DE2847993A1 - Elektrozaunanlage - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-PHYS*.* HEINRICH SEIDS

62 Wiesbaden · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 12068 · Telefon (0 6121) 56 53 82 Postscheck Frankfurt/Main 1810 08 - 602 · Bank Deutsche Bank 395 63 72 · Nass. Sparkasse 108 00 30 65

Wiesbaden, den 3. November 1978 H 515 S/m

- 8

Horizont-Gerätewerk GmbH Homburger Weg 4-6
3540 Korbach 1

Elektro zaunanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrozaunanlage, bestehend aus einem elektrisch gut gegen Erde isolierten Elektrozaun und einem elektrische Hochspannungsimpulse erzeugenden und auf den Elektrozaun übertragenden Elektrozaungerät, an das der Elektrozaun über mindestens eine Hochspannungsdiode angeschlossen ist. Der Elektrozaun weist eine elektrische Zaunkapazität auf, die von der Drahthöhe über dem Boden und der Drahtlänge abhängt, und einen dazu parallel geschalteten Ableitwiderstand, der von der Güte der Isolatoren und von dem eventuellen Bewuchs abhängt. Die pro Impuls dem Elektrozaun zugeführte Energie baut eine Hochspannung in der Zaunkapazität auf, die bei Tierberührung benötigt wird, um einen Überschlagsfunken zu erzeugen, durch welchen dann die Energie in den Tierkörper geleitet wird und hier

030021/010«

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · «S? (o 61 21) 56 53

einen Schmerzeffekt bewirkt.

Bekannt sind Elektrozaunanlagen, bei denen in Abständen von etwa 1 see. Energieimpulse in den Zaun geleitet werden. Bei solchen bekannten Elektrozaunanlagen, in welchen der Elektrozaun d.h. ohne Zwischenschaltung einer oder mehrerer Hochspannungsdioden an das Elektrozaungerät angeschlossen ist, treten diese Energieimpulse in Form einer gedämpften Sinus- oder Kosinusschwingung oder einer e-Funktion auf, wobei die Dämpfung so stark ist, daß die Energie in einem sehr kleinen Bruchteil des Impulsabstandes wieder vernichtet wird. Verursacht wird die Dämpfung durch mehr oder weniger große Ableitwiderstände am Zaun und durch ohmsche Kreiswiderstände im Elektrozaungerät.

Es sind auch für Vertrieb aus dem elektrischen Energienetz ausgebildete Elektrozaunanlagen bekannt, bei denen der Elektrozaun über eine oder mehrere Hochspannungsdioden an das Elektrozaungerät angeschlossen ist um dadurch die Breite, d.h. die zeitliche Dauer der am Elektrozaun erzeugten elektrischen Impulse zu vergrößern. Bei sehr guter Zaunisolation (Ableitwiderstände mehr als 1000 MOhm) bleibt dabei die Zaunkapazität ständig unter Spannung, d.h. die Energie

030021/0109

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden χ · ® (ο 61 ζτ) $6 55

des Zaunkondensators fließt nicht oder nur zum Teil ab. Trotzdem wird bei diesen bekannten Geräten die Zufuhr der in Hochspannungsimpulsen umzusetzende Energie voll aufrechterhalten, wobei diese in Hochspannungsimpulse umgesetzte Energie nicht mehr oder nur noch zu einem Teil auf den Zaun übertragen und im übrigen im Elektrozaungerät selbst vernichtet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Slektrozaunanlage der eingangs beschriebenen Art dahingehend wesentlich zu verbessern, daß der Zaun ohne dauernde maximale Energiezufuhr ständig unter Spannung gehalten und vom Elektrozaungerät im wesentlichen nur so viel Energie in Hochspannungsimpulse umgesetzt und auf dem Elektrozaun übertragen wird, wie für die Nachlieferung der durch Tierberührung vom Zaun abgerufenen und durch den Ableitwiderstand verlorengegangenen elektrischen Energie am Zaun benötigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst_} daß das Elektrozaungerät eine Steuereinrichtung auf- ;Ό weist, die die in Hochspannungsimpulse umgesetzte Energie in Abhängigkeit von der auf dem Elektrozaun liegenden elektrischen Spannung oder dem am Elektrozaun herrschenden zeitlichen Spannungsabfall begrenzt.

O30021/010·

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe'15 · Postfach 5105 ■ 6200 Wiesbaden 1 ■ (g¹ (ο 61 2i) 51· 53

Durch die Erfindung kann bei entsprechend guter Zaunisolation die gesamte Anlage mit einem sehr kleinen Bruchteil der bis jetzt erforderlichen Energie betrieben werden. Dies ist von besonderer Wichtigkeit für Elektrozaunanlagen mit Batteriebetrieb, weil sich nämlich durch die Erfindung bei gleicher Batteriekapazität die Einsatzdauer einer Batterie vervielfacht. Abgesehen von der allgemein in zunehmendem Maß als notwendig erkannten Sparsamkeit im Energieverbrauch wird die Erfindung eine beträchtliche Kostenersparnis für den Benutzer der Elektrozaunanlage. Sinnvoll kann die Erfindung auch für besonders leistungsstarke Elektrozaunanlagen verwendet werden, die in herkömmlicher Technik nur aus großen Akkumulatoren oder aus dem elektrischen Energienetz betrieben werden können. Solche leistungsstarken Elektrozaunanlag en lassen sich durch die Erfindung Jetzt auch aus Trockenbatterien speisen. Dadurch werden neue Anwendungsmöglichkeiten für netzunabhängige Elektrozaunanlagen realisierbar, beispielsweise Wildschutzzäune u. dgl..

In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine die elektrische Spannung im Zaunstromkreis abtastende Einrichtung vorgesehen und bildet zusammen mit einer

030Ö21/010·

Dipl.-Phys. Heinrich Selds · Patentanwalt · Bicrstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · ® (ο 61 2i) 56 53

aufgrund der am Elektrozaun abgetasteten Spannung gesteuerten, vor oder an die Impulserzeugerschaltung des Elektrozaungerätes eingesetzten Begrenzungseinrichtung für den Energiedurchlaß die Steuervorrichtung zum Begrenzen der in Hochspannungsimpulse umzusetzenden Energie. Diese Ausführungsform der Erfindung läßt sich an praktisch allen herkömmlichen Schaltungsanordnungen von Elektrozaungeräten ausführen. Eine praktisch vollständig von der Art der Schaltungsanordnung der Impulserzeugerschaltung im Elektrozaungerät unabhängige Möglichkeit besteht darin, die Begrenzungseinrichtung für den Energiedurchlaß dazu auszubilden, oberhalb eines vorzugsweise einstellbaren - Schwellenwertes der am Elektrozaun abgetasteten Spannung die Energiezufuhr zur Impulserzeugerschaltung zu sperren und unterhalb dieses Schwellenwertes zu öffnen. Dies bedeutet praktisch, daß das Elektrozaungerät zwar ständig betriebsbereit aber solange von der Energiezufuhr abgeschaltet gehalten wird, wie die am Elektrozaun herrschende elektrische Spannung oberhalb eines gewünschten Schwellenwertes liegt. Wenn die auf dem Elektrozaun herrschende elektrische Spannung durch Funktion dec Zaunes bei Tierberührung bzw. durch den unvermeidlichen elektrischen Ableitwiderstand des Zaunes unter den gewünschten Schwellenwert sinkt, wird die Impulser-

03002U010I

Dipl.-I'liys.Heinrich Seids · PaltMiMnwalt · Uieistadler Höhe ΐϊ · Postfach 5105 · 6joo Wiesbaden 1 ■ f.V? t° t'l ²¹) 5& 53 Bi

zeugerschaltung des Elektrozaungerätes wieder an die Energiezufuhr angeschlossen und dadurch veranlaßt, die elektrische Spannung am Elektrozaun wieder oberhalb des gewünschten Schwellenwertes anzuheben, worauf dann wieder das Abschalten der Impulserzeugerschaltung von der Energiezufuhr eintritt. Die universelle Anwendbarkeit der elektrischen Spannungsabtastung am Elektrozaun und des Sperrens und Öffnens der Energiezufuhr zur Impulserzeugerschaltung bedingt jedoch, daß noch gewisse Energieverluste für das Abtasten der elektrischen Spannung und innerhalb der Impulserzeugerschaltung bedingt durch das zeitweilige Absperren und Öffnen der Energiezufuhr in Kauf genommen werden müssen.

Eine weitere Verbesserung der Erfindung läßt sich an solchen Elektrozaunanlagen erreichen, bei denen die Impulserzeugerschaltung im Elektrozaungerät von einem Taktgeber gesteuert ist. In solchem Fall kann unter Beibehaltung der Abtastung der elektrischen Spannung im Zaunstromkreis die Begrenzungseinrichtung für die in Hochspannungsimpulse umzusetzende Energie an den Taktgeber angeschlossen und dazu ausgebildet sein, den Steuertet für die Impulserzeugerschaltung solange zu unterbrechen, wie die am Elektrozaun abgetastete

030021/010·

Olpl.-Phye. Heinrich Seids ■ Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 ■ Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden τ · <§? (ο 6ι 2ΐ) 56 53

elektrische Spannung oberhalb eines - vorzugsweise einstellbaren - Schwellenwertes liegt. Bei dieser Ausführungsmöglichkeit der Erfindung wird anstelle einer Absperrung der Energiezufuhr die Funktion der Impulserzeugung in der Impulserzeugerschaltung zeitweilig ausgesetzt. Diese zeitweilige Funktionsaussetzung läßt sich praktisch ohne Energieverlust in der Impulserzeugerschaltung ausführen, wobei jedoch die beim Abtasten der elektrischen Spannung im Zaun-Stromkreis unvermeidliche Energieverluste in Kauf genommen werden müssen.

Für manche bekannte Schaltungsanordnungen von Elektrozaungeräten kann es auch von Vorteil sein, die Einrichtung zum Abtasten der am Elektrozaun anliegenden elektrischen Spannung zum Feststellen des zeitlichen elektrischen Spannungsabfalls und die jeweilige Steuereinrichtung zum Begrenzen der in Hochspannungsimpulse umzusetzenden Energie zum Ansprechen auf den jeweils festgestellten elektrischen Spannungsabfall auszubilden. Hierzu kann beispielsweise die Steuereinrichtung zum Begrenzen der in Hochspannungsimpulse umzusetzenden Energie ein Zeitschaltglied zum Sperren und öffnen des Energiedurchlasses zur Impulserzeugerschal tung bzw. zum Sperren und Freigeben des Steuer-

Φ30021/0109

Ϊ ft * *

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 620a Wiesbaden 1 · §? (o 61 21) 56 53

taktes der Impulserzeugerschaltung enthalten und dieses Zeitschaltglied bezüglich seiner Sperr- und Öffnungszeiten aufgrund des zeitlichen elektrischen Spannungsabfalls am Elektrozaun selbsttätig geregelt sein.

In allen diesen Ausführungsmöglichkeiten kann die die elektrische Spannung bzw. den zeitlichen Abfall der elektrischen Spannung im Zaunstromkreis abtastende Einrichtung im wesentlichen einen kapazitiven Spannungsteiler enthalten. Ein solcher kapazitiver Spannungsteiler ermöglicht es, die für das Abtasten der elektrischen Spannung bzw. das Feststellen des zeitlichen elektrischen Spannungsabfalls aufzuwendende Energie möglichst gering zu halten.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß das Elektrozaungerät einen gekoppelten Serien- und Parallelschwingkreis aufweist, der außer seiner Parallelinduktivität, seiner kleineren - Serieninduktivität, seinen Parallel- bzw. Serienkapazitäten und ohmschen Kreiswiderständen ein Schaltelement enthält, über das die von der Spannungsquelle her auf eine Betriebsspannung aufgeladene Parallelkapazität über die Parallelinduktivität geschaltet wird, wobei nach Einschalten des Schaltele-

030021/010·

Pipl.-Phy». Heinrich Selds · Palenlanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden ι ■ ® (ο 6t 21) 56 53 82

- 16 -

ments zunächst ein Einschwingvorgang über die Serieninduktivität abläuft, welcher die Serienkapazität auf eine Einschwingspannung auflädt, die höher als die Betriebsspannung ist und das Schaltelement mittels Eigensteuerung oder Fremdsteuerung durch die sich aufbauende Einschwingspannung an oder nahe deren Scheitelwert geöffnet wird, wobei als Serienkapazität anstelle der durch die Hochspannungsdiode für den Serien- und Parallelschwingkreis unwirksamen Zaunkapazität ein elektrischer Kondensator (vorzugsweise mü kleinerer Kapazität als die Zaunkapazität)vor der Hochspannungsdiode in den Serien- und Parallelschwingkreis eingesetzt ist. Es ist bereits vorgeschlagen worden, in Elektrozaungeräten einen solchen Serien- und Parallelschwingkreis mit Öffnen des Schaltelements an oder nahe dem Scheitelwert der Einschwingspannung zu benutzen um dadurch bereits eine wesentliche Energie-einsparung zu erreichen (P 27 33 145.9). Zwar wird mit dieser früher vorgeschlagenen Schaltungsanordnung die für die Erzeugung jedes Spannungsimpulses aufzuwendende elektrische Energie auf ein optimales Mindestmaß begrenzt, also ein optimaler Wirkungsgrad in der Erzeugung der Hochspannungsimpulse erreicht. Jedoch können auch bei dieser früher vorgeschlagenen Schaltungsanordnung die auf den Elektro-

$30021/0101

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 ■ 6200 Wiesbaden 1 · ® (ο 61 zt) 56 53

- 17 -

zaun geleiteten Hochspannungsimpulse über die Parallelinduktivität zurückschwingen. Dadurch wird zwar die Impulsbreite in diesem Schwingkreis wesentlich größer als bei den vorher bekannten Schaltungsanordnungen, aber es kommt trotzdem zur Vernichtung der in Form des Impulses auf den Elektrozaun übertragenen Energie.

Da bei der früher vorgeschlagenen Schaltungsanordnung die Zaunkapazität unmittelbarer Bestandteil des - Serien- und Parallelschwingkreises ist, würde das Ein« setzen einer Hochspannungsdiode diesem Elektrozaun und Elektrozaungerät die als Serienkapazität benutzte Zaunkapazität vom Serien- und Parallelschwingkreis abtrennen. Dadurch würde die Funktionsfähigkeit dieser früher vorgeschlagenen Schaltungsanordnung zerstört.

Es wurde nun überraschend gefunden, daß man die volle Funktionsfähigkeit einer solchen Schaltungsanordnung aufrechterhalten und verbessern kann, indem man die Zaunkapazität von dem Serien- und Parallelschwingkreis durch eine Hochspannungsdiode abtrennt und dafür vor der Hochspannungsdiode einen elektrischen Kondensator in den Serien- und Parallelschwingkreis als Serienkapazität einsetzt,dessen Kapazität ausreichend groß ist, um die Funktionsfähigkeit der Schaltungsanordnung sicherzustellen. Durch

030021/0101

Dlpl.-Phyf. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadler Höhe 15 · Postfach 5x05 · 6200 Wiesbaden 1 · ® (o 61 zi) 56 53

diese Anordnung wirkt zunächst die kleine Kapazität des eingesetzten elektrischen Kondensators als Serienkapazität im Serien- und Parallelschwingkreis, bis die sich aufbauende Einschwingspannung die auf dem Elektrozaun herrschende Spannung übersteigt. Von diesem Zeitpunkt an wirken die Parallelschaltung der Kapazität des elektrischen Kondensators mit der Zaunkapazität als Serienkapazität des Serien- und Parallelschwingkreises, so daß sich der weitere Aufbau der Einschwingspannung entsprechend der so vergrößerten Serienkapazität verlangsamt und dabei Energie über die Hochspannungsdiode auf die Einschwing-Scheitelspannung aufgeladen ist. Durch das Öffnen des Schaltelements in diesem Zeitpunkt wird bis dahin nur die an die Serienkapazität d.h. die sehr kleine Kapazität des eingesetzten elektrischen Kondensators und an den Elektrozaun abgegebene Energie aus der Parallelkapazität bzw. dem Ladekondensator entnommen. Jede weitere Energieentnahme wird durch das öffnen des Schaltelements unterbunden, so daß die Parallelkapazität,d.h. der Ladekondensator nur um ein solches Maß entladen wird, wie es für das Laden des eingesetzten elektrischen Kondensators kleiner Kapazität und das Nachladen des Zauns erforderlich ist. Die auf den Elektrozaun übertragene Energiemenge kann wegen der zwischen dem

U300 21/01Of

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 ■ Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · S¹ (ο 61 ai) 56 53 8i

Elektrozaungerät und dem Elektrozaun angeordneten Hochspannungsdiode nicht mehr zurückfließen. Sie wird nur durch Tierberührung und naturgemäß durch Abfließen über den Ableitwiderstand des Elektrozauns abgeleitet. Bei guter Zaunisolation ist aber dieser letzterer Energieverlust verschwindend klein, so daß die auf den Elektrozaun gegebene Energie praktisch nur für die gewollte Funktion des Zauns herangezogen wird. Der für die Funktion des Serien- und Parallelschwingkreises notwendige, vor der Hochspannungsdiode angeordnete elektrische Kondensator kleiner Kapazität erzeugt mit der Parallelinduktivität und der Serieninduktivität einen gedämpften Schwingkreis, in welchem sich die Aufladung dieses Kondensators in Form einer gedämpften Schwingung entladen kann. Durch die geringe Kapazität dieses Kondensators kann aber die dabei aufgewandte, für den Betrieb der Schaltungsanordnung notwendige Energiemenge sehr klein gehalten werden.

Neben hoher Sparsamkeit im Energieverbrauch zeichnet sich diese bevorzugte Ausführungsforra der Erfindung auch durch einfachen Aufbau und hohe Betriebssicherheit aus.

Das Schaltelement im Serien- und Parallelschwingkreis

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden α · <§? (ο 6ι 21) 56 53 82

kann ein zum Sperren in Eigensteuerung durch die negative Halbwelle des Einschwingstromes ausgebildeter bzw. geschalteter Thyristor sein. Das Schaltelement kann aber auch ein zum Sperren in Fremdsteuerung mittels an sich bekannter Maßnahmen ausgebildeter bzw. geschalteter Thyristor sein. Es ist aber auch möglich, einen Transistor als Schaltelement vorzusehen, der durch an sich bekannte Maßnahmen geöffnet und gesperrt wird.

In dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Serien- und Parallelschwingkreis kann die Parallelinduktivität die Ersatzinduktivität eines Transformators und die Serieninduktivität die Ersatzinduktivität des Streufeldes eines Transformators sein.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein auf Hochspannung geladener elektrischer Speicherkondensator vorgesehen, an den Elektrozaun über die Hochspannungsdiode mit einem hochspannungsfesten Schalter angeschlossen ist, der mittels eines Taktgebers zeitweilig geschlossen wird. In dieser Ausführung sf ο rm der Erfindung wirken die elektrischen Kapazitäten des Speicherkondensators und des Elektrozaunes ähnlich wie kommunizierende Röhren. Dies be-

03QO21/Öl©*

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 ■ Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · <&? (ο 6χ 2α) 56 53

deutet, daß vom Speicherkondensator bei jedem Schließen des Schalters eine solche Elektrizitätsmenge auf den Elektrozaun übertritt, daß sich die elektrische Spannung am Speicherkondensator und dem Elektrozaun ausgleicht. Das Aufladen des Speicherkondensators auf Hochspannung erfolgt mittels eines Wandlers, der soviel elektrische Energie in Hochspannungsimpulse umsetzt, wie für das Nachladen des Speicherkondensators benötigt wird. Es wird somit auch in dieser Ausführungsform der Erfindung jeweils nur soviel elektrische Energie im Elektrozaungerät in Hochspannungsimpulse umgesetzt, wie es zum Aufrechterhalten der gewünschten elektrischen Spannung am Elektrozaun notwendig ist. Allerdings muß in dieser Ausführungsform der Erfindung ein hochspannungsfester Schalter benutzt werden. Dieser hochspannungsfeste Schalter kann beispielsweise ein elektronisches Bauelement sein oder aus elektronischen Bauelementen aufgebaut sein. Um die Anforderungen an den hochspannungsfesten Schalter zu vermindern, kann diese Ausführungsform der Erfindung dahingehend weitergebildet sein, daß zwischen dem hochspannungsfesten Schalter und dem Elektrozaun eine Serieninduktivität eingesetzt ist, die derart auf die elektrisehen Kapazitäten des Speicherkondensators und des

030021/ÖTÖi

Dipl.-Phys. Heinrich Selds · Palentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · ξ? Co 61 21) 56 53

Elektrozaunes abgestimmt ist, daß der beim Schließen des hochspannungsfesten Schalters auf den Elektrozaun übertragene Impuls eine Überschwing-Spitzenspannung wesentlich größerer, beispielsweise etwa doppelter Höhe als die am Speicherkondensator anliegende elektrische Spannung aufweist.

Einige Ausführungsbeispiel der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen

Elektrozaunanlage in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemäße Elektrozaunanlage in abgewandelter Ausführungsform;

Fig. 3 ein Ersatz-Schaltschema einer erfindungsgemäßen Elektrozaunanlage mit gekoppeltem Serien- und Parallelschwingkreis;

Fig. 4 den Verlauf der Spannung an der Serienkapazitat und des Stromes im Kreis bei der

Schaltungsanordnung nach Fig. 3, in solchem Fall, daß keine Energie auf den Elektrozaun übertragen wird;

030021/010*

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden ι · ® (ο 01 ix) 5653 62

Fig. 5 den Verlauf der Spannung an der Serienkapazität und des Stromes im Kreis bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3, für den Fall, daß Energie an den Elektrozaun abgegeben wird und Fig. 6 ein Blockschaltbild für eine erfindun-gsgemäße Elektrozaunanlage in einer weiteren Ausführungsform.

Im Beispiel der Fig. 1 enthält das Elektrozaungerät 11 an seinem Ausgang eine Hochspannungsdiode D und eine Abtasteinrichtung 12 für die am Elektrozaun 10 anliegende elektrische Spannung. Diese Abtasteinrichtung 12 ist in Art eines kapazitiven Spannungsteilers aufgebaut und steuert eine zwischen der Spannungswelle, beispielsweise der Batterie 13 und dem Elektro- zaungerät 11 eingesetzte Schaltvorrichtung 14.

Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist wie folgt: Das Elektrozaungerät 11 erzeugt Hochspannungsimpulse, die über die Diode D auf den Elektrozaun 10 gegeben werden. Bei einer Länge des Elektrozaunes 10 von etwa 1 km besteht eine elektrische Zaunkapazität von etwa 10 nP. Herrscht gleichzeitig ein Ableitwiderstand von beispielsweise 100 MOhm , so ergibt sich eine Zeitkonstante von C , R = 1O~ ⁸ . 10⁸ = 1 see. Bei einem Impulsabstand von ca. 1 see. erfolgt somit eine

—„,—-- „ _ %, -

Dipl.-Phys. Heinrich Selds · Patentanwalt · Dierstadlcr Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden ι · *ST (o 61 zi) 56 53

Teilentladung der Zaunkapazität C . Diese Teilentladung wird beim nächsten Impuls wieder aufgefüllt. Der Rest der Impulsenergie wird intern im Gerät als Verlustenergie verbraucht. Durch die Abtastvorrichtung 12 und die Steuervorrichtung 14 wird jedoch die Energiezufuhr aus der Batterie 13 zum Elektrozaungerät 11 solange abgeschaltet, wie die elektrische Spannung auf dem Elektrozaun 10 so hoch ist, daß das Nachladen mit einem nächsten Impuls noch nicht notwendig ist. Erst wenn durch Tierberührung oder über den Ableitwiderstand R die elektrische Spannung am Elektrozaun 10 unter einen vorher festzulegenden Schwellenwert abgesunken ist, steuert die Tastvorrichtung 12 die Steuervorrichtung 14 zum Öffnen der Energiezufuhr aus der Batterie 13 zum Elektrozaungerät 11, so daß der nächste Hochspannungsimpuls entwickelt werden kann. Hieraus ergeben sich zwei Möglichkeiten für die Energieersparnis: a) Man kann den Schwellenwert für die elektrische Spannung am Elektrozaun 10 so tief ansetzen, daß soeben noch der Elektrozaun bei Tierberührung zur Erzeugung eines Überschlagfunkens wirksam wird, aber doch wesentlich unterhalb der maximalen elektrischen Zaunspannung liegt. Dadurch wird der über die Hochspannungsdiode D auf den Zaun Über-

030021/Ö

Dipl.-Phye.Heinrich Seids · Patentanwalt · Bicrsladter Höhe 3.5 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · ® (o 61 21) 56 53 82

tragene Anteil eines Hochspannungsimpulses größer, als wenn nur wenig Spannungserhöhung vorzunehmen ist. Dies bedeutet eine Verbesserung des Verhältnisses von auf den Zaun übertragenem Anteil und im Elektrozaungerät verlorengehendem Anteil eines Hochspannungsimpulses.

b) Durch Einrichten eines hohen Ableitwiderstandes, beispielsweise 10 000 MOhm kann die Zeitkonstante der Zaunentladung weitaus vergrößert werden, so daß das El ektro zaungerät durch die Steuervorrichtung 14 relativ langzeitig von der Batterie 13 abgeschaltet bleibt, wenn nicht zwischenzeitig Tierberührung vorkommt.

Im Beispiel der Fig. 2 wird in ähnlichem Prinzip gearbeitet, wie in der Elektrozaunanlage nach Fig. 1. Am Ausgang des Elektrozaungerätes 11 sind wiederum eine Hochspannungsdiode D und eine Abtastvorrichtung 12 angebracht. Diese Abtastvorrichtung 12 kann wiederum nach dem Prinzip eines kapazitiven Spannungsteilers aufgebaut sein. Im Unterschied zur Ausführungs form nach Fig. 1 wird in der Ausführungsform nach Fig. 2 die Steuerung des Elektrozaungerätes 11 direkt beeinflußt. Im dargestellten Beispiel enthält das Elektrozaungerät einen Hochspannungstransformator 15,

Dipl.-Phye. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 ■ PostfacfTsios" " 6200 Wiesbaden ι · ® (o 61 zx) 56 53 82

einen Ladekondensator 16 und einen Umschalter 17, der zum Unterdrücken von Funkenendbildung an der Schalterkontakten mit einem kleinen Kondensator 18 überbrückt ist. In der einen Stellung des Umschalters 17 (in Fig. 2 gezeigt) ist der Ladekondensator 16 über die Primärwicklung des Hochspannungstransformators kurzgeschlossen. Durch Umlegen des Schalters 17 wird dieser Entladestrom plötzlich unterbrochen und dadurch in der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators 15 der gewünschte Hochspannungsimpuls erzeugt. Zugleich wird der Ladekondensator 16 zu seinem Wiederaufladen an die Batterie 13 angeschlossen. Die Steuerung des Schalters 17 erfolgt in diesem Beispiel durch eine Betätigungsvorrichtung 19· Dabei können der Schalter 17 und die Betätigungsvorrichtung 19 elektronische Schaltungsanordnungen sein. Erfindungsgemäß ist die Schalterbetätigungsvorrichtung 19 an die Abtastvorrichtung 12 angeschlossen derart, daß ein Schaltvorgang, bestehend aus Kurzschließen des Ladekondensators 16 und kurzzeitig darauf folgendes öffnen des Kurzschlußkreises,nur dann vorgenommen wird, wenn die von der Abtastvorrichtung 12 festgestellte, am Elektrozaun 10 anliegende elektrische Spannung unter einen vorher festgelegten Schwellenwert abgesunken ist. Solange die elektrische Spannung am

$30021/010*

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · <5? (o 61 21) 56 55

- 27 - 2547993

Elektrozaun 10 oberhalb dieses Schwellenwertes liegt, bleibt der Ladekondensator 16 an die Batterie 13 angeschlossen, so daß sich am Ladekondensator 16 gleiche Spannung einstellt wie die Klemmenspannung der Batterie 13 und dadurch kein Energietransport aus der Batterie 13 in das Elektrozaungerät 11 erfolgt. Der in Fig. 2 zwischen der Batterie 13 und dem Elektrozaungerät 11 angedeutete Schalter 20 ist ein üblicher, in federn Fall vorhandener Hauptschalter, mit dem die Elektrozaunanlage ein- und ausgeschaltet werden kann.

Im Beispiel der Fig. 3 handelt es sich um die Verwendung einer bereits früher vorgeschlagenen (Patentanmeldung P 27 33 1^5.9) Schaltungsanordnung im Rahmen der Erfindung. Zusätzlich zu der früher vorgeschlagenen Schaltungsanordnung ist am Ausgang des Elektrozaungerätes 11 ein elektrischer Kondensator als Serienkapazität Cp eingesetzt und zwischen dem Serien- und Parallelschwingkreis und dem Elektrozaun 10 eine Hochspannungsdiode D angeordnet. Dadurch ist die elektrische Kapazität C des Elektrozaun^ 10 normalerweise von dem Serien- und Parallenschwingkreis abgekoppelt.

030021/0131

Dlpl.-Phyi. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bicrstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · ®" (ο 61 2i) 56 53 82

Die Arbeitsweise dieser Schaltungsanordnung ergibt sich anhand der Figuren 4 und 5 wie folgt: Der Ladekondensator CL₁ (Parallelkapazität) wird über einen Wandler ¥ aus der Batterie 13 auf die Spannung IL aufgeladen. Der Schalter S, der beispielsweise ein Thyristor oder ein Transistor sein kann, wird durch einen Taktgeber T in vorgegebenem Takt, beispielsweise von 1 See, durchgängig gemacht. Das Sperren des Schalters S, das bei einem Thyristor in Eigensteuerung oder Fremdsteuerung erfolgen kann, und bei einem Transistor durch Fremdsteuerung geschieht, erfolgt in der im folgenden anhand der Figuren 4 und 5 erläuterten Weise, wobei Fig. 4 die praktisch unbelastete Erzeugung eines Impulses und Fig. 5 eine Impulserzeugung unter Last veranschauliehen. Diese erfindungsgemäße Schaltungsweise, zu der die Fig. 4 und 5 den Verlauf der Sekundärspannung U„, der Zaunspannung U und des Serienkreis-Stromes i wiedergibt, kennzeichnet sich dadurch, daß der Strom-Nulldurchgang während der Einschwingphase dazu benutzt wird, den Schalter S zu sperren bzw. zu offenen. In dem Zeitpunkt T^ bzw. Tp dieses Nulldurchganges befindet sich die Zaunspannung Up im Scheitelpunkt ( 2 χ Ü χ IL ). Mit diesem Schaltvorgang wird im Zeitpunkt t., bzw» t_? die Parallelkapazität bzw. der Ladekondensator CL abgekoppelt. Die von der Parallelkapazität CL₁ bzw. dem Ladekondensator auf die Serienkapazität C₂ übertragene Energie muß jetzt in der Hauptsache zwischen der Parallelinduktivität L^

030021 / β

DipL-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden ι ■ & (ο 61 zt) 56 53 82

- ²⁹ - 2847""

wangen, wirkt dabei der im Serienkreis liegende Kreisvri.derstand

und der Serienkapazität C~ hin- und herschwangen. D^ämpfend

Rg. Da die Serienkapazität C_? nur sehr klein ist, handelt es sich bei dieser durch diese gedämpfte Schwingung verlorengehende Energie nur um eine sehr geringe Menge, die aber erforderlich ist um den Arbeltsablauf der Schaltungsanordnung in Gang zu halten.

Die Zaunspannung U_z sinkt entsprechend der Größe des Ableitwiderstandes R mehr oder weniger langsam in Art einer

i-Funktion ab und fällt bei Tierberührung vollständig auf den Wert Null ab.

Ist die Spannung U_z am Elektrozaun durch den Ableitwiderstand R₂ merklich unter den Wert der Scheitelspannung abgesunken oder durch Tierberührung völlig zusammengebrochen so erfolgt - wie Fig. 5 zeigt - ein Energietransport aus dem Serien- und Parallelschwingkreis auf den Elektrozaun 10. Da die elektrische Kapazität C des Elektrozauns 10 wie oben dargelegt wesentlich größer als die Serienkapazität C^ ist, tritt eine beachtliche Strommenge über die Diode D während der Einschwingphase aus dem Serien- und Parallelschwingkreis in die Zaunkapazität C über. Dies hat zur Folge, daß im wesentlich größere Zaunkapazität C als parallel geschaltet mit der Serienkapazität C₀ anzusehen ist, und zwar von dem Zeitpunkt an, in welchem die Einschwingspannung, die am Elektrozaun 10 anliegende -_t Spannung übersteigt. Dadurch erfolgt der weitere Einschwingvorgang mit einer Serienkapazität

030021/01®!

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · g¹ (ο 61 2i) 5653 82

- 30 -

C = C₂ + C₂. Wie Fig. 5 zeigt, hat dies zur Folge, daß sich die Entwicklung der Einschwing-Scheitelspannung wesentlich abflacht und der Einschwingstrom I₀ im Serienkreis wesentlich verstärkt wird. ZunVergleich ist in Fig. 5 der in unbelastetem Zustand entwickelte Einschwingstrom i^ im Serienkreis eingezeichnet. Durch die Hochspannungsdiode D kann die aus dem Serien- und Parallelschwingkreis auf den Elektrozaun 10 abgeflossene Strommenge nicht mehr zurückfließen. Es findet somit nur noch die Entladung des Serienkondensators bzw. der Serienkapazität C₂ durch Schwingung über die Parallelinduktivität L^ statt, wie im Fall der unbelasteten Impulsentwicklung. Der Vergleich der Einschwingströme i., und i in Fig.

5 zeigt, daß der wesentlich Anteil der Energie auf den Elektrozaun abgegeben worden ist und nur ein sehr geringer Anteil der Energie, nämlich die gleiche Energiemenge wie bei unbelasteter Impulserzeugung im Elektrozaungerät 11 verbraucht wird.

Fig. 6 zeigt eine weitere Möglichkeit für die Ausführung der Erfindung, die in ihrem Prinzip der Ausführungsform nach Fig. 3 bis Schneit. Hiernach enthält das Elektrozaungerät 11 einen Speicherkondensator 21 der mittels eines hochspannungsfesten Schalters 22 üb,er eine Serieninduktivität 23 und eine Hochspannung

030021/0109

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 " Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · CJg¹ (out 21) ^6 55 Bz

diode D mit der Kapazität C_ des Elektro zäunt; 10 zeitweise parallel geschaltet werden kann. Die beiden parallel zu schaltenden Kapazitäten 21 und C wirken über den hochspannungsfesten Schalter 22, ähnlich wie kommunizierende Röhren, wobei jedoch die Hochspannungsdiode D ein Rückfließen von elektrischer Energie verhindert, also im obigen Vergleich wie ein Ventil zwischen den kommunizierenden Röhren wirkt. Außerdem bewirkt die zwischen dem hochspannungsfest en Schalter 22 und dem Elektrozaun 10 eingesetzte Seileninduktivität 23 die Erzeugung eines Einschwing-Impulses, dessen Scheitelapannung wesentlich höher als die Spannung am Speicherkondensator 21 ist,und zwar im wesentlichen bei der doppelten Höhe der Spannung am Speicherkondensator 21. Die vom Speicherkondensator 21 auf den Elektrozaun 10 bei jedem Schließen des hochspannungsfesten Schalters 22 übertragene Energiemenge entspricht derjenigen Energie, die am Elektrozaun 10 entweder durch Tierberührung, als die gewollte Funktion des Zaunes oder durch Verlust am Ableitwiderstand R eingetreten ist. Das Schließen und öffnen des hochspannungsfesten Schalters 22 erfolgt mittels eines aus der Batterie 13 betriebenen Taktgebers 24. Das Aufladen des Speicherkondensators erfolgt mittels Impulsen, die von einem aus der Batterie 13 betriebenen Wandler 25 geliefert werden. Dabei wird am

030021

Pipl.-I'hys. Heinrich Seids · I'aleiUanwall · Uicrsljcllcr Hiihe 15 · Tuslfadi 5105 · 0200 Wiesbaden ι · Φί (ο όΐ 2ΐ) 56 53 ^8:>-

j·, ο

Wandler 23 praktisch nur eine solche Energiemenge in Impulse umgesetzt, wie es sun Nachladen des Speicherkondensators 21 erforderlich ist. Im Beispiel der Fig. 6 kann der Schalter 22 auch in Art eines

'j selbststeuernden Thyristors ausgebildet sein, der durch den Taktgeber 24 in gewünschtem Takt durchgängig gemacht wird. Der in Art eines Jüinscixwingvorganges über die Serieninduktivität 23 Xliei3ende Strom bewirkt dann bei Übergang in r.eine erste negative Ilalbwelle das

'i Süerron des Thyristors.

D30021 /0109

BAD

ι -33-

Leerseite

Claims (15)

1. PATENTANWALT DIPL.-PHYS. HEINRICH SEIDS Wiesbaden · Bierstadtor Höhe 15 · Postfach 12068 · Telefon (0 6121) 56 53 82 Postscheck Frankfurt/Main 1810 08 - 602 · Bank Deutsche Bank 395 63 72 · Nass. Sparkasse 108 00 30 öS

   Horizont-Gerätewerk GmbH Wiesbaden, den 3. November I97o

   II 515 S/m

   Pa tentansprüche :

   Elektrozaunanlage, bestehend aus einem elektrisch gut gegen Erde isolierten Elektrozaun und einem elektrische Hochspannungsimpulse erzeugenden und auf den Elektrozaun übertragenden Elektrozaungerät, an das der Elektrozaun über mindestens eine Hochspannungsdiode angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrozaungerät (11) eine Steuerungseinrichtung (12, 14; 12, 19; C₂, L₂; 21, 22) aufweist, die die im Elektrozaungerät (11) in Hochspannungsimpulse umgesetzte Energie in Abhängigkeit von der auf dem Elektrozaun (10) liegenden elektrischen Spannung oder dem am Elektrozaun (10) herrschenden zeitlichen Spannungsabfall begrenzt.
2. 2) Elektrozaunanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die elektrische Spannung im Elektrozaunkreis abtastende Einrichtung (12) vorgesehen und eine aufgrund der am Elektrozaun (10) abgetasteten Spannung gesteuerte, vor oder an die

   030021/0109

   ORIGINAL INSPECTED

   Dipl.-Phys. Heinrich Scids · Patentanwalt - Bierstadter Hohe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · ® (061 zi) 56 53 82

   -Z-

   Impulserzeugerschaltung des Elektrozaungerätes (11) eingesetzte Begrenzungseinrichtung (14; I9) für den Energiedurchlaß vorhanden ist.
3. 3) Elektrozaunanlage nach Anspruch 2, dadurch ge-

   kennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung (14) für den Energiedurchlaß dazu ausgebildet ist, oberhalb eines - vorzugsweise einstellbaren - Schwellen wertes der am Elektrozaun ( 10) abgetasteten Spannung die Energiezufuhr zur Impulserzeugerschaltung zu sperren und unterhalb dieses Schwellenwertes zu öffnen.
4. 4) Elektrozaunanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeugerschaltung von einem Taktgeber gesteuert und die Begrenzungseinrichtung (19) für die in Hochspannungsimpulse umzusetzende Energie an den Taktgeber angeschlossen und dazu ausgebildet ist, den Steuertakt für die Impulserzeugerschaltung solange zu unterbrechen, wie die am Elektrozaun (10) abgetastete elektrisehe Spannung oberhalb eines - vorzugsweise einstellbaren - Schwellenwertes liegt.

   030021/0101

   Dipl.-Phys,Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe [5 · Postfach 5105 ■ 6200 Wiesbaden 1 · ® (061 n) 565582
5. 5) Elektrozaunanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zum Abtasten der am Elektrozaun anliegenden elektri sehen Spannung zum Feststellen des zeitlichen elektrischen Spannungsabfalles und die jeweilige Steuereinrichtung (14; 19) zum Begrenzen der in Hochspannungsimpulse umzusetzenden Energie zum Ansprechen auf den jeweils festgestellten zeitlichen elektrischen Spannungsabfall ausgebildet sind.
6. 6) Elektrozaunanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zum Begrenzen der in Hochspannungsimpulse umzusetzenden Energie ein Zeitschaltglied zum Sperren und Öffnen des Energiedurchlasses zur Impulserzeugerschaltung bzw. zum Sperren und Freigeben des Steuertaktes der Impulserzeugerschaltung enthält und dieses Zeitschaltglied bezüglich seiner Sperr- und Öffnungszeiten aufgrund des zeitlichen elektrischen Spannungsabfalls am Elektrozaun selbsttätig geregelt ist.

   030021/010«

   Dipl.-Phys. Heinrich Selds · Patentanwalt · Bierstadtcr Höhe 15 · Postfach 5105 ■ 6200 Wiesbaden 1 · Q? (o 61 21) 56 53 82
7. 7) Elektrozaunanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die elektrische Spannung bzw. den zeitlichen Abfall der elektrischen Spannung im Zaunstromkreis abtastende Einrichtung (12) im wesentlichen einen kapazitiven Spannungsteiler enthält.
8. 8) Elektrozaunanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrozaungerät (11) einen gekoppelten Serien- und Parallelschwingkreis aufweist, der außer seiner Parallelinduktivität (L>|), seiner - kleineren - Serieninduktivität (L_?), seine^i Parallel- bzw. Serienkapazitäten (CL, Cp) und ohmschen Kreiswiderständen ein Schaltelement (S) enthält, über das die von der Spannungsquelle (13) her auf eine Betriebsspannung (XL·) aufgeladene Parallelkapazität (C^ ) über die Parallelinduktivität (L^) geschaltet wird, wobei nach Einschalten des Schaltelements (S) zunächst ein Einschwingvorgang über die Serieninduktivität (Lp) abläuft, welcher die Serienkapazität (Cp) auf eine Einschwingspannung (U₂) auflädt, die höher als die Betriebsspannung (IL) ist, und das Schaltelement (S) mittels Eigensteuerung oder Fremdsteuerung durch die sich aufbauende Einschwingspannung an

   030021/010«

   Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Uierstadter Höhe· \<~, · PostCuh 5105 · 6ioo Wiesbaden 1 · 'S? (061 21) 565382

   oder nahe deren Scheitelwert geöffnet wird, wobei als Serienkapazität (Cp) anstelle der durch die Hochspannungsdiode (D) normalerweise vom Serien- und Parallelschwingkreis abgekoppelten Zaunkapazität (C ) ein elektrischer Kondensator vor der Hochspannungsdiode (D) in den Serien- und Parallelschwingkreis eingesetzt ist.
9. 9) Elektrozaunanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (S) ein Thyristor ist.
10. 10) Elektrozaunanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor zum Sperren in Eigensteuerung durch die negative Halbwelle des Einschwingstromes ausgebildet bzw. geschaltet ist.
11. 11) Elektrozaunanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor zum Sperren in Fremdsteuerung mittels an sich bekannter Maßnahmen ausgebildet bzw. geschaltet ist.
12. 12) Elektrozaunanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (S) ein

    Transistor ist, der durch an sich bekannte Maß-

    nahmerL_g.eöi:fne± ._rimd

    $30021/0109

    Dipl.-Phy». Heinrich Scids · Patentanwalt · Bicrstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · ® (ο 61 2i) 56 53
13. 13) Elektrozaunanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelinduktivität (L )

    die Ersatzinduktivität eines Transformators und die Serieninduktivität (L₂) die Ersatzinduktivität des Streufeldes eines Transformators ist.
14. 14) Elektrozaunanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch einen Wandler (25) auf Hochspannung geladener elektrischer Speicherkondensator (21) vorgesehen ist, an den der Elektrozaun (10) über die Hochspannungsdiode ( D) und einen hochspannungsfesten Schalter (22) angeschlossen ist, der mittels eines Taktgebers (24) zeitweilig geschlossen wird.
15. 15) Elektrozaunanlage nach Anspruch 14, dadurch ge-

    kennzeichnet, daß zwischen dem hochspannungsfesten Schalter (22) und dem Elektrozaun (10) eine Serieninduktivität (23) eingesetzt ist, die derart auf die elektrischen Kapazitäten (21, C) des Speicherkondensators und des Elektrozaunes abgestimmt ist, daß der beim Schließen des hochspannungsfesten Schalters (22) auf den Elektrozaun übertragene Impuls eine Einschwing-Spitzenspannung wesentlich größerer, beispielsweise etwa doppelter, Höhe als die am Speicherkondensator (21) anliegende

    030021/0109

    Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt ■ Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 * 6200 Wiesbaden χ ■ ® (ο 61 zi) 56 53 Sz

    elektrische Spannung aufweist.

    030021/010·