DE1285624B - Einrichtung, die innerhalb eines Gehaeuses eine waermeisolierte und gekuehlte supraleitende Wicklung enthaelt - Google Patents

Description

ring vorgesehen, der gleichzeitig als Träger für die Wicklung dient (französische Patentschrift 1391317). Bei einer weiteren bekannten Spule (französische Patentschrift 1 381559) sind bei einer Ausführungs-5 form die einzelnen Leiter lose in einer mechanisch festeren Hülle gelagert, welche die auf die Leiter wirkenden Radialkräfte aufnimmt. Die freien Räume zwischen Leiter und Umhüllung können dabei als Kühlmittelkanäle ausgenutzt werden. Bei einer wei-Wicklungen wirken beim Erregen Kräfte, welche die io teren Ausführungsform dieser Spule ist die Wicklung Wicklung in die kraftmäßig günstigste Kreiszylinder- in einzelne konzentrische Wicklungslagen oder Teilform zu verformen bestrebt sind. Ferner treten an wicklungen unterteilt, welche jeweils durch mechaeiner Wicklung, welche dem Magnetfeld einer zwei- nisch feste, konzentrisch angeordnete Hohlzylinder ten Wicklung ausgesetzt ist, abhängig von der Strom- gehalten werden. Dabei wird Kühlmittel durch die richtung in beiden Wicklungen Kräfte auf, welche die 15 freien Räume geleitet, die zwischen den aufeinander-Wicklungen aufeinander hinziehen oder auseinander- folgenden Hohlzylindern und den an diesen fest andrücken und somit die Lage jeweils einer Wicklung liegenden Wicklungsteilen verbleiben. Ferner ist eine innerhalb deren Gehäuse zu ändern bestrebt sind. Es bei tiefen Temperaturen zu betreibende normalleibereitet nun große Schwierigkeiten, derartige Kräfte tende Spule bekannt (USA.-Patentschrift 3 090 894), zwischen Wicklung und Gehäuse aufzufangen, ohne 20 bei welcher die zylinderförmige Spulenwicklung ebendie Wärmeisolation der Wicklung zu beeinträchtigen. falls in einzelne Lagen unterteilt ist, die durch mecha-Zur Lösung dieser Schwierigkeit ist bereits eine Ein- nisch feste Hohlzylinder umschlossen werden. Zwirichtung vorgeschlagen worden, die innerhalb eines sehen den Wicklungslagen und den Hohlzylindern Gehäuses eine wärmeisolierte und gekühlte supra- sind dabei Rippen vorgesehen, welche Kühlkanäle leitende Wicklung enthält, wobei die Wicklung im 25 bilden. Bei allen diesen bekannten Spulen besteht je-Hohlraum eines geteilten bandförmigen Tragkörpers doch weder das Problem, beim Erregen der Wicklung angeordnet ist, der von Wärmeisolation umgeben und auftretende Kräfte auf das Gehäuse zu übertragen, durch Zuganker oder andere die beim Erregen der noch sind die Wicklungen bei diesen bekannten Spu-Wicklung auftretenden mechanischen Kräfte aufneh- len im Hohlraum eines geteilten bandförmigen Tragmende Stützen oder Halter in einer bestimmten, 30 körpers durch eine die Wicklung wenigstens teilweise festen Lage innerhalb des Gehäuses gehalten wird. umgebende, Kühlkanäle enthaltende Hülle festge-Bei dieser Einrichtung kann eine druckempfind- halten.

liehe, beispielsweise aus reflektierenden geknitterten Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erFolien bestehende Wärmeisolation mit großem findungsgemäßen Einrichtung kann die Hülle aus Wärmewiderstandswert verwendet werden, da die 35 einem innerhalb des Tragkörpers angeordneten, Kühl-Kräfte zwischen dem Tragkörper und dem Gehäuse kanäle enthaltenden Spulenkörper mit U-förmigem durch die Zuganker oder anderen Stützen oder Hai- Querschnitt bestehen, auf weichen die supraleitende ter aufgenommen werden. Bei der vorgeschlagenen Wicklung gewickelt ist. Bei einer weiteren vorteil-Einrichtung erfolgt die Kühlung der supraleitenden haften Ausführungsform besteht die Hülle aus einem Wicklung durch eine Kühlschlange, die innerhalb der 40 kühlmitteldurchlässigen Geflecht. Wärmeisolation um den Tragkörper gelegt ist. Die Erfindung wird durch zwei Ausführungsbei-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vor- spiele an Hand von vier Figuren näher erläutert. Es geschlagene Einrichtung derart zu verbessern, daß zeigt

eine wirksamere Kühlung der Wicklung erzielt wird, F i g. 1 ein Übersichtsbild über die Verspannung

ohne die feste Halterung der Wicklung im Hohlraum 45 supraleitender Wicklungen, des bandförmigen Tragkörpers zu beeinträchtigen. F i g. 2 eine Haltevorrichtung mit einem Spulen-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die supraleitende Wicklung durch eine Kühlkanäle enthaltende, die Wicklung zumindest teilweise umschließende Hülle im Hohlraum des Tragkörpers 50 festgehalten ist.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird somit eine unmittelbare Kühlung der supraleitenden Wicklung innerhalb des Tragkörpers erreicht.

Supraleitende Spulen, deren Wicklungen durch ge- 55 durchflossen werden. Hierdurch bilden sich zwischen kühlte Tragkörper gehalten werden, sind bereits be- den Wicklungsteilen 3 bis 6 abstoßende Kräfte aus, kannt. Diese Spulen besitzen jedoch kreiszylinder- die durch Zuganker 7 bis IO aufgenommen werden, förmige Wicklungen. Bei Spulen mit solchen Wick- Die Zuganker greifen an in den Fig. 2 und 3 darlungen treten beim Erregen innerhalb der Spulen- gestellten Tragbändern der Wicklung an und sind wicklung Kräfte auf, welche radial nach außen wir- 60 zwischen den Wicklungsteilen angeordnet. Die Wickken und die Leiter der Spulenwirkung zu dehnen lungen sind innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses bestrebt sind. Durch die Tragkörper werden diese 14 in bandförmige Tragkörper 13 eingebettet, die Kräfte aufgefangen und somit die Leiter entlastet. durch die Zuganker 7 bis 10 sowie zusätzliche Zug-Besondere Kräfte zwischen Wicklung und Gehäuse anker 11 in einer bestimmten Lage innerhalb des Getreten dagegen beim Erregen dieser bekannten kreis- 65 häuses gehalten werden. Die zusätzlichen Zuganker zylinderförmigen Wicklungen nicht auf. Bei einer be- sind zwischen den Tragkörpern der Wicklung und kannten Spule ist ein mit Kühlkanälen versehener, der Gehäusewand gespannt, mit der Wicklung induktiv gekoppelter Kurzschluß- Fig. 2a stellt den AusschnittA aus Fig. 1 im

körper der Kühlkanäle enthält,

Fig. 3 eine Vorrichtung, bei der die Kühlung unter Verwendung eines Geflechtes erfolgt, und

F i g. 4 einen Verteilungsplan für die Kühlflüssigkeit.

Die in F i g. 1 im Ausschnitt schematisch dargestellte Zweipolwicklung besteht aus zwei elliptischen Spulen 1 und 2, die gleichsinnig vom Spulenstrom i

Querschnitt dar. Die Wicklungsdrähte 12 der Spule 1 sind in einen bandförmigen Tragkörper 13 eingebettet, an dem die wärmeisolierten Zuganker 10 und 11 angreifen. Diese halten den Tragkörper in der gewünschten Lage innerhalb des Gehäuses 14 fest. Das Gehäuse besteht aus zwei Teilen 15 und 16, die mittels eines Dichtungsringes 17 vakuumdicht zusammengefügt sind. In dem evakuierten Zwischenraum 18 zwischen dem Tragkörper 13 und dem Gehäuse 14 befindet sich eine druckempfindliche Wärmeisolation. Die Zuganker 10 und 11 sind innerhalb vakuumdichter Metallhülsen 19 und 20 von Wärmeisolation 21 umgeben. Die Metallhülse 19 besteht aus zwei übereinander schiebbaren Teilen, die an der Stelle 22 zusammengelötet sind. Das Zusammenlöten erfolgt beim Zusammenbau der Einrichtung, nachdem der Tragkörper durch Verschrauben der Zuganker in die gewünschte Lage innerhalb des Gehäuses 14 gebracht worden ist. Zum Ausgleich thermisch bedingter Längenänderungen ist die Metallhülse 20 wenigstens teilweise elastisch ausgebildet. Im vorliegenden Fall ist für diesen Zweck ein vakuumdichter Metallbalg 23 vorgesehen. Während der Zuganker 10 nur Tragkörper, die praktisch auf Supraleitungstemperatur liegen, miteinander verbindet, ist der Zuganker 11 gegenüber einem auf Raumtemperatur befindlichen Gehäuseteil verspannt. Als Kälteschild ist deshalb im vorliegenden Fall um diesen Zuganker die Kühlmittelableitung 24 gewickelt. Der Tragkörper 13 ist zweiteilig ausgebildet, wobei der Schnitt so gewählt ist, daß die fertiggewickelte Spule eingelegt werden kann. Die beiden Teile werden versetzt gegenüber den Angriffsstellen der Zuganker durch Schrauben 25 zusammengehalten (vgl. F i g. 2 b). Durch Dichtungen 26 ist dafür gesorgt, daß im Hohlraum des Tragkörpers befindliche Dämpfe nicht in den evakuierten Zwischenraum 18 gelangen können.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Wicklungsdrähte 12 auf einen Spulenkörper 27 mit U-förmigem Querschnitt gewickelt, wobei der Spulenkörper Kanäle 28 für das Kühlmedium enthält. Die Verbindung der Kühlkanäle mit der Kühlmittelzuleitung 24 ist in F i g. 2 b dargestellt.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung sind die Kühlkanäle als Zwischenräume eines Geflechtes ausgebildet. Auf der Innenseite der beiden Seitenteile eines Spulenkörpers 29 mit U-förmigem Querschnitt befinden sich Metallnetze 30 und 31. Zwischen den Zwischenräumen dieser Metallnetze wird das Kühlmedium hindurchgeleitet. Zu diesem Zweck sind an beiden Stirnseiten des Spulenkörpers Zuleitungen 32 (es ist nur eine dargestellt) für das Kühlmedium vorgesehen. Aus Fig. 3 ist auch der Wicklungsaufbau ersichtlich. Am Boden des Spulenkörpers befindet sich eine Isolierfolie 33. Hierauf sind mehrere Lagen nicht isolierten Spulendrahtes 12 aus Supraleitungsmaterial gewickelt. Um eine elektrische Verbindung des Drahtes mit den Metallnetzen 30 und 31 zu verhindern, sind an den Enden jeder Lage Isolierstofffäden 34 eingewickelt. Eine elektrische Verbindung zwischen den Lagen wird durch eingelegte Kühlfolien 35, welche einen Isolierüberzug 36 besitzen, verhindert. Als Kühlfolien eignen sich beispielsweise Folien aus eloxiertem Aluminium. Die Kühlfolien haben zugleich die Aufgabe, eine gute thermische Verbindung zwischen dem Spuleninneren und den von Kühlflüssigkeit durchströmten Metallnetzen herzustellen. Sie sind abwechselnd an das Metallnetz 30 und 31 geführt. Der Spulenkörper ist mit einer Isolierfolie 37 und einer Metallfolie 38, die heliumdicht auf den Spulenkörper gelötet ist, abgeschlossen. Es ist vorteilhaft, den Spulenkörper innerhalb des Tragkörpers mittels einer bei Supraleitungstemperatur festen Vergußmasse zu fixieren. Hierfür ist Öl oder Fett geeignet, das den Zwischenraum 39 zwischen dem Spulenkörper und der Innenwandung des Tragkörpers ausfüllt. Damit die Dämpfe der Vergußmasse nicht

ίο aus dem Tragkörper in den Vakuumraum 18 entweichen können, sind Dichtungen 40 und 41 vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist der Tragkörper nicht mittels Zugankern, sondern mittels auf Druck beanspruchter Stützen 42 innerhalb des Gehäuses 14 festgehalten.

F i g. 4 zeigt einen Verteilungsplan für die Kühlmittelflüssigkeit. Es sind zwei Zuführungen 43 und vier Abführungen 44 vorgesehen. Die im Prinzip dargestellte Verteilung innerhalb des Tragkörpers kann bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 dadurch verwirklicht werden, daß nur ein Teil der eingezeichneten Rechteckrohre des Spulenkörpers hohl ausgebildet ist. Der übrige Teil mag aus massiven Kupferstangen bestehen. Ein Spulenkörper dieser Art ist einfach in der Weise herzustellen, daß Rechteckrohre und massive Kupferstangen mit rechteckigem Querschnitt aneinandergelötet werden. Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 erhält man die für den Kühlmittelplan nötige Unterteilung des Geflechthohlraumes durch Ausfüllen eines Teiles der Zwischenräume zwischen den Maschen mit einem Metall oder einem plastischen Füllstoff. Diese Stellen sind dann für den Kühlmittelfluß gesperrt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Einrichtung, die innerhalb eines Gehäuses eine wärmeisolierte und gekühlte supraleitende Wicklung enthält, wobei die Wicklung im Hohlraum eines geteilten bandförmigen Tragkörpers angeordnet ist, der von Wärmeisolation umgeben und durch Zuganker oder andere die beim Erregen der Wicklung auftretenden mechanischen Kräfte aufnehmende Stützen oder Halter in einer bestimmten, festen Lage innerhalb des Gehäuses gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Wicklung durch eine Kühlkanäle enthaltende, die Wicklung zumindest teilweise umschließende Hülle im Hohlraum des Tragkörpers (13) festgehalten ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus einem innerhalb des Tragkörpers (13) angeordneten, Kühlkanäle (28) enthaltenden Spulenkörper (27) mit U-förmigem Querschnitt besteht, auf welchen die supraleitende Wicklung gewickelt ist (F i g. 2 a).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus einem kühlmitteldurchlässigen Geflecht besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Tragkörpers ein das Geflecht (30,31) einschließender Spulenkörper (29) mit U-förmigem Querschnitt vorgesehen ist (Fig.3).

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kühlmedium in wärmeleitender Verbindung stehende Kühlfolien (35) von wenigstens einer Seite

der Wicklung in das Innere der Wicklung führen (Fig. 3).

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfolien mit einem elektrisch isolierenden, thermisch leitenden Überzug (36) versehen sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Geflecht umhüllte supraleitende Wicklung bzw. der Spulenkörper mittels einer bei Supraleitungstemperatur festen Vergußmasse innerhalb des Tragkörpers festgehalten ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß entweder der geteilte Tragkörper oder der Wicklungsraum des Spulenkörpers heliumdicht ausgebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen