Vakuumsehaltröhre Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre.

Vakuumschaltröhren sind heute zum Schalten von Mittel- und zunehmend auch Hochspannung Stand der Technik. Ihre Verbreitung nimmt weiterhin zu, auch weil auf SF6 ( Schwefelhexa- fluorid) basierende Schaltanlagen aufgrund der klimaschädli ^¬ chen Wirkung von SF6 zunehmend vom Markt verdrängt werden. Allerdings stellt die Substitution von SF6 als Isoliergas ei ^¬ ne Herausforderung dar, da andere Isoliergase eine geringere Spannungsfestigkeit besitzen und daher die Schaltanlage ten- denziell weniger kompakt gebaut werden kann.

Gefragt sind daher Ansätze, um trotz des Verzichtes auf SF6 als Schalt- und Isoliermedium kompakte Schaltanlagen bauen zu können. Besonderes Augenmerk liegt dabei in der Gesamtbe- trachtung von Schaltröhre und Antrieb.

Der verbreitetste Ansatz zum Ersatz von SF6 in Mittelspannungsschaltanlagen ist der Einsatz von Vakuumschaltröhren, zusammen mit alternativen Isoliergasen wie Stickstoff oder Kohlendioxid oder Festkörperisolatoren.

Der kompakte Aufbau des Antriebs ist Grundvoraussetzung für eine kompakte Gesamtschaltanlage. Beispielsweise ist in

EP2312606B1 der Einsatz eines magnetischen Antriebs in dem- selben Gehäuse wie die Röhre beschrieben, was eine besonders kompakte Einheit ergibt. Während ältere Systeme (z.B. das ABB System VM1) oft eine Hebelübersetzung zwischen Antrieb und Vakuumschaltröhre aufweisen, schlagen neuere Arbeiten, wie z.B. CN201788887U oder CN202159623U, einen Direktantrieb vor, d.h. eine direkte, und damit kompakte, Verbindung zwischen Aktor und Vakuumschaltröhre. Eine ähnliche Anordnung ist in den sogenannten „Reclosern" gegeben, wo die Vakuumschaltröhre ebenfalls über einen Di ^¬ rektantrieb mittels Magnetantrieb angetrieben wird (siehe z.B. EP0580285A2 oder auch CN2350863Y) .

Schließlich ist in DE10238950B4 eine Anordnung beschrieben, die Vakuumschaltröhre und Antrieb soweit zusammenführt, dass letzterer nicht nur in demselben Gehäuse, sondern sogar im Vakuumbereich der Schaltröhre untergebracht ist. Weiterhin ist dort beschrieben, dass der Antrieb auf dem elektrischen Potential der Mittelspannung gehalten wird, wodurch auf eine elektrische Isolation zwischen Antrieb und Schaltröhre ver ^¬ zichtet werden kann. Beide Ansätze ermöglichen einen besonders kompakten Aufbau.

Zum Öffnen bzw. Schließen von Schaltkontakten in Vakuumschaltröhren werden häufig Federspeicherantriebe genutzt. Solche Antriebe zeichnen sich durch Federn als Energiespei ^¬ cher sowie einen Antrieb und eine Auslöse- bzw. Sperreinrich- tung aus. Je nach Ausgestaltung kann die Energiespeicherung in einer linear wirkenden Schraubenfeder oder ggf. in einer rotatorisch wirkenden Torsionsfeder erreicht werden.

Herkömmliche Federspeicherantriebe weisen den Nachteil auf, dass ein großer Anteil der Energie aus den Federn bei der Kontaktierung der Schaltkontakte durch Dämpfung verloren geht. Demzufolge arbeiten Federspeicherantriebe oftmals nicht energieeffizient und es wird ein großer Aktor zur Betätigung der Federspeicherantriebe benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vakuumschalt ^¬ röhre zu schaffen, welche ein energieeffizientes Schließen und Öffnen der Schaltkontakte in der Röhre ermöglicht. Diese Aufgabe wird mit einer Vakuumschaltröhre mit den in An ^¬ spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbil ^¬ dungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert . Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre umfasst einen ersten und einen zweiten Schaltkontakt, welche in einem Vakuum ange ^¬ ordnet sind, wobei der erste Schaltkontakt linear in einer ersten Richtung entlang einer Achse hin zu dem zweiten

Schaltkontakt in eine Kontaktstellung beweglich ist, in welcher sich der erste und zweite Schaltkontakt kontaktieren, und wobei der erste Schaltkontakt linear in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung entlang der Ach- se weg von dem zweiten Schaltkontakt in eine Unterbrechungs ^¬ stellung beweglich ist, in welcher der erste und zweite

Schaltkontakt außer Kontakt sind. Die Unterbrechungsstellung ist vorzugsweise die Position mit dem maximalen Abstand zwi ^¬ schen dem ersten und dem zweiten Schaltkontakt.

In der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre ist ein mechanischer Oszillator mit einer Schwungmasse und einem Antrieb vorgesehen, wobei die Schwungmasse mittels Energie aus dem Antrieb mit einer (vorgegebenen) Oszillationsfrequenz beweg- bar ist. Insbesondere wird der Antrieb dabei an den mechani ^¬ schen Oszillator gekoppelt, um mechanische Energie aus dem Antrieb in den Oszillator (z.B. durch Vorspannen einer Feder) einzubringen. Diese eingebrachte Energie führt nach Abkoppeln des Antriebs zu der Bewegung des Oszillators bzw. seiner Schwungmasse mit der Oszillationsfrequenz. Der mechanische Oszillator ist über eine Kopplung derart mit dem ersten

Schaltkontakt gekoppelt, das mittels der Bewegung der

Schwungmasse die Bewegung des ersten Schaltkontakts in die erste und die zweite Richtung durchgeführt wird.

Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre zeichnet sich durch zumindest ein elastisches Element aus, welches derart ange ^¬ ordnet ist, dass bei Beendigung einer Bewegung des ersten Schaltkontakts durch Erreichen der Kontaktstellung die Bewe- gung der Schwungmasse durch Verformung des zumindest einen elastischen Elements (für einen vorbestimmten Zeitraum) fortgesetzt wird. Durch die Verwendung des zumindest eines elastischen Elements wird in der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre erreicht, dass mechanische Energie zwischengespeichert wird und nicht durch Aufprall des ersten Schaltkontakts auf den zweiten Schaltkontakt verloren geht. Demzufolge arbeitet die erfin ^¬ dungsgemäße Vakuumschaltröhre energieeffizienter, so dass kleinere Antriebe für den mechanischen Oszillator verwendet werden können. Mittels der Erfindung wird ein kompakter Aufbau der Vakuumschaltröhre ermöglicht. Vorzugsweise sind deshalb in der er ^¬ findungsgemäßen Vakuumschaltröhre das Vakuum mit dem darin vorgesehenen ersten und zweiten Schaltkontakt, der mechanische Oszillator (und damit auch dessen Schwungmasse und An- trieb) , die Kopplung und das zumindest eine elastische Ele ^¬ ment in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wodurch die Va ^¬ kuumschaltröhre sehr kompakt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Oszil- lationsfrequenz des mechanischen Oszillators derart einge ^¬ stellt, dass die Durchschnittsgeschwindigkeit des ersten Schaltkontakts für seine Bewegung in jeweils der ersten und zweiten Richtung zwischen der Kontaktstellung und einem vorbestimmten Abstand des ersten Schaltkontakts zum zweiten Schaltkontakt einen vorgegebenen Mindestwert aufweist. Auf diese Weise werden physikalische Randbedingungen in Bezug auf das Löschen eines Lichtbogens zwischen den Schaltkontakten geeignet berücksichtigt. In der detaillierten Beschreibung wird näher beschrieben, wie eine Oszillationsfrequenz in Ab- hängigkeit von der obigen Anforderung festgelegt werden kann.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der mechanische Oszillator der Vakuumschaltröhre ein Rotationsschwinger mit einer rotatorischen (d.h. rotatorisch bewegten)

Schwungmasse und die Kopplung mit dem ersten Schaltkontakt ist derart ausgestaltet, dass sie die rotatorische Bewegung der Schwungmasse in die lineare Bewegung des ersten Schalt ^¬ kontakts wandelt. Die Kopplung kann für die Wandlung der rotatorischen Bewegung der Schwungmasse in die lineare Bewegung des ersten Schalt ^¬ kontakts unterschiedlich ausgestaltet sein. Insbesondere kann die Kopplung eine Anordnung aus angelenkten Stäben und/oder ein Kugelumlaufgewinde und/oder ein Kurvenscheibensystem oder ggf. auch andere Anordnungen zu Bewegungswandlung umfassen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der obige Rotationsschwinger zumindest eine Torsionsfeder zur Erzeugung der rotatorischen Bewegung der Schwungmasse. Nichtsdestotrotz kann der mechanische Oszillator ggf. auch ein Linearschwinger mit einer linear bewegten Schwungmasse sein. In einer weiteren, besonders bevorzugten Variante der Erfindung umfasst das zumindest eine elastische Element eine oder mehrere (vorzugsweise vorgespannte) Federn, insbesondere eine oder mehrere Linearfedern. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre ist das zumindest eine elastische Element in der Kopplung zwischen mechanischem Oszillator und erstem Schaltkontakt angeordnet. Hierdurch wird ein einfacher Aufbau der Vakuumschaltröhre erreicht.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das zumindest eine elastische Element derart angeordnet, dass es eine Bewegung des mechanischen Oszillators relativ zu dem ersten Schaltkontakt bewirkt .

Wird in der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre ein Rotati ^¬ onsschwinger verwendet, ist in einer bevorzugten Variante die rotatorische Schwungmasse linear beweglich entlang der oder parallel zu der Achse der Bewegung des ersten Schaltkontakts gelagert. Ferner ist zwischen einem Ende der zumindest einen Torsionsfeder und einem Widerlager für die zumindest eine Torsionsfeder das zumindest eine elastische Element vorgese ^¬ hen. Mit dieser Variante der Erfindung kann die Anordnung des zumindest einen elastischen Elements außerhalb der Kopplung erfolgen .

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Vakuum- schaltröhre ein Arretiermittel zur Arretierung des ersten Schaltkontakts in der Kontaktstellung und in der Unterbre ^¬ chungsstellung .

Im Falle, dass die Vakuumschaltröhre einen Rotationsschwinger umfasst, enthält das Arretiermittel vorzugsweise eine Frei ^¬ laufanordnung an der rotatorischen Schwungmasse mit einem ersten und einem zweiten aktivierbaren Freilauf, wobei der erste Freilauf im aktivierten Zustand die Bewegung des ersten Schaltkontakts in die erste Richtung ermöglicht und in die zweite Richtung sperrt, wodurch eine Arretierung in der Kontaktstellung erreicht wird, und wobei der zweite Freilauf im aktivierten Zustand die Bewegung des ersten Schaltkontakts in die zweite Richtung ermöglicht und in die erste Richtung sperrt, wodurch eine Arretierung in der Unterbrechungsstel- lung erreicht wird. Hierdurch wird eine einfache Arretierung erreicht, welche das Vorhandensein des zumindest einen elas ^¬ tischen Elements in der Vakuumschaltröhre berücksichtigt.

Ein besonders einfacher Aufbau der Freilaufanordnung wird in einer bevorzugten Variante dadurch erreicht, dass der erste Freilauf und der zweite Freilauf jeweils Zahnflanken am Um ^¬ fang der rotatorischen Schwungmasse und zumindest eine Sperr ^¬ klinke umfassen, wobei die zumindest eine Sperrklinke mittels eines Aktors in Eingriff und außer Eingriff mit den Zahnflan- ken gebracht werden kann. Dabei werden der erste und der zweite Freilauf jeweils aktiviert, wenn die zumindest eine Sperrklinke in Eingriff mit den Zahnflanken gebracht wird. Vorzugsweise gehören die Zahnflanken sowohl zum ersten als auch zum zweiten Freilauf, wodurch die Freilaufanordnung be- sonders kompakt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und Fig. 2 schematische Darstellungen des Öffnens und Schließens von Schaltkontakten in einer Vakuumschaltröhre gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Öffnens und Schlie ^¬ ßens von Schaltkontakten in einer Vakuumschaltröhre gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Öffnens und Schlie ^¬ ßens von Schaltkontakten in einer Vakuumschaltröhre gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 5 die Darstellung einer Konstruktion einer Vakuumschaltröhre gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung .

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen aus dem Stand der Technik bekannte Öffnungs- und Schließmechanismen für Schaltkontakte in einer Vakuumschaltröhre. Innerhalb des Vakuums der Schaltröhre be ^¬ finden sich der erste Schaltkontakt 1 und der zweite Schalt- kontakt 2. Dabei wird der erste Schaltkontakt 1 mit dem zwei ^¬ ten Schaltkontakt 2 über einen mechanischen Oszillator 3 in Kontakt bzw. außer Kontakt gebracht werden. Die Bewegung des Oszillators erfolgt mittels mechanischer Energie aus einem (nicht gezeigten) Antrieb.

Als Antrieb kann ein herkömmlicher Elektromotor verwendet werden, der über eine schaltbare Kupplung, bspw. eine Magnetkupplung oder eine Zahnradkupplung, mit dem Oszillator gekuppelt wird. Alternativ kann auch ein Piezomotor verwendet wer- den, oder ein Linearantrieb mit Piezoantrieb,

Solenoidantrieb, oder auch aktive Materialien wie elektroak- tive Polymere, deren Linearbewegung über ein Ratschen- oder Knarrenprinzip in eine rotatorische Bewegung umgesetzt werden kann .

Fig. 1 zeigt einen mechanischen Oszillator 3 in der Form ei- nes Linearschwingers mit einer linearen Feder mit der Federkonstanten ki. Die Feder ist über einen Stab 9 mit dem ersten Schaltkontakt 1 verbunden. Die linear schwingende Masse ist schematisch durch das Bezugszeichen m _x angedeutet. Fig. 2 zeigt einen Öffnungs- und Schließmechanismus für die Schaltkontakte 1 und 2 basierend auf einem Oszillator 3 in der Form eines Rotationsschwingers. Dabei wird anstatt einer linearen Feder wie in Fig. 1 eine Torsionsfeder 5 verwendet, welche die Oszillation einer kreisförmigen Schwungmasse 4 mit dem Gewicht m _r um die Rotationsachse R bewirkt. Die Torsions ^¬ feder 5 wird an dem ortsfesten Widerlager 6 abgestützt und hat die Federkonstante k _r . Da der erste Schaltkontakt 1 line ^¬ ar hin zu dem zweiten Schaltkontakt 2 bzw. von diesem weg bewegt werden soll, ist die Kopplung 7 zwischen der Schwungmas- se 4 und dem Schaltkontakt 1 derart ausgestaltet, dass eine

Umsetzung bzw. Wandlung der Rotationsbewegung der Schwungmasse 4 in eine Linearbewegung des Schaltkontakts 1 erreicht wird. Hierzu umfasst die Kopplung 7 zwei aneinander

angelenkte Stäbe 8 und 9, wobei die linear bewegte Masse, die den Stab 9 und den Schaltkontakt 1 umfasst, schematisch mit dem Bezugszeichen ιτΐχ angedeutet ist. Der Stab 8 ist am äuße ^¬ ren Rand der Schwungmasse 4 drehbar befestigt ist, wodurch die Oszillationen der Torsionsfeder 5 und die damit verbundene Rotation der Schwungmasse 4 zu einer Linearbewegung des Stabs 9 und damit des Schaltkontakts 1 führen.

In beiden Systemen der Fig. 1 und Fig. 2 sind die Federkonstanten kx bzw. k _r derart gewählt, dass die Eigenfrequenz des jeweiligen Systems einer gewünschten Dynamik in Bezug auf die Schließ- bzw. Öffnungsgeschwindigkeiten zwischen den Kontakten entspricht. Dabei wird die Randbedingung berücksichtigt, dass ein Lichtbogen, der sich beim Öffnen bzw. Schließen der Schaltkontakte zwischen diesen ausbildet, ausreichend schnell gelöscht wird. Speziell müssen die Kontakte mit einer gewis ^¬ sen Mindestgeschwindigkeit, die typischerweise bei etwa 1 m/s liegt, über einen Mindestabstand der Kontakte geschlossen und geöffnet werden. In einer alternativen Formulierung ent- spricht dies der Anforderung, dass der erste Schaltkontakt 1 nach dem Lösen des Kontakts mit dem zweiten Schaltkontakt 2 nach einer gewissen Zeit, beispielsweise tl = 2 ms, einen gewissen Mindestabstand, beispielsweise Δχ = 2 mm, vom zweiten Schaltkontakt haben muss. Basierend auf dieser Mindestge- schwindigkeit kann dann die Resonanzfrequenz bzw. die Federsteifigkeit ermittelt werden. Unter der Annahme einer sinus ^¬ förmigen Schwingung mit einer Gesamtamplitude von x ₀ lässt sich die Resonanzfrequenz zu ω = 1/t-L ^■ cos ^_1 ((x ₀ — Δχ)/χ ₀ ) (1) bestimmen . Weiterhin gilt: mit einer bewegten Masse m. Somit lässt sich hieraus direkt die notwendige Federsteifigkeit k berechnen.

Um ein Wiederöffnen des Kontakts zwischen den Schaltkontakten 1 und 2 zu verhindern, sollte der Stoß des Schaltkontakts 1 auf den Schaltkontakt 2 bei Kontaktschluss inelastisch sein, d.h. die gesamte Aufprallenergie E = ^ mxv ² muss beim Auf- prallvorgang durch geeignete Dämpfung abgeführt werden. In den Mechanismen der Fig. 1 und Fig. 2 ist diese Energiemenge erheblich und umfasst ca. ein Drittel der in den jeweiligen Federn gespeicherten Energie. Um die Verlustenergie beim obigen Aufprallvorgang zu minimie ^¬ ren und gleichzeitig die resonante Auslegung der Kinematik des Öffnungs- und Schließsystems bei der gewünschten Reso ^¬ nanzfrequenz zu ermöglichen, wird in der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 eine Entkopplung der Linearbewegung der Schaltkontakte und der Bewegung des rotatorischen Oszillators vorgeschlagen. Die Ausführungsform der Fig. 3 beruht dabei auf dem System der Fig. 2, d.h. der mechanische Oszil- lator 3 ist wiederum über Schwungmasse 4, Torsionsfeder 5 und Widerlager 6 realisiert. Ebenso wird die Umsetzung der rotatorischen Bewegung der Schwungmasse 4 in die Linearbewegung des Schaltkontakts 1 über eine Kopplung 7 mit

angelenkten Stäben 8 und 9 erreicht.

Im Unterschied zu Fig. 2 ist in der Variante der Fig. 3 zu ^¬ sätzlich eine lineare Feder 10 mit der Federkonstanten ki in dem Stab 9 der Kopplung 7 vorgesehen. Die Feder ist vorgespannt und bewirkt, dass die linear bewegte Masse ιτΐχ von der rotatorisch bewegten Masse m _r und der zugehörigen Torsionsfeder 5 getrennt wird. Im Besonderen wird durch die Feder 10 erreicht, dass bei Beendigung der Bewegung des ersten Schaltkontakts 1 durch Erreichen der Kontaktstellung mit dem

Schaltkontakt 2 die Bewegung des mechanischen Oszillators 3 fortgesetzt wird und hierdurch Energie in der linearen Feder 10 sowie auch in der rotatorischen Feder 5 gespeichert wird.

Mit dem System der Fig. 3 kann die linear bewegte Masse ιτΐχ sehr klein gehalten werde, was wiederum zu einer geringen Menge an verlorener Aufprallenergie E = ^ mxv ² führt. Durch die erreichte Trennung der Linearbewegung des Schaltkontakts von der rotatorischen Bewegung des Oszillators wird die Effizienz des Systems entscheidend verbessert. Man benötigt nur noch einen kleinen kompakten Aktor, um die Verlustenergie wieder nachzuführen.

In einer abgewandelten Ausführungsform der Fig. 3 kann die Trennung zwischen Linearbewegung und rotatorischer Bewegung auch so vorgenommen werden, dass der gesamte rotatorische Os- zillator 3 an seiner Rotationsachse R in vertikaler Richtung linear beweglich gelagert ist und die vorgespannte Feder 10 zwischen dem Widerlager 6 und dem benachbart zum Widerlager liegenden Ende der Torsionsfeder 5 angeordnet ist. Auch bei dieser Variante setzt sich die Oszillationsbewegung des Oszillators durch Stauchen der Feder 10 bei Kontaktierung der beiden Schaltkontakte 1 und 2 fort, wodurch mechanische Ener ^¬ gie in den Federn gespeichert wird.

Gegebenenfalls kann in der Ausführungsform der Fig. 3 anstatt eines rotatorischen Oszillators auch ein linearer Oszillator ähnlich wie in Fig. 1 genutzt werden. Mit anderen Worten kann die Erfindung auch dadurch realisiert werden, dass im System der Fig. 1 eine zusätzliche lineare Feder in dem Stab 9 inte ^¬ griert wird, wodurch eine Entkopplung der linearen Bewegung des Schaltkontakts 1 von der nunmehr ebenfalls linearen Bewe ^¬ gung des Oszillators 3 bewirkt wird. Um eine Arretierung der Schaltkontakte 1 und 2 in der Kontaktstellung (d.h. bei Kontakt zwischen den beiden Schaltkontakten 1 und 2) bzw. in der Unterbrechungsstellung (d.h. bei maximalem Abstand zwischen den beiden Schaltkontakten 1 und 2) zu erreichen, wird in der weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 4 ein Mechanismus aus aktivierbaren Freiläufen 20 und 21 genutzt. Der Aufbau der Ausführungsform der Fig. 4 entspricht im Prinzip der Fig. 3, wobei nunmehr jedoch die Schwungmasse 4 an ihrem Außenumfang Zahnflanken 11 aufweist. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist in Fig. 4 nur eine der Zahnflanken mit diesem Bezugszeichen bezeichnet. Die Zahnflanken wechselwirken mit einer Sperrklinke 12 des Freilaufs 20 bzw. einer Sperrklinke 14 des Freilaufs 21. Über einen Aktor 13 in der Form eines Solenoids kann die Sperrklinke 12 in Eingriff und außer Eingriff mit den Zahlflanken 11 gebracht werden. Analog wird ein Solenoid 15 verwendet, um die Sperrklinke 14 in bzw. außer Eingriff mit den Zahnflanken 11 zu bringen. Die beiden Klinken 12 und 14 sind so ausgelegt, dass sie ohne Betätigung der Solenoide 13 bzw. 15 in die Zahnflanken eingreifen. Fig. 4 zeigt ein Szenario, bei dem die Sperrklinke 12 in Ein ^¬ griff mit den Zahnflanken 11 steht, wodurch der Freilauf 20 aktiviert wird. Die Aktivierung dieses Freilaufs erfolgt bei der Abwärtsbewegung des Schaltkontakts 1, d.h. bei Drehung der Schwungmasse 4 entgegen dem Uhrzeigersinn. Sobald sich nach der Kontaktierung des Schaltkontakts 1 mit dem Schalt ^¬ kontakt 2 die Drehrichtung der Schwungmasse 4 umkehrt, wird eine Arretierung durch Anschlagen der Sperrklinke an einer entsprechenden Zahnflanke erreicht. Diese Arretierung kann anschließend durch Bewegung der Sperrklinke 12 nach oben über die Aktivierung des Solenoids 13 gelöst werden.

Mittels des zweiten Freilaufs 21 kann eine Arretierung in der Unterbrechungsstellung der Schaltkontakte 1 und 2 bewirkt werden. Der Freilauf 21 wird dabei aktiviert, d.h. die Sperr ^¬ klinke 14 wird in Eingriff mit den Zahnflanken 11 gebracht, wenn sich der erste Schaltkontakt 1 von dem zweiten Schalt ^¬ kontakt 2 entfernt, d.h. wenn sich die Schwungmasse 4 im Uhr- zeigersinn dreht. An der Umkehrposition in der Unterbrechungsstellung wechselt die Drehrichtung der Schwungmasse, was dann eine Sperrung der Schwungmasse über die Sperrklinke 14 und damit eine Arretierung in der Unterbrechungsposition bewirkt. Zum Lösen der Arretierung wird die Sperrklinke 14 durch Betätigung des Solenoids 15 nach oben gedreht und damit außer Eingriff mit den Zahnflanken gebracht.

Die beiden soeben beschriebenen aktivierbaren Freiläufe müssen nicht durch einen Sperrklinken-Mechanismus realisiert sein. Stattdessen können ggf. auch Klemmrollen, Klemmkörper oder Zahnscheiben genutzt werden. Gemäß der Ausführungsform der Fig. 4 sind die beiden aktivierbaren Freiläufe konstruktiv über die gemeinsam genutzten Zahnflanken miteinander verbunden. Nichtsdestotrotz können die Freiläufe auch konstruk- tiv getrennt voneinander realisiert sein. Als Aktoren für die Freiläufe müssen auch keine Solenoide verwendet werden. Die Aktoren können auch Elektromagnete, Piezo-Aktoren,

elektrostriktive Aktoren, magnetostriktive Aktoren, Aktoren basierend auf Magnetic Memory Shape, thermisch aktivierte Aktoren basierend auf Memory Shape, Linearmotoren und dergleichen sein. Die in Fig. 4 gezeigte Arretierung über Freiläufe weist den Vorteil auf, dass eine Verriegelung in nahezu beliebigen Po ^¬ sitionen der Schwungmasse möglich ist. Auf diese Weise kann die Torsionsfeder anfänglich überladen werden, d.h. es wird mehr Energie vorgehalten als für einen Öffnungs-Schließ-

Zyklus benötigt wird. Dadurch bewegt sich die Rotationsmasse m _r in der geschlossenen Position weiter als zum Schließen der Kontakte über die Verschiebung der Linearmasse ιτΐχ notwendig. Es muss allerdings bei der Auslegung des Systems darauf ge- achtet werden, dass die Feder 10 nicht zu weit gestaucht wird, denn das Kontaktsystem kann im Normalfall nur gewissen Maximalkräften standhalten. Üblicherweise liegt der Kontaktdruck des Schaltkontakts 1 auf den Schaltkontakt 2 in der Größenordnung von 1000 bis 3000 N.

Fig. 5 zeigt eine konstruktive Ausgestaltung eines weiteren Öffnungs- und Schließmechanismus für eine erfindungsgemäße Vakuumröhre. Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung, welche einen Endbereich der Vakuumröhre zeigt. Im Folgenden werden nur die erfindungswesentlichen Bauteile der Fig. 5 beschrieben. Mit dem Bezugszeichen 9 ist analog zu den vorangegangenen Ausführungsformen der Stab 9 bezeichnet, dessen vorderes Ende den Schaltkontakt 1 trägt. Dieser Schaltkontakt ist in dem Aus ^¬ schnitt der Fig. 5 nicht ersichtlich und befindet sich in der mit dem Pfeil P angedeuteten Richtung.

Der mechanische Oszillator der Ausführungsform der Fig. 5 ist wiederum mit Bezugszeichen 3 bezeichnet. Er ist über zwei entgegengesetzt wirkende Torsionsfedern 5 realisiert, die im Schnitt gezeigt sind und am hinteren Ende der Röhre angeord ^¬ net sind. Die Torsionsfedern bewirken eine rotatorische Bewe ^¬ gung eines Stabs 22, der wiederum mit einer rotatorischen Schwungmasse 4 verbunden ist. Die Drehung der Schwungmasse 4 wird über ein Kugelumlaufgewinde 16 in die Linearbewegung des Stabs 9 gewandelt. Die Entkopplung dieser Linearbewegung von der rotatorischen Bewegung der beiden Torsionsfedern und der Schwungmasse erfolgt über die beiden vorgespannten Federn 10, welche bei Erreichen der Kontaktstellung zwischen den Schaltkontakten 1 und 2 gestaucht werden.

Auch in der Ausführungsform der Fig. 5 sind zwei aktivierbare Freiläufe 20 und 21 vorhanden. Es handelt sich dabei um zwei konstruktiv getrennte Freiläufe in Ringbauweise, die in

Längsrichtung der Röhre nebeneinander angeordnet sind. Der Freilauf 20 wird über einen Aktor 13 betätigt, der einen Stift 17 und damit eine Sperrklinke 12 bewegt. Der Freilauf 20 arretiert im aktivierten Zustand den Schaltkontakt 1 in der Kontaktstellung. Die Betätigung des anderen Freilaufs 21 erfolgt über einen Aktor 15, der wiederum einen Stift 17 und damit eine entsprechende Sperrklinke 14 betätigt. Der Frei ^¬ lauf 21 arretiert im aktivierten Zustand den Schaltkontakt 1 in der Unterbrechungsstellung. Die Aktoren 13 und 15 sind in der Ausführungsform der Fig. 5 wieder Solenoid-Aktoren . Es können jedoch auch andere Arten von Aktoren verwendet werden.

Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere können durch ein zusätzliches elastisches Element bzw. eine Linearfeder die Energieverluste bei der Kontaktierung zwischen den Schaltkontakten einer Vakuumröhre vermindert werden. Demzufolge können die Aktoren des Oszillators zur Bewe- gung der Schaltkontakte kleiner gestaltet werden. Dies ermög ^¬ licht es, dass die Vakuumröhre und der Antrieb in einem kom ^¬ pakten Verbund ausgeführt werden, d.h. in einem Gehäuse kombiniert werden. Hierdurch wird eine flexiblere Anordnung der Röhre und ihrer Schaltmechanik und dadurch ein kompakteres und preiswerteres Schaltgerät erreicht.

Der Öffnungs- und Schließmechanismus der im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen arbeitet mit einem mechanischen Oszillator nach dem resonanten Prinzip, d.h., die Ei- genfrequenz des Oszillators wird durch geeignete Wahl der entsprechenden Federkonstanten im Oszillator so gelegt, dass die gewünschte Dynamik, vor allem Schließ- und Öffnungsge ^¬ schwindigkeiten des Kontaktsystems, bereits rein passiv, d.h. ohne weiteren Energieeintrag durch Aktoren erreicht wird. Dies ermöglicht die Verwendung einer kleineren und damit preiswerteren Aktorik. In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung wird die Verriegelung in der Kontaktstellung bzw. Unterbrechungsstellung der Schaltkontakte auf einfache und effiziente Weise durch die Kombination von zwei aktivierbaren Freiläufen erreicht, die getrennt voneinander arretiert werden können.