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Impulsgenerator für Elektrozäune und andere Zwecke Die ersten Weidezaungeräte
arbeiteten mit einer Dauerwechsel- oder Gleichstromspannung am Zaundraht. Es stellte
sich aber heraus, daß Dauerströme für Vieh und auch für zufällig mit dem Draht in
Berührung kommende Menschen lebensgefährlich sein können. Kurze Stromstöße in der
Dauer von Bruchteilen einer Sekunde sind jedoch nicht lebensgefährlich, wenn eine
bestimmte Stromzeit der Impulse (Ampere mal Sekunden) nicht überschritten wird.
Auf Grund dieser Erkenntnis weder derzeit Geräte verwendet, welche periodisch Stromstöße
in den Weidezaun schicken. Die Stromstöße werden durch mechanisch bewegte Organe
mit Kontakten oder durch elektrische Impulsgeneratoren erzeugt. Nebst Pendelschaltern,
welche am häufigsten Verwendung finden, werden auch Relais und motorgesteuerte Schalter
angewendet. Als Impulsgeneratoren dienen vielfach Glimmlampen oder Stromtore wie
Thyratrone. Die Impulsfolge und Dauer der Impulse wird mit RC-Gliedern elektrisch
geregelt.
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Allen diesen Geräten ist gemeinsam, daß die Stromimpulse in bestimmten
Zeitabschnitten und vom Zeitpunkt der Einschaltung an regelmäßig erzeugt werden.
Der Weidezaun ist daher in den zwischen den Impulsen vorhandenen stromlosen Zeitabschnitten
nicht geschützt. Da die Dauer der stromlosen Zeitabschnitte etwa 0,9 bis 1 Sekunde
beträgt, kann der Zaun während dieser Zeit beschädigt werden, ohne daß er seinen
Zweck als Elektrozaun erfüllen kann. Dazu kommt noch, daß das Gerät dauernd voll
im Betrieb stehen muß, wodurch nicht nur Strom verbraucht wird, sondern auch eine
ständige Abnutzung der Kontakte und der mechanischen Teile eintritt.
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Diese Mängel suchte man durch Geräte zu beseitigen, welche elektrische
Schläge nur bei Berührung des Weidezaunes erzeugen, und zwar wurde in ein Weidezaungerät,
welches mittels einer batteriegespeisten Induktionsspule und eines Unterbrechermechanismus
in den Zaundraht Induktionsstromstöße gibt, eine den Zaundraht unter Gleichstrom
setzende Batterie und ein elektrisches Relais eingebaut, welches von dem bei Berührung
des Drahtes entstehenden Strom erregt wird und in erregtem Zustand die Induktionsspule
und den zugehörigen Unterbrechermechanismus vorübergehend in Tätigkeit setzt. Bei
Geräten, die nach diesem Prinzip gebaut sind, kann aber erst bei einer entsprechend
hohen Gleichstromspannung die erforderliche Betriebssicherheit erzielt werden, da
das Ansprechen des Relais erst bei einer bestimmten Stärke des im Zaunstromkreis
jeweils fließenden Stromes erfolgt. Außerdem besteht auch der Nachteil, daß ständig
unter Gleichstromspannung stehende Weidezaunanlagen und Geräte schlechten Wirkungsgrad
und umständliche Bauart haben.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Weidezäune durch Verstärkung
des Wechselstroms im Wege einer Leistungsaufnahme durch ein Glied mit negativem
Widerstand wirksam zu machen, die so lange anhält, als der äußere Widerstand im
Netz genügend klein ist. In diesem Falle werden also nicht einzelne Impulse erzeugt.
Diese Einrichtung entspricht aber nicht den gesetzlichen Bestimmungen, da die Gefahr
einer tötlichen Wirkung besteht bzw. da der Fall eintreten kann, daß ein den Zaun
berührender Körper an ihm haftenbleibt. Eine Sicherung gegen diese Gefahren würde
die Schaltung sehr umständlich machen und die Gestehungskosten bedeutend erhöhen.
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Durch den Impulsgenerator gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem
die Tätigkeitsauslösung gleichfalls durch Widerstandsänderung im Lastkreis erfolgt,
werden die vorstehend angeführten Mängel behoben. Dies wird dadurch erreicht, daß
erfindungsgemäß die Sekundärseite eines eine Dauerwechsel-oder Impulsspannung abgebenden
Transformators fest mit dem Belastungskreis verbunden ist und daß bei Änderung des
Widerstandes im Lastkreis über die primärseitig sich ändernde Stromstärke und ein
dadurch betätigtes Relais die Primärwicklung des Transformators auf ein höheres
Aufwärts-Übersetzungsverhältnis umgeschaltet wird.
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In der Zeichnung ist Fig. 1 eine grundsätzliche Schaltung zur Erläuterung
der Erfindung, und Fig.2 bis 10 zeigen Schaltungsschemen weiterer Ausbildungen der
Erfindung:
Bekanntlich wird bei einem idealen Transformator der
Widerstand Ra der Sekundärseite S (Zaunkreis) entsprechend dem Übersetzungsverhältnis
des Transformators mit dem Wert Rii auf die Primärseite P übertragen. In Fig. 1
bedeutet Ra den Belastungswiderstand der Sekundärseite, ü das übersetzungsverhältnis
und Rii den übertragenen Wert. Werden die Verluste im Eisenkern, den Wicklungen
und der innere Widerstand einer im Primärkreis eventuell vorkommenden Stromquelle
vernachlässigt, so ergibt sich
Der Strom im Primärkreis, welcher durch die Stromquelle, deren Spannung E ist, hervorgerufen
wird, beträgt
Ist Ra = oo, so ist der Strom I durch den induktiven Widerstand zi""L
des Primärkreises und seiner Kreisfrequenz w (=2zf für sinusförmigen Wechselstrom)
gegeben. In diesem Fall wird
Dimensioniert man den Scheinwiderstand wL des Primärkreises so, daß bei Ra = oo
oder Ra = Rz (Isolationswiderstand des Zaunes) der Strom gerade ausreicht,
um die Schwingungen eines Oszillators aufrechtzuerhalten, so wird ein Minimum an
Leerlaufstrom erreicht.
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Eine Änderung von Ra auf den halben Wert von Rz, welcher mit 100 1z£2
angenommen sei, also auf 50 k9 durch Parallelschalten eines 100-kS2-Widerstandes,
bewirkt eine Erhöhung des Stromes1, da der übertragene Widerstand Rii auf die Hälfte
gesunken ist. Dieser Strom kann auf verschiedene Arten zur Auslösung eines Stromstoßes
z. B. für den Weidezaun verwendet «-erden.
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Gemäß Fig. 2 speist eine Batterie B einen Unterbrecher K rs,
welcher zusammen mit ihr als Wechselstromgenerator aufzufassen ist. Seine Federspannung
und seine Masse bedingen eine bestimmte Eigenfrequenz f, womit sich eine
Kreisfrequenz w ergibt. Im selben Kreis liegt ein Relais R mit den beiden
Kontakten K1 und K., welches auf den erhöhten Primärstrom anspricht. Der Ruhekontakt
K1 schaltet das Relais R ab und der Arbeitskontakt K2 die Batterie an die Primärseite
des Transformators, der ein entsprechendes Übersetzungsverhältnis für den notwendigen
Stromstoß besitzt. Sobald das Relais R abfällt, wird der Stromkreis unterbrochen.
Für die nötigen Impulszeiten sorgt das Relais durch eine entsprechende Zeitkonstante
und Kontaktfolge. Um kein Wechselstromkreisrelais verwenden zu müssen, kann man
einen Sammelkondensator parallel zum Relais legen.
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Um die Empfindlichkeit der Anordnung zu erhöhen, kann man einen Wechselstromgenerator
verwenden, dessen Amplitude von der Stromstärke abhängig ist und an Stelle des Wagnerschen
Hammers - z. B. einen Zerhacker F1. Dieser schwingt mit einer wesentlich kleineren
Leerlaufleistung an und ergibt die Möglichkeit, das Relais einzusparen (Fig. 3)
oder das Relais unmittelbar an die Batterie zu legen (Fig. 4).
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Der Zerhacker hat die Eigenschaft, daß die Amplitude seines schwingenden
Systems dem Strom proportional ist. Durch Anbringen eines oder mehrerer weiterer
Kontakte in verschiedenen Abständen von der Kontaktzunge ist man in der Lage, diese
zur Schaltung bei bestimmten Stromstärken auszunutzen. In Fig. 3 wird der Schließkontakt
K., z. B. so weit von der Zunge FS angeordnet, daß der Kontakt erst bei einer bestimmten
Belastung des Sekundärkreises geschlossen wird und z. B., wie Fig. 3 zeigt, das
Übersetzungsverhältnis des Transformators erhöht. Mit Hilfe eines Impulsgebers IL
wird der Batteriestrorr_-kreis unterbrochen und der Stromstoß zeitlich begrenzt.
Als Impulsgeber kann ein Heißleiter, ein Überstromrelais, ein RC-Glied mit Glimmlampe
oder ein sonstiges Kippgerät, wie an sich bekannt, Anwendung finden. In Fig. 4 ist
die Impulsfolge mit Hilfe des Relais R beispielsweise über einen Hilfskontakt Kh.
des Zerhackers durchgeführt. Die Parallelschaltung eines Kondensators C zum Relais
ist aus denselben Gründen wie in Fig. 2 erforderlich.
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Beim Zerhacker tritt noch ein Effekt auf, der seine Verwendung besonders
zweckmäßig macht. Durch eine größere Belastung (kleineres Ra) des Sekundärkreises
wird der Primärstrom annähernd proportional größer, und ebenso nimmt die Schwingeramplitude
zu. Die Dauer des Impulses wird größer, weil der Schwinger länger an dem Kontakt
anliegt. Es wird damit eine Vergrößerung der Zaunleistung erreicht, und der durch
die Belastung auftretende Spannungsabfall kann teilweise ausgeglichen werden. Um
die Empfindlichkeit der Anordnung auf das maimal Erreichbare zu steigern, werden
vorzugsweise streuungsarme Transformatoren verwendet.
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Die Steuerung der Impulsdauer kann außer nach den bisher angegebenen
Arten auch mit einem mechanischen Pendel erfolgen, oder ein normales Weidezaungerät
kann einfach als Stromquelle und Hochspannungserzeuger Verwendung finden. Als Beispiel
zeigt Fig. 5 die Anordnung eines normalen Weidezaungerätes WZ mit Pendelunterbrecher
Pts, zusammengeschaltet mit dem einen Zerhacker enthaltenden Zusatzgerät ZG. Ein
Relais R schaltet bei Berührung durch einen Kontakt Kw das Weidezaungerät ein. Die
Hochspannungswicklung H des Weidezaungerätes WZ und die Sekundärwicklung S des Zusatzgerätes
ZG liegen hintereinander, so daß hochspannungsseitig keine Umschaltung erfolgen
muß. Das Weidezaungerät bleibt stromlos, solange keine Berührung erfolgt. Das Zusatzgerät
ZG, welches zumeist im Weidezaungerät untergebracht werden kann, verbraucht aus
der Batterie dauernd einen Strom von einigen Milliampere (4 bis 6 mA).
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Das Weidezaungerät wird so lange die üblichen Stromstöße abgeben,
wie die Berührung andauert. Bei Berührung tritt der erste Schlag sofort ein.
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Die Fig. 6 zeigt das Schaltbild einer Anlage, bei welcher ein üblicher
Zerhacker Z und ein Manteltransformator mit einer abzapfbaren Primärwicklung P verwendet
werden. Die Schaltfolge der Relaiskontakte ist durch die Ziffern 1, 2, 3 angegeben.
Der Zerhacker Z hat einen Unterbrechungskontakt K tr für die Aufrechterhaltung
der Schwingungen und den Schaltkontakt Ks, der erst bei einer entsprechenden Amplitude
das Relais R einschaltet. Die Wahl vier verschiedener Kondensatoren Cl bis C4 ermöglicht
eine weitgehende Impulsfolgezeitänderung. Die Zeitfolge der Kontakte 1 und 2 ergibt
die Impulsdauer, Kontakt 3 schaltet das Relais verzögert ab, worauf der Vorgang
sich so lange wiederholt, wie die Berührung des Zaunes andauert.
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Verwendet man am Zerhacker mehrere von der Zunge verschieden weit
entfernte Kontakte, so besitzt
man die Möglichkeit, je nach Amplitude
die Übersetzung des Transformators zu verändern. Man ist damit in der Lage, das
Gerät automatisch an die Bodenleit- und Isolationsverhältnisse anzupassen. Fig.
7 zeigt eine prinzipielle Lösung als Beispiel. Je nach der Größe der Isolation des
Zaunes stellt sich eine bestimmte Spannung am Zaun ein, so daß diese immer ausreicht,
um den elektrischen Schlag auszulösen. Bei größerem Ra stellt sich eine höhere,
bei kleinerem Ra. eine kleinere Spannung infolge der verschiedenen Amplituden der
Kontaktzunge ein, da die Unterbrechungskontakte Ksl bis Ks4 ungleiche Abstände von
der Zunge besitzen und mit verschiedenen Abzapfungen der Primärwicklung P verbunden
sind. Bei Berührung ist das Ra vom Leitwert der Bodenfeuchtigkeit abhängig, und
es tritt dieselbe Anpassung auf der Hochspannungsseite ein wie im Zerhackerkreis.
Die Impulsgebung erfolgt auf eine der möglichen Arten. Durch Einbau eines Widerstandes
hw in die Kontaktleitung läßt sich ebenfalls eine Beeinflussung des Primärstromes
errechnen.
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In allen Figuren sind lediglich Beispiele veranschaulicht. Es lassen
sich die verschiedenen Merkmale einzeln oder gemeinsam in einer Schaltung anwenden,
je nachdem, wie die Bedingungen für die endgültige Lösung sind. Man kann z. B. für
billige Geräte die Funktionen des Relais, des Transformators und des Zerhackers
in einen Generator G zusammenlegen und erhält zu einem ein Pendel enthaltenden Gerät
WZ ein Zusatzgerät ZG, dessen Schaltung der Fig. 8 entspricht.
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Das Gerät kann eine Alarmvorrichtung umfassen, welche insbesondere
_bei Auslösung der elektrischen Schläge eingeschaltet wird.
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Vorzugsweise kommen durch diese Art von Schaltungen mit Freischwinger
(Netzfrequenz) ungedämpfte Schwingungen, z. B. 50 Hz Netzspannung, zur Anwendung.
Für diese Netzfrequenz von etwa 50 Hz ist die Kapazität des Zaunes als Nebenschluß
fast ohne Bedeutung. Demnach wird ein größerer Stromanteil auf das den Zaun berührende
Tier entfallen. Im selben Verhältnis kann daher die Spannung herabgesetzt werden,
ohne die Schreckwirkung, die von der Stromstärke und der Zeitdauer abhängig ist,
zu verringern. Die Zaunisolation kann daher elektrisch schwächer ausgebildet werden.
Sie ist auch daher gegen Grasbewuchs unempfindlicher als bei gedämpften Stoßschwingungen,
die bisher angewendet wurden und höherfrequenten Charakter haben. Das erfindungsgemäße
Gerät kann nicht nur zum Auslösen von Stromstößen verwendet werden, sondern z. B.
zur Steuerung von Warnblinkern (oder Einschaltung mittels Photozelle) Hupensignalen
usw.
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Fig. 9 betrifft eine weitere Ausbildung der Einrichtung, durch welche
die Vergrößerung der Amplituden unmittelbar zur Erzeugung von Stromstößen nutzbar
gemacht wird. Gemäß dieser ist als Generator ein Zerhacker verwendet, der aus einem
Magnetkern 1 mit Wicklungen 2 und 3 und einem schwingungsfähigen Anker 4 besteht.
Letzterer trägt federnde Kontakte 5, 6 und 6 a, welchen die Gegenkontakte 7, 8 und
8 a gegenüberstehen. Der Abstand der Kontaktpaare 6 und 8 bzw. 6 a und 8 a ist einstellbar,
das Kontaktpaar 5 und 7 ist im Ruhestand geschlossen.
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Eine Batterie 9 liefert den Strom für den Zerhacker. Die Wicklung
2 hält die Schwingungen des Ankers aufrecht. Der Strom fließt von der Batterie 9
durch die Kontakte 5, 7, die Wicklung 2 und die Primärwicklung 10 eines Transformators,
dessen Sekundärwicklung 11 in dem mit Stromimpulsen zu speisenden Verbraucherkreis
liegt. Der die Wicklung 2 durchfließende Strom ergibt sich aus dem mit dem Quadrat
der Übersetzung des Transformators auf die Wicklung 10 übertragenen äußeren Widerstand
12 des Weidezaunes und bestimmt die Schwingungsamplitude des Ankers.
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Sobald die Amplitude des Ankers infolge Verringerung des äußeren Widerstandes
12 im Verbraucherkreis so groß wird, daß sich jeweils die Kontaktpaare 6, 8 bzw.
6a, 8 a schließen, so werden durch ersteres Stromstöße in den linken Teil
der Primärwicklung 10 geschickt, durch letzteres ein Kondensator 13 aufgeladen,
indessen Stromkreis die Wicklung 3 des Zerhackers liegt.
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Ist der Kondensator 13 aufgeladen, so hält sein die Wicklung 3 durchfließender
Entladestrom den Anker4 des Zerhackers an, wodurch das Zeitintervall bis zur Sendung
des nächsten Impulses durch die Primärwicklung 10 bestimmt ist. Die Zeitkonstante
ergibt sich durch entsprechende Wahl des ohmschen Widerstandes der Wicklung 3 und
der Kapazität des Kondensators 13 und beträgt beispielsweise etwa 1 Sekunde.
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Solange die Belastung der Sekundärseite des Transformators, z. B.
Berühren des Weidezaunes, aufrechtbleibt, wiederholt sich der geschilderte Vorgang
in den erwähnten Zeitintervallen, so daß hierdurch die Impulsfolge bestimmt ist.
Fällt die Belastung weg, so sinkt der Strom in der Wicklung 2 des Zerhackers, wodurch
die Amplitude seines Ankers kleiner wird, so daß das Schließen des Kontaktpaares
6, 8 und folglich die Sendung von Impulsen unterbleibt.
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Die beschriebene Einrichtung eignet sich insbesondere als Weidezaungerät
oder zum Betrieb einer Leuchtröhre für Blinkgeräte.
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Gemäß Fig. 10 dient als Generator ein N etztransformator, dessen Wicklung
14 über einen Gleichrichter 15 an einen Kondensator 16 geschaltet ist, der hierdurch
aufgeladen wird. Die an diesem auftretende Gleichspannung von etwa 200 bis 1000
Volt dient zum Betrieb einer Thyratronröhre 17. Über einen Widerstand 18 wird ein
Kondensator 19 nach einer bestimmten Zeit, etwa 1 Sekunde, auf die optimale Spannung
aufgeladen. An dem Pluspol des Kondensators 19 liegt die Anode der Thyratronröhre.
Zwischen dem Minuspol des Kondensators 19 und der Kathode der Thyratronröhre liegt
die Primärwicklung 10 des Impulstransformators. Die Sekundärwicklung 11 dieses Transformators
wird durch den äußeren Widerstand 12 belastet.
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Die Thyratronröhre erhält einen Gitterableitwiderstand 20 infolge
des Spannungsabfalls am Ladewiderstand 18 eine zwischen Null und einem maximalen
Wert liegende negative Gittervorspannung. Solange der Kondensator 19 aufgeladen
wird, ist diese Vorspannung in solchem Maße negativ, daß keine Zündung der Gasstrecke
des Rohres eintreten kann. Über den Gitterableitwiderstand 21 erhält dasselbe Gitter
eine aus der Wicklung 22 des Netztransformators gelieferte Wechselspannung. Solange
die Gittervorspannung, welche durch den Spannungsabfall am Widerstand 18 entsteht,
genügend negativ ist, kann die Wechselspannung, welche am Widerstand 23 abgegriffen
wird, die Zündung der Thyratronröhre nicht einleiten. Um die Gittervorspannung auf
dem erforderlichen Wert halten zu können, ist ein Regelwiderstand 24 vorgesehen.
Dieser wird so eingestellt, daß bei unbelasteter Sekundärwicklung 11 gerade noch
keine Zündung eintritt. Erreicht die Belastung 12 bestimmte Werte, z. B. 500 ka,
so erhöht sich der Strom
im Widerstand 23, infolge der Übertragung
des Widerstandes 12 von der Wicklung 11 auf die Wicklung 10. Die durch den Widerstand
21 dem Gitter des Thyratrons zugeführte Wechselspannung überschreitet nun mit ihren
positiven Spitzen die negative Vorspannung und leitet die Zündung ein.
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Der Kondensator 19 wird über die Gasstrecke des Thyratrons 17 und
die Primärwicklung 10 des Transformators entladen. Ein entsprechend dem Übersetzungsverhältnis
hinauftransformierter Spannungsstoß wird in der Wicklung 11 induziert. Mit der Entladung
des Kondensators 19 unter die Bogenspannung des Thyratrons findet der Stromstoß
sein Ende und wiederholt sich, bis der Kondensator 19 über den Widerstand 18 aufgeladen
wird. Wenn der äußere Widerstand 12 durch Wegfall der Berührung genügend hoch wird,
reicht der Spannungsabfall am Widerstand 23 nicht mehr zu einer neuerlichen Zündung
der Röhre aus; der Kondensator 19 wird über den Widerstand 18 innerhalb kurzer Zeit,
z. B. 0,7 bis 1 Sekunde, wieder aufgeladen. Dauert die Berührung des Zaunes länger
als 1 Sekunde, so wiederholen sich die Impulse.
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Um die Empfindlichkeit des Thyratrons zu steigern, wird das Schirmgitter
ebenfalls an den Widerstand 23 gelegt. Es erhält dadurch im selben Sinne wie das
Steuergitter positive Spannungsspitzen.
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Diese Anordnung eignet sich insbesondere für aus einem Wechselstromnetz
gespeiste Weidezaungeräte. Wird die Primärseite 10 des Transformators statt an den
in Fig. 10 angedeuteten Netztransformator 14 an einen Zerhacker mit Batteriebetrieb
gelegt, so ergibt sich ein Gerät, welches auch transportabel ausgeführt werden kann.