Rechtsprechung / BPatG / 2003
BPatG Beschluss vom 15.09.2003 – 19 W (pat) 334/02
19. Senat
BUNDESPATENTGERICHT
_______________
(Aktenzeichen)
Verkündet am
15. September 2003
…
B E S C H L U S S
In der Einspruchssache
…
betreffend das Patent 100 62 107 6.70
hat der 19. Senat (Technischer Beschwerdesenat) des Bundespatentgerichts auf
die mündliche Verhandlung vom 15. September 2003 unter Mitwirkung des Vorsitzenden Richters Dipl.-Phys. Dr. Kellerer und der Richter Dipl.-Phys. Dr. Mayer,
Schwarz und Dr.-Ing. Scholz
beschlossen:
Das Patent 100 62 107 wird mit folgenden Unterlagen aufrechterhalten:
Patentansprüche 1 bis 10 vom 15. September 2003,
Beschreibung und Zeichnungen gemäß Patentschrift.
G r ü n d e
I
Für die am 13. Dezember 2000 beim Deutschen Patent- und Markenamt eingegangene Anmeldung ist die Erteilung des Patents am 18. Juli 2002 veröffentlicht
worden. Das Patent hat die Bezeichnung "Aktorregelung“.
Gegen das Patent hat die Fa. F… GmbH am 15. Oktober 2002
Einspruch eingelegt. Zur Begründung hat sie behauptet, der Gegenstand des
Patents sei unter Berücksichtigung des Standes der Technik nicht neu, beziehungsweise beruhe nicht auf einer erfinderischen Tätigkeit.
Der geltende, in der mündlichen Verhandlung übergebene (mit einer eingefügten
Gliederung in Merkmalsgruppen versehene) Patentanspruch 1 lautet:
Aktorregelung für einen elektromagnetischen Aktor (1), der nach
dem Prinzip eines schwach gedämpften Feder-Masse-Schwingers
arbeitet und zwischen dessen beiden Hubmagneten (13, 13S, 13o)
sich ein Anker (11), angetrieben durch die beiden Hubmagneten
und die vorgespannten Federn (14, 14S, 14o) des Feder-Masse-
Schwingers, zwischen seinen beiden Endlagen hin und her bewegt,
umfassend:
a) - zwei Dreipunktregler (61, 62) zur Regelung der Feldströme in
den beiden Hubmagneten,
b) - einen Meßwertaufnehmer (15) zur Positionsbestimmung des
Ankers (11) und zur Erzeugung eines Positionssignals als Maß
für die aktuelle Position des Ankers,
c) - ein Zustandsvariablenfilter
(2) zur Erzeugung von
Zustandsvariablen des Ankers aus dem Positionssignal umfassend ein gefiltertes Ankerhubsignal, die Ankergeschwindigkeit
und die Ankerbeschleunigung,
d) - einen Hubregler (3), der aus den Zustandsvariablen des
Ankers und einer vorgegebenen Sollposition des Ankers die
aktuell notwendige Soll-Magnetkraft für die Hubmagneten (13S,
13o) erzeugt.
e) - ein Auswahlglied (4), das die Soll-Magnetkraft einem Hubmagneten (13S, 13o) zuordnet,
f)
- eine nichtlineare Kompensation (5), die aus der Soll-Magnetkraft über ein die Hubmagneten (13, 13S, 13o) charakterisierendes Magnetkraftkennfeld den der Soll-Magnetkraft entsprechenden Soll-Feldstrom berechnet,
g) - je einen Stromsensor (16S, 16o) für jeden der beiden
Hubmagnete (13S, 13o) zur Messung der aktuellen Feldströme
in den Hubmagneten,
h) - einen Beobachter (7), der aus der Ankerbeschleunigung und
den aktuellen gemessenen Feldströmen je einen korrigierten
Feldstrom für jeden der beiden Hubmagneten (13S, 13o) berechnet,
wobei,
i)
- die vom Beobachter (7) berechneten, korrigierten Feldströme,
die gemessenen Feldströme und die von der nichtlinearen
Kompensation berechneten Soll-Feldströme jeweils in Form eines Signalwertes als Eingangsgrößen an die beiden Dreipunktregler (61, 62) angelegt sind und in den Dreipunktreglern aus
diesen Eingangsgrößen eine Ausgangsspannung erzeugt wird
und diese Ausgangsspannung an die Hubmagneten (13S, 13o)
angelegt ist."
Es soll die Aufgabe gelöst werden, eine Aktorregelung anzugeben, die auch hochdynamische Störkräfte auszuregeln vermag, selbst wenn diese Störkräfte bei der
Annäherung des Aktors in eine seiner Endlagen in bewegungsfördernder Weise
auftreten (S 3, Z 2 bis 4).
Die Einsprechende ist der Ansicht, der Gegenstand des Patentanspruchs 1 sei
aus der WO 00/71 861 A1 bekannt bzw. ergebe sich für den Fachmann daraus
aufgrund seiner Fachkenntnis in naheliegender Weise. Der Anspruch 1 sei ein
Vorrichtungsanspruch, kein Verfahrensanspruch, und deshalb seien beim Neuheitsvergleich die Merkmale einzeln für sich zu vergleichen. Es sei auch zweifelhaft, ob die einzelnen Regelkreisglieder im Anspruch 1 in ihrer Funktion und Verschaltung eindeutig gekennzeichnet seien. Soweit die Merkmale nicht direkt aus
der WO 00/71 861 A1 hervorgingen, könnte der Fachmann sie mit seinem Fachwissen erschließen, das auch in den eingereichten Kopien des Taschenbuchs der
Regelungstechnik dokumentiert sei. Zumindest aber seien diese Merkmale unter
Berücksichtigung der DE 198 34 548 A1 aus dem Prüfungsverfahren, die die
DE 198 32 198 A1 einschließe, für den Fachmann naheliegend.
Die Einsprechende stellt den Antrag,
das Patent 100 62 107 zu widerrufen.
Die Patentinhaberin stellt den Antrag,
das Patent 100 62 107 mit folgenden Unterlagen aufrechtzuerhalten:
Patentansprüche 1 bis 10, vom 15. September 2003,
Beschreibung und Zeichnungen gemäß Patentschrift.
Die Patentinhaberin ist der Meinung, die WO 00/71 861 A1 unterscheide sich in
eine ganzen Reihe von Merkmalen von der Aktorregelung nach Anspruch 1. So
erzeuge insbesondere der bekannte Beobachter nur ein Geschwindigkeitssignal.
Diese bekannte Regelung sei auch eine reine Geschwindigkeitsregelung. Der Gegenstand des Patentanspruchs 1 sei neu und werde auch durch den weiteren
Stand der Technik nicht nahegelegt.
Wegen weiterer Einzelheiten wird auf den Akteninhalt verwiesen.
II
Gemäß §147 Abs 3 PatG ist die Entscheidungsbefugnis auf den hierfür zuständigen 19. Senat (Technischer Beschwerdesenat) des Bundespatentgerichts übergegangen.
Dieser hatte - wie in der Entscheidung in der Einspruchssache 19 W (pat) 701/02
(mwN) (vgl BPatGE 46, 134) ausführlich dargelegt ist - aufgrund öffentlicher
mündlicher Verhandlung zu entscheiden.
Gegenstand des Verfahrens ist das erteilte Patent.
Der Einspruch ist zulässig und hat insoweit Erfolg, als das Patent mit den in der
mündlichen Verhandlung überreichten Patentansprüchen 1 bis 10 aufrechtzuerhalten war.
1. Offenbarung und Zulässigkeit der geltenden Patentansprüche
Die Patentansprüche 1 bis 10 sind zulässig. Sie unterscheiden sich von den erteilten und ursprünglich eingereichten Ansprüchen nur durch Klarstellungen, die
die Begriffswahl vereinheitlichen und das Eingangsignal des Zustandsvariablenfilters verdeutlichen.
Die Ansprüche kennzeichnen auch eindeutig die beanspruchte Aktorregelung sowohl hinsichtlich der Eigenschaften als auch hinsichtlich der Verschaltung der einzelnen Regelkreisglieder.
2. Neuheit
Die Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 ist neu, da aus den im Prüfungs-
und Einspruchsverfahren entgegengehaltenen Druckschriften eine Anordnung mit
allen im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen nicht bekannt ist.
Die WO 00/71 861 A1 zeigt eine Aktorregelung, die das Problem der Trennung
von Ankerbewegung und Ventilbewegung löst (S 5, Z 31 bis 34). Dazu sind zwei
sich zeitlich ablösende Regel- oder Steuervorgänge mit einem Ventilpositionsregler 14 und einem Ankerpositionsregler 15 vorgesehen (Fig 8 iVm S 7, Z 25 bis S 8,
Z 18).
In Übereinstimmung mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 ist der elektromagnetische Aktor („elektromagnetischer Ventilantrieb“) mit einer Schließfeder und einer
Öffnerfeder vorgespannt („gegeneinandergerichtete Wirkung“, S 3, Z 26), arbeitet
also im Sprachgebrauch der Patentinhaberin nach dem Prinzip eines schwach gedämpften Feder-Masse-Schwingers (vgl. S 3, Z 7, 8 der Streitpatentschrift
DE 100 62 107 C1). Zwischen den beiden Hubmagneten 3, 4 bewegt sich ein Anker 5, angetrieben durch die beiden Hubmagneten und die vorgespannten Federn
7, 8, zwischen seinen beiden Endlagen hin und her (Fig 1 iVm S 3, Z 8 bis 28).
Als Regler ist unter anderem ein Dreipunktregler (vgl Merkmal a) möglich (S 14,
Z 9 bis 11).
Ein Messwertaufnehmer (Sensor 10) ist zur Positionsbestimmung des Ankers 5
und zur Erzeugung eines Positionssignals in Übereinstimmung mit Merkmal b vorgesehen (Fig 1 iVm S 4, Z 10 bis 26).
Ein Beobachter 19 erzeugt aus dem Positionssignal („Wegsignal“) ein Geschwindigkeitssignal, wenn das Wegsignal so stark verrauscht ist, dass die Geschwindigkeitsinformation nicht mehr durch differenzieren aus dem Wegsignal gewonnen
werden kann (Fig 9 iVm S 8, Z 29 bis S 9, Z 16). Er soll dabei auch die Güte des
Wegsignals verbessern (S 13, Z 30 bis 34), kann also noch zusätzlich ein gefiltertes Ankerhubsignal („Korrektur der aktuell ausgegebenen Größen über Weg und
Geschwindigkeit“, S 9, Z 12 bis 17) erzeugen. Der bekannte Beobachter 19 mit
seiner immanenten Filterfunktion entspricht also insoweit teilweise dem patentgemäßen Zustandsvariablenfilter gemäß Merkmal c.
Ein Mittel zur Erfassung des Stroms für den jeweiligen Elektromagneten (S 4,
Z 28 bis 31), also je ein Stromsensor für jeden der beiden Hubmagneten zur Messung der aktuellen Feldströme in den Hubmagneten gemäß Merkmal g, liefert ein
Stromsignal für den Beobachter (S 9, Z 26 bis 30 iVm Fig 10 bis 12).
Insoweit zeigt die bekannte Aktorregelung Merkmale, die mit den anspruchsgemäßen übereinstimmen.
Im Unterschied zum Gegenstand des Anspruchs 1, Merkmal a ist auf Seite 14 nur
von einem Dreipunktregler die Rede. Dieser Regler dient auch nicht der Regelung
der Feldströme (dh Strom-Soll-Istwertvergleich und Stromregler) in den Hubmagneten. Auf Seite 5, Zeile 5 und Seite 7, Zeile 21 ist zwar von „Stromregelung“ die
Rede; damit ist aber der Positionsregler 14 angesprochen, der den Strom abhängig von der Ankerposition derart einstellt, dass der Anker ein vorgegebenes Weg-
Geschwindigkeits-Profil einhält (S 7, Z 18 bis 23), indem er die Spannung in Abhängigkeit von der Abweichung (v-v(s)) der gemessenen Geschwindigkeit von einer Sollkurve v(s) ein- bzw. ausschaltet (S 11, Z 14 bis 35). Der bekannte Positionsregler 14, der Ankergeschwindigkeit und Ankerposition in Abhängigkeit voneinander einregelt, entspricht somit als Mehrgrößenregler eher dem anspruchsgemäßen Hubregler nach Merkmal d mit dem Unterschied, dass er die Zustandsvariable „Ankerbeschleunigung“ nicht verarbeitet und als Ausgangsgröße auch
keine Soll-Magnetkraft, sondern eine Stromvorgabe für den Stromtreiber 12 erzeugt (Fig 7 iVm S 8, Z 1 bis 4).
Dementsprechend erzeugt der als Zustandsvariablenfilter wirkende bekannte Beobachter 19, abweichend vom Merkmal c, auch kein Beschleunigungssignal.
Ein Auswahlglied, das gemäß Merkmal e die Soll-Magnetkraft einem Hubmagneten zuordnet, ist bei der bekannten Aktorregelung ebenso wenig vorgesehen wie
eine nichtlineare Kompensation mit Magnetkraftkennfeld nach Merkmal f.
Der in der WO 00/71 861 A1 vorgesehene Beobachter 19 dient - wie der patentgemäße Zustandsvariablenfilter - der Erzeugung eines Geschwindigkeits- und Positionssignals aus dem (verrauschten) Positions-Messsignal. Weder erhält er gemäß Merkmal h die Ankerbeschleunigung als Eingangsgröße, noch berechnet er
einen korrigierten Feldstrom als Eingangsgröße für die beiden Dreipunktregler
nach Merkmal i.
Die DE 198 34 548 A1, die auf der DE 198 32 198 A1 aufbaut (Sp 1, Z 23 bis 30),
zeigt einen Beobachter für die Bewegungssteuerung eines elektromagnetischen
Aktors („Aktuators“, Sp 1, Z 3, 4), in dem die Modellbildung und Implementation
des nichtlinearen elektrischen Teils bevorzugt über Kennfelder erfolgt (Sp 2,
Z 32 bis 40).
Dieser Stand der Technik unterscheidet sich von der Aktorregelung nach Anspruch 1 schon dadurch, dass diese Kennfelder in dem Beobachter, und nicht in
einer nichtlinearen Kompensation, die aus der Soll-Magnetkraft einen Soll-Feldstrom berechnet, implementiert sind. Keine der beiden Schriften zeigt weiterhin
insbesondere ein Auswahlglied gemäß Merkmal e, eine nichtlineare Kompensation gemäß Merkmal f und einen unterlagerten Strom-Dreipunktregler gemäß
Merkmal a und i.
In dem Taschenbuch der Regelungstechnik von H. Lutz und W. Wendt, Verlag
Harri Deutsch, 2. Aufl. 1998, Seiten 51 und 592 ist die Linearisierung um den Arbeitspunkt und die prinzipielle Arbeitsweise von Beobachtern beschrieben. Weitere Gemeinsamkeiten mit der patentgemäßen Aktorregelung sind nicht ersichtlich
und auch nicht vorgetragen.
Die weiteren noch im Verfahren befindlichen Druckschriften wurden in der mündlichen Verhandlung weder vom Senat noch von den Beteiligten aufgegriffen. Sie
bringen auch keine neuen Gesichtspunkte, so dass auf sie nicht eingegangen zu
werden braucht.
3. Erfinderische Tätigkeit
Der Gegenstand des Patentanspruchs 1 beruht auch auf einer erfinderischen Tätigkeit.
Der zuständige Fachmann ist ein Hochschulingenieur der Fachrichtung Regelungstechnik mit Berufserfahrung in der Auslegung von Steuer- und Regelschaltungen für Magnetventile.
Ausgehend von der Aktorregelung nach WO 00/71 861 A1 stellt sich dem Fachmann die Aufgabe, diese Aktorregelung so zu verbessern, so dass sie auch hochdynamische Störkräfte auszuregeln vermag von selbst; denn die schnelle Ausregelung von Störkräften ist in allen Regelanordnungen ein vordringliches Ziel. Der
Fachmann weiß auch um die Problematik des stark nichtlinearen Verhaltens der
Aktormagneten. Die WO 00/71 861 A1 verweist diesbezüglich den Fachmann auf
einen Prediktor 20 zur vorausschauenden Abschätzung der Maßnahmen des
Reglers (S 9 Z 32 bis S 10, Z 5), und auf einen nichtlinearen Regler (S 11, Z 32).
Für die im Anspruch 1 im Einzelnen ausgeführten Maßnahmen, nämlich
- Berechnung der Beschleunigung
im Zustandsvariablenfilter und
Berücksichtigung im Hubregler, der eine Soll-Magnetkraft als Ausgangssignal erzeugt,
- Auswahlglied für die Zuordnung der Soll-Magnetkraft,
- nichtlineare Kompensation mit Magnetkraftkennfeld, die die Soll-Magnetkraft in den Soll-Feldstrom umwandelt,
- Anlegen des Soll-Feldstroms an die beiden – zusätzlich zum Hubregler vorhandenen - Strom-Dreipunktregler, die damit dem Hubregler unterlagert
sind,
- Vorsehen eines Beobachters, der die Strom-Istwerte der Strom-
Dreipunktregler beschleunigungsabhängig korrigiert und die korrigierten
Feldströme den Eingängen der Strom-Dreipunktregler zuführt,
gibt es in der WO 00/71 861 A1 keine Hinweise.
Auch der Hinweis in der DE 198 34 548 A1 auf Kennfelder zur Berücksichtigung
der Nichtlinearitäten führt den Fachmann da nicht weiter, weil er dem folgend die
Kennfelder im Beobachter, nicht aber in einer nichtlinearen Kompensation im
Sollwertpfad des unterlagerten Stromreglers implementieren würde. Den dort in
Zusammenhang mit der DE 198 32 198 A1 beschriebenen Beobachter und seiner
Funktion wird er entsprechend dem patentgemäßen Zustandsvariablenfilter zur
Erzeugung der Zustandsvariablen Ankerhubsignal, Ankergeschwindigkeit und
teilweise Ankerbeschleunigung einsetzen.
Die aus dem Taschenbuch der Regeltechnik aaO entnehmbaren Kenntnisse zur
Linearisierung um den Arbeitspunkt helfen lediglich, einen linearen Regler richtig
einzustellen, aber nicht die Nichtlinearitäten zu kompensieren.
Um zur Aktorregelung nach Anspruch 1 zu kommen, bedurfte es somit einer Reihe
von Überlegungen, die teilweise für sich gesehen dem Fachmann geläufig sein
mögen, die aber insgesamt und für die beanspruchte spezielle Anordnung nicht
nahegelegen haben.
4. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ist somit patentfähig.
Damit ist auch die hierauf rückbezogene Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 10 patentfähig.
Dr. Kellerer
Schwarz
Dr. Mayer
Dr.-Ing. Scholz
Pr