente sind in der Beschreibungseinleitung gewürdigt. Insofern genügen die Anmeldungsunterlagen den Erfordernissen des Übereinkommens.

5. Aus Abschnitt 7 der angefochtenen Entscheidung geht hervor, daß die Prüfungsabteilung ihre Prüfung im wesentlichen auf die Bestimmungen gemäß Artikel 56 EPÜ beschränkt hat. Die Anmeldungsunterlagen lassen nicht erkennen, daß eine Recherche im Rahmen von Artikel 54 (3) EPÜ durchgeführt wurde. Insbesondere die im Beschwerdeverfahren vorgenommene Beschränkung des Patentbegehrens auf eine Transversalflußmaschine erfordert diesbezüglich eine Überprüfung. Da die Kammer diese nicht selbst durchführen kann, macht sie für diesen Zweck von der Befugnis nach Artikel 111 (1) EPÜ Gebrauch, die Angelegenheit zur weiteren Entscheidung an das Organ zurückzuverweisen, das die angefochtene Entscheidung erlassen hat. Im Hinblick auf Artikel 111 (2) EPÜ weist die Kammer jedoch darauf hin, .../...

daß ihre Feststellungen für die Prüfungsabteilung insoweit bindend sind, als der Tatbestand derselbe bleibt.

Entscheidungsformel

Aus diesen Gründen wird entschieden:

1. Die angefochtene Entscheidung wird aufgehoben.

2. Die Sache wird an die erste Instanz zurückverwiesen mit der Auflage, die Prüfung im Hinblick auf Artikel 54 (3) EPÜ auf der Grundlage der jetzt vorliegenden Anmeldungsunterlagen zu vervollständigen (vgl. Absatz VIII oben). Die Geschäftsstellenbeamtin:

Der Vorsitzende:

M. Kiehl W. J. L Wheeler .../...