Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen elektrischen Zaun nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, siehe FR-A 2 628 591.

Die Erfindung ist primär auf einen elektrischen Zaun zum Schutz von Pflanz-Einrichtungen und Anpflanzungen gerichtet, so wie Küchengärten, Blumenbeete, einzelnen Pflanzen und kleineren Gärten vor dem Eindringen und Zerstören durch Tiere, z. B. Rotwild, Hasen, Kaninchen etc. Obwohl die zu beschreibende Vorrichtung primär für kleinere Pfanzeneinrichtungen angepasst ist, ist zu bemerken, dass die erfindungsgemäße Lösung auch für elektrische Zäune anwendbar ist, die den Bewegungsraum von Vieh, sowie z. B Schafen, Kühen, Pferden etc. definieren. Auch andere Anwendungsfelder als elektrische Zäune sind für die Vorrichtung entsprechend der Erfindung möglich.

Elektrische Zäune, welche Tiere am Eintritt oder Verlassen eines Gebietes hindern, sind gut bekannt. Konventionelle elektrische Zäune arbeiten in solch einer Weise, dass sie in einheitlichen Zeitintervallen, z. B. einmal pro Sekunde ein Hochspannungsimpuls auf den elektrischen Zaun geben. Normaler Weise wird ein Transformator benutzt, dessen Primärwicklung mit einer Batterie oder einer anderen Spannungsquelle über einen Schalter verbunden ist. Der Schalter ist z. B. während einer Sekunde geschlossen und wird hiernach geöffnet, wobei ein Hochspannungsimpuls an der Sekundärwicklung des Transformators gebildet wird, die mit dem elektrischen Zaun und der Erde über einen sogenannten Erdspieß verbunden ist.

Der Nachteil solcher konventioneller elektrischer Zäune ist der hohe Gesamtverbrauch, da die Hochspannungsimpulse kontinuierlich und unabhängig davon erzeugt werden, ob ein Tier den Zaun berührt oder nicht. Dies bedeutet, dass eine Batterie, die zur Energieversorgung des elektrischen Zaunes benutzt wird, periodisch geladen werden muss, was eine zeit- und arbeitsaufwendige Operation erfordert. Um dieses Problem zu überwinden, ist vorgeschlagen worden, Näherungsdetektoren zu benutzen, um das Aufbringen der Hochspannung nur dann zu ermöglichen, wenn ein Tier mit dem elektrischen Zaun in Kontakt gerät. Solche Näherungsdetektoren sind aus der Patentliteratur bekannt. Z. B. offenbaren FR 2 604 324, EP 177 899 und US 3 655 995 elektrische Zäune mit Näherungsdetektoren. Diese bekannten Näherungsdetektoren basieren auf dem Prinzip, dass eine relativ geringe Gleichspannung auf den elektrischen Zaun gegeben wird und dass der Widerstand zwischen dem elektrischen Zaun und der Erdung abgetastet wird. Wenn der elektrische Zaun frei von dem Kontakt mit der Erde besteht, ist der Widerstand sehr hoch und wenn ein Tier den elektrischen Zaun berührt, sinkt der abgetastete Widerstand, was durch einen Näherungsschalter festgestellt werden kann. Wenn ein reduzierter Widerstand detektiert worden ist, wird eine Hochspannung erzeugt, die auf den elektrischen Zaun gegeben wird.

Allerdings haben solche Näherungsdetektoren eine relativ geringe Empfindlichkeit, da der Widerstand nach wie vor relativ hoch sein kann, wenn ein Tier z. B. den elektrischen Zaun nur leicht berührt und/oder wenn die Erde sowie das betreffende Tier relativ trocken sind. Weiterhin können feuchtes Gras oder andere feuchte Pflanzen, die den elektrischen Zaun berühren, den Widerstand so stark reduzieren, dass Hochspannungen erzeugt werden. Ein weiteres Problem mit diesem Typ eines Näherungsdetektors besteht darin, dass eine Oxidbildung auf dem elektrischen Zaun zu einer Vergrößerung des Widerstandes führt.

Die FR 2 725 870 offenbart einen anderen Typ eines elektrischen Zauns, der einen Kondensator hat, der mit einer Hochspannung geladen ist und der entladen wird, wenn ein Tier den elektrischen Zaun berührt.

Folglich offenbart dieses Dokument keinen Näherungsschalter im eigentlichen Sinne.

Die FR 2 673 020 offenbart einen elektrischen Zaun, der einen elektrischen Schaltkreis hat, der eine geschlossene Schleife zwischen zwei Endeinheiten bildet, die zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen angeordnet sind. Die offenbarte Vorrichtung schließt eine Detektoreinheit ein, die zur Feststellung der Anwesenheit eines Eindringlings durch Abtastung einer Veränderung der Kapazität aufgebaut ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen elektrischen Zaun zu schaffen, der eine hohe Detektionszuverlässigkeit und einen niedrigen Energieverbrauch besitzt.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs bestimmten Art gelöst, welche die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 aufweist.

Auf diese Weise ist es möglich Hochspannungsimpulse nur dann aufzugeben, wenn die Anwesenheit eines Tiers detektiert wird. Durch Abtastung der Kapazität die zwischen dem elektrischen Zaun und dem Boden besteht, wird eine höhere Empfindlichkeit gegenüber der Widerstandsmessung nach dem Stand der Technik erreicht. Folglich beruht die Erfindung auf dem Verständnis, dass die Kapazität zwischen dem elektrischen Zaun und dem Boden geändert wird, wenn ein Tier den elektrischen Zaun berührt und dass eine solche Änderung mittels unterschiedlicher elektrischer Schaltungslösungen detektierbar ist.

Da die Steuereinheit dafür sorgt, die genannte diskontinuierliche Abtastung während relativ kurzer wiederkehrender Zeitperioden zu initiieren, kann der Energieverbrauch signifikant erniedrigt werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sorgt die Steuereinheit dafür, dass die Versorgung mit der relativ hohen elektrischen Spannung in Form wenigstens eines Hochspannungsimpulses initiiert wird.

Die Hochspannung kann somit als ein einziger Hochspannungsimpuls mit einer relativ hohen Energie oder als eine Folge von Hochspannungsimpulsen realisiert werden. Durch eine Pulsfolge von z. B. 100 Spannungsimpulsen während 0,1 Sekunden, kann jeder Spannungsimpuls signifikant weniger Energie enthalten als wenn nur ein Spannungsimpuls benutzt wird. Der Vorteil einer solchen Pulsfolge besteht darin, dass sie nur wenige ms nach Detektion eines Tieres beginnen kann, wohingegen ein Spannungsimpuls mit einer hohen Energie eine relativ lange Zeitdauer von dem Moment der Tierdetektion bis zur Freisetzung des Spannungsimpulse erfordert. Zusätzlich ist das subjektive Unwohlgefühl für das Tier, das den elektrischen Zaun berührt, größer bei einer Pulsfolge als bei einem einzelnen Spannungsimpuls.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung schließt der Näherungsdetektor ein Unterbrechungsteil ein, das für die Unterbrechung der Verbindung wenigstens eines Teils des Näherungsdetektors mit dem genannten elektrischen Zaun sorgt, wenn die genannte relativ hohe elektrische Spannung an den genannten Zaun angelegt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die elektronischen Bestandteile zu schützen, die Hochspannungen nicht standhalten und die im Näherungsdetektor enthalten sein können.

Da die Kapazität schon deutlich bei einem einfachen Kontakt des elektrischen Zaunes geändert wird, ist es vorteilhaft durch eine geeignete Methode solche Kapazitätsänderungen als Anzeichen, dass ein Tier den Zaun berührt, zu detektieren. Schon die Tatsache, dass ein Tier sich in der Nähe des elektrischen Zaunes befindet, z. B. in einem (Abstand von) 1 mm ohne Berührung desselben, führt indes zu einer Kapazitätsänderung, die detektierbar ist. Vorteilhafter Weise wird der Widerstand durch den inneren Widerstand wenigstens eines MOS-Schalters gebildet, der im Unterbrechungsteil enthalten ist. Um die Erzeugung einer Hochspannung zu vermeiden, wenn sich kein Tier in der Nähe des elektrischen Zaunes befindet, kann der Phasendetektor mit einem Filterelement verbunden sein, das sehr schnelle unerwünschte Phasenverschiebungen ausfiltert. Solche Phasenverschiebungen können beispielsweise durch Störungen aus Elektroleitungen ausgelöst werden. Weiterhin kann ein Hochspannungsschutz zwischen dem Phasendetektor und dem genannten Zaun vorgesehen sein, um die elektronischen Komponenten zu schützen, die im Phasendetektor enthalten sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrische Einheit mittels einer einzelnen elektrischen Verbindung mit dem genannten Zaun verbindbar. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bei existierenden Metallzäunen auf einem einfachen Weg anwendbar. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, dass der elektrische Zaun einen geschlossenen Kreis bildet, sondern er kann an beiden Enden offen sein. Jedoch kann der elektrische Zaun ebenso eine geschlossene Schleife bildet, was bei verschiedenen Arten der Umzäunung üblich ist. Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, dass, falls der Stromkreis unterbrochen wird, alle Funktionen des elektrischen Zauns nach wie vor arbeiten.

Die vorliegende Erfindung wird nun näher anhand verschiedener Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen

1 ein prinzipielles Diagramm einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung offenbart,

2 detaillierter den Aufbau des Näherungsdetektors und eines Hochspannungsgenerators der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung offenbart und

3 eine Ansicht der auf einen Erdspieß montierten Vorrichtung darstellt.

1 offenbart die Basisfunktionen, die durch die elektrische Zaunvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eingeschlossen werden. Die Vorrichtung besitzt eine elektrische Einheit 1, die mit einem elektrischen Zaun 2 über eine einzige elektrische Verbindung in Form einer elektrischen Leitung oder einer einzelnen Leitung 3 verbindbar ist. Es ist festzustellen, dass die elektrische Leitung ebenso ein Teil des eigentlichen elektrischen Zaunes 2 sein kann. Der elektrische Zaun 2 kann konventioneller Bauart sein und einen Metalldraht einschließen, der z. B. aus einem Band oder einem Kabel gebildet wird. Der elektrische Zaun 2 kann einen offenen Kreis bilden, z. B. sind die Enden des elektrischen Zaunes nicht miteinander verbunden, oder eine geschlossene Schleife bilden, in der der geschlossene Kreislauf mit der elektrischen Einheit 1 über die genannte einzelne Leitung 3 verbunden ist.

Die elektrische Einheit 1 schließt einen Hochspannungsgenerator 4 ein, der eine Spannung in der Größenordnung von 200 bis 5.000 V, z. B. 1.000 V erzeugen kann. Darüber hinaus ist der Hochspannungsgenerator 4 vorgesehen Hochspannungen auf den elektrischen Zaun 2 über die Leitung 3 zu geben. Weiterhin schließt die elektrische Einheit 1 einen Näherungsschalter 5 ein, der dafür sorgt, einen Status zu erfassen, bei dem ein Tier in Kontakt mit oder nahe dem elektrischen Zaun 2 ist, und eine Steuereinheit 6, die mit dem Hochspannungsgenerator 4 und dem Näherungsdetektor 5 verbunden ist und dafür sorgt, den Hochspannungsgenerator 4 über eine Verbindung 7 zu aktivieren, um Hochspannung auf den elektrischen Zaun 2 zu geben, wenn der Näherungsschalter 5 die Anwesenheit eines Tieres durch Kontakt oder durch Annäherung an den elektrischen Zaun 2 detektiert hat und über eine Verbindung 8 ein korrespondierendes Signal auf die Steuereinheit 6 übertragen hat. Weiterhin ist die Steuereinheit 6 mit dem Näherungsdetektor 5 über eine Verbindung 9 zur Übertragung eines Steuersignals verbunden, das den Näherungsdetektor initiiert einen Anwesenheitstest durchzuführen. Solch ein Kontrollsignal kann zu einheitlichen Zeitintervallen, z. B. drei Mal pro Sekunde transferiert werden.

Der Hochspannungsgenerator 4, der schematisch in 2 offenbart ist, wird mit einer niedrigen Spannung betrieben, z. B. in Form einer normalen 1,5 V-Batterie 10, die mit der Primärwicklung des Transformators 11 verbunden ist. Die Sekundärwicklung des Transformators 11 ist mit dem Boden über einen Erdspieß 12 (siehe 3) und mit dem elektrischen Zaun 2 über die Leitung 3 verbunden. Der Primärkreis des Transformators 11 schließt ein Unterbrechungselement 13 ein, das dafür sorgt mittels eines Steuersignals von der Steuereinheit 6 über die Verbindung geschlossen zu werden. Das Unterbrechungselement 13 schließt einen sogenannten MOS-Schalter ein und ist vorgesehen, den primären Kreis im Falle der Anwendung einer Hochspannung auf den elektrischen Zaun 2 zu öffnen und zu schließen, entweder nur einmal zur Erzeugung eines Hochspannungsimpulses oder einer größeren Anzahl von Zeitintervallen, während derer eine Impulsfolge von Hochspannungsimpulsen erzeugt wird, z. B. 100 Impulse während 0,1 Sekunden.

Es ist zu bemerken, dass das Unterbrechungselement 13 auch in Form eines mechanischen Relais realisiert werden kann.

2 offenbart ebenso eine mögliche Ausgestaltung des Näherungsdetektors 5. Der Näherungsdetektor 5, der auch mit dem Boden über den Erdspieß 12 verbunden ist, schließt einen Signalgenerator 14 ein, der, falls er das oben genannte Steuersignal von der Steuereinheit 6 über die Verbindung 9 empfängt, dafür sorgt, ein Signal mit einer bestimmten Frequenz zu erzeugen, in dieser Ausführungsform z. B. 50 kHz. Das erzeugte Signal wird über einen Widerstand 15 (1–10 kOhm, vorzugsweise 3 kOhm), das Unterbrechungselement 16, das normaler Weise geschlossen ist, und den Kreis 3 auf den elektrischen Zaun 2 geleitet.

Das Unterbrechungselement 16 ist ausgebildet, ein Steuersignal von der Steuereinheit 6 über die Verbindung 17 zu empfangen. Folglich ist die Steuereinheit 6 angeordnet, um ein Kontrollsignal auf das Unterbrechungselement 16 freizugeben, um es zu öffnen, wenn Hochspannungen auf den elektrischen Zaun 2 gegeben werden, um zu verhindern, dass Hochspannungen empfindliche elektronische Komponenten des Näherungsschalters 5 erreichen. Das Unterbrechungselement 16 kann durch ein oder mehrere MOS-Schalter, z. B. drei, realisiert werden, die vorgesehen sind, um in solch einer Weise zusammen zu wirken, dass sie hohen Spannungen widerstehen, die auf den elektrischen Zaun, z. B. entsprechend einer Ausführungsform von 1.000 V, gegeben werden. Der Widerstand 15 kann in diesem Falle der Innenwiderstand des MOS-Schalters sein. Es ist festzustellen, dass auch das Unterbrechungselement 16 in Form eines mechanischen Relais realisiert werden kann.

Das erzeugte Signal wird ebenso von dem Signalgenerator 14 zu dem Phasendetektor 18 des Näherungsschalters 5 über die Leitung 19 transferiert. Da der elektrische Zaun 2 eine bestimmte Kapazität zur Erde besitzt, etwa 10 pF pro Meter Zaun, hat das Signal an der Leitung 3 eine andere Phasenlage als das Signal an der Leitung 19. Der Widerstand 15 und die Kapazität des elektrischen Zaunes 2 bilden einen einpoligen Tiefpassfilter. Wenn die Kapazität des elektrischen Zaunes 2 zur Erdung geändert wird, ändert sich die Phasenlage an der elektrischen Leitung 3, was mittels des Phasendetektors 18 feststellbar ist. Das Signal an der Leitung 3 wird auf den Phasendetektor 18 über einen hochohmigen Widerstand 20, der Hochspannungen standhält (z. B. 1 MOhm), über einen Hochspannungsschutz 21, der z. B. zwei gegenläufig gerichtete Dioden besitzt und über einen Verstärker 22 gegeben, der begrenzen kann und der das Signal von der Leitung 3 so viel verstärken kann, dass der Phasendetektor 18 das Signal detektiert. Die Phasenlage zwischen der Leitung 19 und dem Ausgang des Verstärkers 22 wird mittels des Phasendetektors 18 gemessen und die gemessene Phasenlage als ein Signal zu einem Komparator 23 über die Verbindung 24 transferiert. Es ist festzustellen, dass der Verstärker 22 integrierter Teil des Phasendetektors 18 sein kann. Zum Komparator 23 wird ebenso ein Signal über eine Verbindung 25 gegeben, deren Signal einen adaptiven Schwellwert mittels eines Kreises 26 bildet. Der adaptive Schwellwert wird durch ein feed back des Signals von der Verbindung 24 erreicht, welche einen Tiefpassfilter durchläuft und zu dem die Schwellwertspannung addiert wird. Der Kreis 25 ist dergestalt aufgebaut, dass der Schwellwert langsam einen Wert erreicht, der geringfügig höher ist als das Signal der Verbindung 24, was die Detektierung von schnellen Kapazitätsänderungen zwischen denn elektrischen Zaun 2 und der Erdung erlaubt. Wenn der Wert des Signals von dem Phasendetektor 18 also höher ist als der adaptive Schwellwert, wird der Komparator 23 die Steuereinheit 6 mittels eines Signals über die Verbindung 8 aktivieren. Die Steuereinheit 6 kann mittels einer Digitaltechnik in der Form eines Steuerkreises realisiert werden, der durch Software gesteuert wird oder in Form eines elektronischen Digitalkreises, der keinerlei Software enthält.

Auch der Näherungsdetektor 5 und die Steuereinheit 6 werden durch eine niedrige Spannung betrieben, z. B. von einer 1,5 V-Batterie, die über einen Konverter eine entsprechende Betriebsspannung abgibt. Vorteilhafter Weise kann dieselbe Batterie 10 sowohl für den Hochspannungsgenerator 4 auch für diese Einheiten benutzt werden, wobei einer der Pole der Batterie 10 geerdet sein kann.

Der Näherungsdetektor 5, der schematisch in 1 dargestellt ist, kann auf verschiedene Wege gestaltet werden. Entsprechend der Erfindung müssen Kapazitätsänderungen, die zwischen dem elektrischen Zaun und der Erdung bei einer Tierannäherung an den elektrischen Zaun 2 stattfinden, erfasst werden. Z. B. kann der Näherungsdetektor 5 einen Schwingkreis einschließen, in dem die Kapazität zwischen dem elektrischen Zaun und dem Boden als eine Komponente eingeschlossen ist, die zumindest teilweise die Frequenz des Schwingkreises bestimmt. Hierdurch schließt der Näherungsdetektor 5 auch einen Frequenzsensor ein, der Frequenzänderungen des Schwingkreises detektieren kann und auf diese Weise die Kapazitätsänderung zwischen dem elektrischen Zaun 2 und dem Boden detektiert, z. B. wenn ein Tier in die Nähe von oder in Kontakt mit dem elektrischen Zaun 2 tritt. Auch in diesem Falle kann der Näherungsdetektor ein Unterbrechungselement 16 einschließen, das verhindert, dass Hochspannungen elektronische Bauteile des Näherungsdetektors 5 erreichen. Auch in diesem Falle kann die Detektion diskontinuierlich durchgeführt werden, z. B. drei Mal pro Sekunde während kurzer Zeitperioden.

3 offenbart die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einen Erdspieß 12 montiert. Die Vorrichtung, d. h. die elektrische Einheit 1 ist in einem Gehäuse 27 angeordnet, das relativ kleine Dimensionen besitzt und das sämtliche elektronische Teile und die Stromversorgung aufnimmt. Die Vorrichtung nach der Erfindung benötigt so wenig Energie, dass eine normale 1,5 V für einen Langzeitbetrieb der Vorrichtung ausreichend ist. Weiterhin besitzt die Vorrichtung Anzeigeelemente in Form von drei Leuchtdioden 28, 29 und 30 unterschiedlicher Farben. Die Leuchtdiode 28 dient dazu ein Lichtsignal zu geben, wenn ein Stromstoß freigesetzt wird, die Leuchtdiode 29 sendet ein Lichtsignal aus, wenn die Anwesenheit eines Tieres bei gleichzeitig abgeschalteter Hochspannung detektiert wird und die Leuchtdiode 30 indiziert die Batterie-Funktion. Weiterhin kann die Vorrichtung ein Schaltelement 31 zur Aktivierung der Hochspannungsfunktion aufweisen. 3 offenbart ebenfalls die elektrische Leitung 3, die die Vorrichtung mit dem elektrischen Zaun 2 verbindet. Wenn die Vorrichtung montiert ist, wird der Erdspieß 12 an einer Stelle in den Boden getrieben, die einen geeigneten Abstand von dem elektrischen Zaun 2 besitzt, wonach die Vorrichtung, die in dem Gehäuse 27 untergebracht ist, auf den Erdspieß 12 montiert wird.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend offenbarte Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb des Bereiches der nachfolgenden Ansprüche variiert und modifiziert werden.

Es ist festzustellen, dass eine oder mehrere der Komponenten 18, 23 und 26 ebenso in Form von Software in einem Mikroprozessor oder anderen digitalen Steuerkreisen realisierbar sind.