DE102008009972A1 - Abschirmung und Verfahren zur Dämpfung von Wirbelströmen in supra- bzw. hochtemperatursupraleitenden Einrichtungen und deren Verwendung - Google Patents

Abschirmung und Verfahren zur Dämpfung von Wirbelströmen in supra- bzw. hochtemperatursupraleitenden Einrichtungen und deren Verwendung Download PDF

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Abstract

Die Abschirmung zur Dämpfung von Wirbelströmen für supraleitende oder hochtemperatursupraleitende Einrichtungen umfasst elektrisch leitende Fasern und elektrisch isolierende bzw. schlechter leitende Fasern, welche zur mechanischen Stabilisierung der Abschirmung dienen. Die elektrisch leitenden und die elektrisch isolierenden Fasern bilden ein Gewebe, welches mit Harz getränkt zu einer stabilen Abschirmung führt. In dem Verfahren dient das Gewebe zum Isolieren der supraleitenden oder hochtemperatursupraleitenden Einrichtung gegenüber ihrer Umgebung, z. B. in Form eines Kryogefäßes. Die Abschirmung verbindet einen geringeren Platzbedarf im Vergleich zu üblichen, aus Metallrohren hergestellten Abschirmungen, mit einer hohen mechanischen Festigkeit. Eine Verwendung der Abschirmung in einer Maschine, wie z. B. einem elektrischen Motor, einem Generator oder in Magneten, führt zu höheren Wirkungsgraden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abschirmung und ein Verfahren zur Dämpfung von Wirbelströmen für supraleitende oder hochtemperatursupraleitende Einrichtungen, mit zwei oder mehr elektrisch leitenden Fasern und mit zwei oder mehr elektrisch isolierenden Fasern. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung der Abschirmung und des Verfahrens in einer Maschine.
  • Keramische Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) und klassische, metallische Supraleiter müssen unterhalb einer materialspezifischen Sprungtemperatur abgekühlt werden, um supraleitende Eigenschaften zu erhalten. Mit Hilfe der supraleitenden Eigenschaften können Ströme ohne Verlust transportiert und große elektromagnetische Felder erzeugt werden. Dies ermöglicht die Konstruktion von Magneten, Motoren oder Generatoren in kompakterer Bauweise als bei Verwendung herkömmlicher, ohmscher Leiter. Bei gleichem Energieeinsatz können die Motoren oder Generatoren mehr Leistung erzeugen.
  • Um die Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) bzw. Supraleiter auf einer Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur zu halten, sind diese von Kryogefäßen umhüllt. Diese erlauben eine thermische Isolation der Supraleiter bzw. Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) von ihrer Umgebung. Die Kryogefäße sind in der Regel aus Edelstahl gefertigt. Im Falle von Motoren oder Generatoren mit Rotoren, welche aus Hochtemperatur-Supraleiter-(HTS) bzw. Supraleiter-Wicklungen aufgebaut sind, werden die Kryogefäße im Luftspalt zwischen Rotor und Stator angeordnet.
  • Der Stator führt bei Rotoren aus Hochtemperatur-Supraleiter-(HTS) bzw. Supraleiter-Wicklungen zu einer Induktion von Wirbelströmen in den Wicklungen. Wirbelströme reduzieren die Stromtragfähigkeit der Hochtemperatur-Supraleiter-(HTS) bzw. Supraleiter-Wicklungen und führen so zu einer Verringerung des Wirkungsgrades der Maschine. Um dies zu vermeiden oder zu verringern müssen die Wicklungen gegen induzierte Wirbelströme abgeschirmt werden.
  • Aus dem Stand der Technik, vgl. insbes. die Druckschrift US 6 597 082 B1 , ist eine Abschirmungen von HTS-Wicklungen in Rotoren bekannt. Diese erfolgt durch Anordnung eines Kupferrohres, des sogenannten Dämpferschirmes, auf dem Kryogefäß zwischen Rotor und Stator. Das Kupferrohr wird direkt auf das Kryogefäß kraftschlüssig aufgebracht. Wirbelströme werden im Dämpferschirm induziert und führen zu keiner Beeinflussung der HTS-Wicklungen im Rotor.
  • Im hohen Rotorfeld führen die induzierten Wirbelströme im Dämpferschirm zu Lorenzkräften. Diese wirken auf den Dämpferschirm und das damit verbundene Kryogefäß aus Edelstahl. Im Kurzschlussfall des Stators können die Lorenzkräfte enorme Kraftwirkung auf den Dämpferschirm-Kryogefäß-Verbund ausüben und im Extremfall zu dessen Verformung führen.
  • Zur Stabilisierung des Dämpferschirm-Kryogefäß-Verbundes kann ein weiteres Stützrohr, z. B. aus Stahl, kraftschlüssig zu dem Verbund angeordnet sein. Ein typischer Aufbau eines solchen Dämpferschirm-Kryogefäß-Verbundes ist ein Stützrohr aus Edelstahl im Inneren, darauf direkt aufgebracht ein Kupferrohr als Dämpferschirm, und in direktem Kontakt darauf aufgebracht ein zweites Stützrohr aus Edelstahl. Die Edelstahlrohre dienen sowohl als Kryogefäß als auch als Stützen zum kompensieren der Lorenzkräfte nach Innen und Außen, welche durch die Wirbelströme, induziert im Kupferrohr, entstehen. Um die Kräfte im Kurzschlussfall kompensieren zu können, welche erhebliche Größen annehmen können, müssen die Stützrohre dick ausgelegt sein. Dies setzt einen Luftspalt zwischen Rotor und Stator voraus, der größer dimensioniert ist als die Dicke des Dämpferschirm-Kryogefäß-Verbundes. Dicke, stabile Stützrohre führen zu einem großen Luftspalt, d. h. einen großen Abstand zwischen Rotor und Stator. Mit steigendem Abstand wird der Wirkungsgrad der Maschine entsprechend herabgesetzt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen im Vergleich zum Stand der Technik verbesserten Dämpferschirm-Kryogefäß-Verbund, d. h. eine bessere Abschirmung anzugeben, welche dünner ausgelegt sein kann, bei gleicher mechanischer Stabilität. Ebenfalls Aufgabe ist es ein Verfahren anzugeben, welches zu einer gleich guten oder besseren Schirmung bei höherer Stabilität des Dämpferschirm-Kryogefäß-Verbundes führt. Eine weitere Aufgabe ist es, Anwendungen der Abschirmung und des Verfahrens anzugeben, bei welchen eine Erhöhung des Wirkungsgrads von Maschinen unter Verwendung des Dämpferschirms und/oder des Verfahrens erreicht wird.
  • Die angegebene Aufgabe wird bezüglich der Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bezüglich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 11, bezüglich der Verwendung der Einrichtung und des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung, des Verfahrens und deren Verwendung gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche mit Merkmalen eines jeweils zugeordneten Unteranspruchs oder vorzugsweise auch mit Merkmalen mehrerer zugeordneter Unteransprüche kombiniert werden.
  • Die erfindungsgemäße Abschirmung zur Dämpfung von Wirbelströmen für supraleitende oder hochtemperatursupraleitende Einrichtungen umfasst zwei oder mehr elektrisch leitenden Fasern und zwei oder mehr elektrisch isolierenden Fasern welche miteinander verwoben sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fasern so miteinander verwoben, das ein flaches Gewebe entsteht, wobei die elektrisch isolierenden Fasern als Kettfäden und die elek trisch leitenden Fasern als Schussfäden verwendet sind. Weiterhin kann das flache Gewebe in Form eines hohlen Kreiszylinders ausgebildet sein, wobei es bevorzugt eine geschlossene Mantelfläche eines hohlen Kreiszylinders ohne Grund- und Deckelfläche bildet. Ganz besonders bevorzugt sind die Fasern in Form einer Leinwandbindung miteinander verwoben.
  • Zur Verbesserung der Schirmungseigenschaften der elektrisch leitenden Fasern können diese an ihren Anfängen und Enden über mindestens einen elektrisch leitenden, durchgehenden Steg miteinander verbunden sein.
  • Besonders bevorzugt sind die elektrisch leitenden Fasern über wenigstens einen ersten Steg am Anfang der Fasern und über wenigstens einen zweiten Steg am Ende der Fasern miteinander elektrisch leitend verbunden, insbesondere über wenigstens einen ersten Steg, welcher auf der Grundfläche eines Kreiszylinders angeordnet ist, und über wenigstens einen zweiten Steg, welcher auf der Deckfläche des gleichen Kreiszylinders angeordnet ist.
  • Die elektrisch leitenden Fasern können in Form von Drähten mit kreisrundem Querschnitt ausgebildet sein und die elektrisch isolierenden Fasern können in Form von Bändern mit einem rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt ausgebildet sein.
  • Bevorzug bestehen die elektrisch leitenden Fasern aus Kupfer oder enthalten Kupfer, und die elektrisch isolierenden Fasern bestehen aus Kohle- oder Glasfasern oder enthalten diese.
  • Um eine höhere Stabilität und eine bessere thermische, elektrische und gasdichte Isolation zu erreichen, kann die Abschirmung teilweise oder vollständig in einem Vergussmaterial eingebettet sein. Der Verbund aus Abschirmung und Vergussmaterial hat bevorzugt die Form eines Hohlzylinders.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dämpfung von Wirbelströmen umfasst das Erzeugen eines Gewebes mit zwei oder mehr elektrisch leitenden Fasern und mit zwei oder mehr elektrisch isolierenden Fasern, und das Isolieren einer supraleitenden und/oder hochtemperatursupraleitenden Einrichtung mit Hilfe des Gewebes gegenüber ihrer Umgebung.
  • Besonders bevorzugt erfolgt durch das Gewebe eine thermische Isolierung und/oder eine elektrische Isolierung und/oder eine elektromagnetische Isolierung.
  • Die supraleitende bzw. hochtemperatursupraleitende Einrichtung kann durch das Gewebe in Form einer geschlossenen Mantelfläche eines Kreiszylinders umhüllt werden. Bevorzugt wird das Gewebe in Form einer Leinwandbindung aufgebaut, wobei die isolierenden Fasern als Kettfäden, insbesondere aus abgeflachten Glas- oder Kohlefasern, verwendet werden und wobei die leitfähigen Fasern als Schussfäden, insbesondere aus Kupferleitern mit kreisrundem Querschnitt, verwendet werden. Die Anfänge der leitfähigen Fasern können miteinander verbunden werden und die Enden der leitfähigen Fasern können ebenfalls miteinander verbunden werden, jeweils über leitfähige, ringförmige Stege, insbesondere aus Kupfer. Das Gewebe kann in einer isolierenden Vergussmasse teilweise oder vollständig vergossen werden, welche die Form eines Hohlzylinders ausbildet. Der Hohlzylinder hat den Vorteil, dass er seinen Innenraum elektrisch und/oder thermisch und/oder elektromagnetisch gegenüber der Umgebung isoliert.
  • Besonders bevorzugt wird der Hohlzylinder in dem erfindungsgemäßen Verfahren um eine supraleitende und/oder hochtemperatursupraleitende Einrichtung angeordnet, und diese thermisch und/oder elektromagnetisch gegenüber dem Außenraum außerhalb des Hohlzylinders isoliert. Der Hohlzylinder kann vollständig verschlossen werden und sein Innenraum auf eine Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur eines Supraleiters, insbesondere unterhalb 23°K für klassische metallische bzw. He oder H2 gekühlte Supraleiter, oder unterhalb der Sprungtemperatur eines Hochtemperatur- bzw. eines N2 gekühlten Supraleiters, insbesondere unterhalb 90°K bis 110°K, abgekühlt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Hohlzylinder in Rotationsbewegung zusammen oder getrennt vom Supraleiter oder Hochtemperatursupraleiter versetzt, insbesondere um eine Längsachse des Hohlzylinders, und bei Rotation werden Kreisströme im Gewebe induziert.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung der Abschirmung umfasst die Verwendung in einer Maschine, insbesondere einem elektrischen Motor oder Generator. Dabei kann das umgossene Gewebe als Dämpferschirm und/oder Kryogefäß für einen supraleitenden oder hochtemperatursupraleitenden Rotor verwendet werden.
  • Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, dass durch die Verwendung eines Gewebes, welches insbesondere in einer Vergussmasse eingegossen ist, als Dämpferschirm und Stütze zur Kompensation von darin induzierten Lorenzkräften, die Dicke des Dämpferschirm-Stützen-Systems reduziert werden kann gegenüber der Verwendung eines Röhrensystems zum gleichzeitigen Dämpfen und Stützen. Durch das Verweben von leitenden und stützenden Fasern in Form einer Leinwandbindung entsteht ein System, welches eine besonders hohe Stabilität mit guten Schirmungseigenschaften gegenüber induzierten Wirbelströmen aufweist. Das Vergießen des Systems in einer Vergussmasse macht das System gasundurchdringlich und erzeugt ein Kryogefäß, welches hohe Stabilität bei geringer Wandstärke aufweist. Die Wandstärke herkömmlicher Röhrensysteme kann dadurch bei gleichen Stabilitäts- und Schirmungseigenschaften unterschritten werden. Dies erhöht den Wirkungsgrad der dieses System verwendenden Maschinen, da insbesondere bei Motoren oder Generatoren zwischen dem Stator und dem Rotor mit HTS-Spulen, ein geringerer Luftspalt notwendig ist, in welchem das schirmende Kryogefäß angeordnet ist.
  • Für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Verwendungen ergeben sich die vorstehend erwähnten, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbundenen Vorteile.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der folgenden Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch ein Kryogefäß bestehend aus einer inneren und einer äußeren Edelstahlstützröhre mit dazwischen liegender Kupferröhre zur Schirmung des Innenraumes gegenüber Wirbelströmen gemäß dem Stand der Technik,
  • 2 ein Gewebe nach Leinwandart aus isolierenden Fasern als Kettfäden und elektrisch leitenden Fasern als Schussfäden, welche über einen leitfähigen Steg miteinander verbunden sind, gemäß der Erfindung,
  • 3 den Grundaufbau des in 2 gezeigten Gewebes, ohne die isolierenden Fasern als Kettfäden,
  • 4 eine Seitenansicht des in 3 gezeigten Grundaufbaus der leitenden Fasern als Schussfäden mit alternierender Verformung beim Verweben,
  • 5 einen Schnitt durch einen Hohlzylinder mit dem Gewebe aus 2 als Mantelfläche, wobei nur ein Viertel des kreisrunden Schnittes dargestellt ist.
  • In 1 ist ein Schnitt durch ein zylindrisches Kryogefäß 1 nach dem Stand der Technik dargestellt, bestehend aus einem inneren 5 und einem äußeren 7 Stahlrohr zum mechanischen Stützen des Kryogefäßes 1, und mit dazwischen liegendem Kupferrohr 6 zur Schirmung des Innenraumes des Kryogefäßes 1 ge genüber Wirbelströmen. Das Kryogefäß 1 ist auf beiden Seiten der Röhren 5, 6, 7 durch Platten am Festlager 2 und am Loslager 3 verschlossen.
  • Das in 1 dargestellte Kryogefäß 1 wird im Stand der Technik in einem Motor oder Generator im Zwischenraum, d. h. Luftspalt zwischen Rotor und Stator angeordnet. Bei Verwendung von supraleitenden oder HTS-Wicklungen im Rotor kann innerhalb des Kryogefäßes 1 eine Temperatur unterhalb einer Sprungtemperatur der supraleitenden oder HTS-Wicklungen eingestellt werden. Das Kryogefäß 1 isoliert den Rotor thermisch von seiner Umgebung. Bei Rotation des Rotors können durch den Stator in den supraleitenden oder HTS-Wicklungen Wirbelströme induziert werden, welche die Stromtragfähigkeit der Wicklungen reduzieren. Dies führt zu einer Verringerung der Leistung des Motors bzw. Generators.
  • Aus diesem Grund ist im Kryogefäß 1 ein Kupferrohr als Dämpferschirm 6 integriert, welches sich zwischen dem inneren 5 und dem äußeren 7 Stahlrohr befindet. Dieses Kupferrohr 6 schirmt die supraleitenden oder HTS-Wicklungen des Rotors bei Rotation gegenüber der Induktion von Wirbelströmen durch den Stator in den supraleitenden oder HTS-Wicklungen ab.
  • Es werden in dem Kupferrohr 6 geschlossene Wirbelströme induziert. Diese rufen Lorenzkräfte hervor, welche nach außen und/oder innen wirken können und zu einer Deformation des Kryogefäßes 1 führen könnten. Um auftretende Lorenzkräfte zu kompensieren, sind an der inneren und äußeren Wandung des Kupferrohres 6 die als Kryogefäß wirkenden Stahlrohre 5 und 7 angeordnet, welche so stark ausgelegt sind, dass sie mögliche Lorenzkräfte kompensieren. Nur ab einer ausreichenden Wandungsdicke sind die Stahlrohre 5 und 7 mechanisch stabil, und können den Lorenzkräften entgegenwirken um eine Verformung des Kupferrohres 6 zu verhindern. Die Notwendigkeit der ausreichenden Wandungsdicke der Stahlrohre führt zu einem Kryogefäß, welches eine hohe Gesamtwanddicke aufweist als Summe aus den Wanddicken der zwei Stahlrohre 5 und 7 und dem Kup ferrohr 6. Die Gesamtwanddicke eines Kryogefäßes 1 um einen supraleitenden oder HTS-Rotor hat direkten Einfluss auf den Wirkungsgrad einer Maschine wie z. B. Motor oder Generator mit supraleitenden oder HTS-Rotor. Bei steigender Gesamtwanddicke nimmt der Wirkungsgrad ab, weil der Abstand zwischen Rotor und Stator zunimmt.
  • Ein Material entsprechend der Erfindung, zur Konstruktion von Kryogefäßen 1 mit kleinerer Gesamtwanddicke verglichen mit Kryogefäßen 1, bekannt aus dem Stand der Technik, ist in 2 gezeigt.
  • Dabei handelt es sich um ein Gewebe, bestehend aus elektrisch leitenden Fasern 9, 10 und elektrisch isolierenden Fasern 11, 12. Die elektrisch leitenden Fasern 9, 10 sind z. B. aus Kupferdrähten mit kreisrundem Querschnitt aufgebaut. Es können aber auch andere leitenden Materialien, wie z. B. Metalle oder Legierungen mit oder aus Gold, Platin, Aluminium, und Querschnittsformen wie z. B. Ellipsen, Rechtecke, Dreiecke, verwendet werden. Die elektrisch isolierenden Fasern bestehen z. B. aus Glas- oder Kohlefasern mit rechteckigem, bandförmigen Querschnitt. Die isolierenden Fasern können aber auch aus Materialien wie z. B. Kunststoffen, Kautschuk, Papier aufgebaut sein, mit z. B. elliptischen, dreieckigen, oder kreisrunden Querschnitten.
  • Das in 2 gezeigte Gewebe ist in Form einer Leinwandbindung aufgebaut. Dabei sind die elektrisch leitenden Fasern 9, 10 senkrecht zu den elektrisch isolierenden Fasern 11, 12 angeordnet. Die Fasern können untereinander aber auch andere Winkel einschließen, wie z. B. 45°. Die Fasern sind jeweils derart miteinander verwoben, dass eine Faser benachbarte, senkrechte Fasern jeweils abwechselnd oberhalb und unterhalb kreuzt. Dies gilt sowohl für die elektrisch leitenden Fasern 9, 10 als auch für die elektrisch isolierenden Fasern 11, 12. Die elektrisch leitenden Fasern 9, 10 sind an ihren Enden bzw. an ihren Anfängen mit einem Steg 8 verbunden, welcher die Fasern sowohl mechanisch als auch elektrisch untereinander koppelt.
  • In 3 ist zur besseren Veranschaulichung das Gewebe ohne die elektrisch isolierenden Fasern 11, 12 dargestellt. Der Steg 8, an welchen die elektrisch leitenden Fasern 9, 10 angebunden sind, ist gebogen. Er ergibt in seiner Gesamtheit einen kreisrunden Ring, welcher in den Figuren nicht dargestellt ist. Ein erster Steg 8 in Form eines kreisrunden Ringes ist an den Anfängen der elektrisch leitenden Fasern 9, 10 angebracht, ein zweiter Steg 8 in Form eines kreisrunden Ringes ist an den Enden der elektrisch leitenden Fasern 9, 10 angebracht. Zwischen den beiden Ringen ist das Gewebe als Mantelfläche angeordnet, was eine Mantelfläche eines Zylinders mit kreisrunder Grundfläche darstellt. Die Form des Gewebes mit ringförmigen Stegen 8 am Anfang und Ende der elektrisch leitenden Fasern 9, 10 ist analog der Form einer Röhre, wie sie in 1 dargestellt ist.
  • In 4 ist eine Seitenansicht der in 3 dargestellten Faseranordnung der elektrisch leitenden Fasern 9, 10 gezeigt. Die Anordnung in Seitenansicht ist sowohl für die elektrisch leitenden Fasern 9, 10, als auch für die elektrisch isolierenden Fasern 11, 12 gleich. Eine Faser ist abwechselnd entlang ihrer Faserlänge senkrecht zu ihrer Faserlänge nach oben und nach unten verbogen. Benachbarte Fasern sind so angeordnet, dass senkrecht zur Faserlänge betrachtet, hintereinander liegende Fasern so gebogen sind, dass wenn eine fordere Faser nach oben gebogen ist, die dahinterliegende Faser an der gleichen Stelle nach unten gebogen ist und eise versa.
  • In 5 ist ein Viertel eines senkrechten Schnitts durch einen Zylinder mit kreisförmiger Grundfläche, wie er in 1 dargestellt ist, gezeigt. Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Röhrenanordnung, ist der in 5 dargestellte Zylinder aus dem Gewebe als Mantelfläche des Zylinders aufgebaut. Ein vergrößerter Ausschnitt in 5 zeigt die Faseranordnung im Gewebe, mit einer elektrisch isolierenden Fa ser 11, und elektrisch leitenden Fasern 9, 10, über welche die elektrisch isolierende Faser 11 abwechselnd nach oben und nach unten gebogen ist.
  • Das Gewebe kann alternativ zu der in den 2 bis 5 gezeigten Form der Leinwandbindung auch in anderen Formen gewebt sein, wie z. B. in Form einer Körperbindung oder einer Atlasbindung.
  • Der durch das zwischen den Ringförmigen Stegen 8 mit dem Gewebe als Mantelfläche aufgespannte Zylinder mit kreisrunder Grundfläche ist um ein Kryogefäß 1 zu bilden, mit einem Vergussmaterial beschichtet. Beschichtet bedeutet in diesem Fall, dass das Gewebe teilweise oder bevorzugt vollständig in das Vergussmaterial eingegossen ist und ein Blattförmiges Gebilde formt. Das Blattförmige Gebilde ist in Form eines Zylinders zusammengerollt auf die Ringe gespannt. Der Zylinder kann analog dem in 1 gezeigten Kryogefäß 1 mit zwei Deckplatten und dem Fest- 2 und Loslager 3 vollständig geschlossen sein. Das Vergussmaterial dichtet das Gewebe gegenüber Gasdurchtritt ab und sorgt so für ein isolierendes Kryogefäß 1.
  • Als Vergussmaterial können Kunststoffe, Harze oder andere aushärtbare Materialien verwendet werden.
  • Das in den Fig. dargestellte Kryogefäß 1 aus einem mit Vergussmasse abgedichtetem Gewebe hat den Vorteil, dass es im Vergleich mit einer Röhrenanordnung eine geringere Wandstärke, d. h. vergossener Gewebedicke, bei gleicher mechanischer Stabilität aufweist. Es kann in einer Maschine, insbesondere einem elektrischen Motor oder Generator, mit supraleitenden oder HTS-Rotorwicklungen als Kryogefäß 1 verwendet werden. Dabei wird es in den Luftspalt zwischen Rotor und Stator angeordnet. Es isoliert die supraleitenden oder HTS-Rotorwicklungen thermisch, womit sie auf eine entsprechende Sprungtemperatur des supraleitenden oder HTS Materials abgekühlt und während des Maschinenbetriebs gehalten werden können. Die Ro torwicklungen werden gegenüber der Induktion von Wirbelströmen in den supraleitenden oder HTS-Rotorwicklungen durch den Stator bei Rotation des Rotors abgeschirmt. Die dabei entstehenden Lorenzkräfte im Kryogefäß nach Innen und Außen, durch in der Schirmung entstehende Wirbelströme, werden durch die Gewebeanordnung der Fasern mechanisch kompensiert. Damit ist das Kryogefäß 1 mechanisch stabil gegenüber Verformungen, welche durch die Kraftwirkung der Lorenzkräfte entstehen würden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6597082 B1 [0005]

Claims (20)

  1. Abschirmung zur Dämpfung von Wirbelströmen für supraleitende oder hochtemperatursupraleitende Einrichtungen, mit zwei oder mehr elektrisch leitenden Fasern und mit zwei oder mehr elektrisch isolierenden Fasern dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Fasern und die elektrisch isolierenden Fasern miteinander verwoben sind.
  2. Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Fasern und die elektrisch isolierenden Fasern in Form eines flachen Gewebes verwoben sind, wobei die elektrisch isolierenden Fasern als Kettfäden ausgebildet sind und die elektrisch leitenden Fasern als Schussfäden ausgebildet sind.
  3. Abschirmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flache Gewebe in Form eines hohlen Kreiszylinders ausgebildet ist, insbesondere einer geschlossenen Mantelfläche eines hohlen Kreiszylinders ohne Grund- und Deckelfläche.
  4. Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in Form einer Leinwandbindung miteinander verwoben sind.
  5. Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der elektrisch leitenden Fasern zu in sich geschlossenen Stromkreisen elektrisch verbunden sind.
  6. Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Fasern an ihren Anfängen und Enden über mindestens einen elektrisch leitenden, durchgehenden Steg miteinander verbunden sind.
  7. Abschirmung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Fasern über wenigstens einen ersten Steg am Anfang der Fasern und über wenigstens einen zweiten Steg am Ende der Fasern miteinander elektrisch leitend verbunden sind, insbesondere über wenigstens einen ersten Steg, welcher auf der Grundfläche eines Kreiszylinders angeordnet ist, und über wenigstens einen zweiten Steg, welcher auf der Deckfläche des gleichen Kreiszylinders angeordnet ist.
  8. Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Fasern in Form von Drähten mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet sind und dass die elektrisch isolierenden Fasern in Form von Bändern mit einem rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt ausgebildet sind.
  9. Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Fasern aus Kupfer bestehen oder Kupfer enthalten und/oder die elektrisch isolierenden Fasern aus Kohle- oder Glasfasern bestehen oder diese enthalten.
  10. Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine teilweise oder vollständige Einbettung in einem Vergussmaterial.
  11. Abschirmung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbund aus Abschirmung und Vergussmaterial die Form eines Hohlzylinders aufweist.
  12. Verfahren zur Dämpfung von Wirbelströmen, insbesondere unter Verwendung einer Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mit zwei oder mehr elektrisch leitenden Fasern und mit zwei oder mehr elektrisch isolierenden Fasern ein Gewebe erzeugt wird, mit welchem eine supraleitende und/oder hochtemperatursupraleitende Einrichtung gegenüber ihrer Umgebung isoliert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Gewebe eine thermische Isolierung und/oder eine elektrische Isolierung und/oder eine elektromagnetische Isolierung erfolgt.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die supraleitende und/oder hochtemperatursupraleitende Einrichtung durch das Gewebe in Form einer geschlossenen Mantelfläche eines Kreiszylinders umhüllt wird.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe in Form einer Leinwandbindung aufgebaut wird, wobei die isolierenden Fasern als Kettfäden, insbesondere aus abgeflachten Glas- oder Kohlefasern, verwendet werden und wobei die leitfähigen Fasern als Schussfäden, insbesondere aus Kupferleitern mit kreisrundem Querschnitt, verwendet werden, und die Anfänge der leitfähigen Fasern miteinander und die Enden der leitfähigen Fasern miteinander jeweils über leitfähige, ringförmige Stege, insbesondere aus Kupfer, verbunden werden, und das Gewebe in einer isolierenden Vergussmasse teilweise oder vollständig vergossen wird, welche die Form eines Hohlzylinders ausbildet, und welcher seinen Innenraum elektrisch und/oder thermisch und/oder elektromagnetisch gegenüber seiner Umgebung isoliert.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder um eine supraleitende und/oder hochtemperatursupraleitende Einrichtung angeordnet wird und diese thermisch und/oder elektromagnetisch gegenüber dem Außenraum außerhalb des Hohlzylinders isoliert.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder vollständig verschlossen wird und sein Innenraum auf eine Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur eines Supraleiters, insbesondere eines klassischen metallischen Supraleiters, insbesondere unterhalb 23°K und/oder der Temperatur von flüssigem Helium oder Wasserstoff, oder insbesondere eines Hochtemperatursupraleiters, insbesondere unterhalb 110°K, oder unterhalb 90°K, und/oder auf eine Temperatur von flüssigem Stickstoff, abgekühlt wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem der Hohlzylinder in Rotationsbewegung zusammen oder getrennt vom Supraleiter oder Hochtemperatursupraleiter versetzt wird, insbesondere um eine Längsachse des Hohlzylinders, und bei dem bei Rotation Kreisströme im Gewebe induziert werden.
  19. Verwendung der Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 18, in einer Maschine, insbesondere einem elektrischen Motor oder Generator oder Magnete.
  20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet dass das umgossene Gewebe als Dämpferschirm und/oder Kryogefäß für einen supraleitenden oder hochtemperatursupraleitenden Rotor verwendet wird.
DE102008009972A 2008-02-20 2008-02-20 Abschirmung und Verfahren zur Dämpfung von Wirbelströmen in supra- bzw. hochtemperatursupraleitenden Einrichtungen und deren Verwendung Ceased DE102008009972A1 (de)

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