DE1564701C3 - Supraleitende Wicklung mit Metallbrücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine supraleitende Wicklung. bei der zwischen benachbarten, gegenseitig isolierten Windungen metallische Brücken aus nornialleitendem Material vorgesehen sind.

Wicklungen dieser Art sind durch den Aufsatz »A Variabel Composition High Field Superconducting Solenoid« in der Zeitschrift »Journal of Applied Physics«, 1962, Seiten 3 499 bis 3 504, bekanntgeworden. Die Metallbrücken dienen dazu, im Falle einer Transition eine Zerstörung der Spule zu verhindern. Es hat sich herausgestellt, daß solche Brücken auch stabilisierend wirken, d. h., daß sie eine vorzeitige Transition verhindern. Die Transition setzt an einer bestimmten Stelle ein. Es entsteht hier ein Widerstand im supraleitenden Draht. Dieser pflanzt sich auf Grund der Erwärmung an dieser Stelle schnell fort. Werden nun mehrere Brükken längs des Umfangs einer Windung zu Nachbarwindungen vorgesehen und diese ausreichend bemessen, dann kann bei einer örtlichen Transition der ■Spulenstrom über diese Brücken auf benachbarte Windungen ausweichen. Eine übermäßige Erwärmung an der betreffenden Stelle wird verhindert. Wird das betreffende Stück wieder supraleitend, so fließt der Strom wieder über dieses Stück. Voraussetzung hierfür ist eine richtige Bemessung der Widerstandsbrücken. Der Widerstandswert muß zwischen zwei Grenzwerten liegen, die durch zwei gegensätzliche Forderungen bestimmt sind. Einerseits soll der Widerstandswert möglichst groß sein, damit die Verluste beim Auferregen möglichst gering sind — die beim Auferregen entstehende FeIdänderungsspannung treibt einen Strom über die Widerstandsbrücken —, und andererseits soll der Widerstandswert möglichst klein sein, damit die Brücken stabilisierend wirken können. Es muß im Falle einer örtlichen Transition, d. h., wenn sich im Supraleiter an einer Stelle ein ohmscher Widerstand einstellt, der Strom über die Widerstandsbrücken auf Nachbarleitcr ausweichen können, ohne daß eine wesentliche örtliche Erwärmung damit verbunden ist. Die Forderungen lassen sich erfüllen, wenn mehrere Widerstandsbrücken pro Windung vorgesehen sind. Bei einer bereits durch die FR-PS I 423 266 bekannten Spule sind die supraleitenden Windungen in eine Widerstandspaste geeigneten spezifischen Leitwertes eingebettet. Da Widerstandsmaterial keinen so großen Wärmeleiiwert hat wie Metalle, ist es erwünscht, Metallbrücken vorzusehen, die einen guten Kontaktwiderstand zu den Supraleiterdrähten haben. Diese können auch so angeordnet werden, daß eine unmittelbare Berührung der Kühlflüssigkeit sowohl mit den Supraleiterdrähten als auch mit den Metallbrücken gegeben ist.

Bei einer aus der Zeitschrift »Rev. Sei. Instrum.«, 36, (1965). S. 825 bis 830, bekannten Wicklungskonstruktion ist die Wicklung aus einem teilweise isolierten Supraleiter hergestellt. Zwischen den Wicklungslagen sind Netze aus rostfreiem Stahl angeordnet, die einerseits den unmittelbaren Kühlmittelzutritt zu den Spulenwindungen gestatten, andererseits bei Übergängen in den normalleitenden Zustand als Widerstandsbrükken innerhalb der Wicklungslagen wirken. An sich lassen sich mit dieser Wicklungskonstruktion die obengenannten Forderungen erfüllen, indem durch geeignete Wahl des jeweiligen Netzes der Widerstandswert der von den Netzen gebildeten Widerstandsbrücken geeignet eingestellt wird. Es dürfte jedoch nur in seltenen Fällen gelingen, die Auswahl der Netze im Hinblick auf einen gewünschten elektrischen Widerstand mit den anderen, an die Netze zu stellenden Forderungen zu vereinen. In erster Linie müssen die Netze nämlich den Kühlmittelzutritt zu den Spulenwindungen gewährleisten, d. h. Kühlmittelwege entsprechenden Querschnitts zwischen den Wicklungslagen offenhalten, und ferner eine ausreichende Festigkeit besitzen, um die in der Spulenwicklung auftretenden Kräfte aufnehmen zu können, ohne zusammengedrückt zu werden. Außerdem führen Netze, die im Vergleich zu den Supraleitern verhältnismäßig viel Platz beanspruchen, insbesondere bei kleineren Spulen zu einer unerwünschten Verringerung des Packungsfaktors der SpulenwicklLng.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer supraleitenden Wicklung der eingangs genannten Art metallische Brücken vorzusehen, db einerseits die obenerwähnten

Forderungen erfüllen, deren Widerstand andererseits aber möglichst unabhängig von anderen, insbesondere hinsichtlich der Aufrechterhaltung freier Räume zwischen einzelnen Wicklungslagen und, damit verbunden, hinsichtlich der Festigkeit zu stellenden Forderungen frei gewählt werden kann. Außerdem sollen die Brükken möglichst wenig Platz beanspruchen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch geeignete Formgebung bzw. Anordnung die Länge der Brücken vergrößert ist.

Vorzugsweise werden die Brücken serpentienenartig angeordnet oder in Form von Metallbändern, die nahezu parallel zu den Supraleiterdrähtcn verlaufen und die durch quer dazu liegende Isolierbänder gewebeartig gefaßt sind. Die metallischen Brücken dürfen keine iso-' lierende Oxydschicht bilden. Sie werden deshalb aus Silber, Gold oder deren Legierungen mit z. B. Kupfer, Zinn oder Quecksilber, herzustellen sein.

Die Erfindung wird durch drei Ausführungsbeispiele an Hand von sieben Figuren näher erläutert.Es zeigen die

F i g. 1 und 2 eine supraleitende Scheibenwicklung in zwei verschiedenen Ansichten, die

F i g. 3 bis 5 den Ausschnitt aus einer Zylinderwicklung in drei verschiedenen Ansichten und die

F i g. 6 und 7 den Ausschnitt aus einer Zylinderwicklung in zwei verschiedenen Ansichten.

Die in den F i g. I und 2 im Ausschnitt dargestellte supraleitende Wicklung besteht aus mehreren Scheibenwicklungen 1. Es sind jeweils sechs Supralciterdrähte 2 in ein bandförmiges elektrisch gut leitendes Metall 3 eingebettet, und der so entstandene Stromleiter ist spiralförmig zu einer Scheibenwicklung 1 gewickelt. Aus Gründen der Isolation und der Festigkeit ist beim Wickeln ein Band 4 aus einem Material großer Zugfestigkeit parallel mitgeführt, das wendelförmig mit einem Glasfaserband 5 umwickelt ist, und zwar so, daß zwischen benachbarten Kanten des Glasfaserbandes ein Abstand 6 verbleibt. Hierdurch entstehen Hohlräume, durch die das Kühlmittel fließen kann, so daß eine unmittelbare Berührung der Kühlflüssigkeit mit den Supraleitern gegeben ist. Das Band hoher Zugfestigkeit nimmt die magnetischen Kräfte auf und sorgt dafür, daß der Stromleiter mechanisch nicht belastet wird. Zwischen benachbarten Scheibenwicklungen sind Isolierstege 7 vorgesehen, die auf den den Stromleitern zugewandten Seiten metallische Brücken 8 besitzen. Diese sind, wie die F i g. 2 erkennen läßt, mäanderförmig aufgebracht. Sie können aufgedampft sein. Auch zwischen den Stegen befindet sich so viel Zwischenraum, daß das Kühlmittel ungehindert hindurchtreten kann. Die Spule ist in bekannter Weise von einer gestrichelt angedeuteten Wärmeisolation 9 umgeben.

In den Fig.3 bis 5 ist ein Ausschnitt aus einer zylinderförmigen Wicklung dargestellt. Es sind hier blanke Supraleiterdrähte 10 auf Distanz gewickelt. Dies geschieht in einfacher Weise durch Mitwickeln eines verdrillten, isolierten Drahtes 11. Auf den Drähten einer Lage befindet sich eine Isolierfolie 12, die auf der den Supraleiterdrähten zugewandten Seite eine Metallschicht 13 besitzt. Die Vergrößerung des Widerstandes der Brücken ist durch gegenseitig versetzte Lochreihen 14 bewirkt. Mit Rücksicht auf die Transparenz der Spule ist auch die Isolierfolie gelocht, und zwar so, daß sich ihr Lochmuster mit dem Lochmuster der Metallschicht deckt. Die Löcher sind beispielsweise gestanzt oder geätzt. Das Lochmuster kann bei einem Supraleiterdraht von 0,3 mm Durchmesser die folgenden Abmessungen haben: Länge des Loches 5 mm, Breite 0,1 mm. Abstand zweier Löcher in der gleichen Lochreihe 2 mm. Abstand der Lochreihen 0,2 mm. Die Isolierfolie, die das Lochmuster trägt, ist beispielsweise aus Polyäthylen, auf das die Metallschicht aufgedampft, gespritzt, gedruckt oder geklebt ist. Die Metallschicht hat etwa eine Dicke von 1 μ. Damit beim Wickeln der nächsten Lage die Folie nicht reißt, sind zusätzliche Stege 15 vorgesehen, die etwa quer zu den Windungen liegen. Diese können aus isoliertem Stahl, aus Polyäthylen oder aus Glasfasern bestehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 6 und 7 ist eine Verlängerung der Brücken durch schräge Anordnung bewirkt. Es handelt sich hier wiederum um eine Zylinderwicklung. Zwischen den Lagen ist ein Gewebe aus parallel verlaufenden schmalen Metallbändern 16 und parallel verlaufenden Isolierbändern 17 vorgesehen. Das Gewebe ist so angeordnet, daß die Metallbänder nahezu parallel und die Isolierbänder nahezu senkrecht zu den Supraleiterdrähten verlaufen. Die Bänder sind hierbei nicht miteinander verflochten, sondern aufeinander geklebt, so daß sich Metallbänder und Isolierbänder in getrennten Ebenen befinden. Die Isolierbänder haben eine Stärke von etwa 50 bis 100 μ und schützen das Gewebe vor einer Zerstörung beim Aufwickeln der nächsten Lage. Das Gewebe ist genügend transparent, um die gewünschte Konvektion des Kühlmittels sicherzustellen. Eine ähnliche Konstruktion ist auch bei Scheibenwicklungen anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Supraleitende Wicklung, bei der zwischen benachbarten gegenseitig isolierten Windungen metallische Brücken aus normalleitendem Material vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Formgebung bzw. Anordnung die Länge der Brücken (8, 16) vergrößert ist. ίο

2. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken serpentinenartig verlaufen (F i g. 2 und 3).

3. Suptraleitende Wicklung nach Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Scheibenwicklung an den Stirnseiten der Wicklungen strahlenförmig Isolierstege (7) vorgesehen sind, auf deren den Supraleiterdrähten (2) zugewandten Seite mäanderförmig Metallbrücken (8) aufgebracht sind.

4. Suptraleitende Wicklung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbrücken aufgedampft sind.

5. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zylinderspule zwischen den Lagen Isolierfolien (12) vorgesehen sind, die auf der den Supraleitcrdrähten (10) zugewandten Seite eine durch gegenseitig versetzte l.ochreihen (14) unterbrochene Metallschicht (13) enthalten (F i g. 3).

6. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierfolie gelocht ist, und zwar so, daß sich ihr Lochmuster wenigstens teilweise mit dem Lochmuster der Metallschicht deckt.

7. Supraleitende Wicklung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zylinderspule zwischen den Lagen ein Gewebe aus parallel verlaufenden schmalen Isolierbändern (17) und parallel verlaufenden schmalen Metallbändern (16) vorgesehen ist, das so angeordnet ist, daß die Metallbänder nahezu parallel und die Isolierbänder nahezu senkrecht zu den Supraleiterdrähten (10) verlaufen (F ig. 6).

8. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbänder und die Isolierbänder in getrennten Ebenen liegen.

9. Supraleitende Wicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Brückenmaterial Silber, Gold und Legierungen hiervon dienen.