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Dokumentenidentifikation DE19909837A1 07.09.2000
Titel Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Elektrozauns
Anmelder AKO-Agrartechnik GmbH & Co KG, 88353 Kißlegg, DE
Erfinder Fehse, Wolfgang, Dr., 87654 Friesenried, DE
Vertreter Patentanwälte Eisele, Dr. Otten, Dr. Roth & Dr. Dobler, 88212 Ravensburg
DE-Anmeldedatum 05.03.1999
DE-Aktenzeichen 19909837
Offenlegungstag 07.09.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.09.2000
IPC-Hauptklasse H05C 1/04
IPC-Nebenklasse A01K 3/00   
Zusammenfassung Es wird eine Vorrichtung zur Spannungs- bzw. Stromversorgung eines Elektrozauns wie eines Weidezauns für Tiere, mit einem Taktgenerator (14) zur zeitlichen Taktung von den an den Zaun abzugebenden Spannungs- bzw. Stromimpulsen vorgeschlagen, bei der der Taktgenerator (14) mit wenig Aufwand und hoher Zeitkonstanz realisierbar ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Taktgenerator (14) mit der Netzspannung als Referenzsignal phasengekoppelt synchronisiert ist.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Zur kostengünstig und mobilen Hütung von verschiedensten Tierarten werden Elektrozäune verwendet. Dabei wird ein leitender, gegen Erde gut isolierter Draht oder Kunststoffbänder bzw. Seile mit integrierten leitenden Drähten als Umzäunung der Weide aufgespannt und durch einen Hochspannungsgenerator mit Impulsen hoher Spannung beaufschlagt. Diese Spannung weist ein Potential von mehreren Kilovolt gegenüber dem Erdpotential auf und wird in Impulsen zwischen 20 und 1000 Mikrosekunden eingespeist.

Die Hochspannungsgeneratoren sind im Allgemeinen bei Netzgeräten so aufgebaut, daß ein Kondensator, der über die Netzspannung aufgeladen wird, in regelmäßigen Zeitabständen über die Primärwicklung eines Hochspannungstransformators entladen wird, wobei jedesmal an der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators ein Hochspannungsimpuls entsteht.

Der zeitliche Abstand zwischen einzelnen Pulsen ist aufgrund von Sicherheitsbestimmungen von wesentlicher Bedeutung. Er ist auf minimal eine Sekunde beschränkt, um Gesundheitsschädigungen bei der Berührung des Elektrozauns zu vermeiden. Größere Abstände als 1,5 sec. sind ungünstig, da die Hütesicherheit stark nachläßt und aktive Tiere dann ausbrechen können.

Bislang werden zur Erzeugung des Pulstaktes von Elektrozaungeräten sowohl analoge, mit RC-Gliedern aufgebaute Osillatoren als auch digitale Zeitkreise mit diskretem Aufbau oder mit Mikroprozessoren verwendet.

Diese Anordnungen haben verschiedene Nachteile. Im Falle der analogen Schaltkreise ist aufgrund der Toleranzen der verwendeten Bauelemente ein Abgleichvorgang notwendig, der variable Komponenten erfordert und zeitaufwendig ist. Darüberhinaus gehen Temperaturabhängigkeiten der verwendeten Bauelemente direkt in die Funktion ein, so daß oft aus Sicherheitsgründen ein längerer Impulsabstand gewählt werden muß, wodurch jedoch die Hütesicherheit beeinträchtigt wird. Bei digitalen Schaltkreisen unter Verwendung von analogen RC- Gliedern sind ähnliche Nachteile zu erwarten. Bei der Verwendung von Quarzen und Mikroprozessoren, die eine sehr präzise Zeitsteuerung und gute Langzeitkonstanz liefern, ergeben sich relativ hohe Kosten.

Vorteile der Erfindung

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Elektrozauns vorzuschlagen, bei der eine präzise Taktung der Impulsauslösung bei vergleichsweise niedrigem Fertigungsaufwand gewährleistet ist.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Spannungsversorgung mit einem Taktgenerator zur zeitlichen Taktung von den an den Zaun abzugebenden Spannungsimpulsen dadurch aus, daß der Taktgenerator mit der Netzspannung als Referenzsignal phasengekoppelt synchronisiert ist. Die Netzspannung unterliegt einer zeitlich äußerst präzisen Oszillation. Diese Oszillation läßt sich mit relativ wenig Aufwand erfindungsgemäß zum Triggern des Taktgenerators verwenden, so daß einerseits kein Abgleich eines internen Oszillators erforderlich ist, Zeit und Temperaturschwankungen von analogen Bauteilen nicht berücksichtigt werden müssen und auf die Verwendung von Quarzen und Mikroprozessoren bei präziser Zeitsteuerung verzichtet werden kann.

Vorteilhafterweise wird der Spannungstakt der Spannungsimpulse für den Weidezaun durch Aufaddierung der Netzschwingungen bzw. durch einen Frequenzteiler erzeugt. Ein derartiger Aufbau kann mit vergleichsweise wenig Aufwand, beispielsweise durch einen binären Zähler erstellt werden.

Bei den oben angeführten Ausführungen zum Stand der Technik besteht weiterhin der Nachteil, daß die Impulsauslösung unabhängig von der jeweiligen Netzphase erfolgt. Da die Phasenlage des Impulses relativ zur Netzphase dabei zufällig wechselt, können ungünstige Bedingungen mit relativ hoher Belastung der im Netzkreis verwendeten Bauelemente auftreten. Dem muß durch entsprechende Überdimensionierung gegenüber dem günstigsten Fall Rechnung getragen werden. Außerdem erhöht sich durch die zufällige Phasenlage die mittlere Verlustleistung. Schließlich werden bei ungünstiger Phasenlage auch stärkere netzseitige Störungen erzeugt, welche wiederum durch aufwendige Maßnahmen gefiltert oder kompensiert werden müssen, um eine Einstreuung in das Versorgungsnetz zu verhindern.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird daher die Phasenkopplung des Zaunsignals mit der Netzspannung dahingehend genutzt, daß eine Verringerung von Netzstörströmen erfolgt. Dies ist problemlos durch die ohnehin vorhandene Kopplung der Phasen des Taktgebers sowie der Netzspannung ohne großen Aufwand realisierbar.

In einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung erfolgt hierzu die Taktung der Spannungsimpulse für den Weidezaun nur bei Anliegen einer bestimmten Halbwelle der Netzspannung. Diese zeitliche Einschränkung auf eine bestimmte Halbwelle der Netzspannung kann zur Unterdrückung von Netzstörströmen führen und ist daher von Vorteil.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Kondensator im Primärstromkreis des Hochspannungstransformators, im folgenden Primärstromkondensator genannt, vorgesehen, der mit fester Polarität aufgeladen wird. Die Endladung dieses Primärstromkondensators mit dem zugehörigen Stromimpuls im Primärkreis des Transformators sorgt für den entsprechenden Hochspannungsimpuls im Sekundärkreis des Transformators.

In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform wird die Taktung der Spannungsimpulse so festgelegt, daß bei einer Polarität des Primärstromkondensators mit positiven Spannungsimpulsen aus dem Primärstromkondensator die Impulse während des Anliegens der negativen Halbwelle der Netzspannung bzw. bei einer Schaltung mit negativen Spannungsimpulsen aus dem Primärstromkondensator eine Taktung beim Anliegen der positiven Halbwelle erfolgt.

Bei dieser Art der Taktung ist der Störeinfluß auf die Netzspannung durch die Spannungsimpulse des Hochspannungsgenerators minimal. Auf diesen Vorteil wird weiter unten anhand der Beschreibung eines bestimmten Ausführungsbeispiels nochmals zum besseren Verständnis näher eingegangen.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird ein sogenannten Spannungsverdoppler zum Aufladen des Primärstromkondensators vorgesehen, wobei das Synchronisationseingangssignal des Taktgebers innerhalb dieses Spannungsverdopplers abgegriffen wird. Innerhalb eines solchen Spannungsverdopplers kann das Synchronisationssignal bereits mit der gewünschten Phasenbeziehung abgegriffen werden, so daß der Taktgenerator lediglich noch ein entsprechendes Umsetzungsglied, z. B. einen Frequenzteiler, auf das richtige Zeitintervall umfassen muß. Grundsätzlich kann jedoch die Netzspannung zur Synchronisation an beliebiger Stelle erfaßt werden, wobei gegebenenfalls ein entsprechendes Zeitverzögerungsglied zusätzlich im Taktgenerator vorzusehen ist.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der Spannungsverdoppler mit einem Kondensator aufgebaut, der mit der Primärstromseite des Hochspannungstransformators über eine Diode verbunden ist, der wiederum auf der Primärstromseite eine mit dem Nulleiter verbundene Diode vorgeschaltet ist. In diesem Fall kann das Synchronisationssignal für den Taktgeber zwischen den beiden Dioden abgegriffen werden. An dieser Stelle liegt die Netzspannung mit der gewünschten Phasenbeziehung vor, so daß etwaige Zeitverzögerungsglieder wie oben angeführt entfallen können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figur nachfolgend näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen schematischen Schaltplan für den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Elektrozauns.

Die Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 umfaßt einen Netzeingang 2, bestehend aus Nulleiter 3 und Phase 4. Die Phase 4 ist über einen Widerstand 5 mit einem Kondensator 6 gekoppelt. Auf der Seite einer Primärwicklung 7 eines Hochspannungstransformators 8 ist der Kondensator 6 über eine Diode 9 mit dem Nulleiter verbunden. Eine weitere Diode 10 ist zwischen den Kondensator 6 und die Primärwicklung 7 des Hochspannungstransformators 8 geschaltet.

Im Primärstromkreis des Transformators 8 befindet sich ein weiterer Kondensator 11, der im folgenden Primärstromkondensator genannt wird.

Ein Schaltglied 12, beispielsweise ein Thyristor, steht mit dem Triggerausgang 13 eines Taktgenerators 14 in Verbindung. Parallel zum Schaltglied 12 ist eine weitere Diode 15 angeordnet.

Der Taktgenerator 14 verfügt über einen Synchronisationseingang 16, der auf der Primärstromseite des Kondensators 6 zwischen den beiden Dioden 9, 10 zugeschaltet ist.

Der Hochspannungstransformator 8 weist eine Sekundärwicklung 17 auf, deren einer Kontakt einen Erdkontakt 18 und deren anderer Kontakt einen Zaunkontakt 19 bildet.

Die beiden Dioden 9, 10 in Verbindung mit der Widerstand 5 und dem Kondensator 6 stellen einen sogenannten Spannungsverdoppler dar. Die Wirkungsweise ist so, daß während der negativen Halbwelle an der Phase 4 der Kondensator 6 auf der Seite der Primärstromwicklung 7 positiv geladen wird. Bei der darauffolgenden positiven Halbwelle an der Phase wird aufgrund der Diodenanordnung 9, 10 die im Kondensator 6 gespeicherte Ladung zum Kondensator 11 übertragen und dieser dadurch aufgeladen. Der Kondensator 11 wird nach mehreren Perioden der Netzwechselspannung mit annähernd doppelter Netzspannung aufgeladen.

Bei Zündung des Schaltglieds 12 durch den Taktgenerator 14 wird der Kondensator 11 schlagartig entladen, wobei ein entsprechender Stromimpuls durch die Primärwicklung 7 erfolgt. Dies hat zur Folge, daß ein im entsprechenden Wicklungsverhältnis hochgespannter Spannungs- bzw. Stromimpuls am Ausgang der Sekundärwicklung 17 erzeugt wird, der über den Zaunkontakt 19 an den nicht näher dargestellten Weidezaun abgegeben wird.

Der Kondensator 11 zusammen mit der Induktivität der Primärwicklung 7 bildet einen Schwingkreis mit vergleichsweiser hoher Frequenz. Durch die Diode 15 wird dieser Schwingkreis in Gegenstromrichtung geschlossen, um die Schwingungen nach Sperren des Thyristors weiterzuführen und eine Rückladung des Kondensators 11 mit nicht verbrauchter Energie zu ermöglichen. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, weil der Schwingkreis nicht durch Schaltglieder des Spannungsverdopplers bedämpft wird, wenn die Spannung am Kondensator 11 während der Schwingung negative Werte erreicht.

Außerdem kann die üblicherweise notwendige Diode 15 in der gezeigten Anordnung entfallen, da über die Reihenschaltung von Diode 10 und Diode 9 bereits ein Weg für die Rückladung vom Kondensator 11 vorhanden ist.

Der Taktgenerator 14, der das Schaltglied 13 taktet, wird nun erfindungsgemäß über den Synchronisationseingang 16 mit der Netzspannung der Phase 4 synchronisiert. Er enthält einen nicht näher dargestellten Frequenzteiler, um aus den 50 Hz der Netzschwingung die gewünschte Taktfrequenz zu generieren. Durch die Einbindung des Synchroneingangs an der dargestellten Stelle ist bereits die gewünschte, feste Phasenbeziehung zwischen der Netzspannung und dem Taktgenerator 14 hergestellt. Generell kann diese Phasenbeziehung jedoch auch über zusätzliche Zeitverzögerungsglieder eingestellt werden.

Der Triggerausgang zündet das Schaltglied 12 im vorliegenden Ausführungsbeispiel stets während der negativen Halbwelle auf der Phase 4. Hierdurch bleibt der Kondensator 6 geladen, es fließt kein Umladestrom und der Kondensator 6 kann in der folgenden positiven Netzphase seine Ladung wieder an den Kondensator 11 abgeben.

Falls die Taktung des Schaltglieds 12 bei der positiven Halbwelle an der Phase 4 erfolgen würde, so würde der Kondensator 6 über den Widerstand 5 und das Netz mit einer entsprechenden Zeitkonstante auf die entgegengesetzte Polarität umgeladen werden. Ohne zusätzliche Entstörmaßnahmen würde dies zu einer steilflankigen Belastung des Netzes und damit zu Funkstörungen führen. Außerdem würde hierbei im Widerstand 5 eine relativ hohe Verlustleistung entstehen, da in der darauffolgenden negativen Netzphase der Kondensator 6 nochmals vollständig umgeladen werden muß.

Bei einem freilaufenden Taktgenerator, wie dies bislang gemäß dem Stand der Technik der Fall war, war die Phasenlage des Impulses am Triggerausgang zum Schaltglied 12 rein zufällig, so daß auch der nicht erwünschte letztgenannte Fall einer Taktung während des Anliegens der positiven Halbwelle entsprechend der Zufälligkeit vorkommen konnte. Hierdurch entstand ein schwankender, nicht vorhersehbarer Störpegel, der entsprechende Maßnahmen zur Entstörung erforderlich machte.

Durch die Synchronisation des Taktgenerators 14 mit der Netzspannung ist zum einen die Ausbildung des Taktgenerators 14 mit weniger Aufwand verbunden, wobei zugleich eine hohe Genauigkeit und ein zeitkonstanter Impulsabstand am Generatorausgang gewährleistet bleibt. Weiterhin ist durch einen derart synchronisierten Taktgenerator 14 die Entstörung der gesamten Vorrichtung 1 durch die geeignete Wahl der Phasenbeziehung zwischen der Netzspannung und dem Triggersignal am Triggerausgang 13 wie beschrieben erheblich vereinfacht. Aufwendige Maßnahmen zur Funkentstörung können entfallen und die Blindleistung im Spannungsverdoppler wird reduziert. Bezugszeichenliste 1 Vorrichtung

2 Netzeingang

3 Nulleiter

4 Phase

5 Widerstand

6 Kondensator

7 Primärwicklung

8 HV-Transformator

9 Diode

10 Diode

11 Primärstromkondensator

12 Schaltglied

13 Triggerausgang

14 Taktgenerator

15 Diode

16 Synchronisationseingang

17 Sekundärwicklung

18 Erdkontakt

19 Zaunkontakt


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Elektrozauns, wie eines Weidezauns für Tiere mit einem Taktgenerator zur zeitlichen Taktung von an den Zaun abzugebenden Spannungs- bzw. Stromimpulsen, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (14) mit der Netzspannung als Referenzsignal phasengekoppelt synchronisiert ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Takt für die Spannungs- bzw. Stromimpulse an den Weidezaun durch Aufaddieren der Netzschwingungen bzw. durch einen Frequenzteiler der Netzfrequenz erzeugt wird.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenkopplung des Zaunsignals mit der Netzspannung im Hinblick auf eine Verringerung von Netzstörströmen angepaßt ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktung des Zaunsignals nur bei Anliegen einer bestimmten Halbwelle der Netzspannung erfolgt.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Primärstromkondensator (11) mit fester Polarität im Primärstromkreis des Hochspannungstransformators (8) vorgesehen ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schaltung mit positiven Spannungs- bzw. Stromimpulsen aus dem Primärstromkondensator (11) in die Primärwicklung (7) des Hochspannungstransformators (8) die Taktung bei der negativen Halbwelle der Netzspannung oder bei entsprechend negativen Spannungs- bzw. Stromimpulsen aus dem Primärstromkondensator (11) die Taktung bei der positiven Halbwelle erfolgt.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsverdoppler (5, 6, 9, 10) vorgesehen ist, wobei das Synchronisationseingangssignal (16) des Taktgebers (14) im Spannungsverdoppler abgegriffen wird.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsverdoppler einen Kondensator (6) umfaßt, der mit dem Primärstromkreis des Hochspannungstransformators (8) über eine Diode (10) verbunden ist, der wiederum auf der Primärstromseite des Kondensators (6) eine mit dem Nulleiter (3) verbundene Diode (9) vorgeschaltet ist, wobei das Synchronisationssignal (16) für den Taktgeber (14) zwischen den beiden Dioden (9, 10) abgegriffen wird.






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