CH464379A - Ribbon-shaped conductor made of normally electrically conductive metal and superconductors embedded in it - Google Patents

Ribbon-shaped conductor made of normally electrically conductive metal and superconductors embedded in it

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CH464379A
CH464379A CH600868A CH600868A CH464379A CH 464379 A CH464379 A CH 464379A CH 600868 A CH600868 A CH 600868A CH 600868 A CH600868 A CH 600868A CH 464379 A CH464379 A CH 464379A
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shaped conductor
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superconductors
metal
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CH600868A
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Guenther Dr Bogner
Maier Richard Dr Dipl-Ing
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Siemens Ag
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/20Permanent superconducting devices

Description

  

  Bandförmiger Leiter aus elektrisch normalleitendem Metall und darin eingelagerten Supraleitern    Die Erfindung     betrifft    einen bandförmigen Leiter  aus elektrisch normalleitendem Metall und darin einge  lagerten Supraleitern. Für den Bau von     Supraleitungs-          spulen,    insbesondere von     supraleitenden        Grossmagne-          ten,    haben sich     sogenannte    stabilisierte Leiter, die aus       supraleitenden    und bei der Betriebstemperatur der Spule  gut elektrisch leitenden normalleitenden Metallen zu  sammengesetzt sind, als vorteilhaft erwiesen. Um eine  gute elektrische Stabilität der Spule zu erreichen, d. h.

    insbesondere um einen Übergang des gesamten     Supra-          leitermaterials    in der     Spulenwicklung    vom     supraleiten-          den    in den elektrisch normalleitenden Zustand bei kurz  zeitiger Stromüberlastung zu vermeiden, sollen dabei  Querschnitt und     Tieftemperaturleitfähigkeit    des normal  leitenden Metalls so bemessen werden,

   dass der zusam  mengesetzte Leiter bei guter Kühlung in der Spule keine  wesentliche Stromdegradation aufweist und dass beim       Übergang    des Supraleiters in den kritischen Zustand  durch Überschreiten des kritischen Stromes der den  Supraleiter     durchfliessende    Strom ganz oder teilweise  von dem normalleitenden Metall übernommen wer  den kann, so dass der     Übergang    des Supraleiters vom       supraleitenden    in den normalleitenden Zustand konti  nuierlich und reversibel erfolgt und durch eine gering  fügige Verkleinerung des Stromes der     supraleitende    Zu  stand wieder hergestellt werden kann.  



  Es ist bereits ein aus     supraleitendem    und normal  leitendem Metall     zusammengesetzter    Leiter bekannt,  bei dem mehrere     parallel    zueinander verlaufende     Niob-          Zirkon-Drähte    in ein Kupferband eingelagert sind. Bei  der Einlagerung der     supraleitenden    Drähte in das Kup  ferband, die durch     Einwalzen    erfolgen kann, ist es je  doch schwierig, zwischen den Supraleitern und dem       normalleitenden    Metall einen guten Kontakt mit mög  lichst     kleinem        Übergangswiderstand    herzustellen.

   Ein  niedriger     Übergangswiderstand    ist jedoch sehr erwünscht,  um einen reversiblen Stromübergang zwischen Supralei  ter und     Normalleiter    zu     ermöglichen.    Ausserdem besteht  beim     Einwalzen    von     supraleitenden    Drähten in Kupfer-         bänder    die grosse Gefahr, dass das Kupfer eine stärkere  Längsdehnung erleidet als das mechanisch härtere     Su-          praleitermaterial    und dass das Kupfer ferner durch die  Verformung beim     Walzen    eine     Walztextur    erhält.

   Durch  eine solche Textur wird der Restwiderstand des Kupfers  bei tiefen Temperaturen heraufgesetzt, was eine Ver  minderung der elektrischen Leitfähigkeit des Kupfers  und somit eine Verschlechterung der Stabilisierungswir  kung zur Folge hat.  



  Ferner ist ein bandförmiger, aus     Supraleitermate-          rial    und elektrisch     normalleitendem    Metall bestehender  Leiter bekannt, bei dem mehrere     supraleitende    Drähte  durch     Strangpressen    gleichzeitig mit dem normalleiten  den Metall umgeben werden. Bei diesen Leitern macht  jedoch die Herstellung grosser Längen noch gewisse  Schwierigkeiten, da der Strang aus dem normalleitenden  Metall beim     Strangpressen    gelegentlich abreisst.  



  Ferner ist ein Leiter bekannt, der aus einem einzi  gen Band aus elektrisch     normalleitendem    Metall be  steht, an dessen Oberfläche Längsnuten vorgesehen sind.  In diese Längsnuten sind mehrere     supraleitende,    mit  elektrisch normalleitenden Überzügen versehene Drähte  eingelegt und durch Umlegen der     Nutenränder    festgehal  ten. Zur Herstellung des elektrischen Kontaktes zwi  schen dem     normalleitenden    Band und den     supraleiten-          den    Drähten wird dieser Leiter getempert, so dass das  Metall des normalleitenden Bandes und das Metall der       normalleitenden        Überzüge    der Drähte ineinander dif  fundieren.

   Dieser Leiter hat den Nachteil, dass die zum  Tempern nötige Temperatur verhältnismässig hoch ist,  d. h. in der Regel über 400  C liegt. Bei diesen hohen  Temperaturen können die     Supraleitungseigenschaften     der Supraleiter beeinträchtigt werden.  



  Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen in  einfacher Weise aufgebauten bandförmigen Leiter anzu  geben, bei dem die genannten Nachteile vermieden sind  und der insbesondere ohne Störungen in grossen Längen       herstellbar    ist.           Diese    Aufgabe ist dadurch gelöst, dass wenigstens  ein mit einem Überzug aus elektrisch normalleitendem  Metall versehener Supraleiter zwischen zwei mit Längs  nuten zur     Aufnahme    des Supraleiters versehene Bänder  aus normalleitendem     Metall    gelegt ist und dass beide  Bänder     miteinander    und mit dem Supraleiter mittels  eines zwischen den Bändern befindlichen,

       niedrigschmel-          zenden        Lotmetalles    verlötet sind.  



  Bei einer bevorzugten Ausführungsform des band  förmigen Leiters sind mehrere parallel zueinander ver  laufende Supraleiter zwischen die mit einer entsprechen  den Anzahl von Nuten versehenen Bänder aus normal  leitendem Metall eingelegt. Dies hat den Vorteil, dass  bei einer zeitweilig  ,en Stromüberlastung eines Supralei  ters ein Teil des Stromes über das normalleitende Me  tall auf parallel     liegende    Supraleiter übergehen kann und  dass der Übergangswiderstand zwischen den Supralei  tern und dem normalleitenden Metall durch Vergrösse  rung der     Kontaktfläche        verkleinert    wird.  



       Als    Supraleiter sind insbesondere drahtförmige  Supraleiter vorgesehen. Anstelle von     supraleitenden    Ein  zeldrähten mit grösserem Querschnitt können auch       vorteilhaft    Litzen als Supraleiter vorgesehen sein, die  aus mehreren dünnen, mit Überzügen aus elektrisch  normalleitendem Metall versehenen, untereinander ver  drillten,     supraleitenden    Drähten bestehen. Man     kann     dadurch bei Leitern für hohe Strombelastbarkeit die  höhere kritische Stromdichte der dünnen Supraleiter  drähte ausnutzen, die diese auf Grund ihrer stärkeren,  bei der Drahtherstellung erfahrenen     Kaltverformung    ge  genüber dickeren Drähten besitzen.

   Dies ist insbesonde  re bei     Hochfeldsupraleitern    aus     supraleitenden    Legie  rungen der Fall.  



  Da in den Wicklungen der     Supraleitungsspulen,    für  die der bandförmige Leiter insbesondere geeignet ist,  gegebenenfalls sehr grosse mechanische Kräfte auftre  ten können, kann es ferner     vorteilhaft    sein, den band  förmigen Leiter     derart    aufzubauen, dass zusätzlich zu  den Supraleitern ein oder mehrere Drähte aus einem  mechanisch hochfesten Material zwischen die mit ent  sprechenden Nuten versehenen Bänder aus elektrisch       normalleitendem    Metall eingelegt und gegebenenfalls mit  diesen verlötet sind. Durch die Drähte aus     mechanisch     hochfestem Material wird die mechanische Festigkeit  des bandförmigen Leiters wesentlich erhöht.  



  Die elektrisch normalleitenden Bänder des band  förmigen Leiters können aus allen elektrisch gut leiten  den, lötbaren Metallen bestehen, vorzugsweise sind Bän  der aus Kupfer, insbesondere aus Kupfer hoher Rein  heit vorgesehen.  



  Als Supraleiter sind für den     bandförmigen    Leiter  insbesondere     Hochfeldsupraleiter    aus einer der     supralei-          tenden    Legierungen     Niob-Zirkon    oder     Niob-Titan    ge  eignet. Dabei kommen insbesondere die Legierungen       Niob-Zirkon    mit einem     Zirkongehalt    von 25 bis 50       Gew.        ()/o    und     Niob-Titan    mit einem     Titangehalt    zwischen  40 und 70     Gew.-11/o    in Frage.

   Die normalleitenden Über  züge dieser Leiter können insbesondere aus einem der  Metalle Kupfer, Silber oder Gold bestehen. Kupfer  wird jedoch im     allgemeinen    bevorzugt.  



  Um den elektrischen Übergangswiderstand zwischen  den normalleitenden     Überzügen    der Supraleiter und den  normalleitenden Bändern möglichst klein zu halten und  das Band beim Verlöten nicht     unnötig    zu erwärmen, ist    als     Lotmetall    vorzugsweise elektrisch gut leitendes Me  tall mit einem Schmelzpunkt von     weniger    als 400  C  vorgesehen.     Insbesondere    kommen als     Lotmetalle    die  Metalle Zinn,     Indium    oder Blei oder geeignete Legie  rungen aus Zinn und Silber, aus Zinn und     Indium    oder  aus Zinn und Blei in Frage.

   Beispielsweise eignet sich       eine        Legierung        aus        Zinn        und        etwa    6     Gew.-%        Silber        mit     einem     Schmelzpunkt    von etwa 250  C oder eine     Legie-          rung        aus        Zinn        und        3,

  5        Gew.-%        Silber        mit        einem          Schmelzpunkt    von etwa 220  C oder eine Legierung       aus        Zinn        mit        48        Gew.-%        Blei        mit        einem        ähnlich        niedri-          gen        Schmelzpunkt.     



  Falls beim bandförmigen Leiter Drähte aus hochfe  stem Material vorgesehen sind, so bestehen diese vor  zugsweise aus Edelstahl. Sollen diese Drähte mit den  normalleitenden Bändern verlötet werden, so versieht  man sie vorteilhaft mit einem Kupferüberzug.  



  Der Leiter zeichnet sich durch zahlreiche Vorteile  aus. So sind durch das Verlöten äusserst geringe Über  gangswiderstände zwischen den     Normalmetallüberzügen     der Supraleiter und den elektrisch normalleitenden Bän  dern zu erreichen, so dass die normalleitenden Bänder  in hervorragender Weise elektrisch stabilisierend wirken.  Ferner liegen die Supraleiter in der Mittelebene des fer  tigen Bandes, d. h. in der neutralen Faser, so dass sie  beim Wickeln einer Spule aus dem bandförmigen Leiter  nur äusserst     geringen    Biegebeanspruchungen ausgesetzt  sind. Vor dem Zusammenfügen des bandförmigen  Leiters können die einzelnen Elemente voneinander un  abhängigen Bearbeitungsschritten unterzogen werden.

    Insbesondere können die normalleitenden Bänder span  los verformt und somit ohne Materialverlust mit den  zur     Aufnahme    der Supraleiter erforderlichen Nuten  versehen werden. Vor dem Zusammenfügen des band  förmigen Leiters können die mit Nuten versehenen nor  malleitenden Bänder ferner nochmals geglüht werden,  so dass die beim Einbringen der Nuten auftretenden  Walztexturen ausgeheilt werden und der Restwider  stand des normalleitenden Materials herabgesetzt wird.  Bei Kupferbändern erfolgt dieses Weichglühen etwa  bei     Temperaturen        zwischen    200 und 500  C, vorzugs  weise zwischen 300 und 350  C, dauert etwa 1 Stunde  lang und wird unter Vakuum oder Schutzgas vorge  nommen. Anschliessend lässt man die normalleitenden  Bänder langsam abkühlen.

   Da die Supraleiter bei diesem  Weichglühen noch nicht in die normalleitenden Bänder  eingelegt sind, können die     Supraleitungseigenschaften     der Supraleiter durch das Glühen nicht     nachteilig    be  einflusst werden. Die Fertigung des bandförmigen Lei  ters ist verhältnismässig einfach, so dass grosse Län  gen     inmierhalb    von kurzer Zeit hergestellt werden kön  nen.  



  Anhand einiger Figuren und Beispiele soll die Er  findung noch näher erläutert werden.  



       Fig.    1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für  einen bandförmigen Leiter gemäss der Erfindung mit  mehreren drahtförmigen Supraleitern.  



       Fig.2    zeigt die Strombelastbarkeit eines Leiters  nach     Fig.    1 in Abhängigkeit von einem äusseren Ma  gnetfeld.  



       Fig.    3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für  einen bandförmigen Leiter gemäss der     Erfindung    mit  mehreren     litzenförmigen    Supraleitern.           Fig.4    zeigt die     Strombelastbarkeit    des bandförmi  gen Leiters gemäss     Fig.    3 in Abhängigkeit von einem  äusseren Magnetfeld.  



       Fig.    5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel     für     einen bandförmigen Leiter gemäss der Erfindung, der  zusätzlich zu den Supraleitern Drähte aus     mechanisch     hochfestem Material enthält.  



  Bei dem in     Fig.    1 dargestellten Leiter sind sechs       supraleitende    Drähte 1 aus einer Legierung von 35       Gew.-%        Niob        und        65        Gew.-%        Titan,        die        mit        metallur-          gisch    aufgebrachten Kupferüberzügen 2 versehen sind,  zwischen zwei mit entsprechenden Längsnuten     versehe-          nen    Kupferbänder 3 und 4 eingelegt.

   Die Kupferbänder  sind untereinander und mit den eingelegten Supralei  tern mittels eines     Lotmetalles    5 verlötet. Das     Lotmetall     besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einer     Le-          gierung        von        96,5        Gew.-%        Zinn        und        3,        Gew.-%        Silber     und besitzt einen Schmelzpunkt von 220  C. Die     draht-          förmigen    Supraleiter haben einschliesslich des Kupfer  überzuges einen Gesamtdurchmesser von 0,91 mm.

   Der  gesamte bandförmige Leiter ist bei gleicher Stärke der  beiden Kupferbänder 1,6 mm stark und 10 mm breit.  Die Nuten in beiden Kupferbändern sind jeweils gleich  tief, so dass die     Supraleiter    in der Mittelebene des  bandförmigen Leiters liegen.  



       Fig.    2 stellt das Verhalten des bandförmigen Leiters  nach     Fig.    1 bei Strombelastung in einem äusseren Ma  gnetfeld dar. Der Strom I ist an der Ordinate in Ampere,  das äussere Magnetfeld H an der Abszisse in     Kiloörsted     aufgetragen.

   Bei der Messung war die eine Breitseite des  bandförmigen     Leiers    nach     Fig.    1 mit einem     Kunststoff-          band        abgedeckt,        so        dass        nur        50%        der        Oberfläche        des     bandförmigen Leiters in direktem Wärmeaustausch mit  dem als Kühlmittel verwendeten     flüssigen    Helium stan  den. Das äussere Magnetfeld war senkrecht zu den  Supraleitern 1 und     parallel    zur Breitseite des bandförmi  gen Leiters gerichtet.

   Die Kurve IC in     Fig.    2 gibt den  sogenannten kritischen Strom des Leiters an. Erhöht  man in einem vorgegebenen Magnetfeld die Strombe  lastung des bandförmigen Leiters, so beginnt bei die  sem kritischen Strom ein Teil des die Supraleiter     durch-          fliessenden    Stromes in die normalleitenden Bänder über  zugehen. Setzt man die Strombelastung des bandför  migen Leiters etwas herab, so tritt der Strom reversibel  wieder in die Supraleiter ein. Die Kurve IR gibt für das  jeweilige äussere Magnetfeld die Stromstärke an, bei  der der gesamte Strom wieder in den Supraleitern fliesst.

    So beginnt beispielsweise in einem Magnetfeld von 45       Kiloörsted    bei einer Stromstärke von 1350 Ampere der  Strom von den Supraleitern in die normalleitenden Bän  der überzugehen. Setzt man die Stromstärke auf 1320  Ampere herab, so     fliesst    der gesamte Strom     wiederum     in den Supraleitern. Die Kurven in     Fig.    2 zeigen deut  lich, dass der bandförmige Leiter nach     Fig.    1 noch in  Magnetfeldern von 50     Kiloörsted    mit Stromstärken von  1100 A betrieben werden kann. Bei der Messung wurde  der Strom dem bandförmigen Leiter über     Kupferklemm-          backen    zugeführt, zwischen die der Leiter eingeklemmt  war.

   Eine genauere Untersuchung ergab, dass der Strom  dabei bereits unter diesen     Kupferklemmbacken    voll  ständig aus den normalleitenden Bändern in die     supra-          leitenden    Drähte eintrat. Der     übergangswiderstand    zwi  schen den Kupferbändern des bandförmigen Leiters und  den Supraleitern ist somit verschwindend klein.    Bei dem bandförmigen Leiter nach     Fig.    3     sind    acht  Litzen 11, die jeweils aus drei mit einem Kupferüberzug  12 versehenen     supraleitenden    Drähten 13 bestehen, zwi  schen zwei mit entsprechenden Längsnuten versehene  Kupferbänder 14 und 15 eingelegt.

   Die     einzelnen        supra-          leitenden    Drähte 13, die wiederum aus einer Legierung       von        35        Gew.-%        Niob        und        65        Gew.-%        Titan        bestehen,     haben einschliesslich der Kupferumkleidung einen  Durchmesser von etwa 0,5 mm. Die wiederum Bleich  starken Kupferbänder 14 und 15 sind jeweils 10 mm  breit. Der gesamte bandförmige Leiter ist 1,6 mm stark.

         Als        Lot        16        ist        wiederum        eine        Legierung        aus        96,5%        Zinn          und        3,5%        Silber        verwendet.     



  In     Fig.    4 ist das Verhalten des Leiters nach     Fig.    3  bei Strombelastung in Abhängigkeit von einem äusseren  Magnetfeld dargestellt. Die Kurven IC und IR haben  die gleiche Bedeutung wie die entsprechenden Kurven in       Fig.    2. Aus     Fig.    4 ist ersichtlich, dass der bandförmige  Leiter nach     Fig.    3 im wesentlichen höheren Strömen  belastbar ist als der bandförmige Leiter nach     Fig.    1.  So kann der bandförmige Leiter nach     Fig.    3 beispiels  weise noch in einem äusseren Feld von 65     Kiloörsted     mit einem Strom von 1100 A belastet werden.  



  In     Fig.    5 ist ein bandförmiger Leiter dargestellt, bei  dem zusätzlich zu vier wiederum mit Kupferüberzügen  versehenen Supraleitern 21 zur Erhöhung der mechani  schen Festigkeit zwei Edelstahldrähte 22 und 23 zwi  schen die mit entsprechenden Längsnuten versehenen  Kupferbänder 24 und 25 eingelegt sind. Im übrigen ist  der Leiter nach     Fig.    5 entsprechend dem Leiter nach       Fig.    1 aufgebaut.  



  Anhand des folgenden     Ausführungsbeispieles    soll  die Herstellung eines bandförmigen Leiters nach     Fig.    1  noch näher erläutert werden. Zunächst werden in die  Kupferbänder 3 und 4 die zur Aufnahme der     draht-          förmigen    Supraleiter bestimmten Längsnuten beispiels  weise mittels einer     Kammprofilwalze    eingeprägt. Um ein       möglichst    gleichmässiges Gefüge der Bänder zu erzie  len, erfolgt die     Walzverformung        vorteilhaft    in mehreren,  beispielsweise in zwei Schritten.

   Nach dem ersten     Walz-          schritt    werden die Kupferbänder     vorteilhaft    zwischen  geglüht, dabei können etwa Temperaturen von 200 bis  500  C angewandt werden. Nachdem die Kupferbänder  in einem zweiten     Walzschritt    ihre endgültige Formge  bung erfahren haben, werden sie bei Temperaturen zwi  schen 200 und 500  C, vorzugsweise zwischen 300  und 350  C etwa 1 Stunde lang unter Vakuum oder  Schutzgas weichgeglüht. Nach dem Glühen lässt man  die Bänder langsam abkühlen. Durch dieses Weichglü  hen wird der elektrische Restwiderstand der Bänder  herabgesetzt.

   Nach dem Glühen     wird    beispielsweise  durch Bürsten die auf den Bändern entstandene Oxid  schicht entfernt und auf die Seiten, mit denen die Bän  der aufeinander zu liegen kommen, eine     Lotmetall-          schicht    aufgebracht. Dies kann beispielsweise mit einem  sogenannten     Schwallverfahren    erfolgen, bei dem ein       Schwall    aus dem     geschmolzenen        Lotmetall    erzeugt wird,  über den dann die Bänder hinweggeführt werden. Ge  gebenenfalls können die Bänder auch allseitig, beispiels  weise durch Eintauchen in flüssiges     Lotmetall,    mit einer       Lotmetallschicht    versehen werden.

    



  Zur Vorbereitung der     supraleitenden    Drähte für  die Herstellung des bandförmigen Leiters wird zunächst  die auf den Kupferüberzügen 2 befindliche Oxidschicht  beispielsweise durch     Ätzen    entfernt. Anschliessend wer-      den die Drähte beispielsweise durch Eintauchen in flüs  siges     Lotmetall    mit einer     Lotmetallschicht    versehen.  



  Zur eigentlichen Herstellung des bandförmigen Lei  ters werden die beiden normalleitenden Bänder 3 und 4  sowie die Drähte 1 von getrennten Vorratsrollen abge  wickelt. Dann werden die Drähte 1 in die Längsnuten  des Kupferbandes 4     eingelegt    und anschliessend das  Kupferband 3 aufgelegt. Der derart zusammengesetzte  Leiter wird dann beispielsweise durch auf die Schmelz  temperatur des     Lotmetalls    erhitzte Lötbacken gezogen,  durch die er etwas zusammengepresst wird. Der     Löt-          vorgang    verläuft ziemlich schnell, so dass der band  förmige Leiter die Lötbacken beispielsweise mit einer  Geschwindigkeit von 8 bis 10 cm pro sec. durchlaufen  kann.

   Der fertige bandförmige Leiter wird dann durch  wassergekühlte     Kühlbacken    gezogen und dabei abge  kühlt und anschliessend beispielsweise auf eine Vor  ratsrolle aufgewickelt.  



  Das geschilderte Herstellungsverfahren ist äusserst  einfach und erlaubt die kontinuierliche Herstellung sehr  grosser Längen des bandförmigen Leiters gemäss der  Erfindung in einem Arbeitsgang.



  Ribbon-shaped conductor made of normally electrically conductive metal and superconductors embedded therein The invention relates to a ribbon-shaped conductor made from normally electrically conductive metal and superconductors embedded therein. For the construction of superconducting coils, in particular of superconducting large magnets, so-called stabilized conductors, which are composed of superconducting metals that are electrically conductive at the operating temperature of the coil, have proven to be advantageous. In order to achieve good electrical stability of the coil, i.e. H.

    in particular in order to avoid a transition of the entire superconductor material in the coil winding from the superconducting to the electrically normally conductive state in the event of brief current overload, the cross-section and low-temperature conductivity of the normally conductive metal should be dimensioned so

   that the composite conductor with good cooling in the coil does not have any significant current degradation and that when the superconductor enters the critical state by exceeding the critical current, the current flowing through the superconductor can wholly or partly be taken over by the normally conducting metal, so that the The transition of the superconductor from the superconducting to the normal conducting state takes place continuously and reversibly and the superconducting state can be restored by a slight reduction in the current.



  A conductor composed of superconducting and normally conductive metal is already known in which several niobium-zirconium wires running parallel to one another are embedded in a copper strip. When storing the superconducting wires in the Kup ferband, which can be done by rolling, it is ever difficult to make good contact with the lowest possible contact resistance between the superconductors and the normally conductive metal.

   However, a low contact resistance is very desirable in order to enable a reversible current transfer between superconductor and normal conductor. In addition, when superconducting wires are rolled into copper strips, there is a great risk that the copper will suffer a greater longitudinal expansion than the mechanically harder superconductor material and that the copper will also acquire a rolled texture due to the deformation during rolling.

   Such a texture increases the residual resistance of the copper at low temperatures, which results in a reduction in the electrical conductivity of the copper and thus a deterioration in the stabilization effect.



  Furthermore, a band-shaped conductor made of superconductor material and electrically normal conducting metal is known, in which several superconducting wires are surrounded by extrusion at the same time as the normal conducting metal. In the case of these conductors, however, the production of great lengths still causes certain difficulties, since the strand made of the normally conductive metal occasionally tears off during extrusion.



  Furthermore, a conductor is known which is made of a single band of normally electrically conductive metal be, on the surface of which longitudinal grooves are provided. Several superconducting wires with normally electrically conductive coatings are inserted into these longitudinal grooves and held in place by folding the edges of the groove. To establish electrical contact between the normally conductive tape and the superconducting wires, this conductor is tempered so that the metal of the normally conductive tape and the metal of the normally conductive coatings of the wires diffuse into one another.

   This conductor has the disadvantage that the temperature required for annealing is relatively high, i. H. usually above 400 C. At these high temperatures, the superconducting properties of the superconductors can be impaired.



  The object of the present invention is to provide a strip-shaped conductor which is constructed in a simple manner and in which the disadvantages mentioned are avoided and which can in particular be produced in great lengths without interference. This object is achieved in that at least one superconductor provided with a coating of electrically normal conducting metal is placed between two strips of normally conducting metal provided with longitudinal grooves for receiving the superconductor and that both strips are connected to each other and to the superconductor by means of a

       low-melting solder metal are soldered.



  In a preferred embodiment of the ribbon-shaped conductor, several superconductors running parallel to each other are inserted between the ribbons made of normally conductive metal and provided with a corresponding number of grooves. This has the advantage that in the event of a temporary current overload of a superconductor, part of the current can pass over the normally conducting metal to superconductors lying in parallel and that the contact resistance between the superconductors and the normally conducting metal is reduced by increasing the contact area.



       In particular, wire-shaped superconductors are provided as superconductors. Instead of superconducting single wires with a larger cross-section, braids can also advantageously be provided as superconductors, which consist of several thin superconducting wires twisted with one another and provided with coatings of normally electrically conductive metal. This allows the higher critical current density of the thin superconductor wires to be used in the case of conductors for high current-carrying capacity, which they have compared to thicker wires due to their stronger cold deformation experienced in wire production.

   This is especially the case with high-field superconductors made of superconducting alloys.



  Since in the windings of the superconducting coils, for which the ribbon-shaped conductor is particularly suitable, very large mechanical forces can occur, it can also be advantageous to construct the ribbon-shaped conductor in such a way that, in addition to the superconductors, one or more wires from a mechanical high-strength material is inserted between the strips of electrically normal conducting metal provided with corresponding grooves and optionally soldered to them. The mechanical strength of the strip-shaped conductor is significantly increased by the wires made of mechanically high-strength material.



  The electrically normal conductive bands of the band-shaped conductor can consist of all electrically conductive, solderable metals, preferably the bands made of copper, in particular copper of high purity are provided.



  High-field superconductors made of one of the superconducting alloys niobium-zirconium or niobium-titanium are particularly suitable as superconductors for the strip-shaped conductor. The alloys niobium-zirconium with a zirconium content of 25 to 50% by weight and niobium-titanium with a titanium content between 40 and 70% by weight are particularly suitable.

   The normally conductive over trains of this conductor can in particular consist of one of the metals copper, silver or gold. However, copper is generally preferred.



  In order to keep the electrical contact resistance between the normally conductive coatings of the superconductors and the normally conductive tapes as small as possible and not to unnecessarily heat the tape during soldering, the solder metal is preferably electrically conductive metal with a melting point of less than 400 C. In particular, the metals tin, indium or lead or suitable alloys of tin and silver, tin and indium or tin and lead come into consideration as solder metals.

   For example, an alloy of tin and about 6% by weight of silver with a melting point of about 250 C or an alloy of tin and 3 is suitable,

  5% by weight silver with a melting point of around 220 ° C. or an alloy of tin with 48% by weight lead with a similarly low melting point.



  If wires made of hochfe stem material are provided in the ribbon-shaped conductor, these are preferably made of stainless steel. If these wires are to be soldered to the normally conductive strips, they are advantageously provided with a copper coating.



  The ladder has numerous advantages. Extremely low transition resistances between the normal metal coatings of the superconductors and the normally conductive bands can be achieved by soldering, so that the normally conductive bands have an excellent electrically stabilizing effect. Furthermore, the superconductors are in the center plane of the finished tape, i.e. H. in the neutral fiber, so that they are only exposed to extremely low bending stresses when winding a coil from the ribbon-shaped conductor. Before the band-shaped conductor is joined together, the individual elements can be subjected to processing steps that are independent of one another.

    In particular, the normally conductive strips can be deformed without cutting and thus provided with the grooves required to accommodate the superconductors without loss of material. Before joining the strip-shaped conductor, the normally conductive strips provided with grooves can also be annealed again, so that the rolling textures that occur when the grooves are made are healed and the residual resistance of the normally conductive material is reduced. In the case of copper strips, this soft annealing takes place at temperatures between 200 and 500 C, preferably between 300 and 350 C, takes about 1 hour and is made under vacuum or protective gas. The normally conductive ligaments are then allowed to cool slowly.

   Since the superconductors are not yet inserted into the normally conductive strips during this soft annealing, the superconducting properties of the superconductors cannot be adversely affected by the annealing. The production of the ribbon-shaped conductor is relatively simple, so that large lengths can be produced in a short time.



  Using some figures and examples, the invention will be explained in more detail.



       Fig. 1 shows schematically an embodiment for a ribbon-shaped conductor according to the invention with several wire-shaped superconductors.



       FIG. 2 shows the current-carrying capacity of a conductor according to FIG. 1 as a function of an external magnetic field.



       Fig. 3 shows schematically an embodiment for a tape-shaped conductor according to the invention with several strand-shaped superconductors. 4 shows the current carrying capacity of the bandförmi gene conductor according to FIG. 3 as a function of an external magnetic field.



       Fig. 5 shows schematically an embodiment for a tape-shaped conductor according to the invention, which contains wires made of mechanically high-strength material in addition to the superconductors.



  In the conductor shown in FIG. 1, six superconducting wires 1 made of an alloy of 35% by weight niobium and 65% by weight titanium, which are provided with metallurgically applied copper coatings 2, are provided with corresponding longitudinal grooves between two Copper strips 3 and 4 inserted.

   The copper strips are soldered to one another and to the inserted superconductors by means of a solder metal 5. In this exemplary embodiment, the solder metal consists of an alloy of 96.5% by weight tin and 3% by weight silver and has a melting point of 220 C. The wire-shaped superconductors, including the copper coating, have a total diameter of 0 , 91 mm.

   The entire ribbon-shaped conductor is 1.6 mm thick and 10 mm wide with the same thickness of the two copper ribbons. The grooves in both copper strips are each equally deep, so that the superconductors lie in the center plane of the strip-shaped conductor.



       Fig. 2 shows the behavior of the strip-shaped conductor according to Fig. 1 with a current load in an external Ma magnetic field. The current I is plotted on the ordinate in amperes, the external magnetic field H on the abscissa in Kiloörsted.

   During the measurement, one broad side of the ribbon-shaped conductor according to FIG. 1 was covered with a plastic tape, so that only 50% of the surface of the ribbon-shaped conductor was in direct heat exchange with the liquid helium used as a coolant. The external magnetic field was directed perpendicular to the superconductors 1 and parallel to the broad side of the strip-shaped conductor.

   The curve IC in Fig. 2 indicates the so-called critical current of the conductor. If the current load on the strip-shaped conductor is increased in a given magnetic field, then with this critical current part of the current flowing through the superconductor begins to pass into the normally conducting strips. If the current load on the band-shaped conductor is reduced somewhat, the current reversibly re-enters the superconductor. The curve IR indicates the current strength for the respective external magnetic field at which the entire current flows again in the superconductors.

    For example, in a magnetic field of 45 Kiloörsted at a current strength of 1350 amperes, the current begins to pass from the superconductors to the normally conducting bands. If the current strength is reduced to 1320 amperes, the entire current flows again in the superconductors. The curves in FIG. 2 clearly show that the strip-shaped conductor according to FIG. 1 can still be operated in magnetic fields of 50 kilograms with currents of 1100 A. During the measurement, the current was fed to the strip-shaped conductor via copper clamping jaws, between which the conductor was clamped.

   A closer examination showed that the current was already entering the superconducting wires under these copper clamping jaws from the normally conductive strips. The contact resistance between tween the copper strips of the strip-shaped conductor and the superconductors is therefore negligible. In the ribbon-shaped conductor according to FIG. 3, eight strands 11, each consisting of three superconducting wires 13 provided with a copper coating 12, between two copper strips 14 and 15 provided with corresponding longitudinal grooves are inserted.

   The individual superconducting wires 13, which in turn consist of an alloy of 35% by weight of niobium and 65% by weight of titanium, including the copper cladding, have a diameter of approximately 0.5 mm. The copper strips 14 and 15, which are in turn pale, are each 10 mm wide. The entire ribbon-shaped conductor is 1.6 mm thick.

         An alloy of 96.5% tin and 3.5% silver is used as solder 16.



  FIG. 4 shows the behavior of the conductor according to FIG. 3 when there is a current load as a function of an external magnetic field. The curves IC and IR have the same meaning as the corresponding curves in FIG. 2. From FIG. 4 it can be seen that the ribbon-shaped conductor according to FIG. 3 can withstand substantially higher currents than the ribbon-shaped conductor according to FIG. 1. So can the ribbon-shaped conductor according to FIG. 3, for example, can still be loaded with a current of 1100 A in an external field of 65 Kiloörsted.



  In Fig. 5 a ribbon-shaped conductor is shown, in which in addition to four superconductors 21 again provided with copper coatings to increase the mechanical strength two stainless steel wires 22 and 23 between tween the copper strips provided with corresponding longitudinal grooves 24 and 25 are inserted. Otherwise, the head of FIG. 5 is constructed in accordance with the head of FIG.



  The production of a strip-shaped conductor according to FIG. 1 will be explained in more detail using the following exemplary embodiment. First of all, the longitudinal grooves intended for receiving the wire-shaped superconductors are embossed in the copper strips 3 and 4, for example by means of a comb-shaped roller. In order to achieve the most uniform possible structure of the strips, the rolling deformation is advantageously carried out in several steps, for example in two steps.

   After the first rolling step, the copper strips are advantageously intermediate annealed; temperatures of around 200 to 500 ° C. can be used. After the copper strips have undergone their final shape in a second rolling step, they are annealed at temperatures between 200 and 500 C, preferably between 300 and 350 C for about 1 hour under vacuum or inert gas. After the glow, the ribbons are allowed to cool slowly. This soft annealing lowers the residual electrical resistance of the strips.

   After annealing, the oxide layer formed on the strips is removed, for example by brushing, and a layer of solder metal is applied to the sides with which the strips come to rest on top of one another. This can be done, for example, with what is known as a surge process, in which a surge is generated from the molten solder metal, over which the strips are then passed. If necessary, the strips can also be provided with a layer of solder metal on all sides, for example by dipping into liquid solder metal.

    



  To prepare the superconducting wires for the production of the strip-shaped conductor, the oxide layer located on the copper coatings 2 is first removed, for example by etching. The wires are then provided with a layer of solder metal, for example by dipping them into liquid solder metal.



  For the actual production of the tape-shaped Lei age, the two normally conductive tapes 3 and 4 and the wires 1 are wound abge from separate supply rolls. Then the wires 1 are inserted into the longitudinal grooves of the copper tape 4 and then the copper tape 3 is placed. The conductor assembled in this way is then drawn, for example, through soldering jaws heated to the melting temperature of the solder metal, by means of which it is somewhat pressed together. The soldering process takes place fairly quickly, so that the ribbon-shaped conductor can pass through the soldering jaws, for example, at a speed of 8 to 10 cm per second.

   The finished strip-shaped conductor is then pulled through water-cooled cooling jaws and cooled down in the process and then wound onto a supply roll, for example.



  The production process described is extremely simple and allows the continuous production of very large lengths of the strip-shaped conductor according to the invention in one operation.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Bandförmiger Leiter aus elektrisch normalleitendem Metall und darin eingelagerten Supraleitern, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein mit einem Überzug aus elektrisch normalleitendem Metall (2) versehener Supraleiter (1) zwischen zwei mit Längsnuten zur Auf nahme des Supraleiters versehene Bänder (3, 4) aus nor malleitendem Metall gelegt ist und dass beide Bänder miteinander und mit dem Supraleiter mittels eines zwi schen den Bändern befindlichen, niedrigschmelzenden Lotmetalls (5) verlötet sind. UNTERANSPRÜCHE 1. PATENT CLAIM Ribbon-shaped conductor made of electrically normal conducting metal and superconductors embedded therein, characterized in that at least one superconductor (1) provided with a coating of electrically normal conducting metal (2) between two strips (3, 4) provided with longitudinal grooves for receiving the superconductor normal conductive metal is placed and that both bands are soldered to one another and to the superconductor by means of a low-melting solder metal (5) located between the bands. SUBCLAIMS 1. Bandförmiger Leiter nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere parallel zueinander ver laufende Supraleiter (1) zwischen die mit einer entspre- chenden Anzahl von Nuten versehenen Bänder (3, 4) aus normalleitendem Metall eingelegt sind. z. Bandförmiger Leiter nach Patentanspruch, da- duch gekennzeichnet, dass als Supraleiter drahtförmige Supraleiter (1) vorgesehen sind. 3. Bandförmiger Leiter nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Supraleiter Litzen (11) aus mehreren dünnen, mit Überzügen (12) aus elek trisch normalleitendem Metall versehenen, untereinan der verdrillten supraleitenden Drähten (13) vorgesehen sind. 4. Ribbon-shaped conductor according to patent claim, characterized in that several superconductors (1) running parallel to one another are inserted between the ribbons (3, 4) made of normally conducting metal and provided with a corresponding number of grooves. z. Ribbon-shaped conductor according to patent claim, characterized in that wire-shaped superconductors (1) are provided as the superconductor. 3. Ribbon-shaped conductor according to claim, characterized in that the superconductor strands (11) made of several thin, provided with coatings (12) made of normally electrically conductive metal, untereinan the twisted superconducting wires (13) are provided. 4th Bandförmiger Leiter nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Supra leitern (21) ein oder mehrere Drähte (22, 23) aus einem mechanisch hochfesten Material zwischen die mit ent sprechenden Nuten versehenen Bänder (24, 25) aus elektrisch normalleitendem Metall eingelegt sind. 5. Bandförmiger Leiter nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die Drähte aus mechanisch hochfestem Material aus Edelstahl bestehen. 6. Bandförmiger Leiter nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die elektrisch normalleiten den Bänder aus Kupfer bestehen. 7. Ribbon-shaped conductor according to claim, characterized in that, in addition to the super conductors (21), one or more wires (22, 23) made of a mechanically high-strength material are inserted between the ribbons (24, 25) made of electrically normal conducting metal and provided with corresponding grooves are. 5. Ribbon-shaped conductor according to dependent claim 4, characterized in that the wires are made of mechanically high-strength material made of stainless steel. 6. Ribbon-shaped conductor according to claim, characterized in that the electrically normal conduct the ribbons are made of copper. 7th Bandförmiger Leiter nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Supraleiter aus einer Le gierung aus Niob und Zirkon oder aus einer Legierung aus Niob und Titan bestehen. B. Bandförmiger Leiter nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die normalleitenden über züge aus Kupfer, Silber oder Gold bestehen. 9. Bandförmiger Leiter nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Lotmetall elektrisch gut leitendes Metall mit einem Schmelzpunkt von weniger als 400 C vorgesehen ist. 10. Ribbon-shaped conductor according to claim, characterized in that the superconductors consist of an alloy of niobium and zirconium or of an alloy of niobium and titanium. B. Ribbon-shaped conductor according to claim, characterized in that the normally conductive trains consist of copper, silver or gold. 9. Ribbon-shaped conductor according to claim, characterized in that a metal with good electrical conductivity and a melting point of less than 400 C is provided as the solder metal. 10. Bandförmiger Leiter nach Unteranspruch 9, da durch gekennzeichnet, dass als Lotmetall eines der Me talle Zinn, Indium oder Blei vorgesehen ist. 11. Bandförmiger Leiter nach Unteranspruch 9, da durch gekennzeichnet, dass als Lotmetall eine Legierung aus Zinn und Silber, aus Zinn und Indium oder aus Zinn und Blei vorgesehen ist. Ribbon-shaped conductor according to dependent claim 9, characterized in that one of the metals tin, indium or lead is provided as the solder metal. 11. Ribbon-shaped conductor according to dependent claim 9, characterized in that an alloy of tin and silver, tin and indium or tin and lead is provided as the solder metal.
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