DE1464416B2 - SUPRAL CONDUCTING COIL WITH A MULTI-LAYER WINDING - Google Patents

SUPRAL CONDUCTING COIL WITH A MULTI-LAYER WINDING

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DE1464416B2
DE1464416B2 DE19631464416 DE1464416A DE1464416B2 DE 1464416 B2 DE1464416 B2 DE 1464416B2 DE 19631464416 DE19631464416 DE 19631464416 DE 1464416 A DE1464416 A DE 1464416A DE 1464416 B2 DE1464416 B2 DE 1464416B2
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Zdenek Jan Jaroslav Tops field Mass Stekly (V St A)
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F6/006Supplying energising or de-energising current; Flux pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K51/00Other details not peculiar to particular types of valves or cut-off apparatus
    • F16K51/02Other details not peculiar to particular types of valves or cut-off apparatus specially adapted for high-vacuum installations
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N60/35Cryotrons
    • H10N60/355Power cryotrons

Description

1 21 2

Die Erfindung betrifft eine supraleitende Spule mit Betrieb in den normalleitenden Zustand überführtThe invention relates to a superconducting coil with operation converted to the normally conductive state

einer aus mehreren, voneinander elektrisch isolier- werden.one of several, electrically insulated from each other.

ten Lagen bestehenden Wicklung aus einem supra- Wird ein supraleitender Draht zu einer Spule geleitenden Draht, welcher einen Überzug aus einem wickelt, so führt die Spule im allgemeinen nicht dienormalleitenden Metall hat. 5 selbe Strommenge wie der Draht in kurzen Längen.A superconducting wire is used to conduct a coil Wire which winds a coating from one, the coil does not generally conduct the normally conductive one Metal has. 5 same amount of current as the wire in short lengths.

Die Möglichkeit, Magnetfelder nicht nur von hoher Lange Enden eines Drahtes aus einer 25prozentigenThe possibility of magnetic fields not only from high Long ends of a wire from a 25 per cent

Stärke, sondern auch über eine längere Zeit hinweg Zirkoniumlegierung mit einem Durchmesser vonStrength, but also for a long time zirconium alloy with a diameter of

erzeugen zu können, ist für die Erforschung der 0,25 mm führen einen Strom von ungefähr 20 AmpereTo be able to generate is for exploring the 0.25 mm lead a current of approximately 20 amps

Physik des festen Aggregatzustandes, des Plasmas bis zu ungefähr 60 000 Gauß, wobei die Stromfüh-Physics of the solid state of aggregation, of the plasma up to approximately 60,000 Gauss, whereby the current-carrying

und der Partikel von großer Bedeutung. In den io rungskapazität jedoch nicht erhöht wird, wenn dasand the particle of great importance. However, the capacity is not increased if that

meisten Fällen mußten jedoch bisher für die Erzeu- Feld geschwächt wird. Der Unterschied zwischen denIn most cases, however, the production field had to be weakened so far. The difference between the

gung von großen Magnetfeldstärken Impulsfelder Stromführungskapazitäten bei langen und kurzengeneration of large magnetic field strengths impulse fields current carrying capacities with long and short

verwendet werden. Seitdem jedoch neue supra- Drahtenden wird weniger augenfällig, wenn derbe used. Since then, however, new supra-wire ends become less noticeable when the

leitende Materialien zur Verfügung stehen, entstand Zirkoniumgehalt erhöht wird,conductive materials are available, the zirconium content is increased,

ein erhebliches Interesse an der Entwicklung von 15 Das verwendbare kritische Magnetfeld bei einera considerable interest in the development of 15 The useful critical magnetic field in a

verwertbaren Magneten, die eine große Feldstärke Legierung aus 25 % Zirkonium und 75 % NiobiumUsable magnets that have a large field strength alloy of 25% zirconium and 75% niobium

erzeugen und Abmessungen aufweisen, die sie für liegt bei ungefähr 60 000 Gauß, bei einer Legierungand have dimensions equivalent to about 60,000 gauss for an alloy

Anwendungsgebiete geeignet machen, in denen große mit einem Gehalt von 33 % Zirkonium um ungefährMake areas of application suitable in which large with a content of 33% zirconium by approximately

Magnetfeldstärken benötigt werden. 5000 bis 10 000 Gauß höher. Es wurde berichtet, daß'Magnetic field strengths are required. 5000 to 10,000 Gauss higher. It has been reported that '

Als Beispiel für die Verwendung solcher Magnete 20 50prozentige Zirkoniumlegierungen noch stärkereAs an example of the use of such magnets, 20 50 percent zirconium alloys are even stronger

sei die Erzeugung elektrischer Leistung, die Abschir- kritische Felder besitzen.be the generation of electrical power that shielding-critical fields have.

mung gegen Strahlen geladener Teilchen, Plasmaan- Befindet sich ein Teil eines stromführenden supra-protection against radiation of charged particles, plasma is part of a current-carrying super-

triebe, physikalische Experimente in großem Maßstab leitenden Drahtes im normalleitenden Zustand, sodrove, physical experiments on a large scale conductive wire in the normally conductive state, so

erwähnt. Die Erzeugung von beständigen Magnet- fällt an diesem Teil des Drahtes eine Spannung ab,mentioned. The generation of permanent magnet- a voltage drops on this part of the wire,

feldern großer Stärke und innerhalb großer Volumen 25 und es wird Energie verbraucht. Ist dieser Verbrauchfields of great strength and within large volumes 25 and energy is consumed. Is that consumption

stellt eine bedeutende technische Aufgabe dar. genügend groß, so kann dies zu einer Änderung desrepresents an important technical task. sufficiently large, this can lead to a change in the

Neuere Entwicklungen auf dem Gebiet der harten supraleitenden Zustandes des Drahtes oder zu einerRecent developments in the field of the hard superconducting state of the wire or to a

Supraleiter zeigten die Möglichkeit, große Feldstär- Zerstörung des Drahtes durch Schmelzen führen. IstSuperconductors showed the possibility of great field strength destruction of the wire by melting it. is

ken erzeugende supraleitende Feldspulen in Erwä- bei einem isolierten Draht die am normalleitenden Teilken generating superconducting field coils, including those on the normally conducting part with an insulated wire

gung zu ziehen. Die Möglichkeit der Verwendung 30 des Drahtes abfallende Spannung genügend hoch,to pull. The possibility of using 30 of the wire dropping voltage sufficiently high

von Feldspulen mit Supraleitern für die Erzeugung so kann die Isolierung durchschlagen und envinnererof field coils with superconductors for the generation so the insulation can break down and envinnerer

von Feldstärken von 50 000 Gauß oder mehr bei nur Kurzschluß verursacht werden. Dieser kann zu einercaused by field strengths of 50,000 gauss or more with only a short circuit. This can become a

geringem Leistungsverbrauch für die Kühlung und Funkenbildung und zur Bildung heißer Stellen füh-low power consumption for cooling, sparking and the formation of hot spots.

ohne Joulesche Verluste bietet offensichtlich Vorteile ren. Ist der Kurzschluß von längerer Dauer, soren without Joule losses obviously offers advantages. If the short circuit is of a longer duration, then

für dauernd arbeitende Kraftwerke u. dgl. 35 ändert sich die Stromverteilung in der Spule mitfor continuously operating power plants and the like, the current distribution in the coil changes with it

Die Eigenschaften von Supraleitern wurden ver- der Folge, daß das Magnetfeld in der Spule sich beiThe properties of superconductors were caused by the fact that the magnetic field in the coil is at

schiedentlich behandelt, z. B. in »Superfluids«, Bd. I, nachfolgenden Erregungen konzentriert. Dies ist un-treated differently, e.g. B. in "Superfluids", Vol. I, concentrated subsequent excitations. This is un-

von Fritz London, veröffentlicht 1950 in New York erwünscht, da eine örtliche Konzentration desby Fritz London, published in New York in 1950, desired because a local concentration of the

durch John Wiley & Son, Inc., und »Superconduc- Magnetfeldes eine Leistungsverminderung infolge'by John Wiley & Son, Inc., and "Superconduc magnetic field a reduction in performance due to '

tivity« von D. Shoenberg, veröffentlicht 1952 in 40 der geringeren Stromführungskapazität bei hohentivity «by D. Shoenberg, published 1952 in 40 of the lower current carrying capacity at high

London durch Cambridge University Press. Feldstärken verursacht.London by Cambridge University Press. Field strengths caused.

Ein Supraleiter kann aus einem Metall, einer Le- Besteht andererseits in der Spule ein Kurzschluß,A superconductor can be made of a metal, a Le- If, on the other hand, there is a short circuit in the coil,

gierung oder einer Verbindung bestehen. Je nach der sich während des Einschaltens öffnet, so ist diesor a connection. Depending on the one that opens during power-up, this is how it is

Zusammensetzung des Supraleiters tritt der supra- gleichbedeutend mit einem plötzlichen EinschaltenComposition of the superconductor occurs the super- synonymous with a sudden switch-on

leitende Zustand bei einer bestimmten Temperatur 45 eines zuvor unbenutzten Teiles der Spule. Auf Grundconductive state at a certain temperature 45 of a previously unused part of the coil. Because of

unterhalb von 18° K ein. Substanzen mit einer höher der engen Verkopplung kann dieser Vorgang dazubelow 18 ° K. Substances with a higher or higher level of close coupling can do this

gelegenen Umwandlungstemperatur sind bisher noch führen, daß ein Teil der Spule in den normalleiten-transformation temperature are still lead to part of the coil in the normalconducting

nicht gefunden worden. Die Temperatur, bei der der den Zustand versetzt wird.not found. The temperature at which the state is set.

Übergang in den supraleitenden Zustand erfolgt, Die Energie, die in einigen vorgeschlagenen großenTransition into the superconducting state takes place, the energy in some proposed large

wird als die kritische Temperatur bezeichnet. 50 supraleitenden Spulen gespeichert ist, beträgt mehrereis called the critical temperature. 50 superconducting coils is stored is several

Die Supraleitfähigkeit eines bestimmten Materials Megajoule. Aus H. KoIm u. a., »High MagneticThe superconductivity of a given material megajoules. From H. KoIm et al., “High Magnetic

kann zerstört werden durch Einwirkung von Energie Fields«, The MIT Press and John Wiley ,& Sons,'can be destroyed by exposure to energy fields, "The MIT Press and John Wiley, & Sons,"

in Form von Wärme, bei der das Material seine New York 1962, Seiten 361, 362, ist bekannt, daßin the form of heat, at which the material is New York 1962, pages 361, 362, it is known that

kritische Temperatur erreicht, in Form eines Magnet- wegen der großen Energiedichte des Magnetfeldescritical temperature reached, in the form of a magnetic because of the high energy density of the magnetic field

feldes, wobei die kritische Feldstärke erreicht wird, 55 die frei werdende Energie des zusammenbrechendenfield, whereby the critical field strength is reached, 55 the energy released by the collapsing

oder in Form eines elektrischen Stromes, wobei die Feldes bei räumlich stark ausgedehnten Spulen dieseor in the form of an electric current, the field in the case of spatially strongly extended coils this

kritische Stromstärke erreicht wird. Die kritische Größenordnung annehmen kann. Danach kann dercritical current is reached. The critical order of magnitude can assume. Then the

Temperatur, das kritische Magnetfeld und die kritische Zusammenbruch des Magnetfeldes beispielsweiseTemperature, the critical magnetic field and the critical breakdown of the magnetic field for example

Stromstärke sind sämtlich voneinander abhängig. durch Temperaturerhöhung und damit durch Über-Amperages are all interdependent. by increasing the temperature and thus by excess

Bei dem Entwurf von supraleitenden Spulen ist 60 gang zum normalleitenden Zustand des supraleiten-When designing superconducting coils, the normal conducting state of the superconducting

darauf zu achten, daß für die Spule bei Tempera- den Drahtes erfolgen oder auch durch Bruch desmake sure that wire is made for the coil at temperature or even by breaking the

türen des flüssigen Heliums eine kryogenische Um- Drahtes und damit Unterbrechung des Stromes aufThe liquid helium opens up a cryogenic circuit and thus interruption of the current

gebung vorgesehen wird, daß Materialien verwendet diese Weise bewirkt werden. Wegen des sehr großenProvided that materials used are effected in this way. Because of the very big one

werden, die innerhalb der gewünschten Temperatur- Widerstandes R ist die Zeitkonstante LIR des Kreisesthat is within the desired temperature resistance R is the time constant LIR of the circle

bereiche, Stromstärken und Magnetfelder supralei- 65 klein, und der Abbau des Feldes hat explosionsartigeareas, currents and magnetic fields superconductive 65 small, and the breakdown of the field is explosive

tende Eigenschaften zeigen, und daß ein Schutz für Folgen.tending properties show and that a protection for consequences.

die Wicklung vorgesehen wird, falls ein oder mehrere Aus R. H. Kropschot und V. Arp, »SuperTeile der Spule beim Einschalten oder im normalen conducting Magnets«, Cryogenics, Band 2, Nr. 1, Sep.the winding is provided if one or more of R. H. Kropschot and V. Arp, »SuperTeile the coil when switched on or in normal conducting magnets ", Cryogenics, Volume 2, No. 1, Sep.

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1961, S. 11, ist bekannt, zum Schutz der supra- Fig. 3 ein Diagramm einer supraleitenden Spule1961, p. 11, it is known to protect the supra- Fig. 3 is a diagram of a superconducting coil

leitenden Spule parallel zu der Spule einen Wider- mit einer Nebenschlußschaltung,conductive coil parallel to the coil a resistor with a shunt circuit,

stand zu schalten oder die Spule mit einem Kupfer- F i g. 4 eine etwas andere schematische Darstellungstand to switch or the coil with a copper F i g. 4 shows a somewhat different schematic representation

rohr zu umgeben, das mit der Spule induktiv einer supraleitenden Spule mit der SchutzschaltungTo surround the tube, the inductive coil with a superconducting coil with the protective circuit

gekoppelt ist und das einen Teil der Energie des 5 nach der Fig. 3,is coupled and part of the energy of the 5 according to FIG. 3,

zusammenbrechenden Magnetfeldes verschluckt. F i g. 5 eine schematische Darstellung einer supra-collapsing magnetic field. F i g. 5 a schematic representation of a supra-

Aus der französischen Patentschrift 1 299 456 ist leitenden Spule mit einer induktiven Schutzschaltung,From the French patent 1 299 456 is conductive coil with an inductive protective circuit,

eine mehrlagige supraleitende Spule bekannt, bei Fig. 6 ein Schnitt durch eine supraleitende Spule,a multilayer superconducting coil is known, in Fig. 6 a section through a superconducting coil,

welcher der supraleitende Draht eine Plattierung aus der die Flußverteilung in einer induktiv geschütztenwhich the superconducting wire has a plating from which the flux distribution in an inductively protected

Gold, einem normalleitenden Metall, aufweist und io Spule zeigt,Gold, a normal conducting metal, and shows io coil,

bei welcher zwischen den einzelnen Wicklungslagen Fig. 7 eine zum Teil schematische und zum Teilin which between the individual winding layers Fig. 7 a partly schematic and partly

eine Isolation vorgesehen ist. Die Goldplattierung schaubildliche Darstellung einer supraleitenden Spule,insulation is provided. The gold plating diagrammatic representation of a superconducting coil,

wirkt für den supraleitenden Draht als Nebenschluß. die einige Merkmale nach der Erfindung aufweist,acts as a shunt for the superconducting wire. which has some features according to the invention,

Nachteilig an dieser Spule ist, daß die Goldplat- und dieThe disadvantage of this coil is that the gold plate and the

tierung auf dem supraleitenden Draht nur bei ge- 15 Fig. 8 und 9 je eine schematische Darstellung ringen Stromdichten als innerer Nebenschluß wirkt. einer anderen Schaltung zur Schließung des Strom-Ferner ist nachteilig, daß auf Grund des Überzuges kreises einer induktiven Abschirmung,
der Windungen aus dem supraleitenden Draht mit WieausderFig. 1, die eine schematische Darstellung einem einen geringen Widerstand aufweisenden Me- einer herkömmlichen Schaltung zum Erzeugen eines tall die Einschaltzeitkonstante groß wird. 20 beständigen Magnetfeldes ist, zu ersehen ist, ist an
on the superconducting wire only when there is a schematic representation of current densities as an internal shunt. Another circuit for closing the current-Furthermore, it is disadvantageous that due to the coating circle of an inductive shield,
of the turns of the superconducting wire with WieausderFig. 1, which is a schematic representation of a low resistance metal of a conventional circuit for generating a tall the turn-on time constant becomes large. 20 constant magnetic field, it can be seen, is on

Aus der Druckschrift »High Magnetic Fields«, die Klemmen 12,13 einer supraleitenden Spule 14From the publication “High Magnetic Fields”, the terminals 12, 13 of a superconducting coil 14

S. 335, ist ferner bekannt, daß zwischen den Win- ein Stromnebenschluß 11 angeschlossen, welche bei-P. 335, it is also known that a power shunt 11 is connected between the win-

dungen und zwischen den Lagen einer supraleitenden den Elemente in einem Isoliergefäß 15 angeordnetapplications and arranged between the layers of a superconducting the elements in an insulating vessel 15

Spule eine Isolation vorgesehen wird. sind, das z. B. mit flüssigem Helium gefüllt ist,Coil insulation is provided. are that z. B. is filled with liquid helium,

Aufgabe der Erfindung ist daher, Mittel und Maß- 25 um die erforderlichen tiefen Temperaturen zu ernahmen anzugeben, welche eine Beschädigung einer zeugen. An eine Stromquelle 16 ist ein Strombesupraleitenden Spule mit einer aus mehreren, vonein- grenzungswiderstand 17, ein Schalter 18 und ein um ander elektrisch isolierten Lagen bestehenden Wick- den Stromnebenschluß 11 herumgewundener Heizer lung aus einem supraleitenden Draht, welcher einen 19 angeschlossen. Der Stromnebenschluß 11 besteht Überzug aus normalleitendem Metall hat, durch die 30 aus einem supraleitenden Material. Das Heizejenfent im Magnetfeld der Spule gespeicherte Energie ver- 19 besteht aus einem nicht-supraleitenden Material hindern, falls ein Teil einer derartigen Spule während und verbleibt daher jederzeit im normalleitendeh des Einschaltens oder im Betrieb in den normallei- Zustand. Die Hauptstromquelle 21, ein verändertenden Zustand übergeht. licher Strombegrenzungswiderstand 22 und ein Haupt-Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch ge- 35 schalter 23 sind miteinander in Reihe geschaltet und löst, daß innerhalb jeder Lage zwischen den Windun- mit der die supraleitende Spule 14 und den Stromgen ein Isoliermaterial angeordnet ist, daß die Wick- nebenschluß 11 umfassenden Parallelschaltung,
lung abschnittsweise durch außerhalb der Spule Der erste Schritt bei der Inbetriebsetzung der liegende Widerstände überbrückt ist und daß zwi- supraleitenden Spule 14 besteht in dem Schließen des sehen einigen oder zwischen allen Lagen induktive 40 Schalters 18 für das Heizelement und des Haupt-Abschirmungen in Form von elektrisch gut leitenden schalters 23. Fließt der Strom durch das Heizelement Folien oder Blechen angebracht sind. 19, so wird der Stromnebenschluß 11 über dessen
The object of the invention is therefore to provide means and measures to increase the required low temperatures which are indicative of damage to a person. A current superconducting coil is connected to a current source 16 with a heater made of a superconducting wire, which is connected to a superconducting wire, wound around the other electrically insulated layers. The current shunt 11 consists of a coating of normally conductive metal, through which 30 of a superconducting material. The heating element stored in the magnetic field of the coil consists of a non-superconducting material, if a part of such a coil is prevented during and therefore remains at all times in the normalconductive state when switched on or in operation in the normalconductive state. The main power source 21 transitions to a changing state. Licher current limiting resistor 22 and a main object of the invention is that switches 23 are connected in series with each other and solves that an insulating material is arranged between the windings with which the superconducting coil 14 and the currents within each layer that the winding - shunt 11 comprehensive parallel connection,
development in sections through outside the coil The first step in the commissioning of the lying resistors is bridged and that the interconducting coil 14 consists in the closing of some or between all layers of inductive 40 switches 18 for the heating element and the main shields in the form of electrically conductive switch 23. The current flows through the heating element foils or sheets are attached. 19, the power shunt 11 is above its

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die kritische Temperatur hinaus erwärmt und weistAccording to a further development of the invention, the critical temperature can also be heated and has

zwischen den Lagen und zwischen den Windungen daher einen normalen Widerstand auf. Aus diesemtherefore, there is normal resistance between the layers and between the turns. For this

innerhalb der Lagen anzubringende Isolation dadurch 45 Grunde kann der Strom aus der HauptstromquelleInsulation to be applied within the layers can basically be the current from the main power source

hergestellt werden, daß auf dem normalleitenden 21 durch die supraleitende Spule 14 fließen und diesebe made that flow on the normal conducting 21 through the superconducting coil 14 and this

Überzug des supraleitenden Drahtes eine isolierende erregen. Nach der Erregung der Spule 14 wird derCoating the superconducting wire excite an insulating. After energizing the coil 14, the

Schicht angeordnet ist. Schalter 18 für das Heizelement geöffnet, so daß derLayer is arranged. Switch 18 for the heating element open, so that the

Durch die Erfindung wird erreicht, das supralei- supraleitende Nebenschluß 11 sich abkühlen kannThe invention achieves that the superconducting shunt 11 can cool down

tende Spulen in Anwendungsgebieten, in denen große 50 und supraleitend wird. Hiernach wird der Haupte·tend coils in applications where large 50 and superconducting. According to this, the head

Magnetfeldstärken in großen Volumen benötigt wer- schalter 23 geöffnet, wobei der Strom nach wie- vorMagnetic field strengths are required in large volumes, switch 23 is opened, with the current as before

den, sicher betrieben werden können, daß die supra- durch die Spule 14 und den Stromnebenschfuß 11that can be safely operated that the supra- through the coil 14 and the current bypass foot 11

leitenden Spulen keine übermäßig lange Zeit für das fließt. Ist in dem die supraleitende Spule und derenConductive coils do not take an inordinately long time for this to flow. Is where the superconducting coil and its

Einschalten erfordern, daß die Spulenwicklung Stromnebenschluß umfassenden Serienkreis keinSwitching on require that the coil winding do not shunt a series circuit

geschützt wird, falls ein Teil der Spule in den nor- 55 Widerstand vorhanden, so fließt der Strom unendlichprotected, if part of the coil is present in the nor- 55 resistor, the current flows infinitely

malleitenden Zustand zurückkehrt, und daß die lange weiter, und es erfolgt kein Schwinden desThe conductive state returns, and that long continues, and there is no disappearance of the

magnetische Energie ohne Beschädigung der Wick- Magnetfeldes. Ist jedoch aus irgend einem Grundemagnetic energy without damaging the Wick magnetic field. However, it is for some reason

lung abgeleitet werden kann, wenn die Spule in den ein Widerstand vorhanden, so schwindet der Stromment can be derived, if the coil in which a resistor is present, the current disappears

normalleitenden Zustand überführt wird. und damit das Magnetfeld mit einer Zeitkonstante,normal conducting state is transferred. and thus the magnetic field with a time constant,

Die Erfindung wird nunmehr an Hand von Aus- 6o die von dem Gesamtwiderstand des StromkreisesThe invention will now be explained with reference to the total resistance of the circuit

führungsbeispielen erläutert. In den Zeichnungen ist abhängt. Wenn gewünscht, kann die Stromquelle 16,examples of management explained. In the drawings it depends. If desired, the power source 16,

Fig. 1 ein Diagramm einer supraleitenden Spule der Widerstand 17, das Heizelement 19 und derFig. 1 is a diagram of a superconducting coil of the resistor 17, the heating element 19 and the

und der zugehörigen herkömmlichen Schaltung zum Stromnebenschluß 11 weggelassen und die Spule 14and the associated conventional circuit for current shunt 11 is omitted and the coil 14

Erzeugen eines dauernden Magnetfeldes, aus der Stromquelle 21 beständig mit Strom versorgtGenerating a permanent magnetic field from which the power source 21 is constantly supplied with power

F i g. 2 eine schaubildliche Darstellung eines Teiles 65 werden.F i g. 2 is a diagrammatic representation of a part 6 5.

eines mit einem Überzug versehenen supraleitenden Für den Fall einer supraleitenden Spule aus entDrahtes, wobei ein Teil des Überzuges weggeschnit- weder einem überzugslosen supraleitenden Draht ten ist, oder aus einem Draht, der nur einen Überzug ausa coated superconducting In the case of a superconducting coil made of ent wire, with a portion of the coating cut away - neither a coating-less superconducting wire ten, or from a wire that only has a coating

i 464 4iöi 464 4iö

5 65 6

einem einen niedrigen Widerstand aufweisenden besseren Übersichtlichkeit wegen wurden die Strom-Material trägt (keine Isolation), besteht die Ersatz- quellen und die Stromschalter nach der F i g. 1 wegschaltung aus einem Induktor, der durch einen klei- gelassen. Wie aus der F i g. 3 zu ersehen ist, besteht nen Widerstand kurzgeschlossen ist. Die Spule weist die supraleitende Spule 14 nach der Darstellung aus infolgedessen eine sehr große Zeitkonstante auf. 5 den Abschnitten 14 α bis 14 d, zu denen die kleinen Eine solche Spule ist gegen eine Beschädigung wäh- Widerstände 24 bis 27 entsprechend parallel geschalrend des Abschaltens infolge des Auftretens eines tet sind. Die Größe der Abschnitte 14 α bis 14 d kann normalleitenden Bereichs voll geschützt, da sich veränderlich sein, und diese umfassen entweder keine nennenswerten Spannungen entwickeln kön- weniger oder mehr als eine Lage der Spule. Hieraus nen, weil jeder Punkt am Induktor mit jedem anderen io ist zu ersehen, daß die supraleitende Spule 14 in Punkt in Verbindung steht und keine einzelnen, in mehrere Abschnitte aufgeteilt ist, deren Ströme unabsich abgeschlossenen Induktanzen bestehen, die sich hängig wegen des einen jeden Abschnitt nebenin einen Widerstand an diesen entladen müssen. schließenden Widerstandes auf den Wert Null absin-Obwohl während des Abschaltens ein Schutz besteht, ken können. Die Nebenschlußwiderstände teilen die so wird doch wegen der sehr großen Zeitkonstanten 15 Spule so in Abschnitte auf, daß die Energie pro der Spule die erforderliche Einschaltzeit übermäßig Abschnitt einen zulässigen Wert nicht übersteigt, der lang. Die Zeitkonstante ist ungefähr dem Durch- von der Ausführung und den Betriebsbedingungen messer der Spule zur dritten Potenz proportional, der Spule bestimmt wird. Die Anzahl der Abschnitte weshalb die Einschaltzeit selbst für geringe Ver- oder der Nebenschlüsse wird von der pro Abschnitt größerungen des Spulendurchmessers sehr rasch 20 höchstzulässigen Energie bestimmt. Die Anordnung anwächst. der Nebenschlußwiderstände im Innern der Spulen-For a better clarity exhibiting a low resistance, the electricity material carries (no insulation), there is the substitute source and the current switch according to FIG. 1 disconnection from an inductor, which is left by a klei-. As shown in FIG. 3 can be seen, there is a resistor short-circuited. As a result, the coil has the superconducting coil 14 according to the illustration from a very large time constant. 5 the sections 14 α to 14 d, to which the small such a coil is against damage wäh- resistors 24 to 27 are correspondingly parallel schalrend of the shutdown due to the occurrence of a tet. The size of the sections 14 α to 14 d can be fully protected in the normal conducting area, since they are variable, and these either do not include any significant voltages can develop - less or more than one layer of the coil. From this, because every point on the inductor with every other io, it can be seen that the superconducting coil 14 is in point connection and not individual, divided into several sections, the currents of which consist of inevitable inductances, which depend on each Section next to a resistor at this must be discharged. closing resistance to the value zero absin-Although there is a protection during the shutdown, ken can. The shunt resistors divide the coil into sections because of the very large time constants 15 so that the energy per coil does not exceed the required switch-on time excessively section a permissible value that is long. The time constant is roughly proportional to the diameter of the design and the operating conditions of the coil to the cube of the power used to determine the coil. The number of sections, which is why the switch-on time even for small connections or shunts, is determined very quickly by the maximum energy permissible per section. The arrangement grows. the shunt resistances inside the coil

Die Maßnahme, den supraleitenden Draht zuerst wicklung ist weniger erwünscht als außerhalb derThe measure of winding the superconducting wire first is less desirable than outside of the

mit einem Überzug aus einem einen geringen Wider- Spule wegen der Energievernichtung innerhalb derwith a coating of a low resistance coil because of the energy dissipation within the

stand aufweisenden Material und dann aus einem Wicklung.stood exhibiting material and then made a winding.

einen hohen Widerstand aufweisenden Material zu 25 Die Verwendung einer leitenden oder nebenschlieversehen, weist eindeutige Vorzüge auf. Die Netto- ßenden Schaltung außerhalb der Spule ist befriedieinwirkung auf die an einem normalen Teil erzeug- gend, wenn die Spulenabschnitte induktiv entkoppelt ten Spannungen ist von Nutzen, wenn der Draht sind, als wenn die Spulenwicklung sich auf einer einen Überzug aus einem Material mit einem gerin- Reihe von Spulenkörpern befindet; wenn sich jedoch gen Widerstand aufweist, da der niedrige Widerstand 3° die induktive Verkopplung zwischen den Spulenpro Längeneinheit im normalleitenden Zustand zu abschnitten vergrößert, tritt eine kollektive induktive einer Verlangsamung der Widerstandserhöhung Erscheinung auf. ( führt und damit zu einer langsameren Schwundzeit. Diese Erscheinung wird am besten art' Hand der Der Überzug mit einem niedrigeren Widerstand läßt F i g. 4 beschrieben, die schematisch eine Spule 14 ferner zu, daß der Strom im Draht im normalleiten- 35 in Form einer Spirale zeigt, bei der die gleichen den Zustand für eine längere Zeit fließt, als wenn Abschnitte 14 a bis 14 d durch die Nebenschlußder Überzug nicht vorhanden wäre. widerstände 24 bis 27 miteinander verbunden sind,High Resistance Material to 25 There are distinct benefits to using a conductive or shunt. The net circuit outside the coil has a satisfactory effect on the voltages generated on a normal part when the coil sections are inductively decoupled small number of bobbins located; however, if there is resistance, as the low resistance 3 ° increases the inductive coupling between the coils per unit length in the normally conducting state, a collective inductive slowdown in the resistance increase occurs. ( leads and thus to a slower fading time. This phenomenon is best described in the art. The coating with a lower resistance is shown in FIG Shows the shape of a spiral in which the same state flows for a longer time than if sections 14 a to 14 d were not present due to the shunt of the coating. Resistors 24 to 27 are connected to one another,

Der außenliegende Überzug aus einem Material welche Widerstände vorzugsweise außerhalb der mit einem großen Widerstand verbessert die Ein- Spule angeordnet werden. Die Pfeile deuten den, schaltzeiterfordernisse. Wegen der übermäßig langen 40 Stromfluß durch die Spulenwicklung an. Geht ein mit der Verwendung entweder eines blanken (ohne Teil des am weitesten innenliegenden Abschnittes Überzug) supraleitenden Drahtes oder eines solchen 14 α in den normalleitenden Zustand über, so sinkt mit nur einem Überzug aus einem Metall mit einem der durch den Abschnitt 14 α fließende Strom auf geringen Widerstand verbundenen Einschaltzeit den Wert Null ab, und der zuvor durch den können die Vorteile eines supraleitenden Drahtes 45 Abschnitt 14 α fließende Strom wird durch den am mit einem Überzug aus einem Metall mit einem weitesten innenliegenden Nebenschluß 24 wegen desgeringen Widerstand nur ausgenutzt werden, wenn sen geringen Widerstandes im Vergleich zu dem sich das gut leitende Metall mit einem sehr guten Isolier- im normalleitenden Zustand befindenden Teil abgematerial überzogen ist, wie z. B. Nylon und Poly- leitet. Während der Übergangszeit sucht der angrentetrafmoräthylen. 5° zende Abschnitt 14 b mit dem Nebenschluß 25 seinenThe external coating made of a material which resistors are preferably arranged outside the one-coil with a large resistance improves the one-coil. The arrows indicate the switching time requirements. Because of the excessively long 40 current flow through the coil winding. If a superconducting wire with either a bare (without any part of the most inner section of the coating) or such a 14 α changes to the normally conductive state, then with just a coating of a metal with one of the current flowing through the section 14 α decreases On-time connected to low resistance from the value zero, and the current flowing previously through the can the advantages of a superconducting wire 45 section 14 α is only used by the shunt 24 with a coating of a metal with a furthest inner shunt 24 because of the low resistance, if sen low resistance compared to the metal with a very good insulating in the normally conductive state is coated with a very good insulating part abgematerial, such as. B. nylon and poly- conductors. During the transition period the angrentetrafmoräthylen seeks. 5 ° zende section 14 b with the shunt 25 his

Die F i g. 2 zeigt einen supraleitenden Draht 31, Strom infolge der induktiven Verkopplung zwischenThe F i g. 2 shows a superconducting wire 31, current due to the inductive coupling between

der mit einem Überzug aus einem Metall 32 mit den Abschnitten oder Lagen, je nach Lage desthe one with a coating of a metal 32 with the sections or layers, depending on the location of the

einem geringen Widerstand versehen ist, der seiner- Falles, zu verdoppeln. Da der Abschnitt 14 b supra-is provided with a low resistance which, in its case, has to be doubled. Since the section 14 b supra-

seits einen Überzug aus einem Isoliermaterial 33 mit leitend ist und sehr wahrscheinlich in def'Nähe desOn the one hand, a coating made of an insulating material 33 is conductive and very likely in the vicinity of the

einem hohen Widerstand trägt. Wird aus dem Draht 55 kritischen Stromwertes betrieben wird, "wird dercarries a high resistance. If a critical current value is operated from the wire 55, "the

31 in der herkömmlichen Weise ein Wickel mit einer durch den Abschnitt 14 b fließende Strom auf den31 in the conventional manner a winding with a current flowing through the section 14 b on the

Anzahl von mehreren Lagen bildenden Windungen kritischen Wert erhöht, so daß der Abschnitt 14 b Number of turns forming several layers increased critical value, so that the section 14 b

hergestellt, und geht ein Abschnitt des Drahtes 31, in den normalleitenden Zustand übergeht. Der dritteproduced, and goes a portion of the wire 31, goes into the normal conducting state. The third

der sich beispielsweise zwischen den unterbrochenen Abschnitt 14 c, der bisher gegen die Vorgänge imfor example, between the interrupted section 14 c, which previously opposed the operations in

Linien 35 und 36 befinden soll, in den normalleiten- 6o ersten oder am weitesten innenliegenden AbschnittLines 35 and 36 should be located in the normally- 6o first or most inner section

den Zustand über, so stellt der Metallüberzug 32 14 α durch den zweiten Abschnitt 14 b abgeschirmtthe state over, the metal coating 32 represents 14 α shielded by the second section 14 b

unter anderem einen elektrischen Nebenschluß an wurde, muß plötzlich eine dreifache StromstärkeIf, among other things, an electrical shunt was connected, suddenly a three-fold amperage must be applied

einem solchen Abschnitt her oder an mehreren führen, um den Fluß konstant zu halten. Unter die-lead to such a section or several in order to keep the flow constant. Under the-

Abschnitten, wenn dies erforderlich ist. sen Umständen muß der dritte Abschnitt 14 c mitSections if necessary. Under these circumstances, the third section 14c must be included

Die F i g. 3 zeigt eine Schaltung mit Nebenschluß- 65 Notwendigkeit in den normalleitenden Zustand überwiderständen, die vorzugsweise jedoch nicht mit gehen. Dieser kumulative Vorgang wiederholt sich Notwendigkeit außerhalb der Spule und/oder der in allen Abschnitten der Spulenwicklung. Die Lage kryogenischen Umgebung angeordnet werden. Der verschlimmert sich daher zusehends, und in derThe F i g. 3 shows a circuit with shunt resistors 6 5 which are necessary in the normally conductive state, but which preferably do not go with them. This cumulative process is repeated outside the coil and / or in all sections of the coil winding as necessary. The location can be placed in a cryogenic environment. It is therefore noticeably worsening, and in the

Spulenwicklung können viel stärkere Ströme als die ursprünglich fließenden induziert werden mit der Folge, daß höhere Spannungen auftreten und mehr Energie pro Längeneinheit vernichtet wird, als es der Fall wäre, wenn alle Abschnitte nicht induktiv miteinander verkoppelt wären. Wird eine leitende Schutzschaltung benutzt, so muß offenbar sorgfältig darauf geachtet werden, daß die oben beschriebenen kollektiven und induktiven Vorgänge vermieden werden.Coil winding can induce much stronger currents than those originally flowing with the As a result, higher voltages occur and more energy is destroyed per unit length than it is would be the case if all sections were not inductively coupled to one another. Becomes a senior Protective circuit used, care must obviously be taken to ensure that the above-described collective and inductive processes are avoided.

Nunmehr sollen die Mittel und Einrichtungen beschrieben werden, die das kollektive und induktive Verhalten verhindern.We shall now describe the means and devices which make up the collective and inductive Prevent behavior.

Die Fig. 5 zeigt das Prinzip der induktiven Schutzschaltung. In der Fig. 5 ist ein sich im normalleitenden Zustand befindender Bezirk 41 dargestellt, der mit einer supraleitenden Spule 14 in Reihe geschaltet ist, welche Spule induktiv mit einem Schutzkreis 42 verkoppelt ist, der eine mit einem normalleitenden Widerstand 44 in Reihe geschalteten Spule 43 umfaßt. Tritt im supraleitenden Kreis 45 nach der Fig. 5 ein sich im normalleitenden Zustand befindender Bezirk 41 auf, und beginnt der Magnetfluß zu schwinden, so sucht der Schutzkreis 42 den Fluß konstant zu halten, so daß der supraleitende Kreis 45 seine Energie mit geringstem Aufwand abgeben kann. Danach entlädt sich der Schutzkreis 42 mit der Zeitkonstante des Schutzkreises selbst. Das vom Schutzkreis 42 bewirkte Maß des Schutzes hängt von dem Kopplungskoeffizienten zwischen den beiden Kreisen sowie von ihren relativen Zeitkonstanten ab.5 shows the principle of the inductive protective circuit. In Fig. 5 is a normal conducting State located area 41 shown, which with a superconducting coil 14 in series is connected, which coil is inductively coupled to a protective circuit 42, the one with a normally conducting resistor 44 in series-connected coil 43 comprises. Occurs in the superconducting circle 45 according to FIG. 5, a region 41 which is in the normally conductive state, and the To dwindle magnetic flux, the protective circuit 42 seeks to keep the flux constant, so that the superconducting Circle 45 can release its energy with very little effort. Then the discharges Protection circuit 42 with the time constant of the protection circuit itself. The measure effected by the protection circuit 42 the protection depends on the coupling coefficient between the two circles as well as on their relative Time constants.

Da die Spulen innen und außen leicht zugänglich sind, können ohne Schwierigkeiten induktive Abschirmungen z.B. aus Blechen oder Folien eines nicht magnetisierbaren Materials mit einem geringen Widerstand vorgesehen werden, um die in den Wicklungen selbst verbrauchte Energie auf einem kleinen Wert zu halten. Oder anders ausgedrückt, die Abschirmungen unterbinden ein Anwachsen des Strornflusses in den Spulenwicklungen infolge der induktiven Verkopplung während der Übergangszeiten.Since the coils are easily accessible inside and outside, inductive can be used without difficulty Shields e.g. made of sheet metal or foils of a non-magnetizable material with a low Resistance can be provided to reduce the energy consumed in the windings themselves on a to keep small value. In other words, the shields prevent the Current flow in the coil windings due to the inductive coupling during the transition periods.

Dieser Effekt ist in der F i g. 6 dargestellt, die als Beispiel eine supraleitende Spule 14 mit einer inneren zylindrischen induktiven Abschirmung 51 und einer äußeren induktiven Abschirmung 52 zeigt, welche Abschirmungen aus einem geeigneten Blech oder einer Folie, z. B. aus Kupfer, bestehen. Die Anfangsflußverteilung für die Spule während des normalen Betriebes ist durch die Vollinie 53 dargestellt. Tritt nun eine Stelle mit normalleitenden Eigenschaften auf, und sinkt der Strom in den Wicklungen rasch auf den Wert Null ab im Vergleich zu der Zeitkonstanten der induktiven Abschirmungen, so verteilt sich der Fluß nach diesem Anfangsübergang nach der unterbrochenen Linie 54. Wie aus der Fig. 6 klar zu ersehen ist, ist die Flußverteilung außerhalb der induktiven Abschirmungen 51 und 52 dieselbe unmittelbar nach dem Anfangsübergang wie während des normalen Betriebes, wohingegen die Flußverteilung durch die Wicklungen hindurch konstant bleibt und sich nicht vergrößert. Für eine Spulenwicklung, deren Außenradius gleich dem Doppelten des Innenradius ist und die induktiv geschützt ist, beträgt die in den Windungen zu vernichtende Energie während des vorgenannten Anfangsüberganges nur 13 % der in der Spulenwicklung gespeicherten Energie.This effect is shown in FIG. 6 shown, as an example, a superconducting coil 14 with an inner cylindrical inductive shield 51 and an outer inductive shield 52 shows which Shields made of a suitable sheet metal or foil, e.g. B. made of copper. The initial flow distribution for the coil during normal operation is shown by the solid line 53. Kick now a point with normally conducting properties, and the current in the windings drops rapidly to the value zero compared to the time constant of the inductive shields, so distributed After this initial transition, the flow changes to the broken line 54. As from FIG. 6 As can be clearly seen, the flux distribution outside the inductive shields 51 and 52 is the same immediately after the initial transition as during normal operation, whereas the flux distribution remains constant through the windings and does not increase. For a coil winding, whose outer radius is twice the inner radius and which is inductively protected, is the energy to be destroyed in the windings during the aforementioned initial transition only 13% of the energy stored in the coil winding.

Dieser Energieverlust kann sogar noch weiter vermindert werden, wenn innerhalb der Wicklung in Abständen noch weitere Abschirmungen vorgesehen werden. Zum Beispiel kann zusätzlich zu der inneren und äußeren Abschirmung zwischen jeder Lage der Spulenwicklung eine induktive Abschirmung angeordnet werden.This energy loss can be reduced even further if inside the winding Further shields can be provided at intervals. For example, in addition to the inner and outer shield an inductive shield between each layer of the coil winding to be ordered.

Es sei nunmehr noch einmal das kollektive, induktive Verhalten betrachtet, das beim Übergang in den normalleitenden Zustand auftritt, wenn nur die leitende Schutzschaltung nach den Fig. 3 und 4 benutzt wird, wobei besonders auf die Fig. 4 verwiesen wird. Es zeigt sich nun, daß die Hauptschwierigkeit darin liegt, daß bei einem Übergang des ersten Abschnittes 14 α in den normalleitenden Zustand der zweite Abschnitt 14 b seinen Strom verdoppeln muß, um den Fluß konstant zu halten. Wird jedoch zwischen den Abschnitten 14 α und 14 b eine dünne induktive Abschirmung aus einem hochleitenden Material, wie Kupfer, vorgesehen, dann kann die Kupferabschirmung, die aus einem Blech oder aus einer Folie besteht, so bemessen werden, daß sie den größten Teil des Stromzuwachses aufnimmt, der vorher für den zweiten Abschnitt erforderlich war, wobei die akkumulative, induktive Fortpflanzung des sich im normalleitenden Zustand befindlichen Bezirks aufgehalten wird. Da weiterhin die Energie in der Kupferabschirmung in >äeren ■ Volumen gleichmäßig verteilt wird, wird die thermi-Let us now look again at the collective, inductive behavior that occurs during the transition to the normally conductive state if only the conductive protective circuit according to FIGS. 3 and 4 is used, with particular reference being made to FIG. It now turns out that the main difficulty lies in the fact that when the first section 14 α changes to the normally conducting state, the second section 14 b has to double its current in order to keep the flow constant. If, however, a thin inductive shield made of a highly conductive material such as copper is provided between the sections 14 α and 14 b , then the copper shield, which consists of a sheet metal or a foil, can be dimensioned so that it covers most of the increase in current absorbs, which was previously required for the second section, the accumulative, inductive propagation of the normally conducting area is halted. Since the energy in the copper shielding is evenly distributed in the> outer ■ volumes, the thermal

sehe Störung der außenliegenden Abschnitte klein gehalten. Die Fortpflanzung des sich im normalleitenden Zustand befindlichen Bezirks kann vollständig aufgehalten werden, in welchem Falle der übrige Teil der Spule sich über den oder die Nebenschlüsse entlädt, und zwar an dem sich im normalleitenden Zustand befindenden Bezirk mit einer sehr großen Zeitkonstante, die gleich der Gesamtinduktanz der supraleitenden Spule dividiert durch den Widerstandswert des Nebenschlusses am normalleitenden Bezirk ist.see disturbance of the outer sections kept small. The reproduction of the normal conducting State of the current district can be halted entirely, in which case the rest of the district Part of the coil is discharged through the shunt (s), namely at the one in the normally conducting State with a very large time constant that is equal to the total inductance of the superconducting coil divided by the resistance value of the shunt at the normal conducting District is.

Die Fig. 7 zeigt als Beispiel eine supraleitende Spule, die einige Merkmale nach der Erfindung aufweist. Hiernach sind mehrere (drei) sehr gut leitfähige, nicht-magnetisierbare und zylindrische Abschirmungen 61 bis 63 vorgesehen, z. B. aus Kupfer, die zwischen einer Anzahl von Lagen 64 der supraleitenden Spule angeordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden das Isoliergefäß lind der Stromschalter weggelassen. Wie aus der Fig. 7 zu ersehen ist, sind drei Lagen 64 der supraleitenden Spule zwischen angrenzenden induktiven Abschirmungen eingeschlossen. Die Anzahl dieser von den Abschirmungen eingeschlossenen Lagen kann eine bis mehr als drei Lagen betragen. Jede Abschirmung ist so zugeschnitten, daß benachbarte und in der Längsrichtung verlaufende Enden geschaffen werden, die mit den betreffenden Schaltern 65 bis 67 und den Widerständen 71 bis 73 in Reihe geschaltet sind. An die auf Längsabstand stehenden Enden jeder Abschirmung sind die Kurzschlußschalter 74 bis angeschlossen. Zwischen die Lagen der Spulenwicklung sind, wie im Zusammenhang mit der Fig. 3 beschrieben, die Nebenschlußwiderstände 77 bis geschaltet. Wie bereits erläutert, suchen die Abschirmungen 61 bis 63 den Gesamtfluß für eine gegebene Zeitspanne konstant zu halten und die zum Abschalten erforderliche Zeit zu verlangsamen und möglichst groß zu halten. Die Abschaltzeit weist denFig. 7 shows, as an example, a superconducting coil which has some features according to the invention having. According to this, several (three) are very conductive, non-magnetizable and cylindrical Shields 61 to 63 are provided, e.g. B. made of copper, between a number of layers 64 of the superconducting coil are arranged. For the sake of clarity, the isolation vessel has been made lind the power switch omitted. As can be seen from Fig. 7, there are three layers 64 of the superconducting Coil trapped between adjacent inductive shields. The number of these from the The layers enclosed in shielding can be one to more than three layers. Any shield is cut to create adjacent and longitudinal ends, which are connected in series with the relevant switches 65 to 67 and the resistors 71 to 73. At the longitudinally spaced ends of each shield are the short-circuit switches 74 bis connected. As in connection with FIG. 3, there are between the layers of the coil winding described, the shunt resistors 77 switched to. As already explained, look for the shields 61 to 63 to keep the total flow constant for a given period of time and the to Shutdown to slow down the required time and keep it as long as possible. The switch-off time indicates the

größten Wert auf, wenn die Abschirmungen von den Schaltern 74 bis 76 kurzgeschlossen werden, oder wenn diese andererseits nicht durchschnitten sind und daher für den induzierten Strom einen Kurzschlußpfad darstellen. Diese Anordnung führt zur größten Erhitzung der Kupferabschirmungen innerhalb der Spule, die in gewissen Fällen nicht erwünscht sein kann. Es kann daher in anderen Fällen erwünscht sein, die Widerstände 71 bis 73 außerhalb der Spule oder des Isoliergefäßes anzuordnen, wie in der F i g. 7 dargestellt.greatest value when the shields of switches 74 to 76 are short-circuited, or if on the other hand these are not cut and therefore a short-circuit path for the induced current represent. This arrangement leads to the greatest heating of the copper shields inside the coil, which in certain cases may not be desirable. It can therefore be in others In some cases, it may be desirable to arrange the resistors 71 to 73 outside the coil or the insulating vessel, as in FIG. 7 shown.

Die Verwendung der Widerstände 71 bis 73 erhöht den Widerstand in den induktiven Kreisen und vermindert dabei deren Wirkung. Die in den induktiven Kreisen vorgesehenen Widerstände gestatten jedoch außerhalb der Spule eine Ableitung eines wesentlichen Anteils der in den induktiven Abschirmungen während des Abschaltens induzierten Energie. Der Wert dieses Widerstandes soll hoch sein im Vergleich zu dem der induktiven Abschirmungen, jedoch nicht so hoch, daß der Strom wesentlich begrenzt wird, der in den Abschirmungen fließen kann. Wie bereits bemerkt, kann andererseits der Widerstand in den induktiven Kreisen wegfallen, und die Abschirmungen können einstückig hergestellt v/erden, so daß sie für den induzierten Strom einen Kurzschlußpfad bilden.The use of resistors 71 to 73 increases and decreases the resistance in the inductive circuits their effect. However, the resistances provided in the inductive circuits allow outside the coil, a derivative of a substantial proportion of that in the inductive shields energy induced during shutdown. The value of this resistance should be high in comparison to that of the inductive shields, but not so high that the current is significantly limited, which can flow in the shields. As noted, on the other hand, the resistance in the inductive circuits are omitted, and the shields can be manufactured in one piece so that they form a short-circuit path for the induced current.

Die Wirkung der induktiven Abschirmungen ist von größter Wichtigkeit, wenn das supraleitende Material in der Nähe dessen kritischen Punktes betrieben wird, d. h. desjenigen Punktes, an dem eine kleine Menge zusätzlichen Stromes einen so starken Fluß erzeugt, daß das supraleitende Material in den normalleitenden Zustand übergeht. Auf Grund des in den induktiven Abschirmungen während des Abschaltens induzierten Stromes suchen die Abschirmungen den Gesamtfluß konstant zu halten und verhindern dabei ein Überwechseln des supraleitenden Materials in den normalleitenden Zustand.The effect of the inductive shields is of utmost importance when the superconducting Material is operated in the vicinity of its critical point, d. H. of the point at which a small amount of additional current creates such a strong flux that the superconducting material enters the normal conducting state passes. Due to the in the inductive shields during the When the induced current is switched off, the shields try to keep the total flow constant and prevent it thereby a changeover of the superconducting material to the normally conducting state.

Die Anwesenheit der induktiven Abschirmungen erleichtert nicht nur die Abschaltung einer supraleitenden Spule, sondern bewirkt ferner eine thermische Isolation zwischen den Lagen der Spule bei Temperaturen, bei denen der supraleitende Zustand beständig ist. Weiterhin können zusammen mit den induktiven Abschirmungen oder den Nebenschlußwiderständen mit Vorteil Dioden benutzt werden. Wie in der Fig. 8 als Beispiel dargestellt, können die Widerstände und die den induktiven Abschirmungen nach der F i g. 7 zugeordneten Schalter durch Dioden ersetzt werden. Die Fig. 8 zeigt z.B. eine Diode 85, die mit dem Glied 86 in Reihe geschaltet ist, das eine induktive Abschirmung oder einen Abschnitt der Spulenwicklung darstellen soll.The presence of the inductive shields not only facilitates the disconnection of a superconducting one Coil, but also causes thermal insulation between the layers of the coil at temperatures in which the superconducting state is stable. Furthermore, together with the inductive Shields or shunt resistors can be used with advantage diodes. As in 8 shown as an example, the resistors and the inductive shields according to FIG. 7 assigned switches can be replaced by diodes. For example, Fig. 8 shows a diode 85, which is connected in series with member 86, which is an inductive shield or section should represent the coil winding.

Daher kann jeder induktive Kreis und/oder Nebenschlußwiderstand mit einer oder mit mehreren Dioden ausgestattet sein, die so gepolt sind, daß sie dem Stromfluß während des Abschaltens einen niedrigen Widerstand und während des Einschaltens einen hohen Widerstand entgegensetzen. Dies ist leicht durchzuführen, da der Strom beim Einschalten in der entgegengesetzten Richtung fließt wie beim Abschalten. Wie leicht einzusehen ist, bewirken z. B. Dioden in den induktiven Kreisen selbsttätig und sofort den gewünschten Widerstand in den induktiven Kreisen, ohne daß Schalter, Fühlmittel u. dgl. vorgesehen werden müssen.Therefore, each inductive circuit and / or shunt resistor can have one or more Diodes should be equipped, which are polarized so that they the current flow during switching off a low Oppose resistance and a high resistance during switch-on. This is easy to carry out as the current flows in the opposite direction when switched on as when Switch off. As is easy to see, z. B. Diodes in the inductive circuits and automatically Immediately set the desired resistance in the inductive circuits without the need for switches, sensors and the like. must be provided.

An Hand der vorstehenden Ausführungen werden Sachkundige ohne Schwierigkeiten erkennen, daß an Stelle der Dioden ein mechanisches Äquivalent vorgesehen werden kann, wie in der F i g. 9 dargestellt. Hiernach wurde die Diode der Fig. 8 durch einen Schalter 91 ersetzt, der entweder von Hand oder selbsttätig mit Hilfe einer geeigneten Fühlvorrichtung 92 betätigt werden kann, wobei entweder ein kleiner Widerstand 93 oder ein großer Widerstand 94 mit dem Glied 86 je nach den Bedingungen in der Spule und/oder der Stromversorgung der Spule in Reihe geschaltet wird. Die in der Fig. 9 dargestellte Anordnung verdoppelt die Wirkung der Diode in der Fig. 8.On the basis of the above, experts will recognize without difficulty that Instead of the diodes, a mechanical equivalent can be provided, as shown in FIG. 9 shown. Thereafter, the diode of Fig. 8 was replaced by a switch 91, which is either by hand or can be operated automatically with the aid of a suitable sensing device 92, either a small resistor 93 or a large resistor 94 with member 86 depending on the conditions is connected in series in the coil and / or the power supply to the coil. The in Fig. 9 The arrangement shown doubles the effect of the diode in FIG. 8.

Obwohl eine ziemlich kurze wenn auch endliche Zeitspanne erforderlich ist, damit der Strom in einem schadhaften Abschnitt über einen Nebenschlußwiderstand zum nächsten Abschnitt geleitet wird, so ist bei Fehlen von induktiven Abschirmungen, wenn das ■ auf das schadhafte Segment nächstfolgende Segment sich in der Nähe seines kritischen Wertes befindet, das Anwachsen des Stromflusses so groß, daß dieser Abschnitt in den normalleitenden Zustand überführt wird usf. durch die ganze Spule hindurch. Wie bereits bemerkt, suchen die induktiven Abschirmungen den Gesamtfluß konstant zu halten und las-, sen danach zu, daß der Fluß sich in zulässigem und sicherem Ausmaß vermindert.Although a fairly short if finite amount of time is required for the current to flow into one defective section is passed to the next section via a shunt resistor, so is in the absence of inductive shielding, if the ■ segment following the defective segment is in the vicinity of its critical value, the increase in the current flow is so great that this Section is converted to the normally conductive state, etc. through the entire coil. As already noticed, the inductive shields seek to keep the total flow constant and sen to ensure that the flow diminishes to a permissible and safe extent.

Wird die Auslösungszeit bei den induktiven Abschirmungen genügend lang bemessen, und sind zwischen benachbarten Abschirmungen mehrere Abschnitte vorgesehen, wie in der Fig/ 7 dargestellt, zo nimmt jeder Abschnitt (oder *jede Lage) nur einen entsprechenden Anteil des Stromes auf, der anderenfalls in dem oder den Abschnitten fließen würde, die dem beschädigten Abschnitt benachbart sind. Auf diese Weise wird die Möglichkeit, daß ein benachbarter Abschnitt in den normalleitenden Zustand übergeht, wesentlich verringert. Da die' gesamte Spule sich nicht mehr im supraleitenden Zustand befindet, wenn ein normalleitender Bezirk vorhanden ist, muß der Strom durch einen Widerstand fließen (durch den Nebenschlußwiderstand an dem sich im normalleitenden Zustand befindenden Spulenabschnitt), wobei die gesamte Spule in zulässigem Ausmaß ausgeschaltet wird, d. h., daß die Spule weder beschädigt noch zerstört wird.If the triggering time for the inductive shields long enough, and are provided between adjacent shields a plurality of sections, as shown in FIG / 7, zo takes each section (or * each layer), only a corresponding portion of the current on, which otherwise in the or would flow to the sections adjacent to the damaged section. In this way, the possibility that an adjacent section changes to the normally conducting state is substantially reduced. Since the entire coil is no longer in the superconducting state when a normally conductive region is present, the current must flow through a resistor (through the shunt resistance at the coil section which is in the normally conductive state), whereby the entire coil is switched off to a permissible extent , ie that the coil is neither damaged nor destroyed.

Während des Abschaltens wird eine kleine Menge der in der Spulenwicklung gespeicherten Energie im supraleitenden Material und dessen Überzug und eine erhebliche Menge Energie im Nebenschlußwiderstand am schadhaften Abschnitt vernichtet,-während der Rest in den induktiven Abschirmungen und/oder irgendwelchen nachgeschalteteni Widerständen verbraucht wird.During turn-off, a small amount of data stored in the coil winding energy in the superconductive material and its coating and a substantial amount of energy in the shunt resistor is destroyed at the defective portion, -during the remainder in the inductive shields and / or any downstream i resistors is consumed.

Die von den Schutzmaßnahmen nach der Erfindung auf eine supraleitende Spule ausgeübte Wirkung besteht in der Verlangsamung der Übergangsvorgänge in der Spule. Dies bedeutet, daß die Einschaltzeit verlängert wird, je mehr Schutz geboten Go wird. Die Zeitkonstanten der Spulen nach der Erfindung hängen von dem jeweiligen Aufbau der Spule ab und können daher nicht angegeben werden. Beispielsweise liegt aber die Zeitkonstante für eine Spule mit einem Innendurchmesser von 127 mm, die eine Feldstärke von 50 000 Gauß erzeugt, in der Größenordnung von zehn Sekunden. Die Einschaltzeit einer Spule muß das Mehrfache der Zeitkonstanten der Spule betragen, um die Erzeugung von Wärme inThe effect exerted on a superconducting coil by the protective measures according to the invention consists in slowing down the transitions in the coil. This means that the switch-on time is extended the more protection Go is offered. The time constants of the coils according to the invention depend on the particular structure of the coil and can therefore not be specified. For example but the time constant for a coil with an inner diameter of 127 mm is the one Field strength of 50,000 Gauss generated, on the order of ten seconds. The switch-on time of a Coil must be several times the time constant of the coil in order to generate heat in

den Schutzvorrichtungen klein zu halten, wie bereits erläutert. Eine Erhitzung der Schutzvorrichtungen ist doppelt schädlich. Sie bewirkt erstens ein Verdampfen des Heliums und erzeugt zweitens Wärme in der unmittelbaren Nähe der Wicklungen. Da die spezifische Wärme von Materialien bei niedrigen Temperaturen außerordentlich klein ist, kann die Erzeugung selbst einer kleinen Menge Wärme einen Teil der Wicklungen über deren kritische Temperatur hinaus erwärmen, so daß die Spule in den normalleitenden Zustand überführt wird. Die Einschaltzeiten für eine Spule der obengenannten Art und nach der Erfindung können erwartungsgemäß in der Größenordnung von ein oder zwei Stunden oder weniger liegen.to keep the protective devices small, as already explained. Overheating of the protective devices is doubly harmful. Firstly, it causes the helium to evaporate and, secondly, it generates heat in the immediate vicinity of the windings. As the specific heat of materials at low Temperatures is extremely small, the generation of even a small amount of heat can cause a Heat part of the windings above their critical temperature so that the coil is in the normal conducting state is transferred. The switch-on times for a coil of the type mentioned above and according to the invention can be expected to be on the order of an hour or two or less.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Supraleitende Spule mit einer aus mehreren, voneinander elektrisch isolierten Lagen bestehenden Wicklung aus einem supraleitenden Draht, welcher einen Überzug aus normalleitendem Metall hat, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder Lage zwischen den Windun-1. Superconducting coil with a layer consisting of several layers that are electrically insulated from one another Winding made of a superconducting wire, which is covered with a normal conductive Metal, characterized in that within each layer between the windings gen ein Isoliermaterial angeordnet ist, daß die Wicklung abschnittsweise durch außerhalb der Spule liegende Widerstände (24 bis 27; 77 bis 82) überbrückt ist und daß zwischen einigen oder zwischen allen Lagen induktive Abschirmungen (61 bis 63) in Form von elektrisch gut leitenden Folien oder Blechen angebracht sind.gene an insulating material is arranged that the winding in sections through outside the Coil lying resistors (24 to 27; 77 to 82) is bridged and that between some or inductive shields (61 to 63) in the form of good electrical conductivity between all layers Foils or sheets are attached. 2. Supraleitende Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiven Abschirmungen als geschlossene Zylinderflächen ausgebildet sind.2. Superconducting coil according to claim 1, characterized in that the inductive Shields are designed as closed cylindrical surfaces. 3. Supraleitende Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede induktive Abschirmung (61 bis 63) als eine längs einer Mantellinie aufgeschnittene Zylinderfläche ausgebildet ist und daß zur Schließung des Stromkreises ein Widerstand vorgesehen ist, welcher ' während eines Flußanstiegs in der Spule einen großen und während eines Flußabbaus einen kleinen Wert annimmt.3. Superconducting coil according to claim 1, characterized in that each inductive Shielding (61 to 63) designed as a cylindrical surface cut open along a surface line is and that a resistor is provided to complete the circuit, which ' a large one during a flux increase in the coil and one during a flux decrease assumes small value. 4. Supraleitende Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem normalleitenden Überzug (32) des supraleitenden Drahtes (31) eine isolierende Schicht (33) angeordnet ist..4. Superconducting coil according to claim 1, characterized in that on the normal conducting Coating (32) of the superconducting wire (31) an insulating layer (33) is arranged. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
DE19631464416 1962-08-27 1963-05-24 SUPRAL CONDUCTING COIL WITH A MULTI-LAYER WINDING Pending DE1464416B2 (en)

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