DE1464774C - Einrichtung zum Erzeugen eines Stromes in einem supraleitenden Strom kreis - 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 wescntlieh 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 »normak-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 Iiängen 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 Kraft-Ruß 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

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vorzusehen, in dem ein stabiler, einen Widerstand Platte reichenden Anordnung aufweist und außerdem

aufweisender und von magnetischem Fluß zu durch- mit einer Schaltvorrichtung versehen ist, welche die

setzender Bereich eingeführt ist, ohne den herrschen- Elemente in derartiger Reihenfolge mit den Span-

den Stromfluß in dem supraleitenden Element zu be- nungsquellen verbindet, daß unter der Wirkung des

einflussen. 5 resultierenden Magnetfeldes an einer der zweiten

So ist z. B. aus der Literatur (Physics Letters, Kanten der Platte der normalleitende Bereich und

Bd. 2, Nr. 5, 1. Oktober 1962, S. 257 bis 259) be- der die Platte durchsetzende magnetische Fluß ent-

kannt, bei einem aus einer Platte, die aus supraleiter stehen und daß dieser Bereich schrittweise über die

dem Material besteht, und aus einer Spule, die mit Platte hinwegwandert.

ihren Anschlußleitern mit der Platte zur Erzeugung io Bei einer Ausgestaltung der Einrichtung nach der

eines Stromes in letzterer verbunden ist, bestehenden Erfindung weist die Vorrichtung einen Elektromagne-

Stromkreis einen kleinen Bereich mit normalen ten mit einem Eisenkern und einem Luftspalt zur

Eigenschaften innerhalb der Grenzen der Platte zu er- Aufnahme der supraleitenden Platte auf, ist der eine

zeugen, indem ein überkritisches, durch einen Per- Pol des Elektromagneten in eine Anzahl von finger-

manentmagneten hervorgerufenes Magnetfeld an der 15 artigen Teilpolen mit je einer Feldspule aufgespalten

Platte angelegt wird, wenn die Platte auf eine Tem- und schließt die Schalteinrichtung den zu jeder fol-

peratur unterhalb des kritischen Wertes abgekühlt genden Feldspule führenden Stromkreis, bevor der

wird. Dies ist notwendig, da innerhalb der Grenzen zur vorhergehenden Feldspule führende Stromkreis

einer bereits supraleitenden Platte wegen des unterbrochen ist.

Meissner-Ochsenfeld-Effektes durch Anlegen eines 20 Bei einer anderen Ausgestaltung der Einrichtung Magnetfeldes ein normalleitender Bereich nicht ge- nach der Erfindung kann die Vorrichtung einen bildet werden kann. Der angelegte Fluß wird dann Elektromagneten mit einem zweischenkligen Eisenzusammen mit dem normalleitenden Bereich durch kern, einem Luftspalt zur Aufnahme der supraleiten-Bewegen des Magneten über eine kreisförmige Bahn, den Platte, einer dauernd vom Strom durchflossenen die ganz innerhalb der Platte verläuft, bewegt, wobei 25 Feldspule und einer in der Nähe der Pole in den die Bahn auch zwischen den Anschlußpunkten mit Schenkeln angeordneten Matrix aus stromführenden der Platte liegt. Drähten, welche eine magnetische Sättigung der Pole

Weiterhin ist eine Einrichtung der eingangs er- bewirken können, aufweisen und kann die Schaltwähnten Art vorgeschlagen worden (deutsche Offen- einrichtung bestimmte Drähte der Matrix abtrennen, legungsschrift 1 464 322), bei der die Stromleiter mit 30 so daß an den entsprechenden Stellen der Pole die zwei verschiedenen Punkten einer Platte aus supra- magnetische Sättigung aufgehoben ist und der von leitendem Material verbunden sind und bei der der Feldspule erzeugte magnetische Fluß zu der unterhalb der Platte ein von einem Motor oder von supraleitenden Platte gelangt.

Hand aus um eine Welle in Umlauf versetzbarer Eine weitere Ausgestaltung der Einrichtung nach

Magnet vorgesehen ist, der ein nach Herstellung 35 der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zu bei-

einer unterhalb dem kritischen Wert liegenden Tem- den Seiten der supraleitenden Platte je eine Gruppe

peratur über sich in der Platte erzeugtes »Meissner«- von stromführenden Spulen koaxial zu einer beson-

Gebiet durch Drehung seiner Welle eine Kreisbahn deren, parallel zu der Platte und senkrecht zur Haupt-

um eine der Anschlußstellen beschreiben läßt. Die richtung des Stroms im supraleitenden Stromkreis

beschriebene Bahn braucht nicht unbedingt eine 40 verlaufenden Achse angeordnet ist und daß die

Kreisbahn zu sein, vielmehr kann sich das Gebiet aus Schaltvorrichtung mit den Spulen an der einen Kante

normalleitendem Material auch zwischen zwei gegen- der Platte beginnend, die Stromrichtung in symme-

überliegenden Kanten einer Platte aus supraleitendem trisch zur Platte angeordneten Spulen der Reihe nach

Material, an deren anderen beiden Kanten die An- umkehrt.

schlußpunkte für die Stromleiter liegen, hin- und her- 45 Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen ins-

bewegen, wobei fortwährend durch die Platte eine besondere darin, daß bewegliche Teile zu der Erzeu-

supraleitende Verbindung zwischen den beiden An- gung des gewünschten Stroms in einem supraleiten-

schlußpunkten bestehen bleibt und wobei bei der Be- den Stromkreis nicht erforderlich sind, daß die

wegung in einer bestimmten Richtung der Kraftfiuß spezielle Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrich-

immer die gleiche Polarität hat, während bei der ent- 5° tung die Erregung supraleitender Magnete mit einer

gegengesetzten Bewegung der Kraftfluß die entgegen- niedrigen Induktanz sowie mit einer hohen Induktanz

gesetzte Polarität hat. erleichtert, da deren Eingangsimpedanz vollständig

Die bekannten Einrichtungen erweisen sich da- unabhängig ist von der Induktanz des supraleitenden

durch als nachteilig, daß zur Erzeugung eines Stroms Magneten, der erregt wird, und schließlich ergeben

in dem supraleitenden Stromkreis stets bewegliche 55 sich bei der erfindungsgemäßen Einrichtung keine

Teile, wie etwa auf Wellen gelagerte Magnete, zum Leistungsbeschränkungen bei der Einspeisung von

Bewegen des normalleitenden Bereiches mit dem Energie in den supraleitenden Stromkreis,

magnetischen Ruß in der gewünschten Weise erfor- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an

derlich sind. Hand der Zeichnung beschrieben. In letzterer ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 60 Fig. 1 eine Darstellung einer supraleitenden

Einrichtung zur Erzeugung von Strom in einem Schleife zwecks Erläuterung der Wirkungsweise der

supraleitenden Stromkreis der eingangs erwähnten Einrichtung nach der Erfindung,

Art zu schaffen, die keine bewegten Teile benötigt. Fig. 2 eine Darstellung einer Ausführungsform

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- einer Einrichtung nach der Erfindung zum Erzeugen

löst, daß die Vorrichtung eine Anzahl von Elemen- 65 eines elektrischen Stromes in einem geschlossenen

ten, die beim Anschluß an Spannungsquellen magne- supraleitenden Stromkreis,

tische Felder erzeugen, in einer reihenförmigen, von F i g. 3 eine Darstellung einer nicht zur Erfindung

der einen bis zu der anderen zweiten Kante der 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, brochen 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

Fig. 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-

F i g. 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 F i g. 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 30 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, wo- * einer 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- 6° 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

Fi g. 2 dargestellt, ist im Luftspalt 22 eines aus Eisenblechen zusammengesetzten Kerns 23 eine Platte oder ein Streifen 21 aus einem supraleitenden Material, z.B. aus Nb-25%Zr (eine Niobium-Zirkonium-Legierung) angeordnet. Die einzelnen Bleche des Kerns sind der besseren Übersicht halber nicht dargestellt. Der aus Blechen zusammengesetzte Eisenkern 23 weist einen langgestreckten Polschuh 24, ein Joch 25, einen oberen mit Abstand parallel zum Polschuh 24 verlaufenden Schenkel 26 und mehrere getrennte herabhängende fingerartige Teile 27 bis 32 auf, von denen sechs Teile dargestellt sind, die die elektrischen Feldspulen 33 bis 38 tragen. Die herabhängenden Teile 27 bis 32 sind Teilpole des Elektromagneten und enden kurz vor dem Polschuh 24 und bilden den vorgenannten Luftspalt 22 (tatsächlich mehrere Luftspalte), wobei die Entfernung voneinander so bemessen ist, daß das im Luftspalt 22 von jeder Feldspule 33 bis 38 bzw. jedem Teilpol erzeugte Magnetfeld einen Teil der Zone umfaßt, die von dem durch das von einer benachbarten Feldspule bzw. Teilpol erzeugten Magnetfeld eingeschlossen wird. Die Feldspulen 33 bis 38 auf den Teilpolen sind im wesentlichen einander gleich in bezug auf den Wicklungssinn, die Anzahl der Windungen und den Widerstand, d. h. jede Spule weist im wesentlichen die gleiche Anzahl von Amperewindungen auf, wenn die Spulen an dieselbe Stromquelle angeschlossen werden. Der erste und der letzte Teilpol 27 bzw. 32 liegt mindestens in der Nähe der Kanten 41 und 42 des supraleitenden Streifens 21. Der Polschuh und die Teilpole sind zugespitzt, um die Magnetflußlinien im Luftspalt zu konzentrieren. Die Endteile 43 und 44 eines fortlaufenden supraleitenden Drahtes 45, der eine auf einen Spulenkörper 50 aufgewickelte Spule 46 bildet, sind z. B. durch Punktschweißung mit den Kanten 47 und 48 des supraleitenden Streifens elektrisch verbunden, die vom Eisenkern die größte Entfernung aufweisen, wobei ein in dem den Streifen 21 und die supraleitende Spule 46 umfassenden supraleitenden Stromkreis fließender oder induzierter Dauerstrom durch den Streifen 21 in einer Richtung fließt, die quer zu einer Ebene verläuft, die sich durch alle Teilpole des Eisenkerns hindurch erstreckt. Die den Eisenkern 23 und den als Ganzes mit 51 bezeichneten supraleitenden Stromkreis umschließende unterbrochene Linie 49 soll eine supraleitende Umgebung andeuten, z. B. ein flüssiges Helium enthaltendes Isoliergefäß. Die einander entsprechenden Anschlüsse aller Feldspulen stehen über einen gemeinsamen Leiter 52 mit dem einen Anschluß einer durch die Batterie 53 dargestellten Stromquelle in Verbindung, während die übrigen Anschlüsse der Feldspulen mit dem anderen Anschluß der Batterie 53 in Verbindung stehen, und zwar über einen herkömmlichen Drehschrittschalter 54, wobei, wenn der Schleifarm des Schrittschalters gedreht wird, die Feldspulen 33 bis 38 der Reihe nach, z. B. nach der F i g. 2 von links nach rechts mit Strom versorgt werden. Mit Ausnahme der am weitesten außen liegenden Feldspulen 33 und 38 an den Kanten 41 und 42 des supraleitenden Streifens wird der zu jeder folgenden Feldspule führende Stromkreis geschlossen, bevor der zur vorhergehenden Feldspule führende Stromkreis unterbrochen wird. Bevor der zur ersten Feldspule, beispielsweise 33 führende Stromkreis unterbrochen wird, wird der Stromkreis der nächstfolgenden Feldspule, z. B. 34 geschlossen, bis der Stromkreis zur letzten Feldspule (38) geschlossen wird. Der zur ersten Feldspule (33) führende Stromkreis wird erst wieder geschlossen, nachdem der zur letzten Feldspule (38) führende Stromkreis unterbrochen worden ist. Der Stromkreis der letzten Feldspule wird unterbrochen bevor der zur ersten Feldspule führende Stromkreis geschlossen wird um zuzulassen, daß die stabile normale Zone und die im supraleitenden Streifen von der letzten

ίο Spule erzeugten Magnetflußlinien verschwinden.

Bei einer Einrichtung, die mit Erfolg geprüft wurde und die im wesentlichen der in der F ig. 2 dargestellten Einrichtung gleicht, bestand der Kern aus Transformatorblechen mit einer Stärke von 0,1 mm. Jede der Feldspulen des Kerns bestand aus 200 Windungen Niobiumdraht mit einem Durchmesser von 0,1 mm und wies eine Durchflutung von ungefähr 200 Amperewindungen auf. Der supraleitende Streifen bestand aus Nb-25%Zr. Die Abmessungen des Streifens betrugen ungefähr 0,05 · 25,4 · 50,8 Millimeter. Die Spule des supraleitenden Magneten bestand aus 600 Windungen Nb-25°/oZr-Draht mit einem Durchmesser von 0,5 mm, der auf einen Spulenkörper mit den Abmessungen 12,7-25,4 mm aufgewickelt war.

Die Spulen auf dem Kern wurden in der oben beschriebenen Weise nacheinander mit einer Grundperiode im Bereich von 0,3 bis 1,0 Sekunden mit Strom versorgt. Es waren ungefähr 136 Minuten erforderlich, um ein Magnetfeld mit einer Stärke von 4000 Gauß in der Mitte der Spule und einen Daueroder Hauptstrom von ungefähr 20 Ampere zu erzeugen, bevor der kritische Punkt erreicht war. Der Abstand des supraleitenden Magneten vom Kern betrug weniger als 50,8 mm.

Es ist eine durch den plattenförmigen Streifen 21 führende stabile normale Zone vorgesehen, die in der folgenden Weise veranlaßt wird, sich quer über den Streifen zu bewegen. Die aufeinanderfolgende Erregung der Spulen 33 bis 38 mit Hilfe des Drehschalters 54 bewirkt, daß quer über den Streifen hinweg ein Magnetfeld bewegt wird. Das sich bewegende Magnetfeld induziert in dem der Einwirkung des Magnetfeldes ausgesetzten Teil des Streifens örtliche Ströme mit einer Dichte, die die kritische Stromdichte des Streifens übersteigt. Dementsprechend wird nur der Teil des im Luftspalt befindlichen Streifens, der der Einwirkung des kurzzeitigen Magnetfeldes ausgesetzt ist, in den normalen Zustand versetzt, wobei eine normale Zone geschaffen wird, die eine vorherbestimmte und im wesentlichen konstante Größe aufweist (d. h. die normale Zone ist stabil), und deren Ausdehnung nicht so groß ist, daß der Fluß des Hauptstromes im Streifen verhindert wird.

Bei der Erzeugung der stabilen normalen Zone am Umfang oder an der Kante 41 des Streifens, durchziehen Magnetflußlinien den Streifen in der stabilen normalen Zone. Die fortschreitende Bewegung der stabilen normalen Zone in Richtung zum Innenrand oder der Kante 42 des Streifens infolge der schrittweisen Stromversorgung der Spulen 33 bis 38 bewirkt, daß die Magnetflußlinien sich mit der normalen Zone bewegen, bis der Innenrand oder die Kante 42 des Streifens erreicht ist. In diesem Zeitpunkt sind die Stromkreise aller Feldspulen 33 bis 38 geöffnet. Wenn die Magnetflußlinien, die nunmehr in den Bezirk eingeführt worden sind, der von der supraleitenden Schleife mit der Platte 21 und der Spule 46

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umschlossen wird, zu schwinden suchen, weil die kerns 62, der in der Mitte eitle öffnung und am

Stromkreise der Feldspulen 33 bis 38 sämtlich offen anderen Schenkel einen Luftspalt 63 zur Aufnahme

sind, so wird durch das Schwinden dieser Magnet- einer supraleitenden Platte 64 aufweist. Die Stfotn-

flußlinien im supraleitenden Stromkreis 51 ein Dauer- quelle für die Feldspule 61 wird durch die Batterie

strom induziert, der mindestens ein Teil des Feldes 5 65 dargestellt. Die Amperewifidüngen der Feldspule

aufrechterhält, so daß die in die supraleitende Schleife 64 müssen ausreichen, um in der supraleitenden

eingeführten und diese durchsetzenden Flußlinien Platte 64 örtliche Ströme induzieren zu können, deren

»eingefangen« werden. Dementsprechend wird der Dichte größer ist als die kritische Stromdichte der

die supraleitende Schleife durchsetzende Nettofluß supraleitenden Platte 64. Dies gilt natürlich auch für

und damit der in der Schleife fließende Hauptstrom io die in der F i g. 2 dargestellten Feldspulen 33 bis 38.

jedesmal verstärkt, wenn die stabile normale Zone Die Bewegung des Eisenkerns 62 in bezug auf die

von der Kante 41 aus zur Kante 42 des Streifens be- supraleitende Platte 64 ist durch den zweispitzigen

wegt wird. Bei jeder Wiederholung des oben be- Pfeil 66 angedeutet.

schriebenen Vorganges wird die Stärke des Dauer- Die Anordnung nach F i g. 3 ist einer bereits früher stromes im supraleitenden Kreis erhöht, bis die 15 vorgeschlagenen Anordnung äquivalent; sie ist hier Grenze der kritischen Stromdichte erreicht ist. Bei nur zum Zweck der weiteren Erläuterung der Wir-Erreichen der kritischen Stromdichte wird der supra- kungsweise der Einrichtung nach der Erfindung anleitende Kreis 51 natürlich in den Normalzustand geführt.

versetzt, und der zuvor induzierte Strom wird in Wenn gewünscht, kann dem von der Einrichtung

Form von I²R-Verlust vernichtet. 20 nach der Fig. 2 oder 3 erzeugten konstanten Magnet-

Die in der F i g. 2 dargestellte Einrichtung kann feld ein magnetisches Wechselfeld überlagert Werden, außer zum Induzieren eines Stromes mit vorher- um die Herstellung und Aufrechterhaltung der stabestimmter Stärke in der supraleitenden Spule 46, bilen normalen Zone durch Induzieren von Wirbelwobei diese erregt oder in Betrieb gesetzt wird, auch strömen in einem normalen Metall zu erleichtern, benutzt werden, um die supraleitende Spule zu ent- 25 wobei in der Nähe des supraleitenden Materials erregen, wenn die Einrichtung nach dem Dauermodus Wärme erzeugt und dessen kritische Stromdichte verbetrieben wird. Zum Außerbetriebsetzen kann die mindert wird.

stabile normale Zone an der inneren Kante 42 des Die F i g. 4 zeigt zwei elektrisch leitende, normale

Streifens 21 erzeugt und zur Außenkante 41 bewegt und nichtmagnetische Streifen 71 und 72 z. B. aus

werden, z. B. dadurch, daß der Drehschalter 54 im 30 Kupfer, die von der Platte aus supraleitendem Ma-

umgekehrten Sinne betrieben wird. Ebenso kann auch terial 73 getragen werden und die Herstellung der

die Richtung der Magnetflußlinien umgekehrt werden, stabilen normalen Zone erleichtern. Die Kupfer-

z. B. durch Umpolen der Batterieanschlüsse. streifen 71 und 72 sind an den entgegengesetzten

Die Erregung eines geschlossenen supraleitenden Hauptseiten 74 und 75 der Platte 73 angebracht und Kreises 51 nach der Fig. 2 ist etwas empfindlich auf 35 befinden sich in den vorgenannten Luftspalten. Die die Geschwindigkeit der stabilen normalen Zone. Für in den Kupferstreifen von dem sich bewegenden eine gegebene Geschwindigkeit der stabilen normalen Magnetfeld induzierten Wirbelströme sind von Nutzen Zone besteht anscheinend eine Grenze dafür, bis zu für die Schaffung der stabilen normaleh Zone im welcher Stärke ein Dauerstrom in einem geschlosse- supraleitenden Streifen zwischen diesen Kupfernen supraleitenden Kreis induziert werden kann. Ist 40 streifen.

dieser Höchstwert des Dauerstromes für eine gegebene Es wurde bereits bemerkt, daß eine Sättigung des

Geschwindigkeit der stabilen normalen Zone erreicht, Eisenkerns unerwünscht ist. Obwohl dies im allge-

so bleibt die Fortsetzung der Bewegung der stabilen meinen zutrifft, so kann, wie im folgenden an Hand

normalen Zone mit derselben oder einer größeren einer anderen Ausführungsform der Einrichtung nach

Geschwindigkeit ohne Wirkung. Wird jedoch die Ge- 45 der Erfindung gezeigt wird, eine Teilsättigung eines

schwindigkeit der stabilen normalen Zone vermin- Eisenkerns, um sich bewegende, einen geringen rna-

dert, so wird im supraleitenden Stromkreis erneut ein gnetischen Widerstand aufweisende oder den Fluß

Strom induziert, bis bei diesem Strom die Höchst- leitende Bezirke zu schaffen, mit Vorteil ausgenützt

stärke erreicht ist. Für die Erregung von großen werden, um eine sich bewegende stabile normale

Spulen u. dgl. können daher große Geschwindigkeiten 50 Zone zu erzeugen.

höchst wirksam sein, wenn der Dauerstrom schwach Die Fig. 5 zeigt einen allgemein U-förmigen Eisenist, während allmählich kleiner werdende Geschwin- kern 81 mit einer Feldspule 82, die auf dem Mittelteil digkeiten für Dauerströme benutzt werden, die all- angeordnet ist. Die Schenkel 83 und 84 des Eisenmählich stärker werden. kerris sind in Richtung zueinander verbreitert, wo-

Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, zeigt die 55 durch ein rechteckiger Luftspalt 85 zur Aufnahme F i g. 2 eine Einrichtung, bei der mehrere Feldspulen eines Streifens aus supraleitendem Material 86 geauf einem Eisenkern verwendet werden, deren An- schaffen wird. Der Luftspalt 85 erstreckt sich nach Ordnungsstelle feststeht in bezug auf die supraleitende außen an den beiden Kanten 87 und 88 des Streifens Platte, in der eine sich bewegende stabile Zone ge- aus supraleitendem Material vorbei. Die Feldwickschaffen werden soll. Die F i g. 3 zeigt eine in bezug 60 Jung ist über einen Schalter 89 mit einer aus einer auf die F i g. 2 umgekehrte Anordnung mit einem all- Batterie 90 bestehenden Stromquelle angeschlossen, gemein rechteckigen magnetischen Kreis, der einen Die ah den Luftspalt 85 angrenzenden Teile der Eisenkern mit einer in der Mitte gelegenen öffnung Schenkel 83 und 84 des Eisenkerns werden voh einer und an dem einen Schenkel einen Luftspalt aufweist} als Ganzes mit 91 bezeichneten Matrize strorrifüh- und der in bezug auf eine supraleitende Platte beweg- 65 render, vorzugsweise aus einem supraleitenden Mabar ist, in der ein stabile normale Zone geschaffen terial bestehenden Drähte durchzogen. Wie später werden soll. Wie aus der F i g. 3 zu ersehen ist, um- noch an Hand der F i g. 7 ausführlich beschriebeii gibt eine Feldspule 61 den einen Schenkel eines Eisend wird; wird durch die Matrize stromführender Drähte

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zusammen mit einer Stromquelle und einer geeigneten Es wird nun auf die F i g. 7 verwiesen, die eine

Schalteinrichtung ein sich bewegender ungesättigter Möglichkeit zeigt, eine sich bewegende ungesättigte

Pfad itl deil Schenkeln des Eisenkerns senkrecht zu Zone in dem in der F i g. 5 dargestellten Eisenkern

deri Hauptseiten des supraleitenden Streifens erzeugt. zu erzeugen. Die im Schenkel 83 gelegenen Teile der

Die Matrize der stromführenden Drähte ist so an- 5 Matrizendrähte sind mit 92 a bis 92/, und die im

geordnet und eingerichtet, daß das von der Matrize Schenkel 84 gelegenen Teile der Matrizendrähte sind

erzeugte Nettomagnetfeld Null, jedoch örtlich kräftig mit 93 a bis 93/ bezeichnet. Wenn gewünscht, können

genüg ist, um den Eisenkern an allen am supraleiten- die Teile 94 a bis 94/ der Matrizendrähte zu einem

den Streifen gelegenen Stellen zu sättigen. Kabel od. dgl. zusammengefaßt und um die Rück-

Wie als Beispiel in den Fig. 5 und 6 dargestellt, io seite des Luftspaltes 85 herumgeführt werden, um sind am innen gelegenen Teil eines jeden Schenkels das Einsetzen, Herausnehmen oder Verlängern des am Luftspalt mehrere, dicht beieinanderliegende supraleitenden Streifens 86 zu ermöglichen. Die einen stromführehde Drähte (nach der F i g. 5 zehn Drähte) Anschlüsse der in Reihe geschalteten Teile der Mavorgesehen. Ein Teil eines jeden Drahtes liegt in trizendrähte sind abwechselnd über die gemeinsamen jedem Schenkel und, wie am besten aus der F i g. 6 15 Leiter 96 und 97 mit der einen Klemme einer aus zu ersehen ist, beginnt ein jeder solcher Teil an einer einer Batterie 98 bestehenden Stromquelle verbunden, am Luftspalt gelegenen Stelle und verläuft durch um in benachbarten Drähten den erforderlichen umjeden Schenkel hin und her in einer zum Luftspalt gekehrten Stromfluß zu erzeugen, während die übrigen senkrechten Ebene und parallel zur Richtung des Anschlüsse der Matrizendrähte über einen herkömm-Hauptstromflusses. Der Stromnuß und die Richtung 20 liehen Drehschrittschalter 99 mit der anderen Klemme des zwei benachbarte Drähte umgebenden Magnet- der Batterie 98 verbunden sind. Die Pfeile an den flusses ist in der F i g. 6 dargestellt. Hieraus geht her- Teilen 94 a bis 94/ der Matrizendrähte zeigen die vor, daß, wenn ein Strom in benachbarten Drähten Richtung des Stromflusses in diesen Drähten an. Der nach entgegengesetzten Richtungen fließt, das hierbei Schalter 99 besteht aus einem Drehsehalter, bei dem in jedem Schenkel erzeugte Nettomagnetfeld gleich 25 alle Kontakte normalerweise geschlossen sind, wobei Null ist, soweit der von der Feldspule 82 erzeugte beim Drehen eines Schleifkontaktes der elektrische Fluß betroffen ist, jedoch ausreicht, um den Eisen- Stromkreis zu jedem nachfolgenden Kontakt unterkern in der Nähe des Luftspaltes zu sättigen, wenn brachen wird, wonach der Stromkreis zum vorheralle Drähte zugleich mit Strom versorgt werden. Es gehenden Kontakt, der zuvor offen war, geschlossen kann ohne Schwierigkeiten gezeigt werden, daß die 30 wird. Dementsprechend kann eine stabile normale Bedingungen für eine Sättigung erfüllt werden kön- Zone erzeugt und veranlaßt werden, sich gänzlich nen, wenn für den Kern Transformatorstahl und für über den supraleitenden Streifen hinweg zu bewegen. die Matrizendrähte Nb 25 % Zr verwendet wird. Dies wird in der folgenden Weise bewirkt.
Fließt in jedem der Matrizendrähte in jedem Schenkel Wird die Feldspule erregt und erhalten alle Mades Eisenkerns ein Strom, der ausreicht, um die die 35 trizendrähte Strom, so wird der Stromkreis für die Matrizendrähte enthaltenden Teile des Eisenkerns zu Teile 92 a und 93 a des ersten Matrizendrahtes untersättigen, so ist leicht einzusehen, daß für alle prak- brachen. Hierdurch können die von der Feldspule tischen Zwecke verhindert werden kann, daß die von erzeugten Flußlinien zur Kante 87 des supraleitenden der Feldspule 82 erzeugten Magnetflußlinien durch Streifens 86 geführt werden und versetzen diesen an den Luftspalt verlaufen. Wird jedoch die Stromver- 40 dieser Stelle in den Normalzustand. Die Feldspule 82 sorguhg für die in derselben Ebene liegenden Teile erzeugt im Eisenkern 81 Flußlinien, die ausreichen, eines Matrizendrahtes unterbrochen, so wird der an um in dem im Luftspalt 85 befindlichen supraleitendiese beiden besonderen Teile angrenzende Bezirk den Streifen Ströme mit der kritischen Stromdichte nicht mehr gesättigt, weshalb die von der Feldspule zu induzieren (wobei eine stabile normale Zone ererzeugten Magnetflußlinien konzentriert einen ver- 45 zeugt wird), die jedoch nicht ausreichen, um die vorhältnismäßig kleinen Bezirk des Luftspaltes zwischen genannten ungesättigten Teile der Schenkel des Eisenden vorgenannten Teilen des Drahtes durchziehen. kerns zu sättigen. Wird der Teil des supraleitenden Wird weiterhin nunmehr die Stromversorgung eines Streifens* der der Einwirkung des durch das verhältangrenzenden Matrizendfahtes unterbrochen und da- nismäßig kleine Volumen der ungesättigten Teile des nach der erstgenannte Mätrizendraht wieder mit 50 Eisenkerns an den Teilen 92 a und 93 a konzentrier-Ström versorgt, so bewegen sich die ungesättigten ten Magnetfeldes ausgesetzt ist, in den Normalzustand Bezirke zu einer neuen Stelle. Hieraus ist zu ersehen, versetzt, so durchdringen die Magnetflußlinien den daß zu. Beginn entgegengesetzt gelegene ungesättigte supraleitenden Streifen 86 an dieser Stelle. Der zu Zonen in den Schenkeln des Eisenkerns an der Außen- den nächstfolgenden Teilen 92 b und 93 b führende kante 87 des supraleitenden Streifens erzeugt und 55 Stromkreis wird nunmehr unterbrochen, während danach veranlaßt werden können, sich durch die nach einer kurzen Verzögerung der zu den Teilen Schenkel des Eisenkerns zur entgegengesetzten Kante 92 a und 93 a führende Stromkreis geschlossen wird. 88 des supraleitenden Streifens in der oben beschrie- Infolgedessen wird die die Flußlinien enthaltende benen Weise zu bewegen. Ein solcher Zustand ist in stabile normale Zone veranlaßt, sich von der Kante der F i g. 5 als Beispiel an einem gegebenen Zeitpunkt 60 87 aus zur Kante 88 des supraleitendeil Streifens zu während eines Zyklus dargestellt. Die von den unter- einer neuen Stelle zwischen den Teilen 92 b und 93 b brochenen Linien 102«, 1O2Z>, 103a und 103b ein- zubewegen.

geschlossenen Zonen 100 a, 100 b, 101a und 101 b Der oben beschriebene Vorgang wiederholt sich

bezeichnen gesättigte Zonen in den Schenkeln des bei allen übrigen Matrizendrähten mit der Folge, daß

Eisenkerns. Die entgegengesetzt gelegenen ungesättig- 65 die stabile normale Zone sich gänzlich über den

ten Zonen zwischen den entgegengesetzt gelegenen supraleitenden Streifen hinweg von der Kante 87 zur

Zonen 100 a-101 α ürid 100 6-101 b sind mit 104 bzw. Kante 88 bewegt, und irii supraleitenden Stromkreis

105 bezeichnet: einen schwachen Dauerstrom induziert. Nachdem der

lichen 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 Magnet-5 flußlinien 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

zum letzten Matrizendraht (Teile 92/ und 93 k) führende Stromkreis unterbrochen worden ist, wird der
zum ersten Matrizendraht (Teile 92 a 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 Erzeu- io zu umgeben, so wird im supraleitenden Streifen 111 gen der sich bewegenden normalen Zone benutzt ein örtlicher Stromfluß induziert. Dementsprechend werden. Während bei einem Eisenkern gewisse Be- kann die Stromdichte in einem oder mehreren Beschränkungen wegen der Möglichkeit der Sättigung zirken am supraleitenden Streifen benutzt werden, des Kerns bestehen, so bestehen solche bei Verwen- um eine Stromdichte im Streifen auf örtlicher Basis dung der nunmehr zu beschreibenden Luftkernspulen 15 zu induzieren. Da der Querschnitt des supraleitenden nicht. Wie aus der Fig. 8 zu ersehen ist, ist ein supra- Streifens 111 ziemlich klein bemessen werden kann leitender Streifen 111 zwischen zwei Gruppen 112 im Vergleich zum Querschnitt des oder der Bezirke und 113 von stromführenden Spulen angeordnet, die 121 und 122, die ziemlich groß bemessen werden mit 112α-112>'bzw. mit 113a-113y bezeichnet sind, können, so kann im supraleitenden Streifen ohne und für die vorzugsweise ein supraleitender Draht 20 Schwierigkeit die kritische Stromdichte induziert werverwendet wird. Die Halte- und Tragmittel für die den. Daher wird der Querschnitt des supraleitenden Spulen und den supraleitenden Streifen können aus Streifens und/oder der Querschnitt der Spulen am jeder herkömmlichen Ausführung bestehen und sind supraleitenden Streifen so gewählt, daß im suprader besseren Übersicht wegen nicht dargestellt. Alle leitenden Streifen eine kritische Stromdichte erzeugt Spulen einer jeden Gruppe sind koaxial zu einer be- 25 wird. Wird die Größe der Stelle des Einwirkens der sonderen Achse angeordnet, die parallel zu den Magnetflußlinien auf den supraleitenden Streifen be-Hauptseiten 114 und 115 des supraleitenden Streifens grenzt und veranlaßt, sich zu bewegen, so kann im 111 und senkrecht zur Richtung des Hauptstrom- supraleitenden Streifen eine stabile normale Zone 127 Busses im Streifen verlaufen. Beide Achsen liegen erzeugt und veranlaßt werden, sich über den Streifen vorzugsweise in einer einzelnen, zu den Hauptseiten 30 hinweg zu bewegen. Kurz gesagt, es werden Magnetdes supraleitenden Streifens senkrecht verlaufenden flußlinien zur Einwirkung auf den supraleitenden Ebene. Wie aus der F i g. 8 zu ersehen ist, grenzt jede Streifen gebracht, und es wird die Einwirkungsstelle Gruppe der stromführenden Spulen an eine der dadurch verändert, daß der Reihe nach der Strom-Hauptseiten des supraleitenden Streifens an (und fluß in gegenüberliegenden Spulenpaaren (von denen zwar die Spulen 112a-112y an die Hauptseite 114 35 je eine Spule zu einer der Spulengruppen gehört, z.B. und die Spulen 113a-113y an die Hauptseite 115) die Spulen 112a und 113a) von der einen Kante zur und verlaufen darüber hinweg bis mindestens zu den entgegengesetzten Kante des supraleitenden Streifens entgegengesetzten Kanten 116 und 117 der Haupt- umgekehrt wird. Auch in diesem Falle ist festzuseiten. Der Spulendraht wird vorzugsweise isoliert, stellen, daß die am weitesten außen gelegenen Spulen so daß die Spulen auf dem supraleitenden Streifen 40 (die Spulen 112α-113α und 112y-113y) sich nach ruhen können. außen über die Kanten 116 und 117 des supraleiten-Die Spulen jeder Gruppe stehen gesondert über den Streifens 111 hinaus erstrecken. Die Abmessung allgemein mit 118 bezeichnete Schaltmittel mit einer jeder Spule in der Y-Richtung wird genügend klein Stromquelle in Verbindung, die die Spulen mit Strom bemessen im Vergleich zu der Abmessung des supraversorgt mit der Folge, daß der von diesen Spulen 45 leitenden Streifens in derselben Richtung (in der erzeugte Magnetfluß sich gänzlich über den supra- Richtung der Breite), um die Bewegung der stabilen leitenden Streifen 111 hinweg bewegt. Es wird nun- normalen Zone 127 über den Streifen hinweg so mehr darauf hingewiesen, daß die Teile der Spulen konstant zu halten, wie es eben möglich ist.
jeder Gruppe, die an den supraleitenden Streifen 111 Aus der Fig. 9 ist zu ersehen, daß parallel zu jeder angrenzen, die Bezirke oder Zonen 121 und 122 50 Spule ein aus einem Widerstand bestehender norbilden, in denen in einem gegebenen Zeitpunkt ein maler Pfad vorgesehen ist (in der F i g. 8 nicht dar-Strom mit einer gegebenen Größe in einer gegebenen gestellt), um die Umkehrung des Stromflusses in jeder Richtung fließen kann. Die Stromdichte in den Be- _c , , . , . ^ ,, , .... . L , , . _T ,. zirken 1.21 und 122 ist nur bei dieser Ausführungs- ^SP^{ule zu erleichte}™- ^Das Verhältnis _χ (wöbet L die form der Erfindung wesentlich. Die Stromdichte in 55 Induktanz jeder Spule und R der Widerstandswert den vorgenannten Bezirken 121 und 122 an den des zu dieser Spule parallelgeschalteten Widerstandes Hauptseiten 114 und 115 des supraleitenden Streifens ist) muß größer sein als die Zeit, die zum Betätigen 111 weist nur zu Beginn (oder am Ende) eines Zyklus des jeder Spule zugeordneten Schalters erforderlich eine Richtung auf, wie durch die Pfeile 123 und 124 ist, und kleiner als die Zeit, die zwischen der Betätiangedeutet wird. Dementsprechend weist der den 60 gung des einen Schalters und des nächstfolgenden Spulen zugeführte Strom eine Stromdichte mit einer Schalters verstreicht, wie später noch erläutert wird, vorherbestimmten Größe und Richtung in den Be- Hierdurch wird gesichert, daß der Strom in einer gezirken 121. und 122 auf, die von den diese Spulen gebenen Spule seine Richtung umkehrt, bevor der bildenden Leiter besetzt werden. Um die Erläuterung Schalter, der der nächstfolgenden oder benachbarten der Arbeitsweise der in der F i g. 8 dargestellten Aus- 65 Spule zugeordnet ist in jeder Gruppe betätigt wird, führungsform der Erfindung zu erleichtern, sind X-, um die Umkehrung des Stromflusses in diesen Spulen Y-, und Z-Achsen dargestellt. Die Größe der Strom- zu ermöglichen. Wäre dies nicht der Fall, dann dichte in den Bezirken 121 und 122 wird im wesent- 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 würden, so daß die Einrichtung den beabsichtigten Zweck nicht erfüllen kann.

Wie in der Fig. 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 llla-llly und der Widerstände 140a-140y und deren Anschlüsse dargestellt, während die Spulen 113a-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 F i g. 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 J in dem oder den an den supraleitenden Streifen angrenzenden Bezirken geändert wird.

Die Fig. 10a bis 1Oi zeigen die Veränderungen der Stromdichte / längs der Y-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. 10b dargestellte Dichte längs der Y-Achse auf (in der Breitenabmessung des supraleitenden Streifens). Im Zeitpunkt t.„ nach Betätigung des Schaltarmes 147 c, weist der Strom die in der Fig. 10c dargestellte Dichte auf. Werden die Schalter der Reihe

ίο nach betätigt, so wird die Polarität der Stromdichte längs der Y-Achse allmählich umgekehrt, bis sie im Zeitpunkt t- denselben Wert aufweist wie im Zeitpunkt t₀, jedoch längs der Y-Achse die entgegengesetzte Polarität. Im Zeitpunkt f. 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 α umgeschaltet, wie in der Fig. 9 mit Volumen dargestellt, so verändert sich die Polarität der Stromdichte längs der Y-Achse im wesentlichen, wie in den Fig. 1Of bis 1Oi dargestellt, bis im Zeitpunkt i₈ 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 112« bis 112/ und 113a bis 113/ in der einen Richtung und in den übrigen Spulen 112/c bis 112y und 113k bis 113 y 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 normalleitcnden 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 (F ig. 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 (Fig. 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; 113o-113y) 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, 113a; 1126, 1136; . . .) der Reihe nach umkehrt (F i g. 8 und 9).