Die Erfindung betrifft ein Elektrozaungerät zur Erzeugung von Impulsen, das mindestens zwei an denselben Elektrozaun angeschlossene gleichzeitig betreibbare Impulsgeneratoren enthält, wobei jeder der beiden Impulsgeneratoren ein den Energiegehalt des vom jeweiligen Impulsgenerator auf den Elektrozaun gelegten elektrischen Impulses bestimmendes, vollständiges Schwingungssystem mit je einem Impulstransformator, je einem Energiespeicherkondensator und je einem den Energiespeicherkondensator zum Entladen über die Primärwicklung des Impulstransformators schaltenden Schaltelement enthält.
Aus EP-A-0 251 820 ist ein Elektrozaungerät bekannt, das mindestens zwei Impulsgeneratoren enthält, die an denselben Elektrozaun angeschlossen sind. Von diesen Impulsgeneratoren ist im Normalbetrieb einer eingeschaltet, während die Einschaltung eines zweiten oder weiterer Impulsgeneratoren nur dann erfolgt, wenn die jeweils gegebenen Lastverhältnisse am Elektrozaun verstärkte Impulsaufgabe erforderlich machen.
Aus EP-A-0 179 435 ist ferner ein Elektrozaungerät bekannt, bei welchem zwei gleiche Impulserzeuger-Schlatungsanordnungen vorgesehen sind, von welchem die eine über eine Hochspannungsdiode und die andere über einen ohm'schen Widerstand als zusätzliche Impedanz und eine Hochspannungsdiode an den Elektrozaun angeschlossen sind. Zweck dieser Anordnung ist es, Impulspaare auf dem Elektrozaun zu erzeugen. Der über die zusätzliche Impedanz geführte Impuls jedes Paares ist in seiner Spitzenspannung sehr viel stärker abhängig von der Zaunbelastung als der direkt auf den Zaun gegebene Impuls. Der Vergleich der beiden Impulse jedes Paares gibt dadurch eine Aussage über die augenblickliche Zaunbelastung.
Aus EP-A-0 036 089 ist ein Impulsgenerator bekannt, bei welchem durch gegenseitige Abstimmung der durch Energiespeicherkondensator, Impulstransformator und Zaunkapazität gegebenen Bestimmungsgrößen des Schwingungssystems ein als Tastimpuls benutzter energieschwacher Impuls durch den Einschwingvorgang des Schwingungssystems hervorgerufen wird, wobei dieser über die Streuinduktivität des Impulstransformators geführte Tastimpuls in sehr hohem Maße von der augenblicklichen Zaunbelastung abhängig ist und dazu dient, bei geringer Zaunbelastung die Entwicklung eines energiestarken Impulses aus der Hauptschwingung des Schwingungssystems vorzeitig abzubrechen oder bei höherer Zaunbelastung die Entwicklung des energiestarken Impulses aus der Hauptschwingung zuzulassen. Mit diesem Impulserzeuger wird angestrebt, den Energieverbrauch für den Betrieb des Elektrozaungerätes wesentlich herabzusetzen. Eine gegenseitige Verstärkung von Tastimpuls und Hauptimpuls wird weder angestrebt noch erreicht.
Aus DE-A-2 438 582 ist ein Elektrozaungerät bekannt, bei welchem eine einzige Impulserzeuger-Schaltungsanordnung vorgesehen ist, und aus dieser Schaltungsanordnung ein sich an den erzeugten Impuls anschließender flacher Nachimpuls abgeleitet werden soll, um dadurch die Impulsdauer zu vergrößern. Mit dieser bekannten Schaltungsanordnung wird angestrebt, den Energiegehalt der auf den Elektrozaun gegebenen Impulse unter Umgehung bestehender Sicherheitsvorschriften etwas zu erhöhen, wobei von einer aus DE-B-1 514 726 für Dressurgeräte bekannten Lösung ausgegangen wird. Bei solchen Dressurgeräten, die unmittelbar am Körper des zu dressierenden Tieres angesetzt werden, soll durch einen nachgesetzten Impuls geringerer Spannung die Impulsbreite und damit die Schreckwirkung des Impulses erhöht werden.
Gegenüber diesen bekannten Geräten und Schaltungsanordnungen befaßt sich die Erfindung mit dem Problem, daß bei Elektrozaungeräten eine Grenze bezüglich der jedem Elektrozaunimpuls mitgegebenen Energie erreicht ist und dennoch unter ungünstigen Bedingungen im Interesse der Hütesicherheit noch höhere Energie in jedem Impuls wünschenswert wäre. Bei aus dem elektrischen Leitungsnetz betriebenen Elektrozaungeräten nähert sich die den elektrischer Impulsen mitgegebene Energiemenge bei ungünstigen Verhältnissen bereits der Gefährdungsgrenze für Mensch und Tier, so daß eine nennenswerte Erhöhung der Impulsenergie bei derartigen Geräten nicht mehr in Betracht gezogen werden sollte. Bei batteriebetriebenen Elektrozaungeräten wird der Energiegehalt der Impulse begrenzt durch die in einer Trockenbatterie oder einem Akkumulator zur Verfügung stehende Energiemenge, die im Betrieb des Elektrozaungerätes auf einen möglichst langen Zeitraum, möglichst über eine ganze Hüteperiode, ausreichen sollte.
Ausgehend von diesen Gegebenheiten kann die Überlegung nicht zum Ziel führen, zumindest nicht grundsätzliche Abhilfe schaffen, daß ein Elektrozaungerät mit zwei Impulsgeneratoren ausgerüstet werden könnte, von denen der erste wie bei EP-A-0 251 820 bzw. EP-A-0 179 435 für den normalen Betrieb des Elektrozaunes ausgelegt ist und der zweite im Gegensatz zu EP-A-0 251 820 bzw. EP-A-0 179 435 erheblich stärker als der erste Impulsgenerator ausgelegt und als Verstärker eingeschaltet werden könnte, wenn die elektrische Belastung am Elektrozaun, insbesondere ein Abfall der Zaunisolation die Leistungsfähigkeit des ersten Impulsgenerators übersteigt. Es würde in solchem Fall entweder die oben angesprochene Gefahrengrenze überschritten oder bei aus einer Batterie betriebenen Elektrozaungeräten eine Batterie solcher Größe erforderlich, die hinsichtlich Handhabbarkeit und Preis für solche Elektrozaungeräte unangemessen ist.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei Elektrozaungeräten die Wirksamkeit der Elektrozaunimpulse erheblich zu erhöhen, ohne den Energiegehalt der Impulse merklich zu vergrößern, um hierdurch zwei konkurrierenden Forderungen an Elektrozaungeräten gerecht zu werden:
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Impulsgenerator mit einem Schwingungssystem für Erzeugung von elektrischen Hochspannungsimpulsen größerer Impulsdauer und der zweite Impulsgenerator mit einem Schwingungssystem für Erzeugung Hochspannungsimpulse deutlich kleinerer Impulsdauer vorgesehen sind, wobei das Schwingungssystem des zweiten Impulsgenerators mit wesentlich geringerer innerer Impedanz als das Schwingungssystem des ersten Impulsgenerators ausgebildet ist, und daß Steuereinrichtungen für die beiden Schwingungssysteme vorgesehen sind, mit welchen wahlweise je ein Impuls des ersten Impulsgenerators und des zweiten Impulsgenerators in gewünschter gegenseitiger, zeitlicher Ordnung auslösbar sind, derart, daß der Impuls des zweiten Impulsgenerators durch Ionisation den elektrischen Leitungsweg für den Impuls des ersten Impulsgenerators schafft.
Durch die Erfindung wir erreicht, daß auch bei begrenztem Energiegehalt der auf den Elektrozaun gegebenen Impulse bei allen denkbaren Bodenverhältnissen und auch bei erheblichem Zaunbewuchs volle Hütesicherheit gewährleistet ist, ohne Gefahren für Mensch und Tier hervorzurufen. Dabei liegt der Erfindung die Überlegung zugrunde, daß der vom ersten Impulsgenerator erzeugte energiestarke Impuls bei hoher R-Last (verminderter Isolation) des Elektrozauns in seiner Spitzenspannung zwar stark herabgesetzt wird, aber noch immer im wesentlichen ausreichenden Energieinhalt für die Reizwirkung eines elektrischen Schlages hat. Nur wird durch die herabgesetzte Spitzenspannung nicht mehr die Reizwirkung des elektrischen Schlages mit Sicherheit ausgelöst. Andererseits werden durch den zweiten Impulsgenerator zeitlich schmale, energieschwache, nadelförmige elektrische Impulse erzeugt. Durch die Ausbildung des zweiten Impulsgenerators mit möglichst geringer innerer Impedanz (wie es für den ersten Impulsgenerator im Hinblick auf die aufzunehmende und umzusetzende Energiemenge nicht möglich ist), sind die nadelförmigen energieschwachen Impulse des zweiten Impulsgenerators in ihrer Spitzenspannung wesentlich weniger gegenüber den am Elektrozaun herrschenden Verhältnissen, insbesondere gegenüber der Zaunisolation empfindlich. Die gegenseitige Zuordnung jeweils eines energiestarken Impulses aus dem ersten Impulsgenerator und eines energieschwachen Impulses aus dem zweiten Impulsgenerator führt dann dazu, daß die für die Reizwirkung erforderliche Energie mit den Impulses des ersten Impulsgenerators und die für die Auslösung der Reizwirkung erforderliche Spitzenspannung mit den Impulsen aus dem zweiten Impulsgenerator geliefert werden, während die mit den energieschwachen Impulsen zugeführte Energiemenge praktisch unbedeutend oder zumindest nur nebensächlich ist, aber dafür ausreicht, durch Ionisation den elektrischen Leitungsweg für den Impuls des ersten Impulsgenerators vorzubilden. Es ergibt sich dadurch eine optimale funktionelle Zusammenwirkung im Sinne der Ionisation der am und im Tierfell vorhandenen Luft und Übertragung der Energie des Impulses größerer Impulsdauer über den so geschaffenen elektrischen Leitungsweg auf den Körper des abzuschreckenden Tieres.
Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere für batteriebetriebene Elektrozaungeräte zu empfehlen, daß der erste Impulsgenerator Einrichtungen (Rückgewinnungsdiode) zur Energie-Rückgewinnung enthält, wobei die Sekundärwicklung des Impulstransformators im ersten Impulsgenerator direkt und die Sekundärwicklung des Impulstransformators im zweiten Impulsgenerator über eine Hochspannungsdiode an den Elektrozaun angeschlossen sind.
Für die Erzeugung von Impulsen unterschiedlicher Impulsdauer kann erfindungsgemäß das Schwingungssystem in dem ersten Impulsgenerator für die Erzeugung von energiestarken elektrischen Impulsen größerer Impulsdauer mit einem Energiespeicherkondensator und dessen Ladestromkreis zum Aufnehmen und Umsetzen einer mehrfachen Enegiemenge wie das Schwingungssystem des zweiten Impulsgenerators ausgelegt sein.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die Schwingungssysteme beider Impulsgeneratoren zum Laden ihrer Energiespeicherkondensatoren auf gleiche elektrische Spannung ausgebildet, während die elektrische Kapazität des Energiespeicherkondensators im ersten Impulsgenerator wesentlich größer als die elektrische Kapazität des Energiespeicherkondensators im zweiten Impulsgenerator ist. Die elektrische Kapazität des Energiespeicherkondensators im ersten Impulsgenerator kann dabei zwischen etwa dem doppelten bis 10-fachen der elektrischen Kapazität des Energiespeicherkondensators im zweiten Impulsgenerator sein. Da auch die Gegeninduktivität des Impulstransformators für die Frequenz der im Schwingungssystem erzeugten elektrischen Schwingung bestimmt ist, kann im zweiten Impulsgenerator zusätzlich auch ein Impulstransformator wesentlich geringerer Gegeninduktivität vorgesehen werden, als im ersten Impulsgenerator.
Es besteht in anderer Ausführungsform der Erfindung auch die Möglichkeit, das Schwingungssystem im ersten Impulsgenerator zum Laden seines Energiespeicherkondensators auf höhere elektrische Spannung als das Schwingungssystem im zweiten Impulsgenerator auszubilden. Da die im Energiespeicherkondensator enthaltene elektrische Energie abhängig ist von dem Quadrat der an dem Energiespeicherkondensator anliegenden elektrischen Spannung läßt sich die vom Energiespeicherkondensator aufgenommene und im Schwingungssystem umgesetzte elektrische Energie auch auf diese Weise einstellen. Da jedoch die Impulsbreite von der Frequenz der im Schwingungssystem erzeugten elektrischen Schwingungen abhängt und diese wiederum von der Gegeninduktivität, müßte in solchem Fall im zweiten Impulsgenerator ein Impulstransformator wesentlich geringerer Gegeninduktivität als im ersten Impulsgenerator eingesetzt werden.
Zur Minderung der inneren Impedanz im Schwingungssystem des zweiten Impulsgenerators kann auch der Impulstransformator den zweiten Impulsgenerator mit enger elektrischer Ankopplung zwischen seiner Primärwicklung und seiner Sekundärwicklung und nur kleinem Streufaktor ausgebildet sein.
Eine besonders zweckmäßige Ausbildung des erfindungsgemäßen Elektrozaungerätes kann beispielsweise vorsehen, daß das Schwingungssystem des ersten Impulsgenerators zur Erzeugung von elektrischen Impulsen mit bei geringer R-Last (Zaunisolation 5000 Ω und mehr) des Elektrozauns Spitzenspannung bei etwa 4000 V bis 7000 V und zeitlicher Impulsbreite bei etwa 100 µs ausgebildet ist, während das Schwingungssystem des zweiten Impulsgenerators für die Erzeugung von elektrischen Impulsen mit Spitzenspannung bei etwa 3000 V bis 5000 V und Impulsbreite bei ca. 5 µs bis 10 µs sowohl bei geringer R-Last (Zaunisolation 5000 Ω und mehr) als auch bei mittlerer und hoher R-Last (Zaunisolation unterhalb 5000 Ω bis unterhalb 500 Ω) ausgebildet ist. In solcher Auslegung des Elektrozaungerätes stellt der Ausgang des Impulsgenerators für Impulse von z.B. 100 µs zeitlicher Impulsbreite eine Sperre für die Schwingungen für Impulse von ca. 5 bis 10 µs zeitlicher Impulsbreite in Art eines Tiefpaßfilters dar. Es genügt in dieser Ausführungsform der Erfindung, wenn lediglich der Ausgang des für die schmalen Impulse ausgelegten Impulsgenerators, also des zweiten Impulsgenerators, über eine Hochspannungsdiode an den Elektrozaun gelegt ist. Der Ausgang des ersten Impulsgenerators kann direkt an den Elektrozaun gelegt werden und ermöglicht dadurch die Benutzung herkömmlicher Energierückgewinnungseinrichtungen innerhalb des ersten Impulsgenerators.
Für den Einsatz bei batteriebetriebenen erfindungsgemäßen Elektrozaungeräten kann zumindest das Schwingungssystem des ersten Impulsgenerators, nämlich desjenigen für die breiteren, energiebeladenen Impulse, in an sich bekannter Weise für die Erzeugung von Einschwingimpulsen ausgestattet sein:
Die Möglichkeit, zumindest in dem Schwingungssystem für die Erzeugung breiterer, energiebeladener Impulse vor dem eigentlichen energiebeladenen Impuls noch einen Einschwingvorgang zu erzeugen, hat in Verbindung mit der Erfindung die besondere Bedeutung, daß der Einschwingvorgang nicht nur wie in DE 30 09 838 C2 je nach Belastungszustand des Elektrozaunes entweder die Entwicklung des nachfolgenden energiebeladenen Impulses unterbindet oder zuläßt, sondern gibt zusätzlich die Möglichkeit, auch auf die Steuerungseinrichtungen des Gesamtgenerators dahingehend einzuwirken, daß je nach gewünschter Einstellung an diesen Steuerungseinrichtungen der Einschwingvorgang auch die Erzeugung der schmaleren Hochspannungsimpulse unterdrücken kann. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Generator besonders energiesparend ausgebildet werden.
In einfacher Ausführung der Erfindung ist es möglich, beide Systeme, nämlich die Erzeugung energiebeladener Hochspannungsimpulse größerer Impulsdauer und Erzeugung schmaler Hochspannungsimpulse ständig zu betreiben. Dabei würde bei normaler Zaunisolation die Erzeugung der schmalen Hochspannungsimpulse mehr oder weniger leer mitlaufen bei geringfügig erhöhtem aber noch tragbarem Dauerverbrauch an Batteriestrom. Dieser Dauerverbrauch wäre insbesondere auch deshalb tragbar, weil wegen der wirksamen Energierückgewinnung auch die mit den schmalen Hochspannungsimpulsen in den Zaun abgegebene Energie über das System zur Erzeugung der energiebeladenen Hochspannungsimpulse größerer Impulsdauer wieder in dessen Ladekondensator zurückgeführt wird.
Aus der der Erfindung zugrundeliegenden Überlegung ergibt sich aber auch, daß die gegenseitige Zuordnung eines energiestarken Impulses aus dem ersten Impulsgenerator und eines energieschwachen nadelförmigen Impulses aus dem zweiten Impulsgenerator nicht ständig erfolgen muß, sondern dann von Bedeutung ist, wenn durch die am Elektrozaun herrschenden Verhältnise der energiestarke Impuls in seiner Spitzenspannung an und unter die Schwelle einer sicheren Reizauslösung herabgestetzt ist. Im Rahmen der Erfindung ist es daher zu empfehlen, das Elektrozaungerät mit Einrichtungen zu versehen, mittels deren der zweite Impulsgenerator von Hand oder automatisch im Bedarfsfall zugeschaltet werden kann, während der erste Impulsgenerator bei Betrieb des Elektrozaungerätes ständig eingeschaltet sein soll.
Vorzugsweise soll der Hochspannungsimpuls geringerer Impulsdauer erst zugeschaltet werden, wenn die Zaunbelastung einen bestimmten Widerstandswert unterschritten hat, z.B. bei Zaunisolation unterhalb 5 k Ω . Die energiebeladenen Impulse größerer Impulsdauer werden bei ohm'scher Zaunbelastung naturgemäß stärker gedämpft als schmale oder sehr schmale Hochspannungsimpulse. Dies bedeutet, daß die Spitzenspannung des breiten energiebeladenen Impulses sich bei abnehmender Zaunisolation biszu etwa 100 V bei beispielsweise 500 Ω Isolationswiderstand reduziert. Der sehr schmale Impuls des anderen Systems bestimmt bei abnehmenden Isolationswiderständen des Elektrozaunes die Spannungshöhe, da er praktisch ungedämpft bleibt, mit dem Ergebnis, daß an beispielsweise 500 Ω Isolationswiderstand ein breiter Grundimpuls niedriger Höhe und ein schmaler, hoher Nadelimpuls auftreten.
Im Rahmen der Erfindung können die Steuereinrichtungen für die Schwingungssysteme dazu ausgebildet sein, das Schwingungssystem zur Erzeugung eines schmalen Impulses in demjenigen Zeitpunkt zur Erzeugung eines schmalen Impulses zu betätigen, wenn sich der von dem anderen Schwingungssystem erzeugte breitere Impuls im Spannungsmaximum oder in der Nachbarschaft davon befindet. Auf diese Weise wird die optimale Zusammenwirkung der beiden unterschiedlichen Impulse gewährleistet. Wird im Rahmen der Erfindung das Schwingungssystem für die schmalen Impulse normalerweise außer Betrieb gehalten, so sind die Steuereinrichtungen für die Schwingungssysteme dazu auszubilden, die elektrische Zaunbelastung bzw. den elektrischen Isolationswiderstand des Zaunes gegen Erde fortwährend festzustellen und bei Unterschreiten eines Schwellenwertes des Isolationswiderstandes (z.B. 5 kΩ) das Schwingungssystem für die Erzeugung schmaler Impulse in Betrieb zu setzen. Da es bei Benutzung des energiebeladenen breiteren Impulses zur Steuerung für Einschalten der schmalen Hochspannungsimpulse praktisch nur möglich ist, zunächst die Auslösung des schmalen Hochspannungsimpulses zeitlich nach Ablauf des die Steuerung auslösenden ersten Impulses vorzunehmen, soll im Rahmen der Erfindung für das nächste Impulsepaar eine zeitliche Umsteuerung dahingehend erfolgen, daß der Hochspannungsimpuls mit dem energiebeladenen breiten Impuls zusammengeführt wird. Hierzu können die Steuereinrichtungen für die Schwingungssysteme erfindungsgemäß dazu ausgebildet sein, bei Inbetriebsetzen des Schwingungssystems für schmale Hochspannungsimpulse sofort einen solchen schmalen Hochspannungsimpuls auch noch nach Ablauf des breiteren energiebeladenen Impulses auszulösen und die Auslösung für die nächstfolgende Impulskombination für Abgabe des schmalen Hochspannungsimpulses zeitlich im Bereich des Spannungsmaximums des breiteren energiebeladenen Impulses einzurichten. Hierdurch wird nach Ablauf des ersten Doppelimpulses - Detektions-Impulses - beim nächsten periodischen Doppelimpuls der zweite Einzelimpuls, d.h. der schmale Hochspannungsimpuls zeitlich so verschoben, daß er auf den energiebeladenen Einzelimpuls aufgesetzt wird, vorzugsweise auf dem Scheitel oder in der Nähe davon. Er kann aber auch schon in der Anfangsphase des breiten energiebeladenen Impulses auftreten. Erst in dieser Konstellation können sich die beiden Einzelimpulse ideal ergänzen und zu ganz neuen praktischen Wirkungen am Zaun unter Bewuchs oder bei Tierberührung führen. Der schmale, nadelförmige Impuls hoher Spannung macht als reiner Zündimpuls den Weg frei bzw. schafft durch Ionisation einen elektrischen Leitungsweg für den energiereichen Hauptimpuls. Der letztere kann also jetzt trotz ungünstiger Zaunbedingungen und niedriger Eigenspannung wieder voll zur Wirkung kommen; er wird sozusagen "getriggert" und damit praktisch unabhängig vom Zaunzustand.
Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es möglich, auch "bewuchsfeste" batteriebetriebene Elektrozaungeräte zu bauen, ähnlich oder gleich bewuchsfest wie starke, aus dem elektrischen Leitungsnetz betriebene Elektrozaungeräte. Die Erfindung ist jedoch auch bei aus dem elektrischen Leitungsnetz oder mittels Akkumulatoren betriebene Elektrozaungeräten mit Vorteil anwendbar.
Bei mit Akkumulator betriebenen Elektrozaungeräten kann bei etwa gleichen Hütewirkungen wie bisher eine deutliche Stromeinsparung erreicht werden. Bei aus dem elektrischen Leitungsnetz betriebenen Elektrozaungeräten ist es möglich, bei etwa gleicher Hütewirkung wie bisher die maximale Impulsenergie zu reduzieren, wodurch die Unfallgefahr aufgrund zu starker Impulsenergien gesenkt werden kann. Ferner wird der Funkstörpegel deutlich herabgesetzt.
Bei bewuchsfesten Elektrozaungeräten mit Akkumulatorbetrieb oder Netzbetrieb bietet die Erfindung ohne wesentlichen Mehraufwand die Möglichkeit, eine aussagefähige Zaunkontrolle vorzunehmen, dadurch, daß die Zuschaltung des zweiten Impulses optisch oder akustisch angezeigt wird. Herkömmliche Elektrozaungeräte dieser Art lassen auch gravierende Zustandsänderungen am Zaun nicht mehr erkennen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
In der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 5 handelt es sich um ein Elektrozaungerät, das aus einer Trockenbatterie oder Nassbatterie (Akkumulator) gespeist wird. Das Elektrozaungerät weist einen Stromversorgungsteil 1 auf, welcher die ankommende Speisespannung, d.h. die Gleichspannung der Batterie, umsetzt und eine geeignete Versorung der nachgeschalteten Module sicherstellt. An dem Stromversorgungsteil 1 schließt sich ein DC-DC-Wandler 2 an, der die in der Regel niedrige Speisespannung der Batterie (Gleichspannung 6 V, 9 V oder 12 V) in eine Gleichspannung von beispielsweise 350 V bis 400 V umwandelt. Für den gleichmäßigen Betrieb des DC-DC-Wandlers 2 und die Erzielung stabiler Ausgangsspannung am DC-DC-Wandler 2 ist dieser mit einem Steuermodul 3 verbunden.
Das Elektrozaungerät nach Figur 1 enthält ferner eine Auswerteeinheit 4 und einen Taktgeber 5 für die beiden Impulsgeneratoren 6 und 7. An die beiden Impulsgeneratoren 6 und 7 ist gemeinsam ein Elektrozaun angeschlossen, der bei geringer R-Last (bewuchsfreier Zustand ohne Tierberührung) ersatzweise durch einen elektrischen Kondensator 8 dargestellt ist. Die Kapazität des elektrischen Kondensators 8 ist in der Praxis mit 10nF pro 1 km Zaunlänge anzunehmen. Besteht mittlere R-Last (Verminderung der Zaunisolation durch Bewuchs am Elektrozaun), so wird dies durch einen dem elektrischen Kondensator parallel geschalteten ohm'schen Widerstand 9 von beispielsweise 5000 Ω dargestellt, um eine bestimmte Bewuchssituation am Zaun zu simulieren. Bei sehr starken Bewuchs und bei Tierberührung kann hohe R-Last, beispielsweise Absinken der Zaunisolation auf 5000 Ω und weniger eintreten.
Jeder der beiden Impulsgeneratoren 6 und 7 enthält im dargestellten Beispiel einen Impulstransformator Tr₁ bzw. Tr₂, einen Energiespeicherkondensator C₁ bzw. C₂ und einen Entladeschalter S₁ bzw. S₂,um den Energiespeicherkondensator C₁ bzw. C₂ über die Primärwicklung W₁₁ bzw. W₁₂ des jeweiligen Impulstransformators Tr₁ bzw. Tr₂ zu entladen.
Die Schalter S₁ bzw. S₂ sind gesteuerte elektronische Schalter, beispielsweise Thyristoren, wie bei Th in Figur 2 angedeutet. Die Sekundärwicklungen W₂₁ bzw. W₂₂ der Impulstransformatoren Tr₁ bzw. Tr₂ sind an den Elektrozaun angeschlossen und zwar ist am Impulsgenerator 7 eine Hochspannungsdiode D₃ zwischen die Sekundärwicklung W₂₂ und den Elektrozaun eingesetzt. Jeder Energiespeicherkondensator C₁ bzw. C₂ wird jeweils über eine Diode D₁ bzw. D₂ von dem selben DC-DC-Wandler 2 her geladen, also auf gleiche Ladespannung gebracht. Die beiden Impulsgeneratoren 6 und 7 unterscheiden sich dadurch, daß der Impulsgenerator 6 für die Erzeugung energiestarker Impulse ausgelegt ist. Hierzu weist der Energiespeicherkondensator C₁ beispielsweise eine Kapazität von 4,5 µF auf und wird auf eine Spannung UC1 = 330 V aufgeladen. Er enthält dann eine Energiemenge von AC1 = 0,245 J. Der Impulstransformator Tr₁ hat beispielsweise eine Induktivität von 1,9 Hy. Seiner Auslegung und Konstruktion entsprechend weist er einen Verlustfaktor auf, der sich als Streuinduktivität Ls₁ = 0,08 Hy darstellen läßt. Dies sind 4,2% der Induktivität L₁. Der Impulsgenerator 7 kann im dargestellten Beispiel einen Energiespeicherkondensator mit Kapazität C₂ = 0,9 µF enthalten, der auf dieselbe Spannung UC2 = 330 V aufgeladen wird, wie der Energiespeicherkondensator C₁ im Impulsgenerator 6. Der Energiegehalt des geladenen Energiespeicherkondensators beträgt dann AC2 = 0,049 J. In weiterem Unterschied zum ersten Impulsgenerator 6 ist der Impulstransformator Tr₂ mit sehr viel engerer Ankopplung seiner beiden Wicklungen W₁₂ und W₂₂ ausgebildet, so daß auch der Verlustfaktor bzw. die Streuinduktivität Ls₂ geringer d.h. bei 1 bis 2% der Transformatorinduktivität liegen kann. Im Hinblick auf die wesentlich geringere, zu übertragende Energie kann der Impulstransformator Tr₂ des zweiten Impulsgenerators 7 auch kleiner und mit geringerer Induktivität als derjenige des ersten Impulsgenerators 6 ausgebildet sein.
Figur 3 zeigt das elektrische Wirkschema (Ersatzschaltbild), das dem Impulsgenerator 6 gemäß Figur 1 entspricht. L ist die äquivalente Ersatzinduktivität des Impulstransformators Tr₁, Ls die Ersatzinduktivität der Streuinduktivität des Impulstransformators Tr₁ und R der Ersatzwiderstand. Der Impulstransformator Tr₁ hat in der Regel ein Übersetzungsverhältnis, beispielsweise Ü = 14, also eine größere Windungszahl in der Sekundärwicklung W₂₁ als in der Primärwicklung W₁₁. Alle Größen in dem in Figur 2 gezeigten Ersatzschaltbild sind entsprechend auf die Primärseite oder auf die Sekundärseite zu beziehen.
Die Arbeitsweise des ersten Impulsgenerators 6 sei im folgenden anhand von Figur 3 erläutert:
Der Energiespeicherkondensator C₁ sei auf die Spannung U₁ aufgeladen. Ein Zündimpuls macht den Thyristor Th leitend. Dadurch wird der Energiespeicherkondensator C₁ parallel zur Primärwicklung des Impulstransformators geschaltet. Die Ersatzinduktivität L ist jedoch groß gegenüber der Ersatzstreuinduktivität Ls, so daß die Impedanz der Strecke Ls, R, Cz wesentlich kleiner als die Impedanz der Strecke über L ist. Beim Schließen des Entladestromkreises setzt eine elektrische Schwingung ein. Wegen der kleineren Werte von Ls gegenüber L und Cz gegenüber C₁ ist die Frequenz dieser ersten Schwingung hoch. Nach Ablauf dieser als Einschwingvorgang bekannten Schwingung geht der Strom über in eine zweite Schwingung, die bestimmt wird durch die Kapazität des Energiespeicherkondensators C₁, die Ersatzinduktivität L des Impulstransformators und den Ersatzwiderstand R. Die Frequenz dieser zweiten Schwingung ist daher wesentlich kleiner als die Frequenz der ersten Schwingung. Bevor der Thyristor Th leitend wird, ist in dem Speicherkondensator ein bestimmter elektrischer Energiebetrag gespeichert (0,5 C₁U₁²).
Die Größen der Ersatzstreuinduktivität Ls, des Ersatzwiderstandes R und der sekundärseitigen Kapazität Cz (beispielsweise des den Elektrozaun andeutenden Kondensators 8), sowie die Freiwerdezeit des Thyristors Th sind so gewählt, daß der Thyristor durch die negative Halbwelle der ersten Schwingung des Einschwingvorganges gesperrt wird. Dabei muß allerdings der Zündimpuls bereits zu diesem Zeitpunkt abgelaufen sein, damit nicht der Zündimpuls den Thyristor offenhält. Der Entladevorgang des Energiespeicherkondensators C₁ wird unterbrochen. Es wird dann aus dem Energiespeicherkondensator C₁ nur so viel Energie entnommen wie nötig ist, um die sekundärseitige Kapazität (8 bzw. Cz) aufzuladen. Die dabei vom Energiespeicherkondensator C₁ abgegebene Energie wird aus der vorgeschalteten Energiequelle nachgeliefert bzw. durch Energie-Frühgewinnung ergänzt.
Im Fall der Tierberührung wird ein Ableitwiderstand Rz bzw. bei Zaunbewuchs ein Ableitwiderstand 9 parallel zur Zaunkapazität Cz bzw. 8 zugeschaltet. Dies führt zu einer starken Dämpfung der ersten Schwingung, wobei die zweite Halbwelle der ersten Schwingung wesentlich kleiner wird bzw. nicht mehr erscheint. Der Thyristor Th wird jetzt nicht mehr gesperrt. Die Energie des Energiespeicherkondensators C₁ entlädt sich jetzt voll über den Widerstand Rz des Tierkörpers bzw. den Widerstand 9 des Zaunbewuchses.
Bei der oben erläuterten Arbeitsweise des ersten Impulstransformators 6 ergibt sich für das gesamte Elektrozaungerät nach Figur 1 der folgende Funktionsablauf: Das Gerät sei nur mit der Kapazität 8 belastet. Wird die Schaltungsanordnung an die Stromversorgung angeschlossen, so läuft zunächst nur der erste Impulsgenerator 6. Es werden in Abständen von ca. 1 s Spannungsimpulse der oben erläuterten Art auf den Zaun gegeben. Wie Figur 1 zeigt, ist der vom Taktgeber 5 über dessen Ausgang a periodisch betätigte Schalter S₁ mit einer Energierückgewinnungsdiode D4 überbrückt. Nach Ablauf der ersten Halbwelle des Einschwingvorganges wird der Schalter S₁ wieder unterbrochen. Danach fließt die auf dem Elektrozaun (Kondensator 8) befindliche Impulsenergie nahezu vollständig in den Energiespeicherkondensator C₁ zurück, so daß das Gesamtsystem sehr energiesparend arbeitet und z.B. Impulse mit einer Scheitelspannung von mehr als 5000 V und einer Fußbreite von 0,1 ms in den Zaun einspeist.
Wenn der Schalter S₁ vom Taktgeber 5 über dessen Ausgang a betätigt wird, tritt Energie aus dem Energiespeicherkondensator C₁ in die Zaunkapazität (Kondensator 8) über, wobei die Spannung am Energiespeicherkondensator C₁ absinkt und sich gleichzeitig der Hochspannungsimpuls am Zaun aufbaut.
Figur 4 zeigt den Verlauf der Spannung am Energiespeicherkondensator C₁ bei praktisch rein kapazitiver Zaunbelastung und in gestrichelter Linie bei kapazitiver und ohm'scher Zaunbelastung. Der funktionsbedingte Spannungseinbruch (Spannungssack Ue) ist abhängig von der Menge der kurzzeitig entnommenen Energie. Wenn der Elektrozaun (Kondensator 8) die gesamte Energie aus dem Energiespeicherkondensator C₁ aufnimmt, wird die Nullinie erreicht, was etwa das Maximum des anzuschließenden Zaunes markiert. Hierbei kann auch noch eine überlagerte Schwingung auftreten, deren Scheitel unter die Nullinie fällt.
Bei Zäunen üblicher Länge (ca. 1 bis 3 km) wird bei entsprechender Geräteauslegung die Nullinie nicht erreicht.
Wird dagegen eine R-Last (Widerstandslast) von beispielsweise 5000 Ω zugeschaltet, so wird die Nullinie erreicht. Danach steigt die Spannung am Energiespeicherkondensator C₁ allmählich an (gestrichelte Linie in Figur 4 und 5). Im dargestellten Beispiel dient der unterschiedliche Spannungsverlauf gemäß Figur 4 und Figur 5 als Kriterium zur Auslösung des zweiten Impulsgenerators 7. Man kann hierzu mehrere Auswertungspunkte oder Auswertungslinien ansetzen. Gemäß Figur 4 ist die Linie X₁ vorgesehen. Fällt die Kondensatorspannung z.B. unter das Niveau X₁ ab, gibt die in der Auswerteeinheit 4 untergebrachte Auswertungslogik den Startbefehl an den Taktgeber 5 für den Schalter S₂ im zweiten Impulsgenerator 7 und löst dort einen schmalen Impuls hoher Scheitelspannung aus. Wie Figur 2 im linken Teil zeigt, liegt der bei Auslösung auftretende schmale Impuls hoher Spannung naturgemäß zeitlich hinter dem Ablauf des ihn auslösenden breiten Impulses aus dem ersten Impulsgenerator 6. Nachdem die Auslösung geschehen ist, verlegt jedoch der im Taktgeber 5 und mittels einer Vorrichtung 10 verstellbare Steuerteil im Taktgeber 5 den am Ausgang b des Taktgebers 5 erscheinenden Steuerimpuls für den Schalter S₂ des zweiten Impulsgenerators 7 derart, daß die folgenden schmalen Hochspannungsimpulse an diejenige Stelle gelegt werden, wie sie mit der Einrichtung 10 gewählt wird. Bevorzugt kann man die folgenden schmalen Hochspannungsimpulse etwa auf den Scheitel oder in dessen Nähe des vom ersten Impulsgeber 6 kommenden breiten energiebeladenen Impulses legen. Es ergibt sich hierdurch eine teilweise Summierung beider Spannungen, so daß die Gesamtspannung deutlich höher als die höchste Teilspannung ist. Man kann jedoch auch durch entsprechende Betätigung der Einstelleinrichtung 10 den schmalen, nadelförmigen Impuls an den Anfang des breiten energiebeladenen Impulses legen oder auch wie in Figur 2 punktiert gezeigt ist, an das Ende des breiten energiebeladenen Impulses. Auf diese Weise läßt sich die kombinierte Wirkung der einander zugeordneten Impulse den jeweiligen Gegebenheiten und dem jeweiligen Anwendungsfall anpassen. Dabei befindet sich die Energie pro Impulskombination fast ausschließlich im unteren Hauptimpuls. Sie ist der Leistungsfähigkeit der benutzten Batterie angepaßt.
Im Fall der Grenzbelastung bei etwa 500 Ω, was starkem Bewuchs des Elektrozaunes entspricht, erreicht der Scheitelwert des energiebeladenen, breiten Impulses maximal noch 1000 V, was nicht mehr ausreicht, einen elektrischen Funken an einem zusätzlich den Zaun berührenden Tier zu erzeugen. Mit dem zweiten, praktisch energielosen Hochspannungsimpuls wird jetzt trotz ungünstiger Zaunbedingungen ein Spannungsniveau geschaffen, das eine hohe Zündfreudigkeit sicherstellt, ohne dabei mehr Energie zu verbrauchen und das den Zaun berührende Tier mit mehr Energie zu belasten als bisherige Geräte. Der schmale Hochspannungsimpuls ist ein Triggerimpuls, der auch unter extrem ungünstigen Zaunbedingungen den Energieübertritt in das Tier möglich macht und somit das aus einer Batterie betriebene Elektrozaungerät praktisch bewuchsunabhängig macht. Wenn es darauf ankommt, einen Funken am Fell eines den Zaun berührenden Tieres zu zünden, kann es von besonderem Vorteil sein, den schmalen, nadelförmigen Triggerimpuls an den Anfang des Hauptimpulses zu legen, weil mit dem Zünden eines Funkens dann zugleich die Energie des Hauptimpulses verfügbar ist, um die mit dem elektrischen Funken erstrebte Reizwirkung zu erzielen.
In einer verbesserten Ausführung gemäß Figur 5 wird der Beginn der Auswertungslinie zeitlich gegenüber dem Zündzeitpunkt für den breiten energiebeladenen Hauptimpuls verschoben, und zwar derart, daß nur die langsam ansteigende Wiederaufladung nach einer Entladung bei unter R-Last stehendem Elektrozaun zu einem Schnittpunkt mit der Auswertungslinie X₂ führt, nicht aber der schnelle Wiederanstieg der Spannung durch die Energierückgewinnung. In diesem Fall wird der schmale nadelförmige Hochspannungsimpuls auch bei langen und überlangen Zäunen nicht ausgelöst, sondern nur bei Überschreiten einer definierten ohm'schen Zaunbelastung bzw. Unterschreiten eines definierten Isolationswiderstandes am Elektrozaun.
Die Auswertung der Veränderung der Zaunbelastung kann im Beispiel der Figuren 6 und 7 auch am Kollektor des im DC-DC-Wandler 2 vorgesehenen Zerhackertransistors oder Arbeitstransistors vorgenommen werden. Wie aus Figur 7 ersichtlich, ist die Kollektorspannung gering, wenn der Energiespeicherkondensator C₁ entladen ist und größer, wenn er ganz oder teilweise aufgeladen ist. Ebenso wie bei Auswertung der am Energiespeicherkondensator C₁ herrschenden Spannung kommt es auch in diesem Fall darauf an, den Beginn der Auswertung zeitlich zu verzögern, wenn erreicht werden soll, daß nur die Unterschreitung eines Ableitwiderstandes am Zaun, also die Überschreitung einer R-Last-Schwelle ausgewertet und zur Auslösung der schmalen, nadelförmigen Hochspannungsimpulse des zweiten Impulsgenerators 7 herangezogen werden soll. Dabei muß die Verzögerung so gewählt werden, daß das schnelle Durchschwingen der Kondensatorspannung bei überwiegender C-Last am Elektrozaun vor dem Einsetzen der Auswertung abgeschlossen ist.
Wie in Figur 8 angedeutet, ist es auch möglich, den Taktgeber 5 für die Betätigung des Schalters S₂ durch Zaunabtasteinrichtungen 12 auf der Zaunseite zu steuern. Diese Möglichkeit bedingt aber größeren Schaltungsaufwand einerseits durch die Zaunabtasteinrichtungen und andererseits auch in der elektrischen Schaltungsanordnung der Auswerteeinheit 4 und des Taktgebers 5.
In vereinfachter Ausführung kann überhaupt von der Steuerung des Taktgebers 5 aufgrund der Spannungsverhältnisse am Energiespeicherkondensator C₁ oder am Kollektor des Zerhackertransistors im DC-DC-Wandler 2 oder durch Spannungsabtasten am Zaun abgesehen und ständig gemeinsamer Betrieb der beiden Impulsgeneratoren 6 und 7 vorgesehen werden. Diese vereinfachte Ausführung kann generell an einem Elektrozaungerät vorgesehen sein, das dann nicht mit der Auswerteeinheit 4 und den diversen Abtasteinrichtungen ausgerüstet sein muß und auch nur einen vereinfachten Taktgeber benötigt.
Es ist aber auch möglich, die auf die augenblickliche Spannung am Energiespeicherkondensator C₁ zurückgreifende oder die Kollektorspannung am Zerhackertransistor des DC-DC-Wandlers 2 zurückgreifende Auswertung bzw. die Auswertung der Zaunabtastung abschaltbar zu machen. Dies kann mittels eines Schalters 11 erfolgen, der am Taktgeber 5 oder an der Auswerteeinheit 4 angebracht ist. Auf diese Weise kann das Elektrozaungerät nach Wunsch entweder mit der Auswertung oder mit ständigem gemeinsamen Betrieb der beiden Impulsgeneratoren 6 und 7 betrieben werden. Diese letztere Möglichkeit kann unter besonderen Bedingungen von Bedeutung sein, beispielsweise, wenn zeitweise mit so starkem Bewuchs am Elektrozaun zu rechnen ist, daß ohnehin ein sehr häufiges Einschalten des Impulsgenerators 7 zu erwarten wäre.
Es können auch noch zusätzlich hier nicht dargestellte Anzeigeeinrichtungen vorgesehen werden, die angeben, ob der Impulsgenerator 7 in Betrieb gesetzt ist. Wesentlich ist es, in allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Elektrozaungerätes, daß dem breiten energiebeladenen Impuls ein schmaler Hochspannungsimpuls beigegeben werden kann. In dieser Impulskombination erfolgt durch den Hochspannungsimpuls durch Ionisation ein Vorbilden des elektrischen Leitungsweges für den energiebeladenen Impuls zum Tierkörper.