DE1490639A1 - Supraleitender Draht - Google Patents

Description

• Supraleitender Draht Da der ohmsche Widerstand von supraleitfähigen Materialien v`llig 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 10o K liegen. Das kritische Magnetfeld, bei dem ein weicher Supraleiter in den normalleitenden 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 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 elnem weit verbreiteten und durch zahlreiche Experimente belegten Modell, dem-sogenannten r'ilament-Modell, ist bei einem harten Supra te fiter 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 normälleitend ist. In einem solchen Netzwerk können Verluste auftreten, wenn einer der Zweige kritisch belastet wird. Das ist aufgrund ungleich-mäßiger 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 Mag- netfeldern der weichen Supraleiter liegen. Wenn es gelingt, die Wechselstromverluste auszuschalten oder herabzusetzen, er- geben sich auch in der Wechselstromtechnik vielfältige Anwen- dungsmöglichkeiten 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. ` Gemäß der Erfindung des Hauptpatentes wird die Aufgabe, die Wechselstromverluste bei Supraleitern so weit wie möglich zu vermeiden, und diesen damit eine technische Anwendung in Wechselstromkreisen zu erschließen, dadurch gelöst, daß der Draht aus dünnen, gegeneinander isolierten Fäden aus Supraleitermaterial aufgebaut ist, deren Durchmesser die Eindringtiefe magnetischer Felder in einem kompakten Körper aus diesem Supraleitermaterial nicht wesentlich übersteigt.
• Diese Erfindung ist eine Weiterbildung der Erfindung des Hauptpatentes. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß das Fadenbündel um die Längsachse des Drahtes verdrillt ist und an wenigstens einem Drahtende zu den supraleitenden Einzelfäden endliche Widerstände in Reihe geschaltet sind.
• Hierdurch werden die Wechselstromverluste noch weiter verringert. Bei dem Gegenstand des Hauptpatentes t)esteht nämlich wegen der Parallelführung der Einzelfäden no2i-i die Miigllchkeit., daß unterschiedliche Induktionsspann>>ngen in diesen Väcen auftreten, die über den supraleitenden Kurzschluß an den Enden einen störenden Stromfluß bewirken. Die Weiterbildung zielt darauf ab, durch Verdrillen der Fäden den Unterschied der Induktionsspannungen und durch Einbau von Widerständen an den Enden des Drahtes die Auswirkung dieser Spannungen zu verringern. Das Zuschalten endlicher Widerstände geschieht hierbei einfach auf die Weise, daß die abisolierten supraleitenden Einzelfäden in ein bei der Be- triebstemperatur normalleitendes Metall eingebettet werden.
• Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel an Hand einer Figur erläutert.
• Die Figur läßt das Endstück eines supraleitenden Drahtes er- kennen, der aus dünnen Fäden aus supraleitendem Material 1 auf- gebaut ist, die durch Isolationsschichten 2 gegeneinander Iso- liert sind. Der Durchmesser der Fäden ist so gewählt, daß er die Eindringtiefe magnetischer Felder in einem kompakten Körper aus diesem Supraleitermaterial nicht wesentlich übersteigt. Das Vadenbündel ist um die Längsachse des Drahtes verdrillt und zwar so, daß die Steighöhe der Verdrillung möglichst klein ist und ,jeder faden abwechselnd im Inneren und an der Außenseite des Drahtes liegt. Hierdurch wird bewirkt, daß sich das magnetische Eigenfeld des Drahtes und auch Fremdfelder gleich stark auf die Einzelfäden des Drahtes auswirken, so da ß die in den Einzeldrähten Induzlerten S1#annungen auch gleich groß sind. Es ent- stehen nur noch sehr viel kleinere Spannungsdifferenzen als wenn die Einzelfäden parallel geführt würden. Der Stromfluß dieser Spannungsdifferenzen wird außerdem dadurch vermindert, daß am Drahtende zu den supraleitenden Einzelfäden endliche Widerstände in Reihe geschaltet sind. Es sind zu diesem Zweck die supraleitenden Einzelfäden am Ende abisoliert und in einen Körper 3 aus einem bei der Betriebstemperatur normalleitenden Metall eingebettet. Als Metall kann Kupfer, Woodmetall, Hartlot oder Weichlot verwendet werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche 1. Supraleitender Draht nach Patent .... ... (Patentanmeldung S 89 944 VIIId/21c - PLA 64/1130), der aus dünnen, gegeneinander isolierten Fäden aus Supraleitermaterial aufgebaut ist, deren Durchmesser die Eindringtiefe magnetischer Felder in einem kompakten Körper aus diesem Supraleitermaterial nicht wesentlich übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß das Faden- bündel um die Längsachse des Drahtes verdrillt ist und an wenigstens einem Drahtende zu den supraleitenden Einzelfäden endliche Widerstände in Reihe geschaltet sind.
2. 2. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abisolierten supraleitenden Einzelfäden an dem be- treffenden Drahtende in ein bei der Betriebstemperatur normalleitendes Metall eingebettet sind.