CN108140715A - 用于制造超导导体的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造超导导体(100)的方法和装置(500)。其中，上述方法包括以下步骤：通过带提供装置(200)提供多个传导带(1、2)，其中多个传导带包括至少一个超导带；通过焊接装置(350)将液态焊接剂施加到多个传导带(1、2)上；通过堆形成装置(300)堆叠被焊接剂浸湿的传导带(1、2)；借助轧辊系统(400)通过加工带堆来形成超导本体(40)。

Description

用于制造超导导体的方法和装置

本发明涉及用于制造超导导体的方法和装置。

超导体是在低于特定温度时电阻完全消失的材料。因此，在足够低的温度下操作时，超导体不具有任何电直流损失。由这种超导材料制成的用于传输电的导体或线圈最终不会表现出任何直流损失。因此，能够通过这种导体非常有效地传输电。特别是，利用超导磁体，能够非常有效地产生强磁场。低温超导体和高温超导体根据相位从超导状态转变到正常导电状态时的温度值来区分。对于低温超导体，其通常低于30K；而对于高温超导体，在某种程度上明显更高，例如高于氮的沸点(T＝-196℃)。因此，也对高温超导体(HTS)的其他应用进行了讨论，因为相比于低温超导体而言，有关冷却的工作量明显减少。其中包括能量传输装置、旋转机械或磁体，其中，旋转机械诸如发电机、引擎等，磁体诸如NMR或粒子加速器。

对于场和温度范围以及电流密度而言，由稀土钡氧化铜(Rare Earth BariumCopper Oxide，简称REBCO)制造的高温超导体是目前在市面上能够获得的最受关注的HTS材料。然而，其被制造为将超导体以大约1μm的厚度沉积在其上的薄带或条带状，由此生产出通常具有100μm的厚度以及毫米范围内的宽度的带。传统的用于生产高安培容量的电缆的捻股方法无法用于这些扁平的带，使得对于从超导体流出的较高的电流而言，需要分别用于生产导电体或电缆的新的方法。

在通过超导体传输高电功率时，导体必须适当地被冷却。就这一点而言，期望冷却至尽可能小的体积，即，在线束或电缆中分别实现高电流密度。在大型磁体中产生强磁场时，也期望大功率密度。同时，需要电缆具有高机械稳定性，例如，对于在尽量低的热输入、热循环或电磁力情况下进行机械支承是如此。

为此，本发明的课题在于提供用于制造紧凑型且机械稳定并且针对高电流密度进行设计的超导导体的方法和装置。

该课题通过独立权利要求的主题来解决。有利的实施方式为从属权利要求的主题。

该课题的解决方案的第一独立方面涉及用于制造超导导体的方法，该方法包括以下步骤，这些步骤具体地具有如下特定顺序：

-通过带提供装置提供多个传导带或条带，其中，多个传导带包括至少一个超导带；

-通过焊接装置将液态焊接剂施加在多个传导带上；

-利用堆形成装置，通过堆叠被焊接剂浸湿的传导带来形成带堆；

-借助轧辊系统通过加工带堆来形成超导本体。

传导带或导电带通常分别指具有例如约100μm的厚度以及例如约2mm至12mm的宽度的扁平导电带。根据应用，传导带的长度例如可以是1m至1km或者更大。传导带具体地可以是金属带，例如铜带。换句话说，传导带可以部分或完全由诸如铜的金属制成。然而，传导带也可以是超导体。换句话说，传导带可以是超导带。

超导带是包括衬底的带，在该衬底上，超导体(具体为诸如REBCO的高温超导体)被沉积为薄层(例如，约1μm的厚度)。衬底例如可具有约100μm的厚度。因此，超导带也具有约100μm的厚度，并且例如可具有约2mm至12mm的宽度。根据应用，超导带的长度例如可以是1m至1km或者更大。当然，其他值也是可以的。第一超导带和第二超导带优选地为高温超导带。

液态焊接剂具体表示热焊接剂或熔融焊接剂，即分别为已经或经过加热至其熔化温度以上的焊接剂。在室温下或低于室温(即，在冷却之后)的情况下，焊接剂相比之下处于固态。根据本发明，分别通过液态焊接剂、热焊接剂或熔融焊接剂浸湿或涂抹第一超导带和第二超导带。

随后，通过堆形成装置堆叠被液态焊接剂浸湿的传导性导体，或者分别将其布置成堆或带堆。所述堆叠具体包括：对被液态焊接剂浸湿的第一超导带和第二超导带进行布置、对齐和/或定向。

最终，通过利用轧辊系统对带堆进行加工来形成超导本体，具体为一体式超导本体。加工具体地包括形成、固定、压制和/或轧辊。单个传导带分别通过对带堆进行加工或轧辊而机械连接且电连接或者粘接在一起。具体地，传导带在轧辊过程中通过对焊接剂进行冷却和固化而彼此焊接。各个连续的传导带通过冷却并固化焊接剂而牢固地连接。焊接的带或焊接的超导带堆各自形成超导本体。

优选地，使用诸如PbSn、In、In-Sn、In-Bi、Sn-Ag等软焊料作为焊接剂。

在优选实施方式中，提供多个传导带包括：提供各自具有第一宽度的多个第一传导带和各自具有第二宽度的多个第二传导带，其中，第一宽度不同于第二宽度。优选地，堆叠被焊接剂浸湿的传导带，使得通过第一传导带和第二传导带形成具有十字形截面的带堆。

具体地，该方法包括以下步骤：

-通过超导带提供装置提供各自具有第一宽度的多个第一传导带和各自具有第二宽度的多个第二传导带，其中，第一宽度不同于第二宽度；

-通过焊接装置将液态焊接剂施加到第一传导带和第二传导带上；

-堆叠被焊接剂浸湿的传导带，使得由第一传导带和第二传导带形成具有十字形截面的带堆；

-借助轧辊系统通过加工带堆来形成超导本体。

优选地，提供多个第一超导带和多个第二超导带，其中就超导带的宽度而言，在每种情况下，第一超导带的宽度不同于第二超导带的宽度。优选地，仅提供具有第一宽度的第一超导带和具有第二宽度的第二超导带，即，优选地不提供具有与第一宽度和第二宽度不同的其他宽度的超导带。具体地，第一宽度大于第二宽度。

在另一优选实施方式中，在施加液态焊接剂之前，上述方法优选地包括：对传导带进行清洁，具体地对第一传导带和第二传导带进行清洁；和/或通过焊接预备装置将助熔剂施加到传导带上，具体地施加到第一传导带和第二传导带上。

焊接预备装置优选地包括被清洁剂和/或助熔剂浸透的一个或多个海绵。关于此，海绵布置成使得传导带在海绵处被剥除覆盖物。通过这种方式，有利地消除了传导带的污染和/或氧化，并且这为随后施加焊接剂做了准备。通过施加助熔剂，尤其提升了焊接剂在传导带上的粘合力。

在另一优选实施方式中，在施加到传导带上的焊接剂处于液态时，加工带堆。优选地，在施加焊接剂之后直接进行加工，即在焊接剂冷却并固化期间进行加工。在该时间段，各个传导带相对于彼此仍然为灵活的或可移位的，通过这种方式，使得能够更容易且更好地形成带堆。具体地，带堆能够以简单且形成配合的方式扭曲。替代地，所述加工也可在对带堆的重复加热(特别是加热至焊接剂的熔化温度以上)之后进行。

在另一优选实施方式中，加工带堆包括扭曲带堆。优选地，分别通过轧辊系统的相对于彼此旋转的辊或辊单元来进行扭曲，其中完整(360°)的扭曲长度(即，所谓的扭曲节距)根据各个辊单元的距离和/或各个辊单元的相对扭曲角度来设置。换句话说，导体和/或带堆和/或超导本体的扭曲节距或电缆的扭曲节距可分别根据各个辊单元的距离和/或各个辊单元的相对扭曲角度来设置。

带堆或超导本体的扭曲部分别是合乎需要的，当具有交流电成分的电流流经超导导体时尤其如此。另外，当导体例如在缠绕磁体的情况下必须弯曲时，扭曲是有利的。在这种情况下，如果没有扭曲，导体的位于外部的带将强烈地被延伸并且导体内部的带将强烈地被压缩。然而，如果导体被扭曲，则扩张和压缩将循环交替。

相比于仅在制造导体之后执行扭曲的传统方法，优选地，在制造导体期间或者通过对焊接剂进行重新加热(即，用于焊接各个传导带的焊接剂仍为液体或再次成为液体时)来进行导体的扭曲。通过这样做，相比于传统方法，有利于局部应力且因此能够减少或避免导体的退化。具体地，能够提高导体的安培容量。

在另一优选实施方式中，根据本申请的方法包括：将超导本体布置或插入套管(例如，铜管)中，其中，将超导本体布置或插入到套管的步骤优选地包括将一个或多个传导性配件集成(即，布置或插入)到特定线中，特定线例如为由铜制成的线。

有利地，在根据本发明的方法中，可以使用具有易于获得的标准尺寸的标准零件(例如，铜管)作为套管。这使得相比于其他方法成本显著降低。套管优选地具有圆形截面。

在根据本发明的方法的另一优选实施方式中，在将超导本体插入套管之前，利用焊料和/或金属线和/或钢带和/或绝缘材料或绝缘带缠绕超导本体，其中，焊料例如分别为焊丝或焊带，金属线具体地由铜、铝和/或黄铜制成，绝缘材料或绝缘带例如由卡普顿制成。

在根据本发明的方法的另一优选实施方式中，在将超导本体插入套管之前，分别由诸如焊丝或焊带的焊料缠绕超导本体；随后将超导本体和/或套管至少加热至焊料的熔化温度，以使超导本体与套管分别机械连接和/或电连接或粘接或固定。通过将焊料加热至熔化温度以上，能够将套管与超导本体焊料在一起。通过这样做，能够使超导本体与套管之间形成具有强导电性的机械稳定的连接。

在另一优选实施方式中，根据本发明的方法还包括对填充有超导本体的套管进行压缩。

压缩包括诸如旋锻或模锻的变形方法。通过压缩，套管的截面减小到与超导本体紧密配合的程度，其中，在适当的情况下引入的线和/或带减小了对超导本体或传导带的压力，由此保护其免受损坏。

本课题的解决方案的另一独立方面涉及用于制造超导导体的装置，该装置包括：

-带提供装置，用于提供多个传导带；

-焊接装置，用于将液态焊接剂施加到多个传导带上；

-堆形成装置，通过堆叠被焊接剂浸湿的传导带来形成带堆；

-轧辊系统，用于对带堆进行加工并形成超导本体。

在第一优选实施方式中，焊接装置构成堆形成装置的一部分。换句话说，堆形成装置优选地包括焊接装置。

焊接装置优选地包括焊接槽，焊接槽具体地能够电加热且传导带能够浸没在其中。

在另一优选实施方式中，带提供装置包括用于提供多个第一传导带的多个第一线圈和用于提供第二传导带的多个第二线圈，其中，每个第一传导带具有第一宽度，且每个第二传导带具有第二宽度，其中，第一宽度不同于第二宽度。多个第一传导带和/或多个第二传导带包括至少一个超导带。换句话说，带提供装置具体地包括用于提供至少一个超导带的至少一个线圈。

传导带或超导带可分别通过绞盘从线圈进行拆卷，以用于进一步处理。特别是，超导导体或电缆可分别手动地或通过电机利用绞盘和适当的绳从装置或设备中拉出。

在另一优选实施方式中，堆形成装置设计为由第一传导带和第二传导带形成具有十字形截面的带堆。

具体地，用于制造超导导体的装置包括：

-带提供装置或超导带提供装置，用于提供各自具有第一宽度的多个第一传导带和各自具有第二宽度的多个第二传导带，其中，第一宽度不同于第二宽度；

-焊接装置，用于将液体(即，热焊接剂或熔融焊接剂)分别施加到第一超导带和第二超导带上，即，将焊料施加到超导带上；

-堆形成装置，用于堆叠被液态焊接剂浸湿的第一传导带和第二传导带，其中，堆形成装置设计成由第一超导带和第二超导带形成具有十字形截面的带堆；

-轧辊系统，用于对带堆进行加工并形成超导本体。

在另一优选实施方式中，根据本发明的装置还包括焊接预备装置，其用于清洁传导带和/或将助熔剂施加到传导带上，具体地分别施加到第一传导带或超导带和第二传导带或超导带上。优选地，焊接预备装置构成带提供装置的一部分。换句话说，带提供装置包括焊接预备装置。通过焊接预备装置，能够有利地消除带的污染和/或氧化。在焊接预备装置中，带穿过被焊接预备装置清洁剂和/或助熔剂浸透的海绵，且随后进入(优选地直接进入，且具体地以相同的高度进入)焊接装置或焊接槽。在这种情况下，焊接预备装置至焊接装置或焊接槽的距离分别以最小距离进行选择，从而也最大限度地减少了可能再次发生氧化的路径。

在另一优选实施方式中，轧辊系统包括多个辊单元，其中辊单元的至少一部分能够相对于彼此移位和/或扭曲。特别是，辊单元的成型辊可被扭曲。例如，辊单元或成型辊分别能够各自被扭曲并且以非连续的节距(例如，15°节距)被固定。换句话说，可以对每个辊单元设置特定的扭曲角度。辊单元具体地能以多种角度的节距扭曲。因此，能够在制造期间，即仍处于热的状态时，分别对带堆或超导本体进行扭曲。通过这种方式，能够在很大程度上避免由于局部应力导致的退化。

轧辊系统优选地设计成能够分别设置各个辊单元之间的距离或相对距离。完全扭曲(即，扭曲节距)的长度可分别通过设置各个辊或各个辊单元之间的距离和/或通过对辊单元逐个设置扭曲角度来设置。换句话说，导体和/或带堆和/或超导本体的扭曲节距或电缆的扭曲节距可分别通过各个辊单元的距离和/或通过各个辊单元的相对扭曲角度来设置。具体地，轧辊系统设计成分别通过各个辊单元的相对距离和/或通过各个辊单元的相对扭曲角度来设置导体和/或带堆和/或超导本体的扭曲节距或电缆的扭曲节距。每个辊单元优选地包括弹性安装的成型辊。

关于第一方面的实施方式的上述以及以下记载也适用于如上所述的其他的独立方面，且就这一点而言尤其适用于优选实施方式。具体地，就这一点而言，关于相应的其他方面的上述以及以下记载也适用于本发明独立方面以及优选实施方式。

下面，将通过附图示例性地描述用于解决上述课题的独立的实施方式。其中，单独描述的实施方式部分地具有对于实现所要求的主题而言并不是绝对必要的特征，然而其提供在专门的应用中所期望的特征。因此，实施方式也应理解为通过所描述的技术教导来公开，该技术教导并不具有以下描述的实施方式的所有特征。此外，为了避免不必要的重复，仅就以下描述的实施方式中的单个实施方式提及了具体的特征。应指出，单个实施方式因此不应仅仅分开进行考虑，也应以组合形式进行考虑。本领域技术人员将从这种组合中认识到，单个实施方式还可通过包括其他实施方式的单个或多个特征来进行修改。应指出，关于其他实施方式进行描述的、单个实施方式与单个或多个特征的系统性组合可以是合意且合理的，且因此其应被纳入考虑并且应被本说明书所涵盖。

附图说明

图1示出可分别通过根据本发明的方法或装置制造的示例性超导导体的截面的示意图；

图2a示出可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的另一示例性超导导体的截面的示意图；

图2b示出可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的另一示例性超导导体的截面的示意图；

图3示出与可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的示例性超导导体的十字形截面的比例有关的示意图；

图4a示出可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的示例性超导导体在压缩之前的十字形截面的示意图；

图4b示出图4a中的超导导体的示意性立体图；

图5a示出可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的示例性超导导体在压缩之后的十字形截面的示意图；

图5b示出图5a中的超导导体的示意性立体图；

图6a示出可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的另一示例性超导导体在压缩之前的截面的示意图；

图6b示出图6a中的超导导体的示意性立体图；

图7a示出可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的另一示例性超导导体在压缩之后的截面的示意图；

图7b示出图7a中的超导导体的示意性立体图；

图8a至图8d示出的可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的一个或多个示例性超导导体的、用于分别形成组合或电缆的不同布置的示意图；

图9a以立体图的方式示出可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的示例性超导电缆的示意图；

图9b以剖视图的方式示出可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的示例性超导电缆的示意图；

图10a示出可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的示例性超导导体未被扭曲的示意图；

图10b示出可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的示例性超导导体经过扭曲的示意图；

图11示出根据一优选实施方式的用于制造根据本发明的超导导体的装置的示意图；

图12以立体图的方式示出根据本发明的装置的、根据优选实施方式的堆形成装置的示意图；

图13示出沿图12中的线P-Q、R-S和T-U所选择的堆形成装置的部分的示意性剖视图；

图14示出根据本发明的装置的、根据优选实施方式的辊单元的示意图。

具体实施方式

在本申请中所选择的位置的详述，诸如上、下、侧面等在不同情况下参照直接描述和展示的附图，并且在改变位置的情况下将类似地转移到新的位置。

图1示出可分别通过根据本发明的方法或装置制造的示例性超导导体的截面的示意图。导体包括各自具有相同的宽度并且彼此堆叠在一起的多个传导带或超导带1。堆叠的超导带1的截面是正方形。

图2a和图2b各自示出可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的另一示例性超导导体100的截面的示意图。图2a和图2b的区别仅在于所使用的传导带或超导带各自的数量。

为了简明起见且为了不失一般性，下面将仅考虑所有的传导带1或2分别为超导带的超导导体。

不同于图1中的导体100，图2a和图2b中的导体100包括多个第一超导带1和多个第二超导带2。第一超导带1各自具有第一宽度，并且第二超导带各自具有第二宽度，其中第二宽度大于第一宽度。带堆30由超导带1和2构成，因此不具有正方形，而是具有十字形截面。换句话说，超导导体100的截面具有十字形状。为此，这样的超导导体100还被称为十字形导体(缩写为CroCo)。

带堆30能够划分为三个部分，即划分为中间部10和两个端部20。布置在两个端部20之间的中间部10仅包括第一超导带1，并且两个端部20仅包括第二超导带2。

因此，十字形导体包括具有两种不同截面或宽度的超导带，具体为REBCO带。因此，相比于目前为止所实现的超导体堆，能够更好地利用圆导线的圆截面，同时允许简化生产。利用十字形超传导带堆而不是正方形超传导带堆，使得对截面的利用得到显著改善。当图1中的正方形堆的几何空间系数仅为63.6％时，具有十字形截面的带堆的几何空间系数为78.4％(在第一宽度为6mm且第二宽度为4mm的情况下进行计算)。导体的安培容量或电流密度分别还可以通过对截面的更好的利用得到提升。

图3示出与可分别由根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的示例性优选超导导体的十字形截面的比例有关的示意图。为了尽可能地利用截面，十字形形状具有四重对称性，即，十字形形状的垂直于带表面的尺寸与带的宽度对应。带堆的中间部10因此具有高度d₁，其基本上对应于第二超导带2的宽度b₂。每个端部20具有宽度d₂，其基本上对应于第一超导带1的宽度b₁与第二超导带2的宽度b₂之间的差值的一半。端部因此基本上具有以下高度：

d₂＝(b₁–b₂)/2 (2)

其中，

十字形表面与圆周表面之间的表面相关性被最大化。在这种情况下，最大填充区域达到78.7％。对于目前市面上可获得的合适的超导带，该理想的相关性最佳情况下可以是约b₁＝6mm以及b₂＝4mm，即，b₂/b₁＝0.667。因此，最大填充区域达到78.4％，几乎对应于理论最大值。

如果第一超导带的宽度b₁为6mm且第二超导带的宽度b₂为4mm，则在超导带的厚度为0.165mm时，中间部10中的第一超导带的数量N₁和端部20之一中的第二超导带的数量N₂为：

N₁＝4mm/0.165mm 24 (4),

N₂＝(6mm-4mm)/0.165mm≈12 (5),

这种情况下，不考虑焊接层的厚度。

例如，对于带堆，可总共使用30至36个带，每个带具有约150至165μm的厚度。对此，优选地，带中的三分之二(即，20至24个)具有6mm的宽度，且带中的三分之一(即，10至12个)具有4mm的宽度。在考虑单个带之间的焊接层的厚度时，其结果，十字形导体的厚度为约5.5mm至6.2mm，即，外部形状几乎为四重对称。

图4a和图4b分别示出可分别由根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的另一示例性超导导体100在超导体被压缩之前的截面的示意图。对此，首先，十字形带堆或带堆的单个超导带分别焊接为超导本体40且插入到圆形套管50中，其中超导本体40在插入套管50之前被焊丝45缠绕。

图5a和图5b分别示出超导导体100在被加热至焊接带45的熔化温度以上并通过诸如旋锻和/或拉伸的适当的方法进行压缩之后的示意图。从图5a以及从图5b的立体图中可以看出，图4a或图4b中的焊丝45分别通过加热和/或压缩的方式转化为超导本体40与套管50之间的延伸的焊接层47。

图6a、图6b图7a和图7b分别对应于图4a、图4b、图5a和图5b，区别在于：在图6a、图6b图7a和图7b的示例中，超导导体100包括与超导本体40一同布置在套管50中或者插入套管50中的附加配件60。通过这种方式，能够提升稳定性并且可节省焊剂。

作为焊丝45的替代或者除了焊丝45之外附加地，超导本体40可由其他的或另外的线或条缠绕，所述线或条例如为由铜、铝和/或黄铜制成的金属线或钢丝。这种另外的线能够保证或提升稳定性和/或传导性，尤其在淬火的情况下是如此。

图8a至图8d分别示出已经形成为组合或电缆的、可分别由根据本发明方法或装置的优选实施方式制造的一个或多个示例性超导导体100的不同布置的示意图。示例性十字形导体100可以如图8a所示单独使用，或者如图8b至图8d所示作为电缆使用，具体地以扭曲组合的形式使用，从而根据具体应用提升安培容量。在图8b中，例如示出了具有彼此扭曲的三个超导导体100的电缆103，图8c中示出了具有彼此扭曲的五个超导导体100的电缆105，并且图8d中示出了具有彼此扭曲的24个超导导体100的电缆124。

如图9a和图9b所示，通过电缆150，可将适于传输电流的一些导体100布置成围绕中心管70或者布置成适当的形式，使得单个导体100的漏磁场最小化。为了冷却超导体，可通过管泵送冷却剂。此外，如图9a和图9b所示，电缆150可设置有保护涂层80，其中该保护涂层80优选地为电绝缘的。

图10a示出可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的示例性超导导体100未被扭曲的示意图，而图10b示出了可分别通过根据本发明的方法或装置的优选实施方式制造的示例性超导导体100经过扭曲的示意图。

图11示出根据本发明的一个优选实施方式的用于制造根据本发明的超导导体100的装置500的示意图。

装置500包括带提供装置200、焊接预备装置250、堆形成装置300和轧辊系统400，其中，堆形成装置300包括焊接装置350。

带提供装置200包括用于提供第一超导带的多个第一线圈210和用于提供第二超导带的多个第二线圈220。为了方便起见，未在图11中示出的超导带分别缠绕在线圈210或220上，并且分别通过引导或定向装置230被提供至焊接预备装置250或堆形成装置300。具体地，超导带可分别通过绞盘(图11中未示出)和适当的绳(例如，钢丝绳)从线圈210或220拆卷，并且通过装置500拉出。

通过焊接预备装置250的由清洁剂和助熔剂浸透的海绵，消除了超导带被污染和/或氧化，并且使超导带为焊料处理做了准备。随后，其分别被引入焊接装置或可电加热的焊接槽350。

图12中再次详细示出了在一优选实施方式中实现为焊接槽350的堆形成装置300的示意图。堆形成装置300或焊接槽350分别包括输入部310、通道320和输出部330。焊接槽350由铝制成，因为在未进行专门预处理的情况下，大多数焊接材料无法浸湿铝。由于与其相关联的润湿角大，所以焊接材料无法流过窄间隙(宽度约为0.3mm)。这使得可以将焊接槽350的输入部315实现为铝材立方形块中的简单的裂缝。

在焊接槽350的底部，定位有一个或多个加热筒(未在图中示出)，其中，焊接槽具有适合于将焊接材料加热至焊接材料的熔化温度以上的能量。此外，在焊接槽350的背面壁中，定位有一个或多个热电偶(未在图中示出)，其中，通过该热电偶，焊接材料的温度通过温度控制器(未在图中示出)达到期望的温度。焊接槽的温度选择成使得：一方面，超导体不被损坏；另一方面，焊接槽的温度必须明显地高于焊接剂的熔化温度，从而使得经过冰凉的超导带的焊接材料的温度不会降低至熔化温度以下。对于具有183℃的熔化温度的Pb₃₇Sn₆₃焊接材料而言，这在T～230℃之下得到保证。其他焊接材料则需要其他的工作温度。

对于每个超导带，提供通向堆形成装置300或焊接槽350中的单独的输入部315，使得每个带在浸没到焊接材料中时其整个表面能够被焊接材料浸湿。

在堆形成装置300或焊接槽350各自的中部，定位有适于几何结构的通道320，其中，在该通道320上，仍然完全处于液态焊接材料中的各个带结合成十字形且被堆叠。通道320的尺寸分别稍大于所形成的或待形成的带堆的尺寸，因此，在此处，压力还未施加到带上并且这些带仅组合成期望的十字形截面。

堆形成装置300或焊接槽350的输出部330分别包括由弹簧加载的滑动门335，其中，带堆的底部形状(例如，十字形形状)被压制到输出部330的端板中，诸如输出开口226中。一方面，由此实现槽的充分的紧密性；另一方面，减少了带之间的焊接材料的量并且预先确定了形状。

图13示出沿着图12中的线P-Q、R-S和T-U所选择的堆形成装置300或焊接槽350的多个部分(即，输入部310、通道320和输出部330)的示意性剖视图。具体地，示出了用于超导带的输入部310的梳状输入部315、分别用于在通道320中形成带堆的空间或开口325，以及输出部330中的输出开口336和利用弹簧337加载的滑动门335。

在距离堆形成装置300或焊接槽350的各自的输出部330较近的位置处，布置有包括多个辊单元410的轧辊系统400，即挤压扭曲系统。可通过轧辊系统400在焊接材料仍为液态的情况下以形状匹配(form-fit)的方式实现十字形带堆的扭曲。

图14示出根据一优选实施方式的压力单元或辊单元410的示意性详图。辊单元410包括框架415，其中，圆形安装部416能以非连续的节距被接合并固定到框架415中。通过这种方式，辊单元410或辊单元410的成型辊412可分别围绕装置500的纵轴扭曲。因此，能够使得带堆在纵轴的方向上穿过辊从而被扭曲。由夹持装置413夹持的两个成型辊412通过弹簧414连接至辊单元410的接收部。端板使辊412保持在分别与纵轴或电缆轴垂直的位置。对此，弹簧414确保成型辊412向带堆施加恒定的接触压力，其中，弹簧系数选择成使得压缩力不会导致带的损坏，但同时又确保成型辊412与带堆形状匹配，尤其防止带堆滑动穿过。

辊412的直径例如可以是30mm。例如，在圆形安装部416中可压制有用于进行受控的扭曲以及接合辊412的24个接合凹槽417。显然，接合节距的直径和数量可以是各种各样的。通过分别改变辊或辊单元410彼此间的距离以及通过选择相邻的辊的适当的旋转角度(或各个相对旋转角度)，能以期望方式设置对超导导体进行扭曲的扭曲节距(twistpitch)。

分别通过根据本发明的方法或装置制造的超导导体100，除了高安培电流密度以外，还具有良好的电流分布以及低电流耦合长度，其通过在焊锡槽中分别均匀且牢固地焊接超导带或带堆实现。在4.2K的温度以及12T的磁场环境下进行的负载试验或张力试验分别表明，根据本发明的十字形导体仅在与单个超导带的负载相差无几的负载下才开始退化。

分别根据本发明的用于制造超导导体的方法或装置的优势具体体现在高柔性方面，例如，由于系统的模块化设计，能够通过简单地改变距离来实现扭曲节距的改变。可通过在焊接槽的外部短时间内改变成型辊和滑动输出部来改变带堆的截面(例如，使用HTS带的其他宽度或其他几何形状)。还能够根据应用快速且经济地制造出具有相关长度的带堆。能够以约5cm每秒的拉取速度来制造超导本体，相比于传统的方法而言，这在速度和时间效益方面实现了极大的提升。此外，利用根据本发明的方法或装置，通过避免使用只能单独制造且需要高付出以及高成本的复杂部件，提供了简单且经济的制造工艺。可通过根据本发明的方法或装置制造的超导带所需要的仅仅为助熔剂、焊接剂，以及适用的情况下需要由铜或其他市面上可获得的标准尺寸的金属制成的金属膜或带、管。

附图标记的说明

1 各个传导带或超导带

2 各个传导带或超导带

10 中间部

20 端部

30 各个传导带或超导带的带堆

40 超导本体

45 焊接线/焊接带

47 焊接层

50 套管

52 空白区

60 配件

70 管

80 保护涂层

100 超导导体

103 超导导体/电缆束

105 超导导体/电缆束

124 超导导体/电缆束

150 超导导体/电缆束

200 带或超导带提供装置

210 第一线圈

220 第二线圈

230 分别为引导或定向装置

250 焊接预备装置/海绵

300 堆形成装置

310 输入部

315 单个输入部

320 通道

325 用于形成堆的空间/开口

330 输出部

335 滑动门

336 输出开口

337 弹簧

350 焊接装置/焊接槽

400 轧辊系统

410 辊单元

412 成型辊

413 夹持装置

414 弹簧

415 框架

416 安装部

417 凹槽/接合凹槽

420 钢丝绳

500 装置/系统

Claims (20)

1.用于制造超导导体(100)的方法，包括以下步骤：

通过带提供装置(200)提供多个传导带(1、2)，其中，所述多个传导带包括至少一个超导带；

通过焊接装置(350)将液态焊接剂施加到所述多个传导带(1、2)上；

借助堆形成装置(300)通过堆叠利用焊接剂浸湿的传导带(1、2)形成带堆(30)；

借助轧辊系统(400)通过加工所述带堆(30)形成超导本体(40)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

提供多个传导带(1、2)包括：提供各自具有第一宽度的多个第一传导带(1)以及各自具有第二宽度的多个第二传导带(2)，其中，所述第一宽度不同于所述第二宽度，以及

堆叠被焊接剂浸湿的所述传导带(1、2)，使得由所述第一传导带(1)和所述第二传导带(2)形成具有十字形截面的带堆(30)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括：在施加所述液态焊接剂之前，

对所述多个传导带(1、2)进行清洁，和/或

通过焊接预备装置(250)将助熔剂施加到所述多个传导带(1、2)上。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在施加到所述超导带上的所述焊接剂处于液态时，加工所述带堆(30)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，加工所述带堆(30)包括：使所述带堆(30)扭曲。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括以下步骤：

将所述超导本体(40)插入到套管(50)中，

其中，将所述超导本体(40)插入到所述套管(50)中优选地包括：集成一个或多个传导性配件(60)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，在将所述超导本体(40)插入到所述套管(50)之前，利用焊料和/或金属线和/或钢带和/或绝缘材料缠绕所述超导本体(40)。

8.根据权利要求6或7中的一项所述的方法，其中，在将所述超导本体(40)插入到所述套管(50)之前，

利用焊料缠绕所述超导本体(40)，以及

随后将所述超导本体(40)和/或所述套管(50)至少加热至焊料的熔化温度，以使所述超导本体(40)与所述套管(50)机械连接和/或电连接。

9.根据权利要求6至8中的一项所述的方法，还包括以下步骤：

对填充有所述超导本体(40)的套管(58)进行压缩。

10.用于制造超导导体(100)的装置(500)，包括：

带提供装置(200)，用于提供多个传导带(1、2)；

焊接装置(350)，用于将液态焊接剂施加到所述多个传导带(1、2)上；

堆形成装置(300)，用于通过堆叠被液态焊接剂浸湿的所述传导带(1、2)来形成带堆(30)；

轧辊系统(400)，用于加工带堆(30)和形成超导本体(40)。

11.根据权利要求10所述的装置(500)，其中，所述焊接装置(350)构成所述堆形成装置(300)的一部分。

12.根据权利要求10或11所述的装置(500)，其中，

所述带提供装置(200)包括：

多个第一线圈(210)，用于提供各自具有第一宽度的多个第一传导带(1)，以及

多个第二线圈(220)，用于提供各自具有第二宽度的多个第二传导带(2)，

其中，所述第一宽度不同于所述第二宽度。

13.根据权利要求12所述的装置(500)，其中，

所述堆形成装置(300)设计为由所述第一传导带(1)和所述第二传导带(2)形成具有十字形截面的带堆(30)。

14.根据权利要求10至13中的一项所述的装置，还包括：

焊接预备装置(250)，用于对所述传导带(1、2)进行清洁和/或将助熔剂施加到所述传导带(1、2)上，其中，所述焊接预备装置(250)优选地构成所述带提供装置(200)的一部分。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述焊接预备装置(250)具有被清洁剂和/或助熔剂浸透的一个或多个海绵。

16.根据权利要求14或15所述的装置，其中，所述焊接预备装置设计为至少部分地消除所述带(1、2)的污染和/或氧化。

17.根据权利要求14至16中的一项所述的装置，其中，所述焊接预备装置(250)布置成使所述焊接预备装置(250)的带(1、2)能够以相同的高度进入所述焊接装置(350)。

18.根据权利要求14至17中的一项所述的装置，其中，所述焊接预备装置(250)布置成使得所述焊接预备装置(250)相距所述焊接装置(350)的距离最小化。

19.根据权利要求10至18中的一项所述的装置，其中，所述轧辊系统(400)包括多个辊单元(410)，所述辊单元(410)的至少一部分能够相对于彼此移位和/或扭曲。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述轧辊系统(400)设计为：根据各个所述辊单元(410)的相对距离和/或各个所述辊单元(410)的相对扭曲角度，来设置待制造的所述导体(100)的扭曲节距。