DE1539765A1 - Elektronische Weideschutzvorrichtung - Google Patents

Description

• Elektronische Weideschutzvortichtung Die Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung zum Erzeugen von kurzen Hochspannungsimpulsen in vorbestimmten, veränderlichen Abständen, abhängig von der Belastung, besonders zur Verwendung bei Zum Betrieb der Vorrichtung oder Schaltungsanordnung schließt man ihren einen Pol an Erde und ihren anderen Pol an den Weidezaun an, der gegen Erde isoliert ist und die begrenzt.
• Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer automatischen Anlage mit niedrigem Energieverbrauch im Ruhezustand. Dies ist,vor allem bei Weidezäunen, die nicht vom normalen Stromnetz gespeist werden können, sondern eigene Energiequellen, wie Batterien oder Akkumulatoren, haben, die ferner zum Transport geringes Gewicht haben müssen, von besonderer Bedeutung.
• Gemäß der Erfindung besteht die Schaltungsanordnung aus einer elektrischen Energiequelle, vorzugsweise einer Batterie, einem Akkumulator oder einer Sonnenbatterie, die zum Umwandeln der niedrigen Batteriespannung in eine rechtwinklige Wechselspannung mit hohem Potential an einen elektronischen Baustein aus einem erstenj nichtlinearen Oszillator angeschlossen ist. Der Transformator des Oszillators ist so gestaltet, daß der Kern, wenn er von der Oszillatorspannung erregt wird, schwingt und akustische Wellen aussendet, die ein Schallsignal erzeugen, um die Betriebsbereitschaft der Vorrichtung anzuzeigen. Der Oszillator wird von einem Kreis überwacht, der ihn zyklisch unterbricht, wenn die Umzäunung unberührt bleibt. Ferner ist ein zweiter Kreis zum Gleichrichten der Wechselspannung am Ausgang des Oszillators vorgesehen, der außerdein einen Kondensator mit einer gegenüber der Batterie stark erhöhten Spannung versorgt. Ein dritter Kreis enthlädt den Kondensator, dessen Strom über einen Transformator dem Weidezaun zugeführt wird, Weiter ist ein #ierter Kreis vorgesehen, der die in den Zaun eingegebene, nicht abgeleitete Energie wiedergewinnt. Ein fünfter Kreis steuert die Entladung des Kondensators, wenn dieser die gewünschte Spannung erreicht hat, die der Primärwicklung des Transformators zugeführt wird, dessen Sekundärwicklung mit dem Weidezaun verbunden ist.
• Wenn der Zaun nicht berührt wird, sendet die 3chaltungsanordnung auf die Leitung Impulse in größeren Abständen als bei einer Berührung des Zaunes. Hierdurch wird ein minimaler 3tromverbrauch erzielt. Es entsteht ein geringerer jEnergieverbrauch sowohl, weil die Impulse eine niedrigere Impulsfolgefrequenz haben, als auch, weil Energie durch den Sparkreis wiedergewonnen wird, der die nicht verbrauchte dnergie zur erneuten Ladung des Kondensators verwendet. Wird jedoch der Zaun durch eine Verbindung mit Erde-belastet, wird die Impulsfolge gemäß der 3chaltung der Vorrichtung höher.
• Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung weist-den doppelten CD Vorteil auf, daß nämlich die dem Zaun zugeführte elektrische Leisturig automatisch gesteigert wird, wenn der Zaun berührt wird, und daß während des Betriebes eine schlechte Isolierung des Zaunes (die die Funktion der Vorrichtung aufheben würde) sofort dadurch angezeigt wird, daß die Frequenz der vom Transformator des Oszillators erzeugten, der Überwachung dienenden, akustischen Impulse gesteici gert wird.
• Die transportade, besonders zur Überwachung von Weiden geeignete Vorrichtung gemäß der Erfindung wird in den beiliegenden Zeichnungen und der folgenden Beschreibung, die lediglich beispielhaften und keinen beschränkenden Charakter haberi, näher beschrieben.

  Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild.

  Fig. 2 zeigt die Schaltung ##elbst.

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  (7,5 V)

  net den nichtlinearen Transistoroszillator. C ist der Über eine Diode vom Oszillatorausgang mit Energie gespeiste Stufenintegrator, wobei die integrierte Spannung stufenweise zunimmt bis zu einer Grenze nahe der Spitzenspannung des Oszillators. Die Entladeschaltung für die Ausnutzung der vom Integrator gespeicherten Energie ist mit D bezeichnet. E ist der Ausgangskreis, in dem die vom Integratorkondensator gespeicherte Gesamtenergie unmittelbar auf einen Induktions kreis mit ansteigendem Ausgang entladen wird. Dieser Kreis hat eine Augenblicksleistung von etwa 1,2 kW, die in den Zaun eingespeist wird und dem Unterbrecherkreis die Spannung liefert. Mit F ist der Sparkreis bezeichnet, der die induktive Restenergie wiedergewinnt und zum Stufenintegrator C zurückführt. G ist der Zündkreis, der die Aufgabe hat, dem Entladekreis Impulse zuzuführen, wenn die integrierte Spannung nahe am Spitzenwert ist. H bezeichnet den Unterbrecherkreis, der an den Zaun eine Anzahl von Span nungsimpulsen abgibt, je nachdem, entweder verlangsamt in Wartebetrieb oder beschleunigt, wenn ein Tier den Zaun berührt. Dadurch reguliert der Kreis automatisch die Impulsfolgefrequenz. Ein sparsamer Energieverbrauch im Wartebetrieb und eine maximale Wirksamkeit bei Berührung des Zaunes durch ein Tier wird erreicht. Fig. 2 zeigt den Oszillator mit dem Transistor Tl in Meissner-Schaltung. Die Schaltung ist so gesteuert, daß Sie bei Sperrbetrieb arbeitet. Die Induktivität Ll (TR1) bestimmt die Zeit, die Tl leitet, während L2 die Rückkopplung bildet, die zur Basis des Transistors Tl führt. Die Resonanzfrequenz des Oszillators wird von Rl-R2-R3-R4-C2-L2 bestimmt. Abgesehen von einer Rückwirkung durch die Sekundärwicklung L3 ist der Basiskreis des Transistors Tl eng mit der automatischen Unterbrechersteuerung gekoppelt. Die diesbezüglichen Einzelheiten, denen diese letztgenannten Elemente entsprechen müssen, werden später noch beschrieben. Die Betriebsfrequenz des Oszillators wird nach dem Gesichtspunkt einer guten Hörbarkeit des vom Kern des Transformators TR1 erzeugten Schallsignals, dem Vorhandensein einer günstigen Übertragung und der besonderen konstruktiven Form der Halterung von TR1 ausgewählt, wodurch man auf sehr einfache Weise eine weit hörbare akustische Überwachung verwirklicht, die den ordnungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung anzeigt, wodurch das Aufleuchten einer Kontrollampe oder eine andere Anzeige, die Energie verbraucht, unnötig wird. Der Stufenintegrator gibt in zeitlicher Folge Impulse ab, um energiereithe Entladungen zu erzeugen, die jedoch nicht die Gefahr einer körperlichen Verletzung der Tiere, die den Zaun berühren, mit sich bringen. Hierzu wird ein Generator mit niedriger Leistung verwendet, der vom Oszillator b gebildet wird, dessen abgegebene Energie im Wartebetrieb gespeichert wird, um dann, im Augenblick der Speisung des Zaunes, über erhöhte Leistung verfügen zu können. Der Integrator wird von dem Kondensator Cl gebildet, der sich mit j#ft dem positiven Impuls vom Oszillator auflädt. Diese Impulse werden über die Diode Dl von der Sekundärwicklung L3 abgenommen.

  Zu Beginn der Integration stellt der leere Kondensator Cl eine sehr

  Belastung für den Oszillator dar, so daß die Spannung an L3

  -,-"r niedrig ist. Db integrierte Spannung von.C1 stellt einen

  Schi"iellwert für die vom Oszillator gelieferten Impulse dar, dessen Größe wächst, bis sich Cl bis auf den Spitzenwert der von L3 gelieferten Spannung aufgeladen hat. Die Größe der Kapazität von Cl ist ein Kore.promiß zwischen speicherbarer Energie und der zur Aufladung erforderlichen Zeit. Der Ausgangskreis und der Eintladekreis sind wie folgt: Cl wird gegen Ende des Aufladevorganges durch die gesteuerte Diode DP3 (Entladekreis) mit L5 (TR2) parallelgeschaltet und bildet einen Oszillatorkkreis, der frei schwingtjmit einer Anfangsenergie von 1/2 C, V2.
• Durch D4 wird dem Oszillatorkreis eine einzige Schwingung gestattet. Wegen der Kürze der freien Schwingungsperiode erhöht sich der Wert der auf den Zaun gegebenen Leistung In äußerst hohem Maße.
• Der Mechanismus ist folgendermaßen: Cl entlädt sich über die gezündete, gesteuerte Diode DP3 auf L5 (TR 2); ein Teil der Anfangsenergie von Cl UbertrRgt sich auf den Zauns der Über L6 angeschlossen ist; ein Teil verbleibt als magnetischer Fluß in L5.
• Während des zweiten Viertels der freien Schwingungsperiode geht die Energie von L5 teilweise auf den Zaun über; teilweise wird Cl Mit; umgekehrter Polarität wieder aufgeladen.
• Am Ende des zweiten Viertels der Periode hört der Stromfluß durch DP3 auf, wodurch eine Unterbrechung hervorgerufen wird. Der geladene Kondensator Cl kann sich aufs Neue durch D4 (13parkreis) auf L5 entladen, wodurch das dritte Viertel der freien Schwingungsperiode eingeleitet wird. Die in L5 verbleibende 2nergie, selbstverständlich abzüglich der auf den Zaun übertragenen, lädt Cl mit positiver Polarität wieder auf.
• Der Vorgang bricht ab, wenn DP3 nicht erregt ist.
• Die an Cl wiedergewonnene Spannung bedeutet eine Ersparnis insofern, als der Oszillator Cl nicht mehr von Null an aufladen e muß. Die Ersparnis ist beträchtlich, wenn der Zaun ohne Belastung ist.
• Der Ausgangstransformator (TR2) hat so ausgebildete Wicklungen, daß die Spannung auf L7 (Unterbrecher) auf vernachlässigbare Werte reduziert wird, wenn die Sekundärwicklung L6 belastet ist. Deshalb wird ein Transformator mit erhöhter Streuung ausgewählt (abgesehen von der leichten Sättigung des Kerns durch den erhöhten Wert der Augenblicksleistung).
• Die Wicklung L6 ist so angeordnet, daß sie einen magnetischen Schirm zwischen L7 und L5 bildet. In der Tat macht es der bei in L6 fließendem Strom entstehende Fluß unmöglich, daß derjenige von L5 die Wicklung L7 erreicht. Um Energieverluste auf ein Minimum zurückzuführen, wird ein Ferritkern gewählt, während die besondere Anordnung der Wicklungen des Transformators TR2 eine einfache Konstruktion erlaubt, die einen hohen Grad von Betriebszuverlässigkeit nicht ausschließt.
• Der Zündkreis besteht aus L4, D2 und der Batterie B.

  Für die beste Nutzbarmachung der von Cl gespeicherten Zhergie ist

  as unerläßlich, die Diode DP-7 gesperrt zu halten, bis den Konden-

  sator Cl eine Spannung erreicht hat, die nahe der Ipitzenspannung

  an L3 liegt. Dazu ist es notwendig, die Zündung von DPj zweckmäßig

  zu verzögern, wozu man den :-)'teuerkreis von DP.) wit-einer konstan-

  ten Schviellspannung, nämlich mit der de:c Batterie B, beaufschlagt.

  Die Diode D2 hat uie gewöhnlich die Aufgabe, DPj vor ler J"iin,#iir-

  kung von .:)pannung in umgekehrter Richtung zu schützen (d. h. vor

  der schon erwähnten Schwellspannung und den negativen Selyviingungen

  auf Lik) und die Einleitung einer Steuerspannung zur automatischen

  3teuerung von DPj zu bewirken. Die Impulsivspannung auf der 39kun-

  därwicklung L3 (und dadurch auf L4) zeigt sich in einem stufenwei-

  sen Breitenanstieg, gesteuert von der begrenzenden Wirkung der Au-

  genblicksspannung auf Cl Tjähi:"2n#-1 des Integr,-ation!3vorgan,#-#,r-,s.

  Zu Beginn des Integrationsvorganges bildet der Z-,iveiL Cl Dl einen

  Kurzschluß gege für Lj (der Kondensator ist belast--t).

  Während des ersten von Lj erzeugten Impulses wird eine er.ste Bela-

  stungsstufe für Cl bestinimt. Die Amplitudenspitze des aufladenden

  Impulses kann einen der, ersten integrierten Spannungsstufe fast

  gleichen Spannungswert erreichen. Der zweite positive Impuls von

  L3 hält sich anfangs (ohne Energie zu liefern) auf einem cl#3r Ampli-

  tude der ersten Stufe gleichen Niveau; der verbleibende Teil des

  Impulses ruft einen weiteren gelastungsanst-tg fÜr Cl hervor (zwei-

  te Stufe).

  In jedem Zeitaugenblick stellt die integrierte 3pannung e von Cl

  für Dl einen 3chwellwert dar, so daß Stromdurchgang nur dann mög-

  lich ist, wenn die Spannungsamplitude auf L_3 diesen Schwellwert

  übersteigt. Dadurch wird ein neuer, dem vorangehenden gleicher

  Spitzenwert erreicht (gleich dem Schwellwert plus der Amplitude

  der neuen Stufe).

  Wenn die Spannung an Cl die Spannungsspitze auf L3 erreicht, ist

  Leerlaufzustand für den Transformator TR1 gegeben.

  Da die Spannung auf L4 denselben Verlauf wie die Spannung auf LJ

  hat, entsteht eine Zündverzögerung der Diode DP3, urfi die 1,7ntli(lung

  des Kondensators Cl hervorzurufen, wenn dieser die gewünschte Einergie gespeichert hat.
• Solange wie der stufenweise Anstieg der Spannung auf L4 den, ,D Zündkreis Spannungswerte liefert, die unter der Schwellspannung (der Spannung der Batterie) liegen, ist eine Zündung unmöglich. Wenn die Spannung an L4 den 3 chwellwert übersteigt, beginnt der Strortifluß in dein Steuerkreis von DP3. Bei günstiger Bemessung des Übersetzungsverhältnisses in bezug auf die Wicklung Lil auf dem Transformator TR1 erreicht man den zum Zünden erforderlichen und notwendigen Spannungswert kurz vor dem Ende der Aufladung von Cl und das heißt dann, wenn die integrierte Energie den maximal möglichen Wert erreicht hat. Der in die Schaltung zum Zwecke eines wirtschaftlichen Betriebes eingesetzte Unterbrecherkreis besteht aus einer Kette von Rückwirkungen, beginnend mit dem Ausgang in solcher Weise, daß der Oszillator in Abhängigkeit von der von dem Verbraucher aufgenommenen Znergie periodisch unterbrochen wird. Die Betriebsunterbrechungen sind, wenn der Ausgang nicht belastet wird, lang, und kurz, wenn der"Ausgang belastet wird, d. h., wenn der Schutzleiter von einem Tier berührt wird, wobei die maximal verfügbare Energie vollständig verbraucht wird. Dies wird durch den Rückwirkungskreis L7 -D5 - Cl - R2 - R3 - R4 ermöglicht. Die Spannung am Ausgang und daajit die auf der Wicklung L7 des Transformators TR2 liegende Spannung wird durch die Leistungsabnahnie an der Wicklung L6 begrenzt. Im Leerlauf erreicht die an L7 herrschende Spannung ein Maximum. Hierdurch wird Cl Über D5 aufgeladen, wodurch die Polarisation von Tl gelöscht wird, der damit für eine ziemlich lange Zeit sperrt. Man muß dann die fast vollständige Entladung von C2 abwarten" damit der Oszillator den Zustand der Wiederzündung wieder annimmt. Die 3chaltung gestattet: 1. zu verhindern, daß C2 den Oszillator während der Betriebszeit begrenzt, damit keine Leistung verloren wird$ und 2. dem Kondensator C2 zu ermöglichen$ in ausreichendem Maß mitzuwirken (mit negativer Spannung fUr die Basis von Tl), um den Transistor des Oszillators zu sperren. Um weiter in der Stetigkeit der Sperrperiode eine bestimmte Ge- nauigkeit zu erhalten, wird in den Entladekreis von C2 eine positive Spannung eingeführt, die zur Verteilung über R3 von der Batterie an R2 geliefert wird. Auf diese Weise läuft die an die Basis von Tl gegebene Spannung durch Null durch, und zwar mit ausreichend starker Steigung, die von der Asymptote des Überganges abgerÜckt ist.
• R4 entkoppelt C2 in ausreichendem Maß von der Funktion von R2 (selbstUtige Regelung des Steuerstromes der Basis während normalen Oszillatorbetriebes). Das Verhältnis zwischen R4 und R2 bestimmt den auf R2 entfallenden Teil von VC 2 zum Anhalten des Oszillatorb.etriebes.
• Der Widerstand R3 hat weiter noch den Zweck einer anfänglichen Polarisation der Basis von Tl, um die Selbsterregung des Oszillators zu ermöglichen.
• ,-A einer Belastung des Schutzleiters fällt die an L7 herrschende Spannung auf sehr niedrige Werte ab, was auf die besonderen Eigenschaften des Ausgangstransformators TR2 zurückzuführen ist. Als Folge hiervon fällt die an C2 liegende Spannung ab, wodurch die Betriebspausen des Oszillators bis auf ein Minimum herabgesetzt werden. Unter diesen Umständen liefert die Schaltungsanordnung ihre maximale Leistung.
• Selbstverständlich können die verschiedenen Schaltungselemente durch andere äquivalente Schaltungselemente mit anderen Komponenten ersetzt werden, ohne daß man hierbei den Bereich der Erfindung verläßt.

Claims (2)

1. P A T E N T A N 3 P R Ü C H E 1. Elektronische Generatorschaltung zum Erzeugen von Impulsen, insbesondere zum Schutz und Überwachen von Weiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung kurze elektrische Impulse hoher Spannung in vorausbestimmten und veränderlichen Abständen in Abhängigkeit von der Belastung erzeugt, und mit Wiedergewinnung nicht verbrauchter Energie.
2. 2. Elektronische Generatorschaltung zum Erzeugen von Iinpulsen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne't, daß die elektrischen Impulse hoher Spannung in langen Abständen folgen, wenn der Ausgang oder der Schutzleiter unbelastet ist, und in kurzen Abständen, wenn er belastet ist. 3. Elektrische Generatorschaltung nach Anspruch 1, gegebenenfalls Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein bei Einschaltung Schallsignale abstrahlendes Element enthält, dieses Element aus einem Transformator besteht mit einem-Kern mit in solcher Weise bemessenem Eisen, daß zyklische akustische Schwingungen abgestrahlt werden, wenn die Schaltung eingelegt ist, und veränderlich in Abhängigkeit von der Belastung. 4. Schaltungsanordnung zum Aufbau der Generatorschaltung nach Anspruch 1 und 2 und gegebenenfalls Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Schaltungselemente in Kombination enthält: Eine Spannungsversorgungsgruppe mit einer Batterie oder einem Akkumulator, einen nichtlinearen Oszillator mit Transistor, einen kapazitiven Integrator, der vom Oszillator Über eine Diode gespeist wird, für den die integrierte Spannung einen stufenförinigen Verlauf hat, von einem Entladekreis des Integrators auf die Ausgangsschaltung, von einem Kreis zur Wiedergewinnung nicht ver- brauchter elektrischer "nerrie, wenn der Aus-ano- el-,-k-trisch nicht. Czi (Z) CD belastet x--tird, von einern Kreis zum Steuern der Entladung rIes Inte- grators, wenn er die gewünschte Spannung erreicht hat, und von einem Kreis zum Unterbrechen der Impulse.