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Die Erfindung betrifft ein Weidezaungerät sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Geräts nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 13.
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Mit der Druckschrift
DE 103 32 267 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrozaungerätes, das Impulse im vorbestimmten Takt in einen darin angeschlossenen Elektrozaun einspeist, der eine Lastimpedanz aufweist, die bei Mensch- oder Tierberührung reduziert wird, bekannt geworden, wobei bei einer ersten hohen Lastimpedanz die in dem vorbestimmten Takt eingespeisten Impulse niederenergetisch sind und nach Reduzierung der ersten Lastimpedanz auf eine zweite Lastimpedanz für einen einstellbaren Verzögerungszeitraum, der sich mindestens über eine Mehrzahl der vorbestimmten Takte erstreckt, unverändert bleiben, und nach Ablauf dieses Verzögerungszeitraums die Energie der in dem vorbestimmten Takt eingespeisten Impulse wesentlich erhöht wird.
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In dem zugehörigen Elektrozaungerät sind dementsprechend zwischen dem Steuerteil und dem Taktgeber ein Verzögerungsteil geschaltet, welches eine Erhöhung der Impulsenergie im Fall der Reduzierung der Lastimpedanz des Elektrozaunes um den Verzögerungszeitraum verzögert.
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Ein solches Weidezaungerät ist jedoch mit Nachteilen behaftet.
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Ein solcher Nachteil besteht darin, dass ein normaler Elektrozaun eine stetig wechselnde Last darstellt. So kann z. B. die Vegetation durch den Wind so bewegt werden, dass ein ständiger Wechsel zwischen geringer und hoher Last vorhanden ist. Ein Gerät mit fester Verzögerungszeit wird deshalb unter Umständen gar nicht in den ”hochaktiven” Zeitzustand schalten, da zwischendurch immer wieder geringe Belastung vorhanden ist und damit die Umschaltschwelle nie für eine komplette Verzögerungsperiode erreicht wird. Dadurch kann es dazu kommen, dass in den stark belasteten Perioden die Zaunspannung soweit abnimmt, dass die Hütesicherheit nicht mehr gewährleistet wird.
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Das Verfahren nach dem Stand der Technik beansprucht nur zwei Zustände, d. h. stark und schwach. Hier führt die Wechselbelastung am Zaun unter Umständen zu einem ständigen Hin- und Herschalten zwischen den beiden Ausgangsenergien. Auf diese Weise ist es möglich, das zum einen ebenfalls ein Problem mit der Hütesicherheit auftritt, andererseits aber bei Personenberührung und gleichzeitigem Lastabfall im Zaun trotzdem an die Person sehr hohe Energien abgegeben werden, was ja eigentlich verhindert werden soll.
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Die
WO 03/055 284 A2 offenbart ein Weidezaungerät und ein Verfahren zu dessen Betrieb mit einem oder mehreren, parallel geschalteten Speicherkondensatoren zur Erzeugung eines Hüteschocks, die abhängig von der Kapazität einer Versorgungsbatterie auf eine erste, hohe Spannung oder eine zweite, gegenüber der ersten niedrigeren Spannung aufgeladen werden. Damit soll die Aufgabe gelöst werden, den Gesamtenergieverbrauch zu reduzieren, insbesondere bei niedriger Kapazität der Versorgungsbatterie.
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Die
US 6,020,658 offenbart ein Weidezaungerät, mit einem ersten und einem hierzu parallel geschalteten zweiten Speicherkondensator zur Erzeugung eines Hüteschocks, wobei der zweite Kondensator den gleichen Wert wie der erste aufweist, um bei Bedarf die Energie des Hüteschocks verdoppeln zu können. Um bei effektiver Schockkontrolle möglichst geringe Frequenzstörungen zu verursachen, wird lediglich die positive Halbwelle auf den Ausgang des Weidezaungerätes geschaltet und die negative Halbwelle über ohmsche Widerstände abgebaut. Zur Minimierung der dabei entstehenden Energieverluste ist der zum ersten Kondensator parallele zweite Kondensator mittels einem hierzu ansteuerbaren Schalter zu- bzw. abschaltbar.
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Die
DE 10 2005 054 980 A1 offenbart ebenfalls ein Weidezaungerät mit zwei oder mehreren unabhängig schaltbaren Speicherkondensatoren zur Erzeugung eines Hüteschocks. Für den zweiten und/oder einen weiteren Kondensator wird eine größere Kapazität als für den ersten Kondensator gelehrt, um einen größeren Bereich der Impulsenergie steuern zu können. Damit soll bei verbesserter Regelung der Impulsenergie eine stets ausreichend hohe Ausgangsspannung zum Auslösen eines Hüteschocks gewährleistet werden, bei gleichzeitig geringem Stromverbrauch.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Elektroweidezaungerät und ein Verfahren zum Betreiben desselben vorzuschlagen, wobei die oben genannten Nachteile vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 13 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das zeitliche Verhalten der Lastimpedanz des Weidezauns über eine bestimmte Zeitdauer mittels einer Auswerteeinheit ständig ermittelt und abhängig von einem auf der Basis des zeitlichen Verhaltens der Lastimpendanz ermittelten Maß die Impulsenergie erhöht wird.
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Hierdurch können die oben angeführten Nachteile, beispielsweise durch windbewegte Vegetation oder dergleichen als Einflussgröße für den Schaltvorgang zur Impulssteuerung ausgeschlossen werden. Ein ständiges Hin- und Herschalten zwischen zwei Ausgangsenergien kann dadurch nicht auftreten.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Speicherkondensatoren wahlweise dem Ladestromkreis und/oder dem Entladestromkreis zuschaltbar sind. Auf diese Weise kann die Impulsenergie, die beim gemeinsamen Entladen derartiger Speicherkondensatoren freigesetzt wird, durch wahlweises Zuschalten eines oder mehrerer Speicherkondensatoren in den Ladevorgang variabel gestaltet werden. Durch dieses Zuschalten einzelner Speicherkondensatoren kann demnach die erfindungsgemäß gewünschte Energieerhöhung vorgenommen werden.
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Da erfindungsgemäß eine Mehrzahl von Kondensatoren mit jeweils gegenüber dem benachbarten Kondensator verdoppelter Kapazität vorgesehen ist, kann durch entsprechende Zuschaltung einzelner Kondensatoren nach einem binären Zahlensystem die zur Verfügung stehende Gesamtkapazität und somit die für den Hüteimpuls zur Verfügung stehende Energie ausgewählt werden.
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Die zuschaltbaren Speicherkondensatoren werden hierzu bevorzugt zu einem oder mehreren weiteren Speicherkondensatoren parallel in den Entladestromkreis geschaltet, so dass sich ihre Ladeenergien addieren.
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Vorzugsweise wird jeder zuschaltbare Speicherkondensator in Reihe mit einer Sperrdiode geschaltet. Hierdurch wird bei abgeschaltetem Speicherkondensator sichergestellt, dass kein Lade- bzw. Entladevorgang zwischen diesem Speicherkondensator und einem anderen Speicherkondensator in abgeschaltetem Zustand stattfinden kann.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird wenigstens ein zuschaltbarer Speicherkondensator beidseits mit jeweils einer oder mehreren Sperrdioden in Reihe geschaltet. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass beim Abschalten des Speicherkondensators dieser Kondensator beidseitig von den anderen Speicherkondensatoren getrennt ist. Eine solche Schaltung kann insbesondere eine Schutzfunktion für das Schaltelement beim Zuschalten bzw. Abschalten eines Speicherkondensators darstellen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird ein zuschaltbarer Speicherkondensator in Reihe mit einer Sperrdiode in den Entladestromkreis geschaltet. Diese Sperrdiode kann eine Sperrdiode sein, die zugleich einen Ladungsausgleich zwischen einzelnen Kondensatoren verhindert. Diese Schaltung stellt sicher, dass der jeweilige Speicherkondensator auch nach dem Abschalten von dem Ladevorgang während des Entladens mit entladen wird, da nur ein Stromfluss in umgekehrter Richtung unterbunden ist.
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Vorteilhafterweise wird eine Sperrdiode wie oben angeführt parallel zu dem Schaltelement geschaltet, das einen zuschaltbaren Speicherkondensator zuschaltet bzw. abschaltet. Hierdurch ist eine permanente Verbindung zum Entladestromkreis gewährleistet, wobei ein Stromfluss in umgekehrter Richtung unterbunden ist, so dass der jeweilige Speicherkondensator zuverlässig vom Ladestromkreis abgekoppelt werden kann.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Steuerung zur Einstellung der Ladeenergie durch Zuschalten eines oder mehrerer Speicherkondensatoren in den Ladevorgang vorgesehen. Diese Steuereinheit stellt durch Ansteuerung entsprechender Schaltelemente die für den Ladevorgang vorgesehenen Speicherkondensatoren bereit bzw. koppelt diese vom Ladestromkreis ab.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird diese Steuerung zugleich für eine Anpassung der Impulsform des Hüteimpulses ausgebildet, um dessen Wirksamkeit zu verbessern.
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Eine Impulsformung kann beispielsweise dadurch vorgenommen werden, dass die Steuerung zum Abschalten eines oder mehrerer Speicherkondensatoren während des Ladevorgangs bei Erreichen einer vorgesehenen Ladespannung ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, eine oder mehrere Speicherkondensatoren bei individuellem Ladezustand vom Ladevorgang abzukoppeln, wobei diese Speicherkondensatoren für den Entladevorgang nach wie vor parallel in den Entladestromkreis geschaltet sind. Beim Entladevorgang, beispielsweise durch Zünden eines entsprechenden Schaltthyristors entlädt sich sodann zunächst der Speicherkondensator mit der höchsten Ladespannung, wobei nachfolgend jeweils diejenigen Speicherkondensatoren zusätzlich entladen werden, deren Ladespannung bei der Entladung als nächstes erreicht wird.
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Somit kann in der Tat die Impulsform des Hüteimpulses durch Formung des aus den Speicherkondensatoren generierten Impulses im Primärkreis des Transformators gestaltet werden.
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Die gemeinsame Entladung der Speicherkondensatoren wird vorzugsweise über ein gemeinsames Schaltelement im Entladestromkreis, beispielsweise einem Thyristor vorgenommen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
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Im Einzelnen zeigen
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1 einen Schaltplan einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
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2 einen Schaltplan einer Weiterbildung dieser ersten Ausführungsform.
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In einem konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die zaunseitige Last durch einen Sensorausgang bestimmt, der vorzugsweise die abgegebene Zaunspannung bestimmt. Aus den gemessenen Werten ermittelt ein Mikroprozessor ständig einen rollierenden Mittelwert, d. h. der Mittelwert wird über ein bestimmtes vom aktuellen Zeitpunkt in die Vergangenheit reichendes Zeitintervall ermittelt und ständig aktualisiert. Kurzfristige Schwankungen durch Wind, Tierberührung, etc. werden dadurch wirkungsvoll ausgemittelt, dass der ermittelte Wert eine wesentlich genauere Beurteilung der langfristigen Belastung durch Bewuchs darstellt. Ein Hin- und Herschalten aufgrund von kurzfristigen Zufallswerten wird so wirkungsvoll verhindert.
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Die Erhöhung der Energieabgabe bzw. der Ausgangsspannung erfolgt in dieser besonderen Ausführungsform der Erfindung nicht abrupt in einer Stufe. Nach dem Einschalten läuft das Gerät zunächst erst in einer kleinen Energiestufe. Erst nachdem die mittlere Zaunspannung für mehrere Minuten unterhalb eines Schwellwerts, bevorzugt unterhalb der unteren Schwelle eines Hysteresefensters liegt, wird die Energie stufenweise solange erhöht, bis entweder die maximal abgebbare Energie erreicht ist oder die Zaunspannung den Schwellwert wieder übersteigt bzw. wieder im Hysteresefenster liegt.
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Vorzugsweise wird dazu ein Elektrozaungerät eingesetzt, welches mit mehreren Ladekondensatoren in binärer Stufung bestückt ist, also z. B. 4, 8, 16 und 32 μF usw. Durch gezieltes Zu- und Abschalten der Kondensatoren lassen sich insgesamt z. B. 16 verschiedene Energiewerte in vorzugsweise gleichmäßigen Stufen einstellen, wobei die einzelnen Kondensatoren wie eine binäre Zahl schaltbar sind. Damit kann bei einer angenommenen Ladespannung von beispielsweise 630 V etwa ein Ausgangsenergiebereich von 0,6 bis 10 Joule abgedeckt werden. Durch Zuschalten von zusätzlichen Kondensatorstufen könnte dieser Bereich weiter ausgedehnt werden, durch Parallelschaltung von fixen Kondensatoren der Anfangsbereich der Energie verschoben werden. So würde z. B. ein ständig im Eingriff stehender Kondensator von 16 μF den einstellbaren Bereich auf ca. 3,5 bis 13 Joule verschieben.
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1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung. Die Ausgangsspannung des Zauntransformators wird über einen geeigneten Sensor gemessen und gelangt als Stellgröße zur zentralen Steuerung, die vorzugsweise mit einem Mikrokontroller aufgebaut ist.
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Die Kondensatoren Cy sowie Cx bis C8x können durch eine gemeinsame Ladeschaltung auf die gleiche Spannung aufgeladen werden. Die Kondensatoren Cx bis C8x werden jedoch nur dann geladen, wenn im Ladzyklus der jeweils zugeordnete elektronische Schalter SW1 bis SW4 geschlossen ist. Der Kondensator Cy wird unabhängig von der Ausgangsbelastung immer geladen. Er dient dazu, eine konstante Minimalenergie am Ausgang abzugeben und ist optional.
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Die Werte der Kondensatoren Cx bis C8x sind binär gestuft, d. h. C2x hat die doppelte, C4x die vierfache, C8x die achtfache Kapazität von Cx. Im selben Verhältnis stehen die bei gleicher Ladespannung gespeicherten Energien. Die Anzahl der Kondensatorstufen hängt von der gewünschten Regelauflösung ab.
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Der Betrag der dabei abgegebenen Energie wird durch die Steuerung entsprechend dem vorgeschlagenen Algorithmus der am Ausgang durch den Sensor gemessenen Belastung angepasst. Die geschieht in der Weise, dass die Steuerung an die Schalter SW1 bis SW4 einen Binärwert anlegt, welcher der gewünschten Energie entspricht. Die Steuerung schaltet den elektronischen Schalter Thy1 in regelmäßigen Abständen ein, so dass sich die Kondensatoren Cy sowie Cx bis C8x über die Primärwicklung von TR1 entladen können und am Ausgang ein Hochspannungsimpuls entsteht. Die Dioden D1 bis D4 dienen dabei als zusätzlicher Schalter, welcher nur dann öffnet, wenn der zugehörige Kondensator im vorherigen Ladezyklus aufgeladen wurde.
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Diese Art der Energiesteuerung hat gegenüber der dem Stand der Technik entsprechenden Steuerung über die Ladespannung der Kondensatoren den Vorteil, dass die ausgewählten Kondensatoren auf die maximale Ladespannung geladen werden können, so dass auch im Niedriglastbereich hohe Ausgangsspannungen erzielt werden können, welche für eine gute Funktion eines Elektrozaungeräts wichtig sind. Dies ist in der Zeichnung schaltungstechnisch schematisch dargestellt. Die Steuerung ist dabei so ausgebildet, dass sie erfindungsgemäß ein Maß für das zeitliche Verhalten der Zaunimpedanz bestimmt, beispielsweise durch einen rollierenden Mittelwert der Zaunlastimpedanz. Abhängig von diesem Maß, beispielsweise der mittleren Zaunlastimpedanz kann sodann die Erhöhung der Impulsenergie gesteuert werden.
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Fällt das Maß für die Zaunlastimpedanz, beispielsweise der ermittelte Mittelwert unter eine Schwelle, so kann dies als Auslöser für die Erhöhung der Impulsenergie benutzt werden. Dabei kann aufgrund der beschriebenen Steuerungsmöglichkeiten die Impulsenergie schrittweise erhöht werden.
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Die Schwellwerteinstellung kann auch anhand eines Hysteresefensters des beschriebenen Maßes für die Zaunlastimpedanz, z. B. des beschriebenen Mittelwerts zugrunde gelegt werden.
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Weiterhin ist es möglich, den Zeitraum, über den die ermittelten Sensorwerte zur Bestimmung des zeitlichen Verhaltens der Zaunimpedanz herangezogen werden, einstellbar auszubilden, so dass das Weidezaungerät an örtliche Gegebenheiten sowie an günstige Einsatzbedingungen angepasst werden kann.
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In der Ausführung gemäß 1 ist weiterhin eine Impulsformung möglich. Hierzu werden ein oder mehrere Speicherkondensatoren Cx, C2x, C4x, C8x nach Erreichen einer jeweils vorgesehenen Ladespannung durch Betätigung des zugehörigen Schaltelements SW1, SW2, SW3, SW4 durch die Steuerung ausgeschaltet. Die zugehörigen Speicherkondensatoren sind zwar am positivem Pol auf ein gemeinsames Potential festgelegt, können jedoch aufgrund der Sperrdioden D1, D2, D3, D4 am negativen Pol unterschiedliche Potentiale einnehmen, wobei die Differenzspannung dann an der jeweiligen Diode abfällt. Hierdurch ist ein unterschiedlicher Ladezustand der Speicherkondensatoren Cx, C2x, C4x, C8x mit unterschiedlicher Ladespannung möglich. Beim Entladevorgang durch Zünden des Turistors Thy1 tragen die jeweiligen Speicherkondensatoren zum Entladestrom selbsttätig dann bei, wenn ihre Ladespannung erreicht ist. Auf diese Weise kann der durch den Primärkreis des Zauntrafos TH1 fließende Stromimpuls geformt werden.
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Um beim Zuschalten leerer Kondensatoren durch etwaige Restspannungen verursachte Ausgleichsströme zu vermeiden, die die Schalter SW1, SW2, SW3, SW4 belasten und unter Umständen auch zerstören können, werden in einer Weiterbildung dieser Ausführungsform zusätzliche Sperrdioden D5 bis D13 vorgesehen. Über diese Sperrdioden sind auch die positiven Pole der einzelnen Speicherkondensatoren derart voneinander entkoppelt, dass sie nach Abschaltung durch die Schalter SW1, SW2, SW3, SW4 auch am positiven Pol unterschiedliche Potentiale einnehmen können. Es findet auch beim Schalten der Schalter kein Ausgleichsstrom zwischen einzelnen Speicherkondensatoren statt, da alle diesbezüglichen Strompfade durch eine Sperrdiode gesperrt sind.
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Durch die Dioden D9 bis D13 ist jedoch ohne Weiteres ein Ladestrom in die einzelnen Speicherkondensatoren ermöglicht. Weiterhin ist durch die Dioden D5 bis D8 der Entladestrompfad in der vorgesehenen Richtung freigegeben.
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Die beschriebenen Möglichkeiten, die Energie des Hüteimpulses sowie dessen Form zu beeinflussen bzw. zu steuern, sind im übrigen auch unabhängig davon verwendbar, von welcher Größe abhängig die Impulsenergie oder die Impulsform gesteuert werden soll. Neben der erfindungsgemäßen Abhängigkeit vom zeitlichen Verhalten der Lastimpedanz können auch andere Parameter zur Beeinflussung der Impulsenergie bzw. der Impulsform verwendet werden, um die Impulsenergie bzw. die Impulsform, wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen dargestellt, zu verändern.
