DE1464774B2 - Einrichtung zum erzeugen eines stromes in einem supraleitenden stromkreis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erzeugen eines Stromes in einem supraleitenden Stromkreis, der eine Platte aus supraleitendem Material enthält, die an zwei gegenüberliegenden, ersten Kanten mit Anschlüssen für den Stromkreis versehen ist und die zwischen den anderen, zweiten Kanten solche Abmessungen aufweist, daß ein die Platte durchsetzender, normalleitender Bereich den Strom nicht wesentlich beeinflußt, welche Einrichtung eine Vorrichtung aufweist, die an einer der zweiten Kanten der Platte ein Magnetfeld von solcher Stärke erzeugt, daß ein normalleitender Bereich und ein die Platte durchsetzender magnetischer Fluß entstehen, und die den normalleitenden Bereich mit dem magnetischen Fluß zu der gegenüberliegenden Kante bewegt.

Ein Strom in einem geschlossenen Kreis aus supraleitendem Material nimmt infolge des bei einer kritischen Temperatur auftretenden unendlichen Leitwertes des Materials, also durch das Fehlen eines Widerstandes nicht ab. Supraleitende Materialien haben jedoch die Eigenschaft, daß sie unterhalb der kritischen Temperatur wieder »normal«-leitend werden können, d. h. einen endlichen Leitwert annehmen werden unter Einfluß eines Magnetfeldes, dessen Stärke größer als ein bestimmter kritischer Wert ist. Die Rückführung des Materials in den Normalzustand erfolgt auch, wenn die Stromdichte einen gegebenen, die Supraleitfähigkeit zerstörenden kritischen Wert übersteigt. In der Praxis hängen die Temperatur, der Strom und das Magnetfeld hinsichtlich der Beeinflussung der Supraleitfähigkeit voneinander ab und können nicht nach Belieben verändert werden.

Der Kraftfluß in einem von supraleitendem Material umschlossenen Gebiet kann sich grundsätzlich nicht ändern, weil eine virtuelle Änderung des Kraftflusses eine EMK erzeugt, wodurch ein Strom entsteht, der der Änderung entgegenwirkt, welche Änderung völlig ist, da der Widerstand gleich Null ist. So kann z. B. kein Magnetfeld in ein supraleitendes Material, abgesehen von einer äußerst dünnen Schicht auf der Oberfläche, eindringen, solange diese in supraleitendem Zustand ist. Wenn also ein Kraftfluß einmal in einem normalleitenden Gebiet innerhalb eines supraleitenden Gebiets eingefangen ist, kann die Größe des Kraftflusses sich nicht mehr ändern, aber das normalleitende Gebiet kann wohl verstellt werden oder seine Form ändern. Ein Kraftfluß kann also auch nicht an einer beliebigen Stelle in einem supraleitenden Körper entstehen, beispielsweise durch Anordnung eines Magneten, sondern er kann nur durch den Rand des Körpers eingeführt werden. Ein »normak-leitendes Gebiet, durch das ein Kraftfluß hindurchtritt, wird auch als »Meissner«- Gebiet bezeichnet.

Zur Erzeugung von Strom in einem supraleitenden Stromkreis ist in letzterem ein supraleitendes Element

vorzusehen, in dem ein stabiler, einen Widerstand aufweisender und von magnetischem Fluß zu durchsetzender Bereich eingeführt ist, ohne den herrschenden Stromfluß in dem supraleitenden Element zu beeinflussen.

So ist z. B. aus der Literatur (Physics Letters, Bd. 2, Nr. 5, 1. Oktober 1962, S. 257 bis 259) bekannt, bei einem aus einer Platte, die aus supraleitendem Material besteht, und aus einer Spule, die mit ihren Anschlußleitern mit der Platte zur Erzeugung eines Stromes in letzterer verbunden ist, bestehenden Stromkreis einen kleinen Bereich mit normalen Eigenschaften innerhalb der Grenzen der Platte zu erzeugen, indem ein überkritisches, durch einen Permanentmagneten hervorgerufenes Magnetfeld an der Platte angelegt wird, wenn die Platte auf eine Temperatur unterhalb des kritischen Wertes abgekühlt wird. Dies ist notwendig, da innerhalb der Grenzen einer bereits supraleitenden Platte wegen des Meissner-Ochsenfeld-Effektes durch Anlegen eines Magnetfeldes ein normalleitender Bereich nicht gebildet werden kann. Der angelegte Fluß wird dann zusammen mit dem normalleitenden Bereich durch Bewegen des Magneten über eine kreisförmige Bahn, die ganz innerhalb der Platte verläuft, bewegt, wobei die Bahn auch zwischen den Anschlußpunkten mit der Platte liegt.

Weiterhin ist eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen worden (deutsche Offenlegungsschrift 1 464 322), bei der die Stromleiter mit zwei verschiedenen Punkten einer Platte aus supraleitendem Material verbunden sind und bei der unterhalb der Platte ein von einem Motor oder von Hand aus um eine Welle in Umlauf versetzbarer Magnet vorgesehen ist, der ein nach Herstellung einer unterhalb dem kritischen Wert liegenden Temperatur über sich in der Platte erzeugtes »Meissner«- Gebiet durch Drehung seiner Welle eine Kreisbahn um eine der Anschlußstellen beschreiben läßt. Die beschriebene Bahn braucht nicht unbedingt eine Kreisbahn zu sein, vielmehr kann sich das Gebiet aus normalleitendem Material auch zwischen zwei gegenüberliegenden Kanten einer Platte aus supraleitendem Material, an deren anderen beiden Kanten die Anschlußpunkte für die Stromleiter liegen, hin- und herbewegen, wobei fortwährend durch die Platte eine supraleitende Verbindung zwischen den beiden Anschlußpunkten bestehen bleibt und wobei bei der Bewegung in einer bestimmten Richtung der Kraftfluß immer die gleiche Polarität hat, während bei der entgegengesetzten Bewegung der Kraftfluß die entgegengesetzte Polarität hat.

Die bekannten Einrichtungen erweisen sich dadurch als nachteilig, daß zur Erzeugung eines Stroms in dem supraleitenden Stromkreis stets bewegliche Teile, wie etwa auf Wellen gelagerte Magnete, zum Bewegen des normalleitenden Bereiches mit dem magnetischen Fluß in der gewünschten Weise erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erzeugung von Strom in einem supraleitenden Stromkreis der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die keine bewegten Teile benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung eine Anzahl von Elementen, die beim Anschluß an Spannungsquellen magnetische Felder erzeugen, in einer reihenförmigen, von der einen bis zu der anderen zweiten Kante der Platte reichenden Anordnung aufweist und außerdem mit einer Schaltvorrichtung versehen ist, welche die Elemente in derartiger Reihenfolge mit den Spannungsquellen verbindet, daß unter der Wirkung des resultierenden Magnetfeldes an einer der zweiten Kanten der Platte der normalleitende Bereich und der die Platte durchsetzende magnetische Fluß entstehen und daß dieser Bereich schrittweise über die Platte hinwegwandert.

ίο Bei einer Ausgestaltung der Einrichtung nach der Erfindung weist die Vorrichtung einen Elektromagneten mit einem Eisenkern und einem Luftspalt zur Aufnahme der supraleitenden Platte auf, ist der eine Pol des Elektromagneten in eine Anzahl von fingerartigen Teilpolen mit je einer Feldspule aufgespalten und schließt die Schalteinrichtung den zu jeder folgenden Feldspule führenden Stromkreis, bevor der zur vorhergehenden Feldspule führende Stromkreis unterbrochen ist.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Einrichtung nach der Erfindung kann die Vorrichtung einen Elektromagneten mit einem zweischenkligen Eisenkern, einem Luftspalt zur Aufnahme der supraleitenden Platte, einer dauernd vom Strom durchflossenen Feldspule und einer in der Nähe der Pole in den Schenkeln angeordneten Matrix aus stromführenden Drähten, welche eine magnetische Sättigung der Pole bewirken können, aufweisen und kann die Schalteinrichtung bestimmte Drähte der Matrix abtrennen, so daß an den entsprechenden Stellen der Pole die magnetische Sättigung aufgehoben ist und der von der Feldspule erzeugte magnetische Fluß zu der supraleitenden Platte gelangt.

Eine weitere Ausgestaltung der Einrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zu beiden Seiten der supraleitenden Platte je eine Gruppe von stromführenden Spulen koaxial zu einer besonderen, parallel zu der Platte und senkrecht zur Hauptrichtung des Stroms im supraleitenden Stromkreis verlaufenden Achse angeordnet ist und daß die Schaltvorrichtung mit den Spulen an der einen Kante der Platte beginnend, die Stromrichtung in symmetrisch zur Platte angeordneten Spulen der Reihe nach umkehrt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß bewegliche Teile zu der Erzeugung des gewünschten Stroms in einem supraleitenden Stromkreis nicht erforderlich sind, daß die spezielle Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung die Erregung supraleitender Magnete mit einer niedrigen Induktanz sowie mit einer hohen Induktanz erleichtert, da deren Eingangsimpedanz vollständig unabhängig ist von der Induktanz des supraleitenden Magneten, der erregt wird, und schließlich ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Einrichtung keine Leistungsbeschränkungen bei der Einspeisung von Energie in den supraleitenden Stromkreis.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung beschrieben. In letzterer ist

F i g. 1 eine Darstellung einer supraleitenden Schleife zwecks Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung einer Ausführungsform einer Einrichtung nach der Erfindung zum Erzeugen eines elektrischen Stromes in einem geschlossenen supraleitenden Stromkreis,

F i g. 3 eine Darstellung einer nicht zur Erfindung gehörenden, lediglich zur Erläuterung ihrer Wir-

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kungsweise dienenden Anordnung, bei der ein beweg- gen der Hauptseiten 5 und 6 des Leiters 1 können

barer Elektromagnet zum Erzeugen eines elektrischen ohne Schwierigkeiten größer gewählt werden als die

Stromes in einem supraleitenden Stromkreis benutzt größte Abmessung der stabilen normalen Zone 4.

wird, Wird die in der F i g. 1 dargestellte normale Zone 4

F i g. 4 Metallstreifen, durch die eine supraleitende 5 zuerst an einem die Kante des Leiters einschließen-

Platte ergänzt worden ist, und die die Herstellung den Punkt 7 erzeugt, so kann bewirkt werden, daß

und Aufrechterhaltung einer stabilen normalen Zone die Magnetflußlinien 8 den normalen Bezirk durch-

in der supraleitenden Platte erleichtern, ziehen und damit den Leiter 1. Da der Leiter nur

F i g. 5 eine Darstellung einer weiteren Ausfüh- örtlich normal betrieben wird, derart, daß dessen

rungsform der Einrichtung nach der Erfindung, bei io supraleitende Kontinuität als Ganzes niemals unter-

der ein Eisenkern benutzt wird, brachen wird, so kann die normale Zone 4 nicht nur

F i g. 6 ein Ausschnitt aus einer Darstellung eines innerhalb des Leiters sondern auch über diesen hin-

Teiles des in der F i g. 5 gezeigten Eisenkernes mit weg bewegt werden, ohne den Fluß des Hauptstromes

zu einer Matrize angeordneten Drähten, im Leiter wesentlich zu beeinflussen. Da weiterhin

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Ver- 15 eine supraleitende Zone immer die stabile normale

bindung der Matrizendrähte miteinander in den Zone umgibt, wenn diese zu einer innerhalb des

Schenkeln des Eisenkerns nach der F i g. 6, Leiterumfanges gelegenen Stelle bewegt wird, so kann

F i g. 8 eine Darstellung noch einer weiteren Aus- bewirkt werden, daß der die stabile normale Zone

führungsform der Einrichtung nach der Erfindung, durchziehende vorgenannte Magnetfluß sich innerhalb

bei der Luftkernspulen benutzt werden, 20 des Leiters bewegt, wenn die den Magnetfluß enthal-

Fig. 9 eine schematische Darstellung, die eine tende normale Zone bewegt wird. Dementsprechend

Möglichkeit zum Erregen der Luftkernspulen nach kann die normale Zone 4 mit ihrem Fluß 8 vom

der F i g. 8 zeigt, und die Punkt 7 an der Kante des Leiters 1 über den Leiter

Fig. 10 (a bis i) je eine graphische Darstellung hinweg bis zu einem Punkt 9 bewegt werden, der die

der Schwankungen der Stromdichte in den Luftkern- 25 entgegengesetzte Kante des Leiters einschließt, ohne

spulen nach der Fig. 8. daß unerwünschte Wirkungen eintreten. Das ver-

In der Fig. 1 ist zwecks Erläuterung der Wir- suchte Zusammenbrechen des Magnetflusses 8 bei kungsweise der Einrichtung nach der Erfindung ein der Ankunft an einem Punkt 9 an der entgegengeschlossener Ring oder eine Schleife aus einem gesetzten Kante des Leiters führt zu einer Induktion streifenförmigen supraleitenden und einen Leiter 1 3° eines Dauerstromes im Leiter. Offensichtlich kann, bildenden supraleitenden Material dargestellt. Es wenn die normale Zone 4 nach und nach in der oben wurde bereits bemerkt, daß ein Magnetfeld mit einer beschriebenen Weise über den Leiter hinweg bewegt kleineren Stärke als die kritische Feldstärke, das ent- wird, der im Leiter fließende Dauer- oder Hauptstrom weder an einer supraleitenden Ebene oder an einem verstärkt werden, bis der kritische Strom erreicht von einer supraleitenden Schleife umschlossenen Be- 35 wird. Ebenso wird, wenn entweder die Bewegungszirk, z.B. am Bezirk 2 in der Fig. 1 erzeugt wird, richtung der normalen Zone oder des Flusses umbei den eine solche Ebene oder Schleife durchziehen- gekehrt wird, die Stärke des zuvor im Leiter induzierden Magnetflußlinien 3 keine Nettoänderung bewir- ten Stromes vermindert. Die Bewegung der normalen ken kann, und infolgedessen auch nicht bei den Zone 4 ist in der F i g. 1 durch die Pfeile 11 an-Magnetflußlinien 3, die den vom Leiter 1 umschlos- 40 gedeutet.

senen Bezirk 2 durchziehen. Wie bereits bemerkt, Es kann also in einem von dem Leiter 1 dargestellkönnen, obwohl eine supraleitende Schleife oder ten supraleitenden Stromkreis ein Dauerstrom in der Ebene ein vollkommenes Diamagnetikum ist und ein Weise induziert werden, daß eine durch den Leiter Magnetfeld von außen her vollständig ausschließt, in führende stabile normale Zone geschaffen wird, woeiner supraleitenden Ebene, die von einem Magnet- 45 bei die Magnetflußlinien die normale Zone durchfluß durchzogen werden kann, feststehende normale setzen können, daß durch die auf diese Weise geZonen bestehen. Hieraus folgt (wie auch der Stand schaffene normale Zone Magnetflußlinien geführt der Technik lehrt), daß das bloße Bestehen eines werden, daß die normale Zone mit dem in dieser beMagnetflusses in einer inneren normalen Zone keine stehenden Fluß über den supraleitenden Kreis hinweg Nettoänderung bei dem eine solche Ebene oder 5° bewegt wird, und daß die ursprüngliche Quelle der Schleife durchziehenden Fluß bewirken kann. Um Magnetflußlinien entfernt wird. Besteht der supraeine solche Nettoänderung bei dem eine supra- leitende Kreis aus einer Platte, so wird weiterhin bei leitende Schleife oder Ebene durchziehenden Fluß der Bewegung der normalen Zone mit deren Ma- oder bei einem in der Schleife oder Ebene fließenden gnetfluß vom Rand der Platte aus zu einer anderen, Strom, was ein und dasselbe ist, in einfacher und 55 in der Platte gelegenen Stelle, z.B. zur Plattenmitte, wirksamer Weise zu erzielen, ist es wichtig, daß die wie oben beschrieben, in der Platte ein umlaufender Abmessungen des in der F i g. 1 dargestellten Lei- Strom induziert, dessen Dichte bis zur kritischen ters 1 so gewählt werden, daß eine durch den Leiter Stromdichte der Platte dadurch erhöht werden kann, führende normale Zone vorgesehen werden kann, daß nach und nach zugelassen wird, daß die Magnetohne den Hauptstromfluß im Leiter wesentlich zu be- 60 flußlinien durch Anhalten eingefangen werden, und einflussen, wenn dieser supraleitend ist. Oder anders daß zugelassen wird, daß die normale Zone in den ausgedrückt, die Abmessungen (Dicke, Breite und supraleitenden Zustand zurückkehrt.
Länge) des Leiters 1 sind so gewählt, daß sie nicht Es wird nun auf die F i g. 2 verwiesen, die eine nur die Herstellung einer stabilen normalen Zone 4 Ausführungsform einer Einrichtung nach der Erdurch den Leiter gestatten, wie später noch ausführ- 65 findung zeigt, mit der in einem supraleitenden Stromlich beschrieben wird, sondern auch die Herstellung kreis ein Strom mit im wesentlichen jeder Dichte ineiner stabilen normalen Zone, ohne diesen Dauer- duziert werden kann, die kleiner ist als die kritische oder Hauptstromfluß zu beeinflussen. Die Abmessun- Stromdichte des supraleitenden Kreises. Wie in der

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F i g. 2 dargestellt, ist im Luftspalt 22 eines aus Eisen- bis der Stromkreis zur letzten Feldspule (38) geblechten zusammengesetzten Kerns 23 eine Platte oder schlossen wird. Der zur ersten Feldspule (33) fühein Streifen 21 aus einem supraleitenden Material, rende Stromkreis wird erst wieder geschlossen, nachz. B. aus Nb-25%Zr (eine Niobium-Zirkonium- dem der zur letzten Feldspule (38) führende Strom-Legierung) angeordnet. Die einzelnen Bleche des 5 kreis unterbrochen worden ist. Der Stromkreis der Kerns sind der besseren Übersicht halber nicht dar- letzten Feldspule wird unterbrochen bevor der zur gestellt. Der aus Blechen zusammengesetzte Eisen- ersten Feldspule führende Stromkreis geschlossen kern 23 weist einen langgestreckten Polschuh 24, ein wird um zuzulassen, daß die stabile normale Zone Joch 25, einen oberen mit Abstand parallel zum Pol- und die im supraleitenden Streifen von der letzten schuh 24 verlaufenden Schenkel 26 und mehrere ge- ίο Spule erzeugten Magnetflußlinien verschwinden,
trennte herabhängende fingerartige Teile 27 bis 32 Bei einer Einrichtung, die mit Erfolg geprüft wurde auf, von denen sechs Teile dargestellt sind, die die und die im wesentlichen der in der F ig. 2 dargestellelektrischen Feldspulen 33 bis 38 tragen. Die herab- ten Einrichtung gleicht, bestand der Kern aus Transhängenden Teile 27 bis 32 sind Teilpole des Elektro- formatorblechen mit einer Stärke von 0,1 mm. Jede magneten und enden kurz vor dem Polschuh 24 und χ 5 der Feldspulen des Kerns bestand aus 200 Windunbilden den vorgenannten Luftspalt 22 (tatsächlich gen Niobiumdraht mit einem Durchmesser von mehrere Luftspalte), wobei die Entfernung von- 0,1 mm und wies eine Durchflutung von ungefähr einander so bemessen ist, daß das im Luftspalt 22 200 Amperewindungen auf. Der supraleitende Streifen von jeder Feldspule 33 bis 38 bzw. jedem Teilpol er- bestand aus Nb-25°/oZr. Die Abmessungen des Streizeugte Magnetfeld einen Teil der Zone umfaßt, die 20 fens betrugen ungefähr 0,05 · 25,4 · 50,8 Millimeter, von dem durch das von einer benachbarten Feld- Die Spule des supraleitenden Magneten bestand aus spule bzw. Teilpol erzeugten Magnetfeld eingeschlos- 600 Windungen Nb-25%Zr-Draht mit einem Durchsen wird. Die Feldspulen 33 bis 38 auf den Teilpolen messer von 0,5 mm, der auf einen Spulenkörper mit sind im wesentlichen einander gleich in bezug auf den Abmessungen 12,7 ■ 25,4 mm aufgewickelt war. den Wicklungssinn, die Anzahl der Windungen und 25 Die Spulen auf dem Kern wurden in der oben beden Widerstand, d. h. jede Spule weist im wesent- schriebenen Weise nacheinander mit einer Grundlichen die gleiche Anzahl von Amperewindungen auf, periode im Bereich von 0,3 bis 1,0 Sekunden mit wenn die Spulen an dieselbe Stromquelle angeschlos- Strom versorgt. Es waren ungefähr 136 Minuten ersen werden. Der erste und der letzte Teilpol 27 bzw. forderlich, um ein Magnetfeld mit einer Stärke von 32 liegt mindestens in der Nähe der Kanten 41 und 30 4000 Gauß in der Mitte der Spule und einen Dauer-42 des supraleitenden Streifens 21. Der Polschuh und oder Hauptstrom von ungefähr 20 Ampere zu erdie Teilpole sind zugespitzt, um die Magnetflußlinien zeugen, bevor der kritische Punkt erreicht war. Der im Luftspalt zu konzentrieren. Die Endteile 43 und Abstand des supraleitenden Magneten vom Kern 44 eines fortlaufenden supraleitenden Drahtes 45, betrug weniger als 50,8 mm.

der eine auf einen Spulenkörper 50 aufgewickelte 35 Es ist eine durch den plattenförmigen Streifen 21 Spule 46 bildet, sind z. B. durch Punktschweißung führende stabile normale Zone vorgesehen, die in mit den Kanten 47 und 48 des supraleitenden Strei- der folgenden Weise veranlaßt wird, sich quer über fens elektrisch verbunden, die vom Eisenkern die den Streifen zu bewegen. Die aufeinanderfolgende größte Entfernung aufweisen, wobei ein in dem den Erregung der Spulen 33 bis 38 mit Hilfe des Dreh-Streifen 21 und die supraleitende Spule 46 umfassen- 40 schalters 54 bewirkt, daß quer über den Streifen den supraleitenden Stromkreis fließender oder indu- hinweg ein Magnetfeld bewegt wird. Das sich bezierter Dauerstrom durch den Streifen 21 in einer wegende Magnetfeld induziert in dem der Einwirkung Richtung fließt, die quer zu einer Ebene verläuft, die des Magnetfeldes ausgesetzten Teil des Streifens örtsich durch alle Teilpole des Eisenkerns hindurch er- Hche Ströme mit einer Dichte, die die kritische streckt. Die den Eisenkern 23 und den als Ganzes 45 Stromdichte des Streifens übersteigt. Dementspremit 51 bezeichneten supraleitenden Stromkreis um- chend wird nur der Teil des im Luftspalt befindlichen schließende unterbrochene Linie 49 soll eine supra- Streifens, der der Einwirkung des kurzzeitigen Maleitende Umgebung andeuten, z. B. ein flüssiges He- gnetfeldes ausgesetzt ist, in den normalen Zustand Hum enthaltendes Isoliergefäß. Die einander ent- versetzt, wobei eine normale Zone geschaffen wird, sprechenden Anschlüsse aller Feldspulen stehen über 50 die eine vorherbestimmte und im wesentlichen koneinen gemeinsamen Leiter 52 mit dem einen An- stante Größe aufweist (d. h. die normale Zone ist Schluß einer durch die Batterie 53 dargestellten stabil), und deren Ausdehnung nicht so groß ist, daß Stromquelle in Verbindung, während die übrigen An- der Fluß des Hauptstromes im Streifen verhindert Schlüsse der Feldspulen mit dem anderen Anschluß wird.

der Batterie 53 in Verbindung stehen, und zwar über 55 Bei der Erzeugung der stabilen normalen Zone am

einen herkömmlichen Drehschrittschalter 54, wobei, Umfang oder an der Kante 41 des Streifens, durch-

wenn der Schleifarm des Schrittschalters gedreht ziehen Magnetflußlinien den Streifen in der stabilen

wird, die Feldspulen 33 bis 38 der Reihe nach, z. B. normalen Zone. Die fortschreitende Bewegung der

nach der F i g. 2 von links nach rechts mit Strom stabilen normalen Zone in Richtung zum Innenrand

versorgt werden. Mit Ausnahme der am weitesten 60 oder der Kante 42 des Streifens infolge der schritt-

außen liegenden Feldspulen 33 und 38 an den Kan- weisen Stromversorgung der Spulen 33 bis 38 bewirkt,

ten 41 und 42 des supraleitenden Streifens wird der daß die Magnetflußlinien sich mit der normalen

zu jeder folgenden Feldspule führende Stromkreis Zone bewegen, bis der Innenrand oder die Kante 42

geschlossen, bevor der zur vorhergehenden Feld- des Streifens erreicht ist. In diesem Zeitpunkt sind

spule führende Stromkreis unterbrochen wird. Bevor 65 die Stromkreise aller Feldspulen 33 bis 38 geöffnet,

der zur ersten Feldspule, beispielsweise 33 führende Wenn die Magnetflußlinien, die nunmehr in den

Stromkreis unterbrochen wird, wird der Stromkreis Bezirk eingeführt worden sind, der von der supra-

der nächstfolgenden Feldspule, z. B. 34 geschlossen, leitenden Schleife mit der Platte 21 und der Spule 46

umschlossen wird, zu schwinden suchen, weil die Stromkreise der Feldspulen 33 bis 38 sämtlich offen sind, so wird durch das Schwinden dieser Magnetflußlinien im supraleitenden Stromkreis 51 ein Dauerstrom induziert, der mindestens ein Teil des Feldes aufrechterhält^ so daß die in die supraleitende Schleife eingeführten und diese durchsetzenden Flußlinien »eirigefangen« werden. Dementsprechend wird der die supraleitende Schleife durchsetzende Nettofluß und damit der in der Schleife fließende Hauptstrom jedesmal verstärkt, wenn die stabile normale Zone von der Kante 41 aus zur Kante 42 des Streifens bewegt wird. Bei jeder Wiederholung des oben beschriebenen Vorganges wird die Stärke des Dauerstromes im supraleitenden Kreis erhöht, bis die Grenze der kritischen Stromdichte erreicht ist. Bei Erreichen der kritischen Stromdichte wird der supraleitende Kreis 51 natürlich in den Normalzustand versetzt, und der zuvor induzierte Strom wird in Form von I²R-Verlust vernichtet.

Die in der F i g. 2 dargestellte Einrichtung kann außer zum Induzieren eiries Stromes mit vorherbestimmter Stärke in der supraleitenden Spule 46, wobei diese erregt oder in Betrieb gesetzt wird, auch benutzt werden, um die supraleitende Spule zu enterregeh, wenn die Einrichtung nach dem Dauermodus betrieben wird. Zum Außerbetriebsetzen kann die stabile normale Zone an der inneren Kante 42 des Streifens 21 erzeugt uiid zur Außenkante 41 bewegt werden, z. B. dadurch, daß der Drehschalter 54 im umgekehrten Sinne betrieben wird. Ebenso kann auch die Richtung der Magnetflußlinien umgekehrt werden, z. B. durch Umpolen der Batterieanschlüsse.

Die Erregung eines geschlossenen supraleitenden Kreises 51 nach der F i g. 2 ist etwas empfindlich auf die Geschwindigkeit der stabilen normalen Zone. Für eine gegebene Geschwindigkeit der stabilen normalen Zone besteht anscheinend eine Grenze dafür, bis zu welcher Stärke ein Dauerstrom in einem geschlossenen supraleitenden Kreis induziert werden kann. Ist dieser Höchstwert des Dauerstromes für eine gegebene Geschwindigkeit der stabilen normalen Zone erreicht, so bleibt die Fortsetzung der Bewegung der stabilen normalen Zone mit derselben oder einer größeren Geschwindigkeit ohne Wirkung. Wird jedoch die Geschwindigkeit der stabilen normalen Zone vermindert, so wird im supraleitenden Stromkreis erneut ein Strom induziert, bis bei diesem Strom die Höchststärke erreicht ist. Für die Erregung von großen Spulen u. dgl. können daher große Geschwindigkeiten höchst wirksam sein, wenn der Dauerstrom schwach ist, während allmählich kleiner werdende Geschwindigkeiten für Dauerströme benutzt werden, die allmählich stärker werden.

Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, zeigt die F i g. 2 eine Einrichtung, bei der mehrere Feldspulen auf einem Eisenkern verwendet werden, deren Anordnungsstelle feststeht in bezug auf die supraleitende Platte, in der eine sich bewegende stabile Zone geschaffen Werden soll. Die Fig. 3 zeigt eine in bezug auf die F i g. 2 umgekehrte Anordnung mit einem allgemein rechteckigen magnetischen Kreis, der einen Eisenkern mit einer in der Mitte gelegenen öffnung Und an dem einen Schenkel einen Luftspalt aufweist; und der in bezug auf eine supraleitende Platte bewegbar ist, in der ein stabile normale Zone geschaffen werden soll. Wie aus der F i g. 3 zu ersehen ist, umgibt eine Feldspule 61 den einen Schenkel eines Eisenkerns 62, der in der Mitte eine öffnung und am anderen Schenkel einen Luftspalt 63 zur Aufnahme einer supraleitenden Platte 64 aufweist. Die Stromquelle für die Feldspule 61 wird durch die Batterie 65 dargestellt. Die Amperewihdüngen der Feldspule 64 müssen ausreichen, um in der supraleitenden Platte 64 örtliche Ströme induzieren zu können, deren Dichte größer ist als die kritische Stromdichte der supraleitenden Platte 64. Dies gilt natürlich auch für

ίο die in der F i g. 2 dargestellten Feldspulen 33 bis 38. Die Bewegung des Eisenkerns 62 in bezug auf die supraleitende Platte 64 ist durch den zweispitzigen Pfeil 66 angedeutet.

Die Anordnung¹ nach F i g. 3 ist einer bereits früher vorgeschlagener! Anordnung äquivalent; sie ist hier nur zum Zweck der weiteren Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung angeführt.

Wenn gewünscht* kann deni von der Einrichtung nach der Fig. 2 oder 3 erzeugten konstanten Magnetfeld ein magnetisches Wechselfeld überlagert werden, um die Herstellung und Aufrechterhaltung der stabilen normalen Zone durch Induzieren von Wirbelströmen in einem normalen Metall zu erleichtern, wobei in der Nähe des supraleitenden Materials Wärme erzeugt und dessen kritische Stromdichte vermindert wird.

Die F i g. 4 zeigt zwei elektrisch leitende, normale und nichtmägnetische Streifen 71 und 72 z. B. aus Kupfer, die von der Platte aus supraleitendem Material 73 getragen werden und die Herstellung der stabilen normalen Zone erleichtern. Die Kupferstreifen 71 und 72 sind an den entgegengesetzten Hauptseiten 74 und 75 der Platte 73 angebracht und befinden sich in den vorgenannten Luftspalten. Die in den Kupferstreifen von dem sich bewegenden Magnetfeld induzierten Wirbelströme sind von Nutzen für die Schaffung der stabilen normalen Zone im supraleitenden Streifen zwischen diesen Kupferstreifen.

Es wurde bereits bemerkt, daß eine Sättigung des Eisenkerns unerwünscht ist. Obwohl dies im allgemeinen zutrifft, so kann, wie im folgenden an Hand einer anderen Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung gezeigt wird, eine Teilsättigung eines Eisenkerns, um sich bewegende, einen geringen magnetischen Widerstand aufweisende oder den Fluß leitende Bezirke zu schaffen, mit Vorteil ausgenutzt werden, um eine sich bewegende stabile normale Zone zu erzeugen.

Die Fig. 5 zeigt einen allgemein U-förmigen Eisenkern 81 mit einer Feldspule 82, die auf dem Mittelteil angeordnet ist. Die Schenkel 83 und 84 des Eisenkerrts sind in Richtung zueinander verbreitert, wodurch ein rechteckiger Luftspalt 85 zur Aufnahme eines Streifens aus supraleitendem Material 86 geschaffen wird. Der Luftspalt 85 erstreckt sich nach außen an den beiden Kanten 87 und 88 des Streifens aus supraleitendem Material vorbei. Die Feldwicklung ist über einen Schalter 89 mit einer aus einer Batterie 90 bestehenden Stromquelle angeschlossen. Die ah den Luftspalt 85 angrenzenden Teile der Schenkel 83 Und 84 des Eisenkerns werden von einer als Ganzes mit 91 bezeichneten Matrize strohiführender, vorzugsweise aus einem supraleitenden Material bestehenden Drähte durchzogen. Wie später noch an Hand der F i g. 7 ausführlich beschriebeil wird; wird durch die Matrize stromführender Drähte

zusammen mit einer Stromquelle und einer geeigneten Schalteinrichtung ein sich bewegender ungesättigter Pfad in den Schenkeln des Eisenkerns senkrecht zu den Hauptseiten des supraleitenden Streifens erzeugt.

Die Matrize der stromführenden Drähte ist so angeordnet und eingerichtet, daß das von der Matrize erzeugte Nettomagnetfeld Null, jedoch örtlich kräftig genug ist, um den Eisenkern an allen am supraleitenden Streifen gelegenen Stellen zu sättigen.

Wie als Beispiel in den F i g. 5 und 6 dargestellt, sind am innen gelegenen Teil eines jeden Schenkels am Luftspalt mehrere, dicht beieinanderliegende stromführende Drähte (nach der F i g. 5 zehn Drähte) vorgesehen. Ein Teil eines jeden Drahtes liegt in jedem Schenkel und, wie am besten aus der F i g. 6 zu ersehen ist, beginnt ein jeder solcher Teil an einer am Luftspalt gelegenen Stelle und verläuft durch jeden Schenkel hin und her in einer zum Luftspalt senkrechten Ebene und parallel zur Richtung des Hauptstromflusses. Der Stromfluß und die Richtung des zwei benachbarte Drähte umgebenden Magnetflusses ist in der F i g. 6 datgestellt. Hieraus geht hervor, daß, wenn ein Strom in benachbarten Drähten nach entgegengesetzten Richtungen fließt, das hierbei in jedem Schenkel erzeugte Nettomagnetfeld gleich Null ist, soweit der von der Feldspule 82 erzeugte Fluß betroffen ist, jedoch ausreicht, um den Eisenkern in der Nähe des Luftspaltes zu sättigen, wenn alle Drähte zugleich mit Strom versorgt werden. Es kann ohne Schwierigkeiten gezeigt werden, daß die Bedingungen für eine Sättigung erfüllt werden können, wenn für den Kern Transformatorstahl und für die Matrizendrähte Nb 25 % Zr verwendet wird. Fließt in jedem der Matrizendrähte in jedem Schenkel des Eisenkerns ein Strom, der ausreicht, um die die Matrizendrähte enthaltenden Teile des Eisenkerns zu sättigen, so ist leicht einzusehen, daß für alle praktischen Zwecke verhindert werden kann, daß die von der Feldspule 82 erzeugten Magnetflußlinien durch den Luftspalt verlaufen. Wird jedoch die Stromversorgung für die in derselben Ebene liegenden Teile eines Matrizendrahtes unterbrochen, so wird der an diese beiden besonderen Teile angrenzende Bezirk nicht mehr gesättigt, weshalb die von der Feldspule erzeugten Magnetflußlinien konzentriert einen verhältnismäßig kleinen Bezirk des Lüftspaltes zwischen den vorgenannten Teilen des Drahtes durchziehen. Wird weiterhin nunmehr die Stromversorgung eines angrenzenden Matrizendrahtes unterbrochen und danach der erstgenannte Matrizendraht wieder mit Ström versorgt, so bewegen sich die ungesättigten Bezirke zu einer neuen Stelle. Hieraus ist zu ersehen, daß zu Beginn entgegengesetzt gelegene ungesättigte Zonen in den Schenkeln des Eisenkerns an der Außenkante 87 des supraleitenden Streifens erzeugt und danach veranlaßt werden können, sich durch die Schenkel des Eisenkerns zur entgegengesetzten Kante 88 des supraleitenden Streifens in der oben beschriebenen Weise zu bewegen. Ein solcher Zustand ist in der F i g. 5 als Beispiel an einem gegebenen Zeitpunkt während eines Zyklus dargestellt. Die von den unterbrochenen Linien 102 a, 102 b, 103 a und 103 b eingeschlossenen Zonen 100 a, 100 b, 101a und 101 b bezeichnen gesättigte Zonen in den Schenkeln des Eisenkerns. Die entgegengesetzt gelegenen ungesättigten Zonen zwischen den entgegengesetzt gelegenen Zonen lOOa-lOla und 100 b-101b sind mit 104 bzw. 105 bezeichnet.

Es wird nun auf die F i g. 7 verwiesen, die eine Möglichkeit zeigt, eine sich bewegende ungesättigte Zone in dem in der F i g. 5 dargestellten Eisenkern zu erzeugen. Die im Schenkel 83 gelegenen Teile der Matrizendrähte sind mit 92 a bis 92/, und die im Schenkel 84 gelegenen Teile der Matrizendrähte sind mit 93 a bis 93/ bezeichnet. Wenn gewünscht, können die Teile 94 a bis 94/ der Matrizendrähte zu einem Kabel od. dgl. zusammengefaßt und um die Rückseite des Luftspaltes 85 herumgeführt werden, um das Einsetzen, Herausnehmen oder Verlängern des supraleitenden Streifens 86 zu ermöglichen. Die einen Anschlüsse der in Reihe geschalteten Teile der Matrizendrähte sind abwechselnd über die gemeinsamen Leiter 96 und 97 mit der einen Klemme einer aus einer Batterie 98 bestehenden Stromquelle verbunden, um in benachbarten Drähten den erforderlichen umgekehrten Stromfluß zu erzeugen, während die übrigen Anschlüsse der Matrizendrähte über einen herkömmlichen Drehschrittschalter 99 mit der anderen Klemme der Batterie 98 verbunden sind. Die Pfeile an den Teilen 94 a bis 94/ der Matrizendrähte zeigen die Richtung des Stromflusses in diesen Drähten an. Der Schalter 99 besteht aus einem Drehsehalter, bei dem alle Kontakte normalerweise geschlossen sind, wobei beim Drehen eines Schleifkontaktes der elektrische Stromkreis zu jedem nachfolgenden Kontakt unterbrochen wird, wonach der Stromkreis zum vorhergehenden Kontakt, der zuvor offen war, geschlossen wird. Dementsprechend kann eine stabile normale Zone erzeugt und veranlaßt werden, sich gänzlich über den supraleitenden Streifen hinweg zu bewegen. Dies wird in der folgenden Weise bewirkt.

Wird die Feldspule erregt und erhalten alle Matrizendrähte Strom, so wird der Stromkreis für die Teile 92a und 93 a des ersten Matrizendrahtes unterbrochen. Hierdurch können die von der Feldspule erzeugten Flußlinien zur Kante 87 des supraleitenden Streifens 86 geführt werden und versetzen diesen an dieser Stelle in den Normalzustand. Die Feldspule 82 erzeugt im Eisenkern 81 Flußlinien, die ausreichen, um in dem im Luftspalt 85 befindlichen supraleitenden Streifen Ströme mit der kritischen Stromdichte zu induzieren (wobei eine stabile normale Zone erzeugt wird), die jedoch nicht ausreichen, um die vorgenannten ungesättigten Teile der Schenkel des Eisenkerns zu sättigen. Wird der Teil des supraleitenden Streifens, der der Einwirkung des durch das verhältnismäßig kleine Volumen der ungesättigten Teile des Eisenkerns an den Teilen 92 α und 93 α konzentrierten Magnetfeldes ausgesetzt ist, in den Normalzustand versetzt, so durchdringen die Magnetflußlinien den supraleitenden Streifen 86 an dieser Stelle. Der zu den nächstfolgenden Teilen 92 b und 93 b führende Stromkreis wird nunmehr unterbrochen, während nach einer kurzen Verzögerung der zu den Teilen 92 a und 93 a führende Stromkreis geschlossen wird. Infolgedessen wird die die Flußlinien enthaltende stabile normale Zone veranlaßt, sich von der Kante 87 aus zur Kante 88 des supraleitenden Streifens zu einer neuen Stelle zwischen den Teilen 92 b und 93 b zu bewegen.

Der oben beschriebene Vorgang wiederholt sich bei allen übrigen Matrizendrähten mit der Folge, daß die stabile normale Zone sich gänzlich über den supraleitenden Streifen hinweg von der Kante 87 zur Kante 88 bewegt und im supraleitenden Stromkreis einen schwachen Dauerstrom induziert. Nachdem der

zum letzten Matrizendraht (Teile 92/ und 93 k) führende Stromkreis unterbrochen worden ist, wird der zum ersten Matrizendraht (Teile 92 α und 93 a) führende Stromkreis wieder unterbrochen und der Zyklus wiederholt, bis im supraleitenden Stromkreis ein Dauer- oder Hauptstrom mit der gewünschten Stärke induziert worden ist.

Es wird nunmehr auf die F i g. 8 und 9 verwiesen, die eine Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung zeigen, bei der Luftkernspulen zum Erzeugen der sich bewegenden normalen Zone benutzt werden. Während bei einem Eisenkern gewisse Beschränkungen wegen der Möglichkeit der Sättigung des Kerns bestehen, so bestehen solche bei Verwendung der nunmehr zu beschreibenden Luftkernspulen nicht. Wie aus der Fig. 8 zu ersehen ist, ist ein supraleitender Streifen 111 zwischen zwei Gruppen 112 und 113 von stromführenden Spulen angeordnet, die mit \\2a-l\2y bzw. mit 113a-113y bezeichnet sind, und für die vorzugsweise ein supraleitender Draht verwendet wird. Die Halte- und Tragmittel für die Spulen und den supraleitenden Streifen können aus jeder herkömmlichen Ausführung bestehen und sind der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt. Alle Spulen einer jeden Gruppe sind koaxial zu einer besonderen Achse angeordnet, die parallel zu den Hauptseiten 114 und 115 des supraleitenden Streifens 111 und senkrecht zur Richtung des Hauptstromflusses im Streifen verlaufen. Beide Achsen liegen vorzugsweise in einer einzelnen, zu den Hauptseiten des supraleitenden Streifens senkrecht verlaufenden Ebene. Wie aus der Fig. 8 zu ersehen ist, grenzt jede Gruppe der stromführenden Spulen an eine der Hauptseiten des supraleitenden Streifens an (und zwar die Spulen 112a-112> > an die Hauptseite 114 und die Spulen 113a-113y an die Hauptseite 115) und verlaufen darüber hinweg bis mindestens zu den entgegengesetzten Kanten 116 und 117 der Hauptseiten. Der Spulendraht wird vorzugsweise isoliert, so daß die Spulen auf dem supraleitenden Streifen ruhen können.

Die Spulen jeder Gruppe stehen gesondert über allgemein mit 118 bezeichnete Schaltmittel mit einer Stromquelle in Verbindung, die die Spulen mit Strom versorgt mit der Folge, daß der von diesen Spulen erzeugte Magnetfluß sich gänzlich über den supraleitenden Streifen 111 hinweg bewegt. Es wird nunmehr darauf hingewiesen, daß die Teile der Spulen jeder Gruppe, die an den supraleitenden Streifen 111 angrenzen, die Bezirke oder Zonen 121 und 122 bilden, in denen in einem gegebenen Zeitpunkt ein Strom mit einer gegebenen Größe in einer gegebenen Richtung fließen kann. Die Stromdichte in den Bezirken 121 und 122 ist nur bei dieser Ausführungsform der Erfindung wesentlich. Die Stromdichte in den vorgenannten Bezirken 121 und 122 an den Hauptseiten 114 und 115 des supraleitenden Streifens 111 weist nur zu Beginn (oder am Ende) eines Zyklus eine Richtung auf, wie durch die Pfeile 123 und 124 angedeutet wird. Dementsprechend weist der den Spulen zugeführte Strom eine Stromdichte mit einer vorherbestimmten Größe und Richtung in den Bezirken 121 und 122 auf, die von den diese Spulen bildenden Leiter besetzt werden. Um die Erläuterung der Arbeitsweise der in der F i g. 8 dargestellten Ausführungsform der Erfindung zu erleichtern, sind X-, Y-, und Z-Achsen dargestellt. Die Größe der Stromdichte in den Bezirken 121 und 122 wird im wesentlichen von der oder den Stromquellen bestimmt. Wie bereits bemerkt, weist die Stromdichte in beiden Bezirken an allen Stellen nur in einem gegebenen Zeitpunkt eine Richtung auf. Hierdurch werden Magnetflußlinien 125 erzeugt, die den supraleitenden Streif en umgeben, wie dargestellt. Werden diese Flußlinien nun veranlaßt, auf die Hauptseiten 114 und 115 des supraleitenden Streifens einzuwirken, wie bei 125 a und 125 b dargestellt, anstatt den Streifen lediglich

ίο zu umgeben, so wird im supraleitenden Streifen 111 ein örtlicher Stromfluß induziert. Dementsprechend kann die Stromdichte in einem oder mehreren Bezirken am supraleitenden Streifen benutzt werden, um eine Stromdichte im Streifen auf örtlicher Basis zu induzieren. Da der Querschnitt des supraleitenden Streifens 111 ziemlich klein bemessen werden kann im Vergleich zum Querschnitt des oder der Bezirke 121 und 122, die ziemlich groß bemessen werden können, so kann im supraleitenden Streifen ohne Schwierigkeit die kritische Stromdichte induziert werden. Daher wird der Querschnitt des supraleitenden Streifens und/oder der Querschnitt der Spulen am supraleitenden Streifen so gewählt, daß im supraleitenden Streifen eine kritische Stromdichte erzeugt wird. Wird die Größe der Stelle des Einwirkens der Magnetflußlinien auf den supraleitenden Streifen begrenzt und veranlaßt, sich zu bewegen, so kann im supraleitenden Streifen eine stabile normale Zone 127 erzeugt und veranlaßt werden, sich über den Streifen hinweg zu bewegen. Kurz gesagt, es werden Magnetflußlinien zur Einwirkung auf den supraleitenden Streifen gebracht, und es wird die Einwirkungssteüe dadurch verändert, daß der Reihe nach der Stromfluß in gegenüberliegenden Spulenpaaren (von denen je eine Spule zu einer der Spulengruppen gehört, z.B. die Spulen 112 a und 113 a) von der einen Kante zur entgegengesetzten Kante des supraleitenden Streifens umgekehrt wird. Auch in diesem Falle ist festzustellen, daß die am weitesten außen gelegenen Spulen (die Spulen 112α-113α und 112;y-113;y) sich nach außen über die Kanten 116 und 117 des supraleitenden Streifens 111 hinaus erstrecken. Die Abmessung jeder Spule in der Y-Richtung wird genügend klein bemessen im Vergleich zu der Abmessung des supraleitenden Streifens in derselben Richtung (in der Richtung der Breite), um die Bewegung der stabilen normalen Zone 127 über den Streifen hinweg so konstant zu halten, wie es eben möglich ist.

Aus der Fig. 9 ist zu ersehen, daß parallel zu jeder Spule ein aus einem Widerstand bestehender normaler Pfad vorgesehen ist (in der F i g. 8 nicht dargestellt), um die Umkehrung des Stromflusses in jeder

Spule zu erleichtern. Das Verhältnis -ψ (wobei L die Induktanz jeder Spule und R der Widerstandswert des zu dieser Spule parallelgeschalteten Widerstandes ist) muß größer sein als die Zeit, die zum Betätigen des jeder Spule zugeordneten Schalters erforderlich ist, und kleiner als die Zeit, die zwischen der Betätigung des einen Schalters und des nächstfolgenden Schalters verstreicht, wie später noch erläutert wird. Hierdurch wird gesichert, daß der Strom in einer gegebenen Spule seine Richtung umkehrt, bevor der Schalter, der der nächstfolgenden oder benachbarten Spule zugeordnet ist in jeder Gruppe betätigt wird, um die Umkehrung des Stromflusses in diesen Spulen zu ermöglichen. Wäre dies nicht der Fall, dann könnte die für die Umkehrung des Stromflusses in

jeder Spule erforderliche Zeit so groß werden, daß im Grenzfall die Ströme in allen Spulen ihre Richtung gleichzeitig umkehren wurden, so daß die Einrichtung den beabsichtigten Zweck nicht erfüllen kann.

Wie in der F i g. 9 dargestellt, steht das eine Ende einer jeden Spule über einen gemeinsamen Leiter 141 mit den entgegengesetzten Klemmen von zwei Stromquellen in Form von Batterien 142 und 143 in Verbindung. Zwei Batterien ermöglichen durch Umpolung zusammen mit den Schaltmitteln 118 die Umkehrung des Stromflusses in den Spulen. Die übrigen Klemmen der Batterien stehen gesondert über die gemeinsamen Leiter 144 und 145 mit den Anschlüssen b und α der Schalter 146 bis 171 in Verbindung, wobei für je zwei Spulen ein Schalter vorgesehen ist, wie in der Fig. 8 dargestellt. Jeder Schalter weist zwei, mit α und b bezeichnete Kontakte und einen mit c bezeichneten Schaltarm auf, der in der herkömmlichen Weise betätigt, z. B. durch Nockenscheiben (nicht dargestellt) werden kann. Der Schaltarm c eines jeden Schalters steht mit einem der übrigen Anschlüsse der Spulen in Verbindung. Zwecks besserer Übersichtlichkeit ist in der F i g. 9 nur die Schaltung der Spulen 112a-112y und der Widerstände 140 a-140 y und deren Anschlüsse dargestellt, während die Spulen 113 a-113y der zweiten Gruppe zu den in der F i g. 9 dargestellten Spulen entsprechend geschaltet sind, so daß in den Bezirken oder Zonen 121 und 122 der geeignete Stromfluß erzeugt werden kann. Stehen alle Schalter in derselben Schaltstellung, z.B. in der in der Fig. 9 dargestellten, so ist leicht einzusehen, daß der Strom durch alle Spulen in derselben Richtung fließt, und daß bei einer Umschaltung des Schaltarmes in die Stellung b die Richtung des Stromflusses in je zwei gegenüberstehenden Spulen umgekehrt und dabei die Polarität der Stromdichte / in dem oder den an den supraleitenden Streifen angrenzenden Bezirken geändert wird.

Die Fig. 10a bis 1Oi zeigen die Veränderungen der Stromdichte / längs der F-Achse in jedem Bezirk oder Zone bei Betätigung der allen Spulen zugeordneten Schaltern. Es sei z. B. angenommen, daß im Zeitpunkt t₀ die Stromdichte innerhalb der Zone negativ und konstant ist, d. h., der Strom fließt in den Bezirken 121 und 122 an allen Stellen in derselben Richtung, und jede Spule weist dieselbe Anzahl von Amperewindungen auf. Dieser Zustand ist in der Schaltarmes, z.B. 146 c, im Zeitzeit t_v wobei der Stromfluß in der ersten Spule(n) (Spulen 112 a und 113 a) seine Richtung umkehrt, weist der Strom die in der Fig. 10 b dargestellte Dichte längs der F-Achse auf (in der Breitenabmessung des supraleitenden Streifens). Fm Zeitpunkt t.„ nach Betätigung des Schaltarmes 147c, weist der Strom die in der Fig. 10c dargestellte Dichte auf. Werden die Schalter der Reihe nach betätigt, so wird die Polarität der Stromdichte längs der F-Achse allmählich umgekehrt, bis sie im Zeitpunkt t. denselben Wert aufweist wie im Zeitpunkt f₍₎, jedoch längs der F-Achse die entgegengesetzte Polarität. Im Zeitpunkt t. sind alle Schalter betätigt und z. B. vom Kontakt α auf den Kontakt b umgeschaltet worden. Werden alle Schalter gleichzeitig betätigt und vom Kontakt b auf den Kontakt a umgeschaltet, wie in der Fig. 9 mit Vollinien dargestellt, so verändert sich die Polarität der Stromdichte längs der F-Achse im wesentlichen, wie in den Fig. 1Of bis 1Oi dargestellt, bis im Zeitpunkt /₈ der Wert und die Polarität der Stromdichte gleich denen im Zeitpunkt t₀ ist. In diesem Zeitpunkt wird der Zyklus wiederholt.

Die Umkehrung des Stromflusses in den Spulen der Reihe nach bewirkt, daß mindestens ein Teil der Magnetflußlinien 125, die zu Beginn um den supraleitenden Streifen 111 (Fig. 8) herum verliefen, nunmehr den supraleitenden Streifen 111 z. B. am Punkt 172 durchdringen, an welcher Stelle der Strom in jeder Gruppe von Spulen nach entgegengesetzten Richtungen fließt. Bei Annahme, daß die ersten zehn Schalter 146 bis 155 betätigt worden sind (F i g. 8), fließt der Strom in den ersten zehn Spulen 112a bis 112/ und 113a bis 113/ in der einen Richtung und in den übrigen Spulen 112 k bis 112y und 113£ bis 113y in der entgegengesetzten Richtung. Die Konzentration der Magnetflußlinien an der Stelle 172, z. B. sozusagen an der Stelle der Umkehrung der Polarität der Stromdichte (Fig. 10b bis 1Oe), induziert eine kritische Stromdichte 126 im supraleitenden Streifen 111, wobei eine stabile normale Zone 127 erzeugt wird, deren Bewegungsgeschwindigkeit im wesentlichen von der Geschwindigkeit bestimmt wird, mit der die Schalter betätigt werden. Die F i g. 8 zeigt eine stabile normale Zone 127 zwischen den Kanten 116 und 117 des supraleitenden Streifens.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

209550/368

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Erzeugen eines Stromes in einem supraleitenden Stromkreis, der eine Platte aus supraleitendem Material enthält, die an zwei gegenüberliegenden, ersten Kanten mit Anschlüssen für den Stromkreis versehen ist und die zwischen den anderen, zweiten Kanten solche Abmessungen aufweist, daß ein die Platte durchsetzender, normalleitender Bereich den Strom nicht wesentlich beeinflußt, welche Einrichtung eine Vorrichtung aufweist, die an einer der zweiten Kanten der Platte ein Magnetfeld von solcher Stärke erzeugt, daß ein normalleitender Bereich und ein die Platte durchsetzender magnetischer Fluß entstehen, und die den normalleitenden Bereich mit dem magnetischen Fluß zu der gegenüberliegenden Kante bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Anzahl von Elementen, die beim Anschluß an Spannungsquellen magnetische Felder erzeugen, in einer reihenförmigen, von der einen bis zu der anderen Kante der Platte reichenden Anordnung aufweist und außerdem mit einer Schaltvorrichtung versehen ist, welche die Elemente in derartiger Reihenfolge mit den Spannungsquellen verbindet, daß unter der Wirkung des resultierenden Magnetfeldes an einer der zweiten Kanten der Platte der normalleitende Bereich und der die Platte durchsetzende magnetische Fluß entstehen und daß dieser Bereich schrittweise über die Platte hinwegwandert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Elektromagneten mit einem Eisenkern (23) und einem Luftspalt (22) zur Aufnahme der supraleitenden Platte (21) aufweist, daß der eine Pol des Elektromagneten in eine Anzahl von fingerartigen Teilpolen (27 bis 32) mit je einer Feldspule (33 bis 38) aufgespalten ist und daß die Schalteinrichtung (54) den zu jeder folgenden Feldspule führenden Stromkreis schließt, bevor der zur vorhergehenden Feldspule führende Stromkreis unterbrochen wird (Fig. 2).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Elektromagneten mit einem zweischenkligen Eisenkern (81), einem Luftspalt (85) zur Aufnahme der supraleitenden Platte (86), einer dauernd vom Strom durchflossenen Feldspule (82) und einer in der Nähe der Pole in den Schenkeln (83, 84) angeordneten Matrix (91) aus stromführenden Drähten, welche eine magnetische Sättigung der Pole bewirken können, aufweist und daß die Schaltvorrichtung (99) bestimmte Drähte der Matrix von ihren Spannungsquellen abtrennt, so daß an den entsprechenden Stellen der Pole die magnetische Sättigung aufgehoben ist und der von der Feldspule (82) erzeugte magnetische Fluß zu der supraleitenden Platte (86) gelangt (F i g. 5 bis 7).

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten (114,115) der supraleitenden Platte (111) je eine Gruppe (112, 113) von stromführenden Spulen (112a-112y; 113 a-113 y) koaxial zu einer besonderen, parallel zu der Platte (111) und senkrecht zur Hauptrichtung des Stromes im supraleitenden Stromkreis verlaufenden Achse angeordnet ist und daß die Schaltvorrichtung (118), mit den Spulen an der einen Kante der Platte beginnend, die Stromrichtung in symmetrisch zur Platte (111) angeordneten Spulen (112a, 113«; 112i>, 113b; . . .) der Reihe nach umkehrt (F i g. 8 und 9).