BPatG 15408.05BUNDESPATENTGERICHT19 W (pat) 47/05_______________(Aktenzeichen)Verkündet am17. November 2008…B E S C H L U S SIn der Beschwerdesachebetreffend die Patentanmeldung 101 43 279.8-32…hat der 19. Senat (Technischer Beschwerdesenat) des Bundespatentgerichts auf die mündliche Verhandlung vom 17. November 2008 unter Mitwirkung des Vorsit-zenden Richters Dipl.-Ing. Bertl und der Richter Gutermuth, Dr.-Ing Kaminski und Dr.-Ing. Scholzbeschlossen:- 2 -Auf die Beschwerde der Anmelderin wird der Beschluss der Prü-fungsstelle für Klasse H 02 M des Deutschen Patent- und Marken-amts vom 16. Juni 2005 aufgehoben und das nachgesuchte Pa-tent mit folgenden Unterlagen erteilt:Patentansprüche 1 bis 3 wie in der Verhandlung überreicht,Beschreibung Seiten 1 bis 12 wie in der Verhandlung überreicht,Zeichnungen wie Offenlegungsschrift.G r ü n d eI.Das Deutsche Patent- und Markenamt - Prüfungsstelle für Klasse H 02 M - hat die am 4. September 2001 eingereichte Anmeldung durch Beschluss vom 16. Juni 2005 aus den Gründen des Bescheids vom 15. Juli 2004 zurückgewie-sen, nachdem in einer Anhörung keine Einigung über patentfähige Ansprüche er-zielt werden konnte und die Anmelderin sich darauf nicht mehr geäußert hat.Gegen diesen Beschluss richtet sich die Beschwerde der Anmelderin. Die Anmel-derin überreicht in der Verhandlung neue Patentansprüche 1 bis 3 und eine geän-derte Beschreibung und beantragte, das Patent mit diesen Unterlagen zu erteilen, zu denen die offengelegten Figuren gehören.Wegen weiterer Einzelheiten wird auf den Akteninhalt verwiesen.II.Die Beschwerde ist zulässig und hat mit dem geänderten Patentbegehren Erfolg.- 3 -1. Gegenstand und Aufgabe des Patents, FachmannDie Erfindung betrifft einen Frequenzumrichter für einen Energiefluss von einem Dreiphasennetz zu einem Verbraucher, für mittlere und hohe Ausgangsspannun-gen, mit variablen Ausgangsgrößen der Frequenz, des Stromes und der Span-nung.Die Beschreibung gibt dazu an, die Anwendung von Dreiphasen-Mittelspan-nungsmotoren bis zu 13,8 kV sei bekanntermaßen mittels hochsperrender Halb-leiter oder durch Kaskadierung, beispielsweise Reihenschaltung von Umrichterz-ellen, möglich. Dabei seien Netzrückwirkungen sowie Motorspannungen und -ströme zu beachten. Netzrückwirkungen hätten Einfluss auf die Netzspannung und müssten möglichst vermieden werden (vgl. Beschreibung S. 1 Abs. 3).Der Erfindung liege die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzumrichter für einen Energiefluss von einem Dreiphasennetz zu einem Verbraucher, für mittlere und hohe Ausgangsspannungen, mit variablen Ausgangsgrößen der Frequenz, des Stromes und der Spannung, zu schaffen, wobei die Netzströme mit symmetrischer Belastung aller Netzphasen mindestens annähernd sinusförmig sind, annähernd sinusförmige Lastströme mit den variablen Ausgangsgrößen erzeugt werden, die Spannungsänderung pro Zeiteinheit dv/dt am Ausgang relativ klein ist, um Isolati-onsprobleme zu vermeiden, und handelsübliche Leistungshalbleiterbauelemente mit einem hohen Wirkungsgrad Verwendung finden können (gültige Beschreibung S. 5, Abs. 3).Dazu schlägt die Anmeldung die folgende nach Merkmalen aufgegliederten Vor-richtung nach Anspruch 1 vor (Änderungen gegenüber den ursprünglichen Unter-lagen unterstrichen):1. Frequenzumrichter (10) für einen Energiefluss von einem Drei-phasennetz (50) zu einem Verbraucher (12),- 4 -a) für mittlere und hohe Ausgangsspannungen, mit variab-len Ausgangsgrößen der Frequenz, des Stromes und der Spannung,b) gespeist aus Sekundärwicklungen (14) eines Transformators (16),c) mit mehreren Zellen (20, 21) pro Phase des Verbrau-chers (12),d) wobei jede identische Zelle (20, 21)d1) eine aus den drei Phasen des Transformators (16) ge-speiste Dioden- Eingangsgleichrichterschaltung (22) in Dreiphasen Brückengleichrichtertopologie,d2) ein aktives Oberschwingungsfilter (24),d3) eine Zwischenkreiskapazität (26)d4) und einen ausgangsseitigen Dreipunkt-Wechselrich-ter (28) mit NPC-Dioden (46) aufweist,e) wobei das aktive Oberschwingungsfilter (24)e1) mindestens zwei Eingangsdrosseln (32),e2) mindestens zwei in Reihe geschaltete steuerbare Schal-ter (34)- 5 -e3) und mindestens zwei Dioden (36) zur sinusförmigen Netzstromaufnahme und zur Erzeugung einer steuerba-ren Zwischenkreisspannung für die Zwischenkreiskapa-zität (26),f) und die Zwischenkreiskapazität (26) zwei in Reihe ge-schaltete Kondensatorengruppen (38) aufweist,g) und ein Nulleiter (40) der Sternschaltung der Sekundär-wicklungen (14) des Transformators (16)g1) mit dem Mittelpunkt (42) der in Reihe geschalteten steuerbaren Schalter (34),g2) dem Mittelpunkt (43) der in Reihe geschalteten Kondensatorengruppen (38)g3) und den NPC-Dioden (46) des Dreipunktwechselrich-ters (28) verbunden ist.Als Fachmann ist hier einen Diplomingenieur (Univ.) der Fachrichtung Elektro-technik mit Berufserfahrung in der Entwicklung von Umrichterschaltungen insbe-sondere im Mittel- und Hochspannungsbereich anzusehen.2. Auslegung der AnsprücheDie in den Ansprüchen definierte Schaltungstopologie ist nach Überzeugung des Senats weitgehend klar. Nur die folgenden Punkte bedürfen der Auslegung:Die Angabe „für mittlere und hohe Ausgangspannungen“ in Merkmal a) versteht der Fachmann als Spannungen im Kilovoltbereich. Für den Fachmann ist dabei - 6 -selbstverständlich, dass der Umrichter nur für eine bestimmte Nennspannung ausgelegt ist, und nicht für mittlere und hohe Spannungen gleichzeitig.Die NPC-Dioden in Merkmal d4) und g3) sind in der Beschreibung Seite 8, Zeile 2, 3 als neutral point clamped diode / Diode der Mittelanzapfung erläutert, wobei dem Fachmann klar ist, dass mit „Mittelanzapfung“ der Mittelpunkt nach Merkmal g2) und g3) gemeint ist.Der Nulleiter (40) der Sternschaltung der Sekundärwicklungen nach Merkmal g) ist - wie in der Drehstromtechnik üblich - ein mit dem Sternpunkt der Sekundärwick-lungen verbundener Leiter.3. Offenbarung der AnsprücheDie Patentansprüche 1 bis 3 sind ursprünglich offenbart.Die Formulierung „mehrere Zellen“ in Merkmal c) ist eine Einschränkung der ur-sprünglichen Formulierung „mindestens eine Zelle“. Die „Dreiphasen Brücken-gleichrichtertopologie“ in Merkmal d1) ergibt sich unmittelbar aus der Figur 1 in Verbindung mit Seite 7, Zeile 4 bis 8 der ursprünglichen Unterlagen.4. NeuheitDie Vorrichtung nach Anspruch 1 ist neu.Die US 5 625 545, zeigt in Figur 1 einen Umrichter für Mittelspannungsmotoren (Sp. 1, Z. 8, 9) in Zellenbauweise, wobei die Zellen nach Figur 4 jeweils einen Zwischenkreisumrichter mit dreiphasigem Diodengleichrichter 51, 52 und Tran-sistorwechselrichter 56 bis 63 aufweisen. In jeder Motorphase sind mehrere Zel-len 12 bis 20 in Reihe geschaltet. Sie werden aus jeweils separaten Sekundär-wicklungen 3 bis 11 eines Transformators 2 gespeist.- 7 -Damit ist aus dieser Druckschrift bekannt ein:Frequenzumrichter für einen Energiefluss von einem Dreiphasen-netz (Sp., Z 7) zu einem Verbraucher 21,a) für mittlere Ausgangsspannungen (Sp. 1, Z. 8, 9), mit variablen Ausgangsgrößen der Frequenz, des Stromes und der Spannung,b) gespeist aus Sekundärwicklungen 3-11 eines Transfor-mators 2,c) mit mehreren Zellen 12-20 pro Phase des Verbrau-chers,d) wobei jede identische Zelled1) eine aus den drei Phasen des Transformators ge-speiste Dioden- Eingangsgleichrichterschaltung (Fig. 4, 51, 52) in Dreiphasen-Brückengleichrichtertopo-logie,d3) eine Zwischenkreiskapazität 53d4teilw) und einen ausgangsseitigen Wechselrichter 56-59 mit Dioden 60-63 aufweist,f) und die Zwischenkreiskapazität 53 zwei in Reihe ge-schaltete Kondensatorengruppen 53a, b aufweist.- 8 -Im Unterschied zum Gegenstand des Anspruchs 1 ist dort kein aktives Ober-schwingungsfilter nach Merkmal d2) und e) bis e3) kein Dreipunktwechselrichter mit NPC-Dioden nach Merkmal d4) und kein mit den Schaltungsmittelpunkten und dem Sternpunkt verbundener Nulleiter nach Merkmal g bis g3) vorgesehen.Die DE 198 32 226 A1, beschreibt eine Weiterentwicklung (Sp. 1, Z. 13 bis 20) des Umrichters nach US 5 625 545 mit einem gepulsteten Transistorstromrich-ter T1 bis T6 für Vierquadrantenbetrieb und sinusförmige Netzstromaufnahme (Sp. 4, Z. 2 bis 13) statt des Diodengleichrichters in der US 5 625 545. Er nimmt die Funktion eines aktiven Oberwellenfilters nach Merkmal d2) mit steuerbaren Schaltern T1 bis T6 und Dioden D1 bis D6 nach Merkmal e2) und e3) wahr.Im Unterschied zum Gegenstand des Anspruchs 1 ist dort kein Diodengleichrichter nach Merkmal d1) kein Dreipunktwechselrichter nach Merkmal d4) und kein Null-eiter nach Merkmal g) bis g3) vorgesehen.In der DE 43 05 768 A1 ist ein Netzanschlussgerät für getaktete Umrichter be-schrieben (Zusammenfassung, Anspruch 1, 7). Einem Diodengleichrichter 1 ist eine Hochsetzstellerschaltung nachgeschaltet, die den Strom sinusförmig und proportional zur Netzspannung führt und so als aktives Filter wirkt (Sp. 1, Z. 16 bis 21, Z. 31 bis 35, Sp. 3, Z. 18 bis 25, Sp. 4, Z. 10 bis 25). Mit den Worten des Anspruchs 1 ist daraus bekannt ein:Frequenzumrichter (Gleichrichter 5 und nachgeschalteter Um-richter nach Anspruch 7) für einen Energiefluss von einem Drei-phasennetz u, v, w zu einem Verbraucher (liest der Fachmann im Anspruch 7 mit dem Umrichter mit),ateilw) mit variablen Ausgangsgrößen der Frequenz, des Stro-mes und der Spannung,- 9 -dteilw) wobei der Umrichterd1teilw) eine aus den drei Phasen (des Netzes) u, v, w ge-speiste Dioden-Eingangsgleichrichterschaltung 5 in Dreiphasen-Brückengleichrichtertopologie,d2) ein aktives Oberschwingungsfilter 5’, 6, 11, 7, 8,d3) eine Zwischenkreiskapazität 9, 10d4teilw) und einen ausgangsseitigen Wechselrichter (An-spruch 7, Umrichter) aufweist,e) wobei das aktive Oberschwingungsfiltere1) mindestens zwei Eingangsdrosseln 5’, 6,e2) mindestens zwei in Reihe geschaltete steuerbare Schalter 11e3) und mindestens zwei Dioden 7, 8 zur sinusförmigen Netzstromaufnahme und zur Erzeugung einer steuerba-ren Zwischenkreisspannung für die Zwischenkreiskapa-zität 9, 10 (Sp. 4, Z. 22-25),f) und die Zwischenkreiskapazität zwei in Reihe geschal-tete Kondensatorengruppen 9, 10 aufweist,gteilw) und ein Nulleiter N- 10 -g1) mit dem Mittelpunkt der in Reihe geschalteten steuerba-ren Schalter 11,g2) und dem Mittelpunkt der in Reihe geschalteten Konden-satorengruppen 9, 10 verbunden ist.Im Unterschied zum Gegenstand des Anspruchs 1 ist das kein Umrichter für mitt-lere und hohe Ausgangsspannungen mit mehreren Zellen und einem Dreipunkt-wechselrichter.Ein Dreipunktwechselrichter als solcher ist in dem Vortragsmanuskript R. Sommer et. al.: „Medium Voltage Drive System…“ in IEEE 2000, Birmingham, (nach IEEE Onlinekatalog veröffentlicht 2000 im Band 2000/63 „PWM Medium Voltage Drives“) beschrieben, jedoch nicht in Zellenbauweise und ohne aktives Filter.Die weiteren in den ursprünglichen Unterlagen genannten Schriften wurden weder im Prüfungsverfahren noch in der Verhandlung vor dem Senat aufgegriffen. Sie bringen auch keine neuen Gesichtspunkte. Auf sie wird deshalb nicht eingegan-gen.5. Erfinderische TätigkeitDer Gegenstand des Anspruchs 1 beruht auch auf einer erfinderischen Tätigkeit.Bei der Entwicklung von Stromrichterschaltungen für Mittel- oder Hochspannung sind die in der Aufgabenstellung genannten Forderungen nach sinusförmigen Ein-gangs- und Ausgangsströmen, begrenzten Spannungsänderungen am Ausgang und Verwendung handelsüblicher Leistungsbauelemente Grundforderungen, die der Fachmann stets zu beachten hat. In der US 5 625 545 ist auf die Bedeutung sinusförmiger Netzströme mehrfach hingewiesen (Sp. 1, Z. 15 bis 19, Sp. 2, Z. 23 bis 26, Sp. 6, Z. 33 bis 35, Fig. 10 mit Sp. 10, Z. 3 bis 16). Dort wird das Problem - 11 -durch die phasenversetzte Verschaltung der Sekundärwicklungen gelöst. Der Fachmann erkennt aber in Figur 10, dass der Strom zwar im Oberwellengehalt verbessert, jedoch keineswegs oberwellenfrei und nicht in Phase mit der Span-nung ist. Damit besteht auch weiterhin die Forderung nach Verringerung des Oberwellengehalts und Phasenversatzes.Aus der DE 43 05 768 A1 erhält er hierzu den Hinweis, dass mit einem dem Dio-dengleichrichter nachgeschalteten aktiven Oberschwingungsfilter der Oberwellen-gehalt des Netzstroms verbessert werden kann, wobei praktisch keine Phasenver-schiebung zwischen Strom und Spannung auftritt und der Stromrichter wie ein ohmscher Verbraucher wirkt (Sp. 1, Z. 31 bis 35). Der Senat sieht es damit als na-hegelegt an, ein solches aktives Oberschwingungsfilter auch in den Zellen des aus der US 5 625 545 bekannten Umrichters einzusetzen. Die Anmelderin weist zwar zu Recht darauf hin, dass eine solche Schaltung bei Umrichtern in Zellenstruktur bisher nicht eingesetzt wurde. Der Senat sieht aber keine Umstände, die den Fachmann daran hindern könnten. Vielmehr wird in der DE 43 05 768 A1 aus-drücklich darauf hingewiesen dass dieses aktive Oberschwingungsfilter für Um-richter, wie sie auch in den Zellen der Umrichters nach US 5 625 545 verwendet werden, geeignet ist (Anspruch 7).Dem Fachmann ist auch bekannt, dass Dreipunktwechselrichter wie sie im Vor-tragsmanuskript R. Sommer a. a. O. beschrieben sind, für Mittel- und Hochspan-nungsanwendungen geeignet sind. Dem Fachmann fehlt jedoch ein Anlass für ih-ren Einsatz in Umrichtern mit Zellenstruktur. Ihre Vorzüge, nämlich eine höhere Ausgangsspannung durch Reihenschaltung von Standardschaltern und die Ver-besserung der Spannungskurve durch mehrere Spannungsniveaus, sind nämlich bei Umrichtern in Zellenstruktur bereits vorhanden.Würde der Fachmann die Zweipunktwechselrichter in den Zellen der US 5 625 545 durch Dreipunktwechselrichter ersetzen, so könnte zwar die Aus-gangspannung und die Anzahl der Spannungsniveaus in etwa verdoppelt werden, - 12 -jedoch erkauft durch den Einsatz doppelt so vieler Schalter (Schalttransistoren). Den gleichen Effekt erreicht der Fachmann aber - dem Hinweis in Spalte 3, Zeile 12, 13 der US 5 625 545 folgend - einfacher durch Verdoppelung der Zellen-zahl.Der Erfinder hat nun erkannt, dass er durch den Einsatz von Dreipunktwechsel-richtern - bezogen auf gleiche Ausgangsspannungen - zwar auf der Wechselrich-terseite keine wesentlichen Vorteile erzielt, jedoch die Zahl der Transformator-Se-kundärwicklungen und Gleichrichterbrücken halbieren kann. Das ist jedenfalls bei den Sekundärwicklungen trotz der dann notwendigen Auslegung für die doppelte Spannung ein Vorzug, der sich nach Überzeugung des Senats nur in der Rück-schau offenbart, und damit für eine erfinderische Tätigkeit spricht.Auch die Verbindung des Nulleiters mit dem Transformator-Sternpunkt, dem Mit-telpunkt des aktiven Oberschwingungsfilters und den NPC-Dioden nach Merk-mal g) bis g3) ist eine Maßnahme, die höchstens in der Rückschau - bei einer im Stand der Technik nicht nachgewiesenen Umrichterzelle mit einem aktiven Ober-schwingungsfilter nach der DE 43 05 768 A1 und einem Dreipunktwechselrichter in jeweils zum Nulleiter symmetrischen Aufbau, sowie Sekundärwicklungen in Sternschaltung - als naheliegend erscheint.Ausgehend von dem Umrichter nach der DE 198 32 226 A1 ist der Einsatz eines Dreipunktwechselrichters und der Nulleiterverbindungen genauso wenig nahege-legt. Es kann damit dahingestellt bleiben, ob es naheliegt, den gepulsten Gleich-richter in der DE 198 32 226 A1 durch einen Diodengleichrichter mit nachge-schaltetem aktiven Oberschwingungsfilter nach DE 43 05 768 A1 zu ersetzen.Um zum Umrichter nach Anspruch 1 zu kommen, bedurfte es somit erfinderischer Überlegungen.- 13 -6. Der Umrichter nach Anspruch 1 ist somit patentfähig.Damit ist auch der Umrichter nach Anspruch 2 und 3 patentfähig.Bertl Gutermuth Dr. Kaminski Dr. ScholzPr
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