DE4327572C1 - Elektrozaungerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrozaungerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das insbesondere in Verbindung mit Weidezäunen zum Einsatz kommt. Es weist einen Ladekondensator und einen durch einen Zeitgeber getakteten Schalter auf, der den über einen Wandler aufgeladenen Ladekondensator über einen Zauntransformator auf einen daran sekundärseitig angeschlossenen Elektrozaun entlädt. Der Wandler ist im Falle eines batterie- bzw. akkubetriebenen Gerätes regelmäßig ein DC/DC-Wandler, im Falle eines netzbetriebenen Gerätes typischerweise eine Spannungsverdopplerschaltung mit einem Gleichrichter. Auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen ist der Begriff des Wandlers allerdings nicht beschränkt.

Derartige Elektrozaungeräte sind beispielsweise bekannt aus der DE 27 33 145 C2 und der DE 30 09 838 C2.

Die darin beschriebenen Geräte befassen sich in erster Linie mit der Einsparung von Energie bei dennoch möglichst hoher Hütewirkung. Das Energieproblem wird deutlich, wenn man bedenkt, daß die Elektrozaungeräte auf dem Lande oftmals eben nicht an dem elektrischen Versorgungsnetz angeschlossen werden, sondern gespeist werden aus einer Batterie.

International gültige Vorschriften legen einen Maximalwertbereich fest für die Spannung, Impulsdauer, maximale Strommenge je Impuls, maximale Entladeenergie etc. (vgl. europäische Norm EN 61 011). Die festgelegten Werte gelten jeweils für den Fall der (Tier)berührung. So ist in der letztgenannten Norm festgelegt, daß der Scheitelwert der Impulsspannung bei 10 000 Volt liegen darf, die maximale Impulsdauer 0,1 s, die maximale Strommenge je Impuls 2,5 mC, die maximale Entladeenergie je Impuls 5,0 J, der Scheitelwert des Stromes 10 A und schließlich die Zeit, in der Augenblickswert des Stromes 300 Ma übersteigt, 1,5 ms nicht übersteigen darf.

Elektro- oder Weidezäune sind in der Praxis unterschiedlichen Betriebsbedingungen ausgesetzt. Im Idealzustand ist der Zaun ohne Bewuchs, mit Ableitwiderständen im 100 KΩ oder MΩ-Bereich.

Kommt ein Tierkörper mit dem Zaun in Berührung, so wird mit einem Ableitwiderstand von 500 Ohm gerechnet. Dies ist der Zustand, in der Zaun seine eigentliche Aufgabe wahrzunehmen und seine Hütewirkung zu entwickeln hat.

Ein Elektrozaun mit starkem Bewuchs von Gräsern, Sträuchern, etc. weist Widerstandswerte im Bereich von nur wenigen 100 Ohm auf.

Damit ist veranschaulicht, in welchem weiten Arbeitsbereich das den Zaun ansteuernde Elektrozaungerät arbeiten muß.

In der Vergangenheit versuchte man durch mehr oder weniger Kompromisse mehrere, von den Grenzwerten tolerierte Betriebspunkte einzuhalten.

Aus Sicherheitsgründen blieb man stets erheblich unter den von den Normen zugelassenen Werten für beispielsweise die Spannung am Zaun. Dies läßt sich veranschaulichen dadurch, daß eine zulässige Spitzenspannung von 10 000 Volt im unbewachsenen Zustand des Zaunes ohne weitere Maßnahmen im bewachsenen Zustand des Zaunes niemals mehr erreicht werden könnten, da eben der Bewuchs für einen nicht unerheblichen Stromfluß vom Zaun ins Erdreich sorgt. Anders herum wäre es selbstverständlich absolut unzulässig, das Elektrozaungerät so auszulegen, daß die 10 000 Volt im stark bewachsenen Zustand des Zaunes erzielt werden. Ohne weitere Gegenmaßnahmen würden lebensgefährliche Spannungsschläge am Zaun anliegen, wenn dieser vom Bewuchs befreit würde.

Herkömmliche Geräte verschenken daher aus Sicherheitsgründen einen Gutteil der möglichen Hütewirkung von Elektrozäunen, die durch die europäische Norm noch gedeckt wäre.

In jüngerer Zeit gibt es allerdings Ansätze, dieses Problem zu lösen. Beispielhaft sei hier auf die EP 0 543 621 A1 sowie auf die DE 41 40 628 A1 hingewiesen. In diesen Druckschriften ist im wesentlichen übereinstimmend ein Elektrozaungerät beschrieben, bei dem ein Meßglied einen Mittelwert der Spannung des jeweiligen Zaunimpulses erfaßt. Das Meßglied ist mit einem Steuerelement verbunden, das eine den Ladekondensator ansteuernde Ladeschaltung in bestimmter Art und Weise steuert. So wird bei einem verhältnismäßig hohen Mittelwert der Spannung davon ausgegangen, daß der Zaun hochohmig ist und dementsprechend frei oder nahezu frei von Bewuchs ist. Dementsprechend wird der Ladeschaltung der Befehl erteilt, den Ladekondensator auf einen niedrigen Spitzenwert der Ladespannung aufzuladen. Im anderen Falle, also im niederohmigen Zustand des Zaunes (hoher Bewuchs), wird entsprechend eine hohe Spitzenspannung der Ladespannung an den Kondensator angelegt.

Mit dieser Vorgehensweise ist es möglich, das von der europäischen Norm freigegebene Fenster, innerhalb dessen der Betrieb zulässig ist, fast vollständig auszufüllen im Gegensatz zu der Betriebsweise der älteren Geräte. Erreicht wird dies - wie bereits mit anderen Worten ausgedrückt - dadurch, daß der Zustand des Zaunes durch eine Messung ermittelt wird und der Ladekondensator entsprechend dem ermittelten Zaunzustand mit einer hohen oder niedrigeren Spannung aufgeladen wird. Geräte dieser Art werden als sogenannte smart energizer bezeichnet, da sie ihre Betriebsweise dem Zaunzustand anpassen können, was bei den älteren Geräten nicht möglich war.

Wenn diese Geräte auch schon recht fortschrittlich sind, so haftet ihnen doch ein gravierender Nachteil an. So ist der schaltungstechnische Aufwand bei der Realisierung der Aufladeschaltung für den Ladekondensator C1 erheblich und zwar deswegen, weil das Spannungsniveau sehr stark schwanken muß. Bei dieser Art der Energieregulierung muß zwangsläufig der Wirkungsgrad des vorgeschalteten Wandlers stark schwanken, eine optimale und konstante - Anpassung des Wandlers ist nicht möglich, was einen erhöhten Strombedarf aus der Energiequelle (Batterie/Akku; Netz) zur Folge hat.

Vor diesem Hintergrund ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesem Mangel der bekannten Elektrozaungeräte abzuhelfen. Es soll also ein Elektrozaungerät geschaffen werden, weiches seine Arbeitsweise dem jeweiligen Zaunzustand anpaßt, jedoch einen unnötigen Stromverbrauch vermeidet.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Elektrozaungerät der eingangs genannten Art, bei dem ein Sensor den elektrischen Strom oder die Spannung oder die Kombination aus beiden nach einem Entladeimpuls erfaßt, wobei diese Information in einem nachgeschalteten Steuerteil derart ausgewertet wird, daß Art und Größe der Zaunbelastung ermittelt werden, und wobei der getaktete Schalter in Abhängigkeit von der Zaunbelastung während des Entladevorgangs unterbrochen wird, wenn die Entladungsenergie einen vorgebbaren Wert erreicht. Dieser Zeitpunkt wird bestimmt durch den vom Sensor übermittelten Ableitwiderstand am Zaun und gegebenenfalls auch durch ein vorgegebenes Energieprofil, welches vorteilhaft in einem Mikroprozessor abgespeichert sein kann, wobei in Abhängigkeit vom Ableitwiderstand bestimmte vorgegebene Impulsenergien aus C1 ausgeladen werden.

Im Gegensatz zu dem Elektrozaungerät, beispielsweise gemäß der DE 41 40 628 A1 wird vorliegend der Ladekondensator stets auf denselben Wert, vorzugsweise den Maximalwert der Ladespannung aufgeladen, und zwar bei jedem ermittelten Zaunzustand. Gesteuert wird erfindungsgemäß der Zeitpunkt, zu dem der getaktete Schalter, beispielsweise ein Thyristor, unterbrochen wird. Dadurch, daß C1 immer auf die gleiche Spannung aufgeladen wird, kann der vorgeschaltete Wandler, der die niedrige Versorgungsspannung von z. B. 9 V auf eine Spannung von ca. 300-400 Volt umwandelt, optimal ausgelegt werden. Hierzu ist zu bemerken, daß der sogenannte Wandlerwirkungsgrad wesentlich die Stromaufnahme des Gerätes beeinflußt. Diese ist aber neben der Impulsenergie die für die Beurteilung eines Elektrozaungerätes maßgebliche Größe, da sie die Einsatzdauer der Energiequelle wie Batterie oder Akku mitbestimmt. Die stark variierenden Wandler-Ausgangsspannungen der vorbekannten Geräte (gemäß der DE 41 40 628 A1 oder EP 0 543 621 A2) reduzieren erheblich den Wandlerwirkungsgrad und führen somit zu unnötig hohem Stromverbrauch, der durch den erfindungsgemäße Vorschlag vermieden wird.

Bei netzbetriebenen Geräten kann bei dem erfindungsgemäßen Gerät der Ladekondensator C1 direkt oder - wie bereits erwähnt - über eine Spannungsverdopplerschaltung angeschlossen werden, wogegen bei dem vorbekannten Verfahren wegen der unterschiedlichen Spannungshöhen an C1 eine Reglerschaltung zwischen Netz und Ladekondensator vorgesehen sein muß.

Es ist also mit dem erfindungsgemäßen Elektrozaungerät möglich, daß das "Fenster", das durch die europäische Norm für den Betrieb derartiger Geräte freigegeben worden ist, optimal ausgesteuert werden kann mit einer dementsprechend hohen Hütewirkung bei gleichzeitiger Einhaltung der Sicherheitsvorschriften.

Der erwähnte Sensor kann im Primärkreis des Zauntransformators liegen und vorteilhaft als eine separate Meßspule mit wenigen Wicklungen im Transformator ausgebildet sein.

Der Sensor kann aber auch im Sekundärkreis des Zauntransformators liegen. Vorteilhaft kann der Sensor dann parallel zu der Zaunimpedanz oder aber mit dieser in Reihe geschaltet sein, wobei die Zaunimpedanz üblicherweise dargestellt wird durch einen ohmschen Widerstand und einen kapazitiven Anteil.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung beinhaltet das Steuerteil des Gerätes einen Mikroprozessor mit Speicher. In dem Speicher kann ein anderes Enladeenergie-Verteilungs-Profil abgespeichert sein, welches sich von jenem der europäischen Norm EN 61 011 unterscheiden kann. Mittels des Mikroprozessors kann ein im Speicher abgelegtes Entladeenergie- Verteilungsprofil in Abhängigkeit von der Zaunlast angesteuert werden. Es ist also möglich, ein für den jeweiligen Einsatzfall gewünschtes Energieverteilungsprofil in Betrieb regelrecht "abzufahren" oder das Gerät evtl. Änderungen der Normen in einfacher Weise anzupassen.

Der getaktete Schalter ist vorteilhaft ein abschaltbarer Thyristor, und zwar ein GTO-Thyristor (gate turn off-Thyristor), der leicht und gezielt während der Durchschalt-Entladungsphase unterbrochen werden kann. Damit wird ein geringerer Schaltungsaufwand im Vergleich mit den Geräten gemäß den schon erwähnten EP 0 543 621 A1 und DE 41 40 628 A1 mit den aufladungsgesteuerten Betriebsweisen anvisiert.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele gemäß der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine Prinzipschaltung des erfindungsgemäßen Elektrozaungerätes gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 ein anderes Prinzipschaltbild nach einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 ein weiteres Prinzipschaltbild gemäß einer dritten Ausführungsform,

Fig. 4 schließlich eine noch weitere Prinzipschaltung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.

Gleiche Teile in den Zeichnungsfiguren sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein erstes Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Elektrozaungerätes zeigt Fig. 1.

Über einen Wandler (nicht dargestellt) und über eine Diode 2 wird der Ladekondensator C1 auf einen bestimmten Wert, vorzugsweise auf den Maximalwert der Ladespannung aus einer Spannungsquelle (nicht dargestellt) aufgeladen. Ein getakteter Schalter 4, der von einem Taktgeber (T) seine Durchschaltimpulse erhält, schließt den primärseitigen Kreis in zeitlich regelmäßigen Abständen, beispielsweise in Abständen von 1 s, beispielsweise für 0,1 bis 0,3 ms. Während dieser kurzen Impulsdauer fließt ein Strom vom Ladekondensator C1 über die Primärwicklung des Zauntransformators 3 und über den Schalter 4. Der nur für den Wert der Ladespannung ausgewählte Zauntransfomator 3 transformiert die Spannung sekundärseitig hoch.

Der Zaun selbst ist als Lastimpedanz gebildet und als aus dem ohmschen Widerstand R_z und dem Kondensator C_z bestehend dargestellt. Die Zaunimpedanz kann sich in weiten Bereichen bewegen. So liegt sie bei starkem Bewuchs bei einigen 100 Ohm, bei Tierberührung bei ca. 500 Ohm und im bewuchsfreien Zustand - idealerweise - bei einigen 100 KΩ oder MΩ. Es ist verständlich, daß sich abhängig vom jeweiligen Zaunzustand bei stets gleichbleibend hochtransformierter Impulsspannung ein Sekundärstrom i_s einstellen wird. Genauso wird über den Transformator 3 der Zaunzustand einen Einfluß auf den Strom i_pr im Primärkreis des Gerätes haben. Dieser Umstand wird ausgenutzt, um einen Sensor S vorliegend in den Primärkreis zu schalten, um den Strom i_pr zu erfassen. Der erfaßte Wert wird in dem nachgeschalteten Steuerteil St so ausgewertet, daß Art und Größe der Zaunbelastung ermittelt wird. Das Steuerteil St unterbricht dann über den Zeitgeber T den getakteten Schalter 4 während des Entladevorganges, und zwar genau dann, wenn die Entladungsenergie einen vorgebbaren Wert erreicht hat. Der Maximalwert für die Entladeenergie ergibt sich - wie weiter oben ausgeführt - aus der europäischen Norm EN 61 011 zu 5 Joule bei einem Ableitwiderstand von 500 Ω, also bei dem die Tierberührung repräsentierenden Zustand. Er kann aber beispielsweise 10 Joule bei einem Ableitwiderstand von 100 Ω (starker Bewuchs) betragen.

In Abhängigkeit vom Zaunzustand wird also die Entladeenergie so ausgesteuert, daß eine maximale Hütewirkung im Rahmen der Sicherheitsschranken erzielt wird.

Es ist verständlich, daß das Steuerteil St einen Mikroprozessor mit Speicher beinhalten kann. Im Speicher (nicht dargestellt) kann ein Entladeenergie- Verteilungsprofil abgespeichert sein. Abhängig von diesem Profil und selbstverständlich vom Zaunzustand wird eine vorgebbare Entladeenergie pro Impuls auf den Weidezaun gelegt. Wiederum nach Erreichen eines vorgebbaren oder vorgewählten Wertes der Entladeenergie wird der Schalter 4 über den Zeitgeber t wieder geöffnet.

Die Prinzipschaltung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von jener der gemäß Fig. 1 dadurch, daß der Sensor im Sekundärkreis des Gerätes geschaltet ist, und zwar in Reihe mit der Zaunimpedanz aus R_z und C_z.

Fig. 3 zeigt das Prinzipschaltbild mit ebenfalls sekundärseitigem Abgriff des Wertes für den sekundärseitigen Strom. Hier liegt der Sensor S allerdings parallel zur Zaunimpedanz.

In Fig. 4 ist der Sensor S wiederum im Primärkreis verschaltet. Hier ist der Sensor S als separate kleine Wicklung im Zauntransformator 3 dargestellt, in die der sekundärseitige Strom i_s eine Spannung induziert, die es gestattet, auf den Strom rückzuschließen.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Gerätes ist - wie schon angedeutet - darin zu sehen, daß stets derselbe Wert der Spannung, vorzugsweise deren Maximalwert auf den Ladekondensator C1 gegeben wird und dem Transformator 3 primärseitig auch nur diese eine Spannung zugeführt wird. Dadurch ist es möglich, einen Wandler auszuwählen, der optimal an die feste Spannung angepaßt ist, so daß unnötige Wandlerverluste von vorn herein vermieden werden können, was schließlich in einer längeren Batterie- oder Akkueinsatzdauer resultiert.

Claims (11)

1. Elektrozaungerät mit einem Ladekondensator (C1) und einem durch einen Zeitgeber (T) getakteten Schalter (4), der den über einen Wandler auf geladenen Ladekondensator (C1) über einen Zauntransformator (3) auf einen daran sekundärseitig angeschlossenen Elektrozaun entlädt, gekennzeichnet durch einen Sensor (S), der den elektrischen Strom oder die Spannung oder die Kombination aus beiden nach einem Entladeimpuls erfaßt, wobei diese Information in einem nachgeschalteten Steuerteil (St) derart ausgewertet wird, daß Art und Größe der Zaunbelastung ermittelt werden, und wobei der getaktete Schalter (4) in Abhängigkeit von der Zaunbelastung während des Entladevorgangs unterbrochen wird, wenn die Entladungsenergie einen vorgebbaren Wert erreicht hat.

2. Elektrozaungerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (S) im Primärkreis des Zauntransformators (3) liegt.

3. Elektrozaun nach Anspruch 2, daß der Sensor (S) als separate Meßspule mit wenigen Wicklungen im Zauntransformator (3) ausgebildet ist.

4. Elektrozaun nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (S) im Sekundärkreis des Zauntransformators (3) liegt.

5. Elektrozaungerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (S) parallel zu der Zaunimpedanz geschaltet ist.

6. Elektrozaungerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (S) mit der Zaunimpedanz in Reihe geschaltet ist.

7. Elektrozaungerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil (ST) einen Mikroprozessor beinhaltet, mittels dessen ein vorgebbares Entladeenergieverteilungsprofil in Abhängigkeit von der Zaunlast (RZ/CZ) ansteuerbar ist.

8. Elektrozaungerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) ein abschaltbarer Thyristor (GTO-Thyristor) ist.

9. Elektrozaungerät nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (S) aus einer Kombination aus einem Sensor im Primärstromkreis und einem Sensor im Sekundärstromkreis besteht, wobei letzterer parallel zur Sekundärwicklung des Zauntransformators (3) geschaltet ist.

10. Elektrozaungerät nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (S) aus einer Kombination aus einem Sensor im Sekundärstromkreis und einem Sensor im Primärstromkreis besteht, wobei letzterer parallel zur Primärwicklung des Zauntransformators (3) geschaltet ist.

11. Elektrozaungerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren dazu ausgebildet sind, die Phasenlage zwischen Impulsstrom und Impulsspannung auszuwerten und in Steuersignale zum Abschalten des getakteten Schalters (4) umzusetzen.