DE102017215203A1 - Master-slave control of a double inverter - Google Patents

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Klaus Mühlbauer
Hans-Peter Feustel
Friedrich Graf
Wilhelm Hackmann
Stefan Lauer
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Inverterschaltung (100) für eine elektrische Maschine (15). Die Inverterschaltung (100) weist einen ersten Inverter (10), der ein Regelmodul (11) und ein Leistungsmodul (12) umfasst, und einen zweiten Inverter (20), der ein Regelmodul (21) und ein Leistungsmodul (22) umfasst, auf. Das Regelmodul (11) des ersten Inverters (10) ist als Master konfiguriert und das Regelmodul (21) des zweiten Inverters (20) ist als Slave konfiguriert. Das als Master konfigurierte Regelmodul (11) ist ausgeführt, ein Steuersignal an das als Slave konfigurierte Regelmodul (21) bereitzustellen, um den Betrieb des als Slave konfigurierten Regelmoduls (21) in Abhängigkeit von dem Betrieb des als Master konfigurierten Regelmoduls (11) zu steuern.The invention relates to an inverter circuit (100) for an electrical machine (15). The inverter circuit (100) has a first inverter (10) comprising a control module (11) and a power module (12), and a second inverter (20) comprising a control module (21) and a power module (22) , The control module (11) of the first inverter (10) is configured as a master and the control module (21) of the second inverter (20) is configured as a slave. The control module (11) configured as a master is designed to provide a control signal to the control module (21) configured as a slave in order to control the operation of the control module (21) configured as a slave as a function of the operation of the control module (11) configured as a master ,

Description

Die Erfindung betrifft eine Inverterschaltung, welche wenigstens zwei Inverter aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Inverterschaltung, ein Verfahren zur Steuerung einer Inverterschaltung, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium.The invention relates to an inverter circuit having at least two inverters. Furthermore, the invention relates to a vehicle with such an inverter circuit, a method for controlling an inverter circuit, a program element and a computer-readable medium.

Für den Betrieb von elektrischen Maschinen werden Inverter eingesetzt. Die elektrischen Maschinen sind meist als Synchron- oder Asynchronmaschinen ausgeführt. Diese Drehstrommaschinen werden typischerweise über einen Inverter (B6C Brücke) gespeist, welcher dreiphasig ausgeführt ist. Jede Phase ist als Halbbrücke realisiert. Die drei Halbbrücken werden auch Leistungsmodul(e) genannt. Angesteuert werden die drei Phasen über einen zentralen Regler, der drei bzw. sechs PWM-Signale (Pulsweitenmodulation-Signale) zur Ansteuerung der drei Halbbrücken bzw. sechs Schalter generiert. Eingänge in den Regler sind typischerweise der Phasenstrom und, je nach Maschinentyp, ein Positions- bzw. Drehzahlgeber. Zusätzlich können Spannungs- und Temperatursensoren zur Steuerung und Überwachung im Regler vorgesehen sein. Über ein weiteres Signal wird der Sollwert der elektrischen Maschine dem Regler übermittelt. Dieses entspricht, je nach Regelungsmodus der elektrischen Maschine, einem Soll Drehmoment, einer Drehzahl oder auch einer Position.Inverters are used for the operation of electrical machines. The electrical machines are usually designed as synchronous or asynchronous machines. These three-phase machines are typically powered by an inverter (B6C bridge), which is three-phase. Each phase is realized as a half-bridge. The three half-bridges are also called power module (s). The three phases are controlled via a central controller, which generates three or six PWM signals (pulse width modulation signals) for controlling the three half bridges or six switches. Inputs to the regulator are typically the phase current and, depending on the machine type, a position or speed sensor. In addition, voltage and temperature sensors can be provided for control and monitoring in the controller. Another signal transmits the setpoint of the electrical machine to the controller. This corresponds, depending on the control mode of the electric machine, a target torque, a speed or even a position.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Inverterschaltung einfach und kostengünstig bereitzustellen.It is the object of the invention to provide an inverter circuit simply and inexpensively.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.This object is solved by the subject matter of the independent claims. Embodiments and further developments can be taken from the dependent claims, the description and the figures.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Inverterschaltung für eine elektrische Maschine. Die Inverterschaltung weist einen ersten Inverter, der ein Regelmodul und ein Leistungsmodul umfasst, und einen zweiten Inverter, der ein Regelmodul und ein Leistungsmodul umfasst, auf. Das Regelmodul des ersten Inverters ist als Master konfiguriert und das Regelmodul des zweiten Inverters ist als Slave konfiguriert. Das als Master konfigurierte Regelmodul ist ausgeführt, ein Steuersignal an das als Slave konfigurierte Regelmodul bereitzustellen, um den Betrieb des als Slave konfigurierten Regelmoduls in Abhängigkeit von dem Betrieb des als Master konfigurierten Regelmoduls zu steuern.A first aspect of the invention relates to an inverter circuit for an electric machine. The inverter circuit comprises a first inverter comprising a regulator module and a power module, and a second inverter comprising a regulator module and a power module. The control module of the first inverter is configured as a master and the control module of the second inverter is configured as a slave. The controller module configured as a master is designed to provide a control signal to the controller module configured as a slave in order to control the operation of the controller module configured as a slave as a function of the operation of the controller module configured as a master.

Inverter können in verschiedenen Leitungsstufen ausgelegt und gebaut werden. Normalerweise muss für jede elektrische Maschine der passende Inverter ausgewählt werden, sodass die elektrische Maschine reibungslos betrieben werden kann. Die Inverterschaltung dieser Erfindung kann zwei herkömmliche Inverter aufweisen, sodass nicht ein größerer Inverter entwickelt und produziert werden muss. Typischerweise weisen Inverter ein Leistungsmodul zur Stromversorgung einer elektrischen Maschine und ein Regelmodul zur Regelung und Steuerung des Leistungsmoduls auf. Insbesondere bei höheren Strömen können die einzelnen Bauteile des Leistungsmoduls groß und teuer werden. Dies kann durch die Verwendung von zwei Invertern mit geringeren zu schaltenden Strom vermieden werden. Damit ein reibungsloser Betrieb der elektrischen Maschine möglich ist, kann einer der beiden Inverter als Master konfiguriert sein. D.h. der als Master konfigurierte erste Inverter kann der Hauptinverter sein, welcher einen anderen Inverter steuert bzw. diesen ein Steuersignal bereitstellt. Der zweite Inverter kann als Slave konfiguriert sein. Das Regelmodul des als Slave konfigurierten zweiten Inverters kann ein Steuer- bzw. Regelsignal des als Master konfigurierten Inverters erhalten. Das als Slave konfigurierte Regelmodul des zweiten Inverters kann den Betrieb des Leistungsmoduls in Abhängigkeit des als Master konfigurierten Regelmoduls steuern bzw. regeln.Inverters can be designed and built in different line levels. Normally, the right inverter must be selected for each electrical machine, so that the electric machine can be operated smoothly. The inverter circuit of this invention may include two conventional inverters so that a larger inverter does not have to be developed and produced. Typically, inverters include a power module for powering an electrical machine and a control module for controlling and controlling the power module. Especially at higher currents, the individual components of the power module can be large and expensive. This can be avoided by using two inverters with less current to switch. To ensure smooth operation of the electrical machine, one of the two inverters can be configured as a master. That The first inverter configured as the master can be the main inverter, which controls another inverter or provides it with a control signal. The second inverter can be configured as a slave. The control module of the second inverter configured as a slave can receive a control or regulating signal of the inverter configured as a master. The control module of the second inverter configured as a slave can control or regulate the operation of the power module as a function of the control module configured as a master.

Bei den Invertern kann es sich um einen Einphasen-, einen Dreiphasen- oder einen Sechsphasen-Inverter handeln. Ferner können die Ausgangsleitungen der Leistungsmodule der beiden Inverter auf die elektrische Maschine geführt werden, sodass eine elektrische Maschine mit sechs Phasen durch eine Inverterschaltung mit zwei mal drei Phasen versorgt werden kann.The inverters may be a single-phase, three-phase or six-phase inverter. Furthermore, the output lines of the power modules of the two inverters can be fed to the electric machine, so that a six-phase electric machine can be supplied by a two-by-three-phase inverter circuit.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, jeweils die Phasen der beiden Inverter zusammenzuführen und somit gemeinsame Phasen zu bilden. Beispielsweise kann die erste Phase des ersten Inverters mit der ersten Phase des zweiten Inverters zusammengeführt werden und auf die erste Phase der elektrischen Maschine gelegt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn hohe Ströme geschalten werden müssen. Hierdurch muss von jedem der Inverter nur der halbe Strom geschaltet werden und somit kann der Inverter bzw. können die Inverter entsprechen kleiner ausgelegt werden. Als weiterer Vorteil kann die Skalierbarkeit genannt werden. Durch die Verbindung von zwei Invertern zu einer Inverterschaltung für die Ansteuerung einer elektrischen Maschine können die Stückzahlen der einzelnen Inverter erhöht werden. Hierdurch reduziert sich der Preis der einzelnen Inverter und die Vielfalt verringert sich, da weniger Invertertypen im Portfolio angeboten werden müssen.A further embodiment provides to combine the phases of the two inverters in each case and thus to form common phases. For example, the first phase of the first inverter may be merged with the first phase of the second inverter and placed on the first phase of the electrical machine. This is particularly advantageous when high currents must be switched. As a result, only half of the current needs to be switched by each of the inverters and thus the inverter or the inverters can be designed to be smaller. Another advantage can be called scalability. By connecting two inverters to an inverter circuit for controlling an electrical machine, the numbers of individual inverters can be increased. This reduces the price of the individual inverters and reduces the variety as fewer inverter types have to be offered in the portfolio.

Die beiden Inverter, welche zu einer Inverterschaltung zusammengeschlossen werden, können baugleich ausgeführt sein, sodass beide Inverter als Master oder Slave konfiguriert werden können. Es ist aber auch denkbar, dass die Inverter durch ein Mastermodul erweitert werden können. Mit anderen Worten kann in einen bestehenden Inverter z.B. ein Mastermodul eingesteckt werden, welches ein Steuersignal für einen zweiten Inverter bereitstellt. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zwei Inverter mit unterschiedlichen Leistungsstufen, mit z.B. 2kW und 4kW, zu einer Inverterschaltung, mit z.B. 6kW, zusammengeschlossen werden.The two inverters, which are combined to form an inverter circuit, can be designed identical, so that both inverters as Master or slave can be configured. However, it is also conceivable that the inverters can be extended by a master module. In other words, for example, a master module can be plugged into an existing inverter, which provides a control signal for a second inverter. A further embodiment of the invention provides that two inverters with different power levels, eg with 2kW and 4kW, are combined to form an inverter circuit, eg with 6kW.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Leistungsmodul des ersten Inverters drei Halbbrücken auf.According to one embodiment of the invention, the power module of the first inverter has three half-bridges.

Die Leistungsmodule der verwendeten Inverter können aus drei Halbbrücken aufgebaut sein. Es sind aber auch Inverter mit nur einer Halbbrücke oder mit sechs Halbbrücken denkbar. Die einzelnen Halbbrücken weisen typischerweise zwei Schalter auf, um aus einem Gleichstrom einen Wechselstrom zu erzeugen. Die Schalter der Halbbrücken können beispielsweise über ein PWM-Signal gesteuert werden.The power modules of the inverters used can be constructed from three half-bridges. However, inverters with only one half bridge or with six half bridges are also conceivable. The individual half-bridges typically have two switches to generate an alternating current from a direct current. The switches of the half bridges can be controlled for example via a PWM signal.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung leitet das Steuersignal des Regelmoduls des ersten Inverters das Regelmodul des zweiten Inverters an, die Phasen des zweiten Inverters synchron zu den Phasen des ersten Inverters einzustellen.According to a further embodiment of the invention, the control signal of the control module of the first inverter initiates the control module of the second inverter to set the phases of the second inverter in synchronism with the phases of the first inverter.

Das Steuer- bzw. Regelsignal des Regelmoduls des als Master konfigurierten Inverters kann das Regelmodul des als Slave konfigurierten Inverters anleiten die Phasen des Leistungsmoduls des zweiten Inverters synchron zu den Phasen des Leistungsmoduls des ersten Inverters bereitzustellen. Mit andern Worten die Stromabgabe jeder Phase der beiden Leistungsmodule erfolgt gleichzeitig. Ferner können die Ausgänge der Leistungsmodule jeweils zusammengeführt werden, z.B. die erste Phase des ersten Inverters und die erste Phase des zweiten Inverters können zusammengeschlossen werden und auf die erste Phase der elektrischen Maschine geleitet werden. Hierdurch kann z.B. durch zwei Dreiphasen-Inverter eine dreiphasige elektrische Maschine betrieben werden. Die beiden Dreiphasen-Inverter können entsprechend kleiner ausgelegt werden. Bei einer synchronen Ansteuerung des Leistungsmoduls und einer synchronen Stromabgabe an die elektrische Maschine, kann die Inverterschaltung auch zwei Invertern mit unterschiedlichen Ausgangsleistungen bestehen. Beispielsweise kann ein 4kW und ein 2kW Inverter zu einer 6kW Inverterschaltung zusammengeschlossen werden. Auch kann eine annähernd synchrone Stromabgabe der beiden Leistungsmodule vorgesehen sein, beispielsweise weisen die beiden Leistungsmodule eine Phasenverschiebung von 1° auf.The control signal of the control module of the inverter configured as a master can instruct the control module of the inverter configured as a slave to provide the phases of the power module of the second inverter in synchronism with the phases of the power module of the first inverter. In other words, the power output of each phase of the two power modules occurs simultaneously. Furthermore, the outputs of the power modules can each be merged, e.g. the first phase of the first inverter and the first phase of the second inverter may be combined and passed to the first phase of the electric machine. As a result, e.g. be operated by two three-phase inverter a three-phase electric machine. The two three-phase inverters can be designed correspondingly smaller. With a synchronous control of the power module and a synchronous current output to the electric machine, the inverter circuit can also consist of two inverters with different output powers. For example, a 4kW and a 2kW inverter can be combined into a 6kW inverter circuit. Also, an approximately synchronous current output of the two power modules can be provided, for example, the two power modules have a phase shift of 1 °.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung leitet das Steuersignal des Regelmoduls des ersten Inverters das Regelmodul des zweiten Inverters an, die Phasen des zweiten Inverters nicht synchron zu den Phasen des ersten Inverters bereitzustellen.According to one embodiment of the invention, the control signal of the control module of the first inverter directs the control module of the second inverter to provide the phases of the second inverter not in synchronism with the phases of the first inverter.

Das Steuer- bzw. Regelsignal des Regelmoduls des als Master konfigurierten Inverters kann das Regelmodul des als Slave konfigurierten Inverters anleiten die Phasen des Leistungsmoduls des zweiten Inverters nicht synchron zu den Phasen des Leistungsmoduls des ersten Inverters bereitzustellen. Dies kann sowohl asynchron erfolgen, also direkt zwischen zwei Phasen des als Master konfigurierten Inverters, sodass eine sechsphasige elektrische Maschine angesteuert werden kann. Beispielsweise bei einer Dreiphasen Inverterschaltung, dass das Leistungsmodul des als Slave konfigurierten Inverter 60° versetzt zu dem Leistungsmodul des als Master konfigurierten Inverters Strom abgibt. Jedoch kann auch nur ein leichter Versatz zwischen den Phasen der beiden Leistungsmodule der Inverter sein, z.B. 1° oder 2°. Ein leichter Versatz kann vorteilhaft sein, um den Zwischenkreis der Inverterschaltung nicht übermäßig zu belasten.The control signal of the control module of the inverter configured as a master can instruct the control module of the inverter configured as a slave to provide the phases of the power module of the second inverter not synchronously with the phases of the power module of the first inverter. This can be done both asynchronously, ie directly between two phases of the master configured as an inverter, so that a six-phase electric machine can be controlled. For example, in the case of a three-phase inverter circuit, the power module of the inverter configured as a slave outputs power 60 ° offset from the power module of the master configured inverter. However, even a slight offset between the phases of the two power modules may be the inverters, e.g. 1 ° or 2 °. A slight offset may be advantageous in order not to overload the intermediate circuit of the inverter circuit.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung leitet das Steuersignal des Regelmoduls des ersten Inverters das Regelmodul des zweiten Inverters an, die Phasen des zweiten Inverters mit einem vordefinierten festen oder variablen Phasenversatz gegenüber den Phasen des ersten Inverters bereitzustellen.According to an embodiment of the invention, the control signal of the control module of the first inverter directs the control module of the second inverter to provide the phases of the second inverter with a predefined fixed or variable phase offset from the phases of the first inverter.

Die Phasenverschiebung zwischen den Phasen des ersten Inverters und des zweiten Inverters können durch einen festen, vordefinierten Phasenversatz bestimmt werden, dieser kann beispielsweise 10°, 20° oder 30° betragen. Dieser Phasenversatz kann je nach Einsatzszenario durch den als Master konfigurierten Inverter vorgegeben werden. Auch ist denkbar diesen vordefinierten, festen Phasenversatz bei einer Änderung der elektrischen Maschine entsprechend anzupassen. Ferner kann an variabler Phasenversatz zwischen den Phasen der beiden Inverter vorgesehen sein, sodass im Betrieb der Inverterschaltung der Phasenversatz angepasst bzw. geändert werden kann.The phase shift between the phases of the first inverter and the second inverter can be determined by a fixed, predefined phase offset, which can be, for example, 10 °, 20 ° or 30 °. Depending on the application scenario, this phase offset can be specified by the inverter configured as the master. It is also conceivable to adapt this predefined, fixed phase offset corresponding to a change in the electrical machine. Furthermore, a variable phase offset between the phases of the two inverters can be provided so that the phase offset can be adjusted or changed during operation of the inverter circuit.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung leitet das Steuersignal des Regelmoduls des ersten Inverters das Regelmodul des zweiten Inverters an, die Phasen des zweiten Inverters von einer synchronen Ansteuerung auf eine nicht synchrone Ansteuerung mit oder ohne festen Phasenversatz zu ändern, oder die Phasen des zweiten Inverters von einer nicht synchronen Ansteuerung mit oder ohne festen Phasenversatz auf eine synchrone Ansteuerung zu ändern.According to one embodiment of the invention, the control signal of the control module of the first inverter directs the control module of the second inverter to change the phases of the second inverter from a synchronous drive to a non-synchronous drive with or without a fixed phase offset, or the phases of the second inverter of one Non-synchronous control with or without fixed phase offset to change to a synchronous control.

Neben einer synchronen und einer nicht synchronen bzw. asynchronen Bereitstellung des Stroms durch die beiden Inverter kann es auch vorgesehen sein, dass im Betrieb der Inverterschaltung zwischen einer synchronen und einer nicht synchronen bzw. asynchronen Ansteuerung der elektrischen Maschine umgeschaltet werden kann. Somit erreicht die Inverterschaltung eine maximale Flexibilität. In addition to synchronous and non-synchronous or asynchronous provision of the current through the two inverters, it can also be provided that, during operation of the inverter circuit, it is possible to switch between synchronous and non-synchronous or asynchronous activation of the electrical machine. Thus, the inverter circuit achieves maximum flexibility.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Inverterschaltung ferner einen dritten und/oder vierten Inverter auf, welche als Slave konfiguriert sind. Das Regelmodul des ersten Inverters ist ausgeführt, jeweils ein Steuersignal an jedes der als Slave konfigurierten Regelmodule bereitzustellen.According to one embodiment of the invention, the inverter circuit further comprises a third and / or fourth inverter, which are configured as a slave. The control module of the first inverter is designed to provide a control signal to each of the control modules configured as a slave.

Die Inverterschaltung ist nicht auf einen als Master konfigurierten Inverter und einen als Slave konfigurierten Inverter begrenzt. Es kann auch mehrere als Slave konfigurierte Inverter in der Inverterschaltung geben. Diese werden jedoch alle durch den einen als Master konfigurierten Inverter mit einem Steuer- bzw. Regelsignal versorgt. Somit entsteht ein modulares System für eine Inverterschaltung, welche erweitert werden kann und somit auf die Bedürfnisse des Nutzers anpassbar ist. Bei der Verwendung von drei Dreiphasen-Invertern kann z.B. eine neunphasige elektrische Maschine angesteuert werden oder es kann der zu schaltende Strom für jeden der Inverter auf ein Drittel reduziert werden. Auch können drei Einphasige-Inverter zu einer dreiphasigen Inverterschaltung zusammengeführt werden. In einem weiteren Beispiel ist denkbar, dass vier Dreiphasen-Inverter so verbunden werden, sodass zwei jeweils gleichphasig sind und zwei Paare genau wechselphasig betrieben werden. Mit anderen Worten kann eine sechsphasige elektrische Maschine durch vier Dreiphasen-Inverter mit jeweils halber Leistung betrieben werden.The inverter circuit is not limited to an inverter configured as a master and an inverter configured as a slave. There may also be several inverters in the inverter circuit configured as slaves. However, they are all supplied with a control signal by one inverter configured as a master. This creates a modular system for an inverter circuit, which can be expanded and thus adapted to the needs of the user. When using three three-phase inverters, e.g. a nine-phase electric machine can be controlled or the current to be switched for each of the inverters can be reduced to one third. Also, three single-phase inverters can be merged into a three-phase inverter circuit. In another example, it is conceivable that four three-phase inverters are connected so that two are each in-phase and two pairs are operated exactly AC phase. In other words, a six-phase electric machine can be operated by four half-power three-phase inverters.

Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem vorhergehend und einem nachfolgend beschriebenen Fahrerassistenzsystem.Another aspect of this invention relates to a vehicle having a preceding and subsequently described driver assistance system.

Die Bezeichnung Fahrzeug ist nicht alleine auf einen Personenkraftwagen begrenzt, sondern schließt auch Lastkraftwagen, Busse, Fahrräder und Motorräder, Traktoren, Panzer, Baumaschinen, Schienenfahrzeuge, Schiffe sowie Luftfahrzeuge wie Helikopter oder Flugzeuge, mit ein.The term vehicle is not limited to a passenger car alone, but also includes lorries, buses, bicycles and motorcycles, tractors, tanks, construction machinery, rail vehicles, ships and aircraft such as helicopters or aircraft with a.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Inverterschaltung. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

  • - Bereitstellen eines Steuersignals durch ein als Master konfiguriertes Regelmodul eines ersten Inverters an ein als Slave konfiguriertes Regelmodul eines zweiten Inverters;
  • - Ausgeben eines Stromes durch den ersten Inverter und eines Stromes durch den zweiten Inverter an eine elektrische Maschine.
Another aspect of the invention relates to a method for controlling an inverter circuit. The method comprises the following steps:
  • - Providing a control signal by a configured as a master control module of a first inverter to a configured as a slave control module of a second inverter;
  • - Outputting a current through the first inverter and a current through the second inverter to an electric machine.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sieht das Verfahren vor, das Ausgeben des Stromes des ersten Inverters und des zweiten Inverters synchron zu gestalten.According to an embodiment of the invention, the method provides to synchronize the outputting of the current of the first inverter and the second inverter.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sieht das Verfahren vor, das Ausgeben des Stromes des ersten Inverters und des zweiten Inverters nicht synchron zu gestalten.According to a further embodiment of the invention, the method provides to make the outputting of the current of the first inverter and the second inverter non-synchronous.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sieht das Verfahren vor, das Ausgeben des Stromes des ersten Inverters und des zweiten Inverters zwischen einer synchronen Ausgabe auf eine nicht synchrone mit oder ohne festen Phasenversatz Ausgabe umzuschalten bzw. das Ausgeben des Stromes des ersten Inverters und des zweiten Inverters zwischen einer nicht synchronen Ausgabe mit oder ohne festen Phasenversatz auf eine synchrone Ausgabe umzuschalten.According to another embodiment of the invention, the method provides for switching the output of the current of the first inverter and the second inverter between a synchronous output to a non-synchronous output with or without fixed phase offset output, and outputting the current of the first inverter and the second inverter toggle between a non-synchronous output with or without a fixed phase offset to a synchronous output.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Programmelement, das, wenn es auf einem Regelmodul einer Inverterschaltung ausgeführt wird, die Inverterschaltung anleitet, das oben und im Folgenden beschriebene Verfahren auszuführen.A further aspect of the invention relates to a program element which, when executed on a control module of an inverter circuit, instructs the inverter circuit to carry out the method described above and below.

Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement gespeichert ist, welches das Regelmodul einer Inverterschaltung anleitet, das oben und im Folgenden beschriebene Verfahren auszuführenAnother aspect of this invention relates to a computer readable medium having stored thereon a program element that directs the control module of an inverter circuit to perform the method described above and in the following

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der Figuren.Other features, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of the embodiments and the figures.

Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Sind in der nachfolgenden Beschreibung der Figuren gleiche Bezugszeichen angegeben, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente.

  • 1 zeigt einen Inverter gemäß dem Stand der Technik.
  • 2 zeigt eine Inverterschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 3 zeigt eine Inverterschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • 4 zeigt eine Inverterschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • 5 zeigt eine Inverterschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • 6 zeigt ein Fahrzeug mit einer Inverterschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betrieb einer Inverterschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
The figures are schematic and not to scale. If the same reference numbers are given in the following description of the figures, these designate the same or similar elements.
  • 1 shows an inverter according to the prior art.
  • 2 shows an inverter circuit according to an embodiment of the invention.
  • 3 shows an inverter circuit according to another embodiment of the invention.
  • 4 shows an inverter circuit according to another embodiment of the invention.
  • 5 shows an inverter circuit according to another embodiment of the invention.
  • 6 shows a vehicle with an inverter circuit according to an embodiment of the invention.
  • 7 shows a flowchart for a method for operating an inverter circuit according to an embodiment of the invention.

In 1 ist eine schematische Darstellung eines Inverters 10 gezeigt. Dieser weist ein Regelmodul 11 und ein Leistungsmodul 12 auf. Das Regelmodul 11 des Inverters 10 ist dazu eingerichtet, das Leistungsmodul 12 des Inverters 10 zu steuern bzw. zu regeln. Für diesen Zweck kann das Regelmodul 11 Messsignale von einer angeschlossenen elektrischen Maschine 15 erhalten, beispielsweise die aktuelle Position der elektrischen Maschine 15 durch einen Drehgeber. Ferner kann das Regelmodul 11 den aktuellen Strom, welcher durch das Leistungsmodul 12 an die elektrische Maschine 15 abgegeben wird, als Eingangsgröße erhalten. Das Regelmodul 11 kann basierend auf den erhaltenen Eingangsgrößen das Leistungsmodul 12 des Inverters 10 steuern bzw. regeln und dieses anleiten einen entsprechenden Strom mit einer entsprechenden Frequenz an die elektrische Maschine 15 auszugeben. In dem vorliegenden Fall handelt es sich bei dem in 1 gezeigten Inverter 10 um einen Dreiphasen Inverter.In 1 is a schematic representation of an inverter 10 shown. This has a rule module 11 and a power module 12 on. The rule module 11 of the inverter 10 is set to the power module 12 of the inverter 10 to control or regulate. For this purpose, the control module 11 Measuring signals from a connected electrical machine 15 obtained, for example, the current position of the electric machine 15 through a rotary encoder. Furthermore, the control module 11 the current that is generated by the power module 12 to the electric machine 15 is given, received as input. The rule module 11 can be based on the received inputs the power module 12 of the inverter 10 control or regulate and this guide a corresponding current with a corresponding frequency to the electric machine 15 issue. In the present case, the in 1 shown inverter 10 around a three-phase inverter.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Inverterschaltung 100. Diese Inverterschaltung 100 umfasst einen ersten Inverter 10 und einen zweiten Inverter 20. Die beiden Inverter 10, 20 sind gleich zu dem in 1 gezeigten Inverter aufgebaut, ausgenommen die Möglichkeit der Konfiguration der Inverter als Master bzw. Slave. D.h. beide weisen ein Regelmodul 11, 21 und ein Leistungsmodul 12, 22 auf. Ferner können beide Inverter 10, 20 die Informationen der angeschlossenen elektrischen Maschine 15, z.B. durch einen Drehgeber, erhalten. Des Weiteren können beide Inverter 10, 20 den von Ihnen ausgegebenen Strom messen. In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist der erste Inverter 10 als Master konfiguriert und der zweite Inverter 20 als Slave. Dies bedeutet, dass der erste Inverter 10 ein Steuersignal für den zweiten Inverter 20 bereitstellen kann, sodass das Regelmodul 21 des zweiten Inverters 20 das Leistungsmodul 22 des zweiten Inverters 20 in Abhängigkeit des ersten Inverters 10 steuert bzw. regelt. In der gezeigten Ausführungsform ist die elektrische Maschine 15 eine sechsphasige elektrische Maschine 15, wobei der erste Inverter 10 und der zweite Inverter 20 jeweils drei Phasen aufweisen. Vorteilhafterweise können die Phasen des zweiten Inverters 20 um 60° versetzt zu denjenigen des ersten Inverters 10 sein. Es sei jedoch angemerkt, dass jede andere Phasenverschiebung zwischen den beiden Invertern 10, 20 möglich ist, dann müsste die elektrische Maschine 15 dementsprechend angepasst werden. Beispielsweise kann ein fester Phasenversatz bei der Stromabgabe der beiden Inverter 10, 20 erfolgen. Jedoch ist auch ein variabler Phasenversatz, welcher beispielsweise während des Betriebes der Inverterschaltung 100 angepasst bzw. verändert werden kann, zwischen den Phasen der beiden Inverter 10, 20 denkbar. Des Weiteren kann auch vorgesehen sein, dass zwischen einem synchronen und einem nicht synchronen Betrieb mit oder ohne feste Phasenverschiebung der Phasen der beiden Inverter 10, 20 umgeschaltet werden kann. Durch die Inverterschaltung 100 gemäß der Ausführungsform aus 2 kann eine sechsphasige elektrische Maschine 15 durch zwei Dreiphasige Inverter 10, 20, welche in einer Master-Slave Beziehung stehen, betrieben werden. 2 shows a schematic representation of an inverter circuit 100 , This inverter circuit 100 includes a first inverter 10 and a second inverter 20 , The two inverters 10 . 20 are equal to the in 1 built inverter except the possibility of configuring the inverter as a master or slave. Ie both have a control module 11 . 21 and a power module 12 . 22 on. Furthermore, both inverters 10 . 20 the information of the connected electric machine 15 , eg by a rotary encoder. Furthermore, both inverters 10 . 20 Measure the current you are output. In the in 2 the embodiment shown is the first inverter 10 configured as master and the second inverter 20 as a slave. This means that the first inverter 10 a control signal for the second inverter 20 can provide, so the rule module 21 of the second inverter 20 the power module 22 of the second inverter 20 depending on the first inverter 10 controls or regulates. In the embodiment shown, the electric machine 15 a six-phase electric machine 15 , where the first inverter 10 and the second inverter 20 each have three phases. Advantageously, the phases of the second inverter 20 offset by 60 ° to those of the first inverter 10 be. It should be noted, however, that any other phase shift between the two inverters 10 . 20 is possible, then the electric machine would have to 15 be adjusted accordingly. For example, a fixed phase shift in the current output of the two inverters 10 . 20 respectively. However, there is also a variable phase offset which, for example, during operation of the inverter circuit 100 can be adjusted or changed between the phases of the two inverters 10 . 20 conceivable. Furthermore, it can also be provided that between a synchronous and a non-synchronous operation with or without a fixed phase shift of the phases of the two inverters 10 . 20 can be switched. Through the inverter circuit 100 according to the embodiment 2 can be a six-phase electric machine 15 through two three-phase inverters 10 . 20 , which are in a master-slave relationship operated.

3 zeigt ebenfalls eine Inverterschaltung 100 bestehend aus zwei dreiphasigen Invertern 10, 20. Im Unterschied zu 2 sind diese jedoch nicht an eine sechsphasige elektrische Maschine angeschlossen, sondern an eine dreiphasige elektrische Maschine 15. Die Phasen des Stroms des ersten Inverters 10 und die Phasen des Stroms des zweiten Inverters 20 werden hierbei synchron ausgegeben. Die Ausgänge der Phasen der Leistungsmodule 12, 22 werden jeweils zusammengeführt und auf jeweils eine Phase der elektrischen Maschine 15 gegeben. D.h. die erste Phase des ersten Inverters 10 und die erste Phase des zweiten Inverters 20 werden zusammengeführt. Die Vorgabe des richtigen Taktes erfolgt durch ein Steuersignal des Regelmoduls 11 des ersten Inverters 10, welcher als Master konfiguriert ist. Der als Slave konfigurierte zweite Inverter 20 gibt, basierend auf dem Steuersignal des ersten Inverters 10, ein zu diesem synchronen Strom ab. Durch diese Inverterschaltung 100 kann der von den Leistungsmodulen 12, 22 jeweils zu schaltenden Strom halbiert werden, was zu kleineren Bauteilen in den einzelnen Leistungsmodulen 12, 22 und zu größeren Stückzahlen der Inverter 10, 20 führt. Somit können Kosten gesenkt werden und eine Inverterschaltung 100 kann modular aufgebaut werden bzw. erweitert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Ausgabe des Stroms durch die beiden Leistungsmodule 12, 22 auch leicht versetzt erfolgen, z.B. 1-2°, sodass die Belastung im Zwischenkreis der Inverterschaltung 100 reduziert wird. Es können auch drei, vier oder mehr Inverter zusammengeschlossen werden, sodass der zu schaltende Strom weiter reduziert wird und die einzelnen Inverter kleiner ausgeführt werden können. Auch kann vorgesehen sein, dass die beiden Inverter 10, 20 Inverter 10, 20 gleicher Leistungsstufe sind, jedoch auch, dass die beiden Inverter 10, 20 unterschiedliche Leistungsstufen aufweisen. 3 also shows an inverter circuit 100 consisting of two three-phase inverters 10 . 20 , In contrast to 2 However, these are not connected to a six-phase electric machine, but to a three-phase electric machine 15 , The phases of the current of the first inverter 10 and the phases of the current of the second inverter 20 are output synchronously. The outputs of the phases of the power modules 12 . 22 are each merged and each on a phase of the electric machine 15 given. That is, the first phase of the first inverter 10 and the first phase of the second inverter 20 will be merged. The specification of the correct clock is carried out by a control signal of the control module 11 of the first inverter 10 , which is configured as a master. The second inverter configured as a slave 20 based on the control signal of the first inverter 10 , on to this synchronous stream. Through this inverter circuit 100 can be that of the power modules 12 . 22 each to be switched current to be halved, resulting in smaller components in the individual power modules 12 . 22 and to larger numbers of inverters 10 . 20 leads. Thus, costs can be reduced and an inverter circuit 100 can be modular or extended. According to another embodiment of the invention, the output of the current through the two power modules 12 . 22 also slightly offset, eg 1-2 °, so that the load in the DC link of the inverter circuit 100 is reduced. It is also possible to combine three, four or more inverters so that the current to be switched is further reduced and the individual inverters can be made smaller. It can also be provided that the two inverters 10 . 20 inverter 10 . 20 same power level, but also that the two inverters 10 . 20 have different power levels.

4 zeigt eine schematische Inverterschaltung 100 bestehend aus drei einphasigen Invertern 10, 20, 30. Diese weisen wiederum jeweils ein Regelmodul 11, 21, 31 und ein Leistungsmodul 12, 22, 32 auf. In dieser Inverterschaltung 100 ist der erste Inverter 10 als Master konfiguriert und die beiden anderen Inverter 20, 30 sind als Slave konfiguriert. Der erste Inverter 10 kann ein Steuersignal an die beiden anderen Inverter 20, 30 bereitstellen, sodass diese den Betrieb ihrer Leistungsmodule 22, 32 in Abhängigkeit des Betriebs des ersten Inverters 10 durchführen. In der Ausführungsform gemäß 4 ist die elektrische Maschine 15 eine dreiphasige elektrische Maschine 15. Die Phasen der einzelnen Inverter sind dementsprechend 120° versetzt zu einander. 4 shows a schematic inverter circuit 100 consisting of three single-phase inverters 10 . 20 . 30 , These in turn each have a control module 11 . 21 . 31 and a power module 12 . 22 . 32 on. In this inverter circuit 100 is the first inverter 10 configured as master and the other two inverters 20 . 30 are configured as slaves. The first inverter 10 can send a control signal to the other two inverters 20 . 30 provide them with the operation of their power modules 22 . 32 depending on the operation of the first inverter 10 carry out. In the embodiment according to 4 is the electric machine 15 a three-phase electric machine 15 , The phases of the individual inverters are accordingly 120 ° offset to each other.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Inverterschaltung 100 bestehend aus vier Invertern 10, 20, 30, 40. Der erste Inverter 10 ist als Master konfiguriert und kann ein Steuersignal an die als Slave konfigurierten Inverter 20, 30, 40 ausgeben. In der Ausführungsform sind die Leistungsmodule 12, 32 des ersten Inverters 10 und des dritten Inverters 30 parallel geschalten, sodass der zu schaltende Strom reduziert werden kann. Diese versorgen drei der sechs Phasen der elektrische Maschine 15. Die anderen drei Phasen der sechsphasigen elektrischen Maschine 15 wird durch eine Parallelschaltung der Leistungsmodule 22, 42 des zweiten Inverters 20 und des vierten Inverters 40 bereitgestellt. Dies zeigt die Modularität der verwendeten Inverterschaltung 100. Eine sechsphasige elektrische Maschine 15, kann durch zwei Dreiphasen Inverter, wie in 2 gezeigt, angetrieben werden, wobei die zwei Dreiphasen Inverter wiederum durch jeweils zwei Dreiphasen Inverter gebildet werden, welche jeweils den halben zu schaltenden Strom aufweisen. 5 shows a schematic representation of an inverter circuit 100 consisting of four inverters 10 . 20 . 30 . 40 , The first inverter 10 is configured as a master and can send a control signal to the inverters configured as slaves 20 . 30 . 40 output. In the embodiment, the power modules are 12 . 32 of the first inverter 10 and the third inverter 30 connected in parallel so that the current to be switched can be reduced. These supply three of the six phases of the electric machine 15 , The other three phases of the six-phase electric machine 15 is through a parallel connection of the power modules 22 . 42 of the second inverter 20 and the fourth inverter 40 provided. This shows the modularity of the inverter circuit used 100 , A six-phase electric machine 15 , can through two three-phase inverter, as in 2 are shown, the two three-phase inverter are formed in turn by two three-phase inverter, each having half the current to be switched.

6 zeigt ein Fahrzeug 600 mit einer Inverterschaltung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 6 shows a vehicle 600 with an inverter circuit 100 according to an embodiment of the invention.

7 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betrieb einer Inverterschaltung. Das Verfahren weist in Schritt 701 ein Bereitstellen eines Steuersignals durch ein als Master konfiguriertes Regelmodul eines ersten Inverters an ein als Slave konfiguriertes Regelmodul eines zweiten Inverters auf. In Schritt 702 wird ein Strom durch den ersten Inverter und ein Strom durch den zweiten Inverter an eine elektrische Maschine ausgegeben. Die Ausgabe des Stroms des ersten Inverters und des zweiten Inverters kann sowohl synchron, also gleichzeitig, als auch nicht synchron, also zeitversetzt bzw. phasenverschoben, erfolgen. 7 shows a flowchart for a method for operating an inverter circuit. The method points in step 701 providing a control signal by a control module configured as a master of a first inverter to a configured as a slave control module of a second inverter. In step 702 a current through the first inverter and a current through the second inverter are output to an electric machine. The output of the current of the first inverter and the second inverter can be synchronous, ie simultaneously, as well as not synchronous, ie offset in time or out of phase, take place.

Claims (14)

Inverterschaltung (100) für eine elektrische Maschine (15), aufweisend: - einen ersten Inverter (10), der ein Regelmodul (11) und ein Leistungsmodul (12) aufweist; und - einen zweiten Inverter (20), der ein Regelmodul (21) und ein Leistungsmodul (22) aufweist; wobei das Regelmodul (11) des ersten Inverters (10) als Master konfiguriert ist und wobei das Regelmodul (21) des zweiten Inverters (20) als Slave konfiguriert ist; wobei das als Master konfigurierte Regelmodul (11) ausgeführt ist, ein Steuersignal an das als Slave konfigurierte Regelmodul (21) bereitzustellen, um den Betrieb des als Slave konfigurierten Regelmoduls (21) in Abhängigkeit von dem Betrieb des als Master konfigurierten Regelmoduls (11) zu steuern.An inverter circuit (100) for an electric machine (15), comprising: - A first inverter (10) having a control module (11) and a power module (12); and - A second inverter (20) having a control module (21) and a power module (22); wherein the control module (11) of the first inverter (10) is configured as a master, and wherein the control module (21) of the second inverter (20) is configured as a slave; wherein the control module (11) configured as a master is designed to provide a control signal to the control module (21) configured as a slave, in order to control the operation of the control module (21) configured as a slave as a function of the operation of the control module (11) configured as a master. Inverterschaltung (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Leistungsmodul (12) des ersten Inverters (10) drei Halbbrücken aufweist.Inverter circuit (100) according to Claim 1 wherein the power module (12) of the first inverter (10) has three half-bridges. Inverterschaltung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuersignal des Regelmoduls (11) des ersten Inverters (10) das Regelmodul (21) des zweiten Inverters (20) anleitet, die Phasen des zweiten Inverters (20) synchron zu den Phasen des ersten Inverters (10) einzustellen.Inverter circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the control signal of the control module (11) of the first inverter (10) instructs the control module (21) of the second inverter (20), the phases of the second inverter (20) in synchronism with the phases of first inverter (10). Inverterschaltung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuersignal des Regelmoduls (11) des ersten Inverters (10) das Regelmodul (21) des zweiten Inverters (20) anleitet, die Phasen des zweiten Inverters (20) nicht synchron zu den Phasen des ersten Inverters (10) bereitzustellen.The inverter circuit according to claim 1, wherein the control signal of the control module of the first inverter directs the control module of the second inverter, the phases of the second inverter not being in synchronism with the phases of the first inverter (10). Inverterschaltung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuersignal des Regelmoduls (11) des ersten Inverters (10) das Regelmodul (21) des zweiten Inverters (20) anleitet, die Phasen des zweiten Inverters (20) mit einem vordefinierten Phasenversatz gegenüber den Phasen des ersten Inverters (10) bereitzustellen.The inverter circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the control signal of the control module (11) of the first inverter (10) instructs the control module (21) of the second inverter (20) to oppose the phases of the second inverter (20) with a predefined phase offset to provide the phases of the first inverter (10). Inverterschaltung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuersignal des Regelmoduls (11) des ersten Inverters (10) das Regelmodul (21) des zweiten Inverters (20) anleitet, die Phasen des zweiten Inverters (20) von einer synchronen Ansteuerung auf eine nicht synchrone Ansteuerung mit oder ohne festen Phasenversatz zu ändern, oder die Phasen des zweiten Inverters (20) von einer nicht synchronen Ansteuerung mit oder ohne festen Phasenversatz auf eine synchrone Ansteuerung zu ändern.Inverter circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the control signal of the control module (11) of the first inverter (10), the control module (21) of the second inverter (20), the phases of the second inverter (20) from a synchronous drive on to change a non-synchronous drive with or without a fixed phase offset, or to change the phases of the second inverter (20) from a non-synchronous drive with or without a fixed phase offset to a synchronous drive. Inverterschaltung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen dritten (30) und/oder vierten Inverter (40), der als Slave konfiguriert ist, wobei das Regelmodul (11) des ersten Inverters (10) ausgeführt ist, jeweils ein Steuersignal an jedes der als Slave konfigurierten Regelmodule (31, 41) bereitzustellen.Inverter circuit (100) according to one of the preceding claims, further comprising a third (30) and / or fourth inverter (40), which is configured as a slave, wherein the control module (11) of the first inverter (10) is executed, one in each case To provide control signal to each of the control modules (31, 41) configured as a slave. Fahrzeug (600) mit einer Inverterschaltung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.Vehicle (600) with an inverter circuit (100) according to one of the preceding claims. Verfahren zur Steuerung einer Inverterschaltung, folgende Schritte aufweisend: - Bereitstellen (701) eines Steuersignals durch ein als Master konfiguriertes Regelmodul eines ersten Inverters an ein als Slave konfiguriertes Regelmodul eines zweiten Inverters; - Ausgeben (702) eines Stromes durch den ersten Inverter und eines Stromes durch den zweiten Inverter an eine elektrische Maschine.Method for controlling an inverter circuit, comprising the following steps: - Providing (701) a control signal by a configured as a master control module of a first inverter to a configured as a slave control module of a second inverter; - outputting (702) a current through the first inverter and a current through the second inverter to an electric machine. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Ausgeben des Stromes des ersten Inverters und des zweiten Inverters synchron erfolgt.Method according to Claim 9 wherein the outputting of the current of the first inverter and the second inverter is synchronous. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Ausgeben des Stromes des ersten Inverters und des zweiten Inverters nicht synchron erfolgt.Method according to Claim 9 wherein the outputting of the current of the first inverter and the second inverter is not synchronous. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Ausgeben des Stromes des ersten Inverters und des zweiten Inverters zwischen einer synchronen Ausgabe auf eine nicht synchrone mit oder ohne festen Phasenversatz Ausgabe umschaltet, oder wobei das Ausgeben des Stromes des ersten Inverters und des zweiten Inverters zwischen einer nicht synchronen Ausgabe mit oder ohne festen Phasenversatz auf eine synchrone Ausgabe umschaltet.Method according to one of Claims 9 to 11 wherein outputting the current of the first inverter and the second inverter switches between a synchronous output to a non-synchronous with or without fixed phase offset output, or outputting the current of the first inverter and the second inverter between a non-synchronous output with or without fixed phase offset switches to a synchronous output. Programmelement, das, wenn es auf einem Steuergerät einer Inverterschaltung einer elektrischen Maschine ausgeführt wird, die Inverterschaltung anleitet, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9-12 durchzuführen.A program element which, when executed on a controller of an inverter circuit of an electric machine, instructs the inverter circuit, the method according to any one of Claims 9 - 12 perform. Computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement gemäß Anspruch 13 gespeichert ist.Computer-readable medium on which a program element according to Claim 13 is stored.
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