DE1490527B1

DE1490527B1 - Haltevorrichtung fuer schaltungsbausteine

Info

Publication number: DE1490527B1
Application number: DE1964S0089944
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof Dr Klose
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-03-11
Filing date: 1964-03-11
Publication date: 1971-06-09
Also published as: GB1096535A; FR1427384A; DE1490639A1; DE1490639B2; CH441457A

Description

Da der ohmsche Widerstand von supraleitfähigen Materialien völlig verschwindet, wenn diese sich im supraleitenden Zustand befinden, sind Drähte aus solchen Materialien von großer technischer Bedeutung. So sind zunächst beispielsweise von der Verwendung von Supraleitern bei der Fortleitung elektrischer Ströme, der Herstellung von Spulen zur Erzeugung hoher Magnetfelder oder deren Anwendung in elektrischen Hochleistungsgeräten, wie Transformatoren oder Generatoren, Vorteile zu erwarten.
Es ist jedoch bekannt, daß nur Gleichströme verlustfrei in Supraleitern transportiert werden, während bei Wechselströmen frequenzabhängige Verluste auftreten.
Man unterscheidet zwischen weichen und harten Supraleitern. Weiche Supraleiter besitzen Sprungtemperaturen, die unterhalb von 10° K liegen. Das kritische Magnetfeld, bei dem ein weicher Supraleiter in den normalleiteden Zustand übergeht, ist der Sprungtemperatur proportional und kleiner als etwa 2 Kilogauß. Der Stromtransport sowie das Eindringen äußerer Magnetfelder ist im supraleitenden Zustand auf dünne Oberflächenschichten beschränkt. Bei einer Temperatur von 0° K beträgt diese Eindringtiefe etwa 10-5 cm. Bei harten Supraleitern ist das kritische Magnetfeld viel größer, als es der bei weichen Supraleitern bekannten Proportionalität zur Sprungtemperatur entsprechen würde. Der Stromtransport erfolgt bei nicht zu kleinen Strömen und Feldern im ganzen Querschnitt des Supraleiters.
Nach einem weit verbreiteten und durch zahlreiche Experimente belegten Modell, dem sogenannten Filament-Modell, ist bei einem harten Supraleiter ein Netzwerk von dünnen untereinander vermaschten Fäden in ein mehr oder weniger weiches Supraleitermaterial eingebettet. Die kritischen Daten dieser Fäden liegen sehr hoch. Die Fäden bleiben auch bei Strombelastungen noch supraleitend, bei denen wegen der dabei auftretenden Magnetfelder das umgebende Material bereits normalleitend ist. In einem solchen Netzwerk können Verluste auftreten, wenn einer der Zweige kritisch belastet wird. Das ist auf Grund ungleichmäßiger Verteilung von Strömen in dem Netzwerk möglich. Ferner treten bei Belastung der Supraleiter mit Wechselstrom Hysteresisverluste auf, da die supraleitenden Fäden wegen der Vermaschung des Netzwerkes mehrfach zusammenhängende Strompfade bilden, durch welche magnetischer Fluß eingefangen wird. Außerdem können in den normalleitenden Gebieten zwischen den Stromfäden Wirbelströme induziert werden, was zu weiteren Verlusten führt.
Für die technische Verwendung im Starkstrombereich sind die harten Supraleiter interessant, da die Magnetfelder, die in diesem Bereich auftreten können, weit über den kritischen Magnetfeldern der weichen Supraleiter liegen. Wenn es gelingt, die Wechselstromverluste auszuschalten oder herabzusetzen, ergeben sich auch in der Wechselstromtechnik vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für diese harten Supraleiter.
Auch in weichen Supraleitern, für die das Filament-Modell nicht gilt, treten Wechselstromverluste auf, wenn der Supraleiter wegen zu hoher Belastung in den Zwischenzustand übergeht, wobei Teile des Supraleiters normalleitend werden. Unter anderem werden in den normalleitenden Bereichen energieverzehrende Wirbelströme induziert. Weiche Supraleiter mit geringen Wechselstromverlusten könnten im Bereich schwacher Wechselströme breite Anwendung finden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Wechselstromverluste bei Supraleitern so weit wie möglich zu vermeiden und diesen damit eine technische Anwendung in Wechselstromkreisen zu erschließen. Diese Aufgabe wird durch einen besonderen Aufbau eines supraleitenden Drahtes oder Kabels gelöst.
Die Erfindung besteht darin, daß der Drahtkörper aus dünnen, parallel zueinander und zur Längsachse des Drahtes verlaufenden, gegeneinander isolierten Fäden aus Supraleitermaterial aufgebaut ist, deren Durchmesser die Eindringtiefe magnetischer Felder in einen kompakten Körper aus diesem Supraleitermaterial nicht wesentlich übersteigt. Die supraleitenden Fäden sollen möglichst dünn sein. Ihr Durchmesser soll etwa in der Größenordnung der Dicke der stromführenden Oberflächenschicht von weichen Supraleitern liegen, also etwa 10-4 bis 10-5 cm oder weniger betragen. Die untere Grenze wird unter Umständen nur noch durch Erwägungen über eine rationelle Fertigung gezogen sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Draht werden die einleitend beschriebenen Verluste weitgehend vermieden. Die einzelnen gegeneinander isolierten dünnen supraleitenden Fäden werden gleichmäßig mit Strom belastet. Da keine Querverbindungen zwischen den einzelnen Fäden vorhanden sind, können sich keine größeren mehrfach zusammenhängenden Strompfade ausbilden, ebenso entfallen die normalleitenden Bereiche, die innerhalb des Netzwerkes auftreten können. Hysteresis und Wirbelstromverluste sind dadurch auf ein Minimum herabgesetzt. Die dünnen supraleitenden Fäden haben hohe kritische Werte, da bekanntlich sehr dünne Supraleiter, d. h. Supraleiter, deren Durchmesser kleiner oder gleich der Eindringtiefe von Magnetfeldern ist, sehr hoch belastbar sind, auch wenn sie als kompaktes Material kleine kritische Daten zeigen. Ein aus weichem Supraleitermaterial aufgebauter Draht gemäß der Erfindung trägt außerdem eine höhere Stromdichte als ein massiver Draht gleichen Durchmessers, da wegen der Unterteilung in dünne Fäden der ganze Drahtquerschnitt Strom führen kann, während beim massiven Draht nur eine dünne Oberflächenschicht Strom führt.
Die Figur zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für den Draht gemäß der Erfindung. Supraleitende Metallfäden 1, die von einer Isolierschicht 2 umgeben sind, sind parallel zueinander zu einem Bündel 3 angeordnet.
Der Draht kann gemäß der Erfindung auf verschiedene Weise aufgebaut sein. Beispielsweise können einzelne dünne, selbsttragende, mit einer Isolationsschicht versehene supraleitende Metallfäden parallel zueinander verlaufend zu einem Bündel zusammengefaßt sein. Die Metallfäden können beispielsweise über den ganzen Querschnitt aus supraleitendem Material bestehen, können aber auch eine dünne Seele aus elektrisch schlecht leitendem Material besitzen, die als Träger der supraleitenden Schicht dient.
Bei einer anderen Ausführung können einzelne dünne Röhrchen, die mit supraleitendem Material gefüllt sind, parallel zueinander zu einem Bündel angeordnet sein. Zu diesem Zweck eignen sich Röhrchen aus Isoliermaterial, beispielsweise aus Kunststoff, oder hohle Glasfasern oder Röhrchen aus elektrisch schlecht leitenden Metallen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann so gestaltet sein, daß in einem drahtförmigen Träger aus isolierendem Material dünne, parallel zueinander längs der Drahtachse verlaufende Röhren angebracht sind, die mit supraleitendem Material gefüllt sind. Als Trägermaterial ist beispielsweise Kunststoff geei(rnet.
Die supraleitenden Materialien können beispielsweise elektrolytisch oder mechanisch durch Einsaugen oder Eindrücken in die Röhrchen eingebracht werden. Es kann vorteilhaft sein, insbesondere bei langen Drähten, das supraleitende Material während der Herstellung der Röhrchen in diese einzubringen oder bereits gefüllte dickere Röhrchen durch nachträgliche Bearbeitung, beispielsweise durch Ziehen, auf den nötigen kleinen Durchmesser zu bringen.
Als supraleitende Materialien zur Herstellung der Fäden sind harte und weiche Supraleiter geeignet. Falls keine zu hohen Anforderungen an die kritischen Werte des Drahtes gestellt werden, wird man weiche Supraleiter verwenden, die im allgemeinen leichter zu verarbeiten sind als harte Supraleiter. Harte Supraleiter mit hohen kritischen Feldern wie Niob-Zirkon, Niob-Zinn oder Vanadium-Gallium sind dagegen für die Anwendung des Drahtes in Hoehleistungsgeräten besonders vorteilhaft. Man wird jeweils die Ausführungsform des Drahtes wählen, die den Werkstoffeigenschaften des verwendeten Supraleiters am besten angepaßt ist.
Der supraleitende Draht gemäß der Erfindung ist zum Transport von Wechselstrom, insbesondere aber zur Anwendung in Hochleistungsgeräten, wie Trans- 1 formatoren und Generatoren, geeignet.

Claims

Patentansprüche: 1. Supraleitender Draht, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß er aus dünnen, parallel zueinander und zur Längsachse des Drahtes verlaufenden, gegeneinander isolierten Fäden aus Supraleitermaterial aufgebaut ist, deren Durchmesser die Eindringtiefe magnetischer Felder in einen kompakten Körper aus diesem Supraleitermaterial nicht wesentlich übersteigt.
2. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser eines einzelnen Fadens etwa 10-4 bis 10-s cm beträgt.
3. Supraleitender Draht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne dünne, selbsttragende, mit einer Isolationsschicht versehene supraleitende Metallfäden parallel zueinander verlaufend zu einem Bündel zusammengefaßt sind.
4. Supraleitender Draht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne dünne, mit supraleitendem Material gefüllte Röhrchen aus einem isolierenden Material parallel zueinander verlaufend zu einem Bündel zusammengefaßt sind.
5. Supraleitender Draht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem drahtförmigen Träger aus isolierendem Material dünne, parallel zueinander und zur Drahtachse verlaufende dünne Röhren vorgesehen und daß diese Röhren mit supraleitendem Material gefüllt sind.
6. Supraleitender Draht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfäden eine dünne, als Träger einer supraleitenden Schicht dienende Seele aus elektrisch schlecht leitendem Material aufweisen.