In den letzten Jahren hat die Entwicklung von supraleilenden Systemen
mit supraleitenden Spulen zu der Forderung na(h verbesserten Schaltelementen geführt.
Obwohl supraleitende Spulen in den Anfangsstadien der Entwicklung lediglich Felder
in der Größenordnung von 10 bis 25 Kilogauß erzeugen konnten, wurden diese
Magnete vergrößert und ihre Fähigkeit, Felder zu erzeugen, derart gesteigert, daß
heute schon Felder von-100 Kilogauß und mehr erreicht werden können und weit größere
Felder ins Auge gefaßt werden. Da bekanntlich beim Durchgang von Strom durch einen
Supraleiter
kein Wärmeverlunt auftritt, kann mit Dauerstron-Schaltern,
welche über die Enden einer supraleitenden Spule verbunden sind, In dieser ein Feld
erzeugt worden, welchen für beliebig lange Zeit aufrechterhalten worden kann,
solange der Stronfluß durch die Spule nicht durch Verluste in anderen Teilen des
Schaltkreises vermindert wird. Während schon Dauerstrom-Schalter mit niedriger Strombelastbarkelt
gebaut worden, konnte bisher kein Dauerstronfluß in den in Bereich hoher Ströme
sehr kritischen aupraleitenden Peldspulen erzeugt worden. Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, einen Dauerstron-Schalter mit einen aupraleitfähigen Band für
eine supraleitende Spule zu schaffen, dessen Band induktivitätearn und derart gewickelt
ist, daß ein Knicken den Bandes sowie Stellen mit in bezug auf die Elastizitätsgrenze
unzulässig kleinen Krümmungsradius vermieden werden. Diese Aufgabe wird dadurch
gelöst, daß erfindungsgemäß zwei voneinander beabstandete, im wesentlichen zylindrische
Wickelkörper vorgesehm sind, das Band schlaufenartig um einen der Wickelkörper geführt,
hinter der Schlaufe in an sich bekannter Weise aufeinandergelegt und um beide Wickelkörper
gewickelt und zwischen seinen Wicklungen eine Reizspiraleeingelagert ist und die
Radien der Wickelkörper größer als der-in bezug auf die Elastizitätsgrenze kritische
Krümmungsradius des Bandes sind. Somit wird eine mechanische Beschädigung oder Strukturänderung
des Bandes durch Überschreiten
der Blastizitätsgrenze vermieden
werdn. Während man nämlich ohne Wickelkörper gezwungen wäre, wegen der mehr oder
weniger undefinierten Biegungsverhältnisse an den Umlenkungsstellen den Banden einen
entsprechend hohen Sicherheitsabstand, d.h. einen unnötig großen Wickelradius vorzusehen,
kann man gemäß der Erfindung die Um-
lenkung des Bandes exakt auf den kritischen
Krümmungsradius abstimmen. Um ein einwandfreies Schalten zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß
weiterhin eine Reizspirale zwischen den aufeinanderliegenden Wicklungsteilen der
bifilaren Wicklung eingelagert bzw. eingeflochten, wodurch eine weitgehend homogene
Erwärmung des Wickelbandes und damit eine genaue differenzierte thermische Steuerung
des Schalters zwischen dem supraleitfähigen und dem normal leitenden Zustand den
Schalters ermöglicht wird.
Es ist zwar ein Starkstrozeryotron bekannt, bei den ein bifilar gewickeltes
Band von einer Steuerwicklung umgeben wird und beide Wicklungm in einen gemeinsamen
Einen-Joch untergebracht sind. Abgesehen davon, daß es sich dabei um keinen Schalter
handelt, wird bei dieser bekannten Vorrichtung der Widerstand den Banden über das
Magnetfeld der Steuerwicklung beeinflußt, während erfindungsgemäß die Widerstandsänderung
des Bandes thermisch erfolgt. Auch ergibt sich bei der bekannten Vorrichtung aus
Sicherheitsgründen ein unnötig hoher Krümmungsradius,der inneren Wickelbandlagen,
so daß entsprechend größere ungenutzte Zwischenräume zwischen den inneren Lagen
als bei der
Wicklung des Dauerstromschalters nach der Erfindung
entstehen. Obwohl also bei dem Schalter pach der Erfindung ein gewisser Wickelraum
durch die Wickelkörper beansprucht wird, ergibt sich überraschenderweise insgesamt,
daß nicht nur ein mechanisch stabilerer sondern auch bei gleichen Volumen der Wicklung
kompakterer Schalter durch beseere Ausnützung des Wickelraumen.geschaffen wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.wird in folgenden an Hand der
Zeichnungen erläutert: Fig.1 zeigt eine Draufsidit auf die Widdung eines Dauerstrom-Schalters
gemäß.der Erfindung, Fig.2 zeigt perspektivisch unter Preilagung von Teilen den
Aufbau der Wicklung,des Dauerstrom-Schalters, Pig.3 gibt in Porn einer Schaltskizze
wieder, in welcher Weise der Dauerstrom-Schalter elektrisch über die Enden der Spule
verbunden ist, Allgemein ausgedrückt,enthält der Dauerstrom-Schalter der Erfindung
einen bandförmigen Supraleiter von größerer Breite als Dicke, welcher bifilar um
zwei Kerne gewickelt Ist, so daß durch die Betätigung des Schaltern keine induktiven
Verluste entstehen. In dem bifilar gewickelten Band ist eine elektrische Reizvorrichtung,
beispielsweise ein elektrischer Widerstandsdraht,
unmittelbar
mit eingewickelt, so daß die Wicklung beliebig erwärmt
werden kann, um sie von den supraleitenden in den normalleitenden Zustand zu bringen.
Bei den Wicklungsverfahren wird das Band doppelt gelegt, indem es um einen der Wickelkörper
gebogen und das derart doppeltliegende Band um den anderen Wickelkörper geführt
und schließlich um beide herungewickelt wird, bis eine Wicklung der gewünschten
Windungszahl ausgeführt ist. Der Reizdraht wird gleichzeitig mit den supraleitenden
Band aufgewickelt. Zwischen den Enden den aufgewickelten Bandes und den Anschlüssen
der Wicklung und zwischen der elektrischen Reizvorrichtung und einer elektrischen
Stromquelle werden elektrische Verbindungen vorgesehen. Wie schon erwähnt wurde,
erfordert die Anwendung von supraleitenden Spulen den Gebrauch einen Dauerstromsohalters,
da es dieser einer supraleitenden Spule ermöglicht, Ihr ursprünglich erregtes Magnetfeld
ohne äußere Energiezufuhr aufreohtzuerhalten. Die Art und Weine, wie der Baueretrom-Sohalter
nach der Erfindung eine derartige vorteilhaft* Anwendung ermöglicht, kann an besten
an Hand der Zeichnungen erläutert worden. In Figur 1 wie auch in Figur 2
ist das aupraleitende Band 10 bedeutend breiter als dick. Dienen Band
kann aus vorsehiedenen aupraleitenden Legierungen bestehen, wird aber vorzugsweise
aus der zupraleitenden Legierung Nb 3 82 ge-
fertigt. Der W2dungsteil
den enpraleitenden Schaltern wird
aufgebaut, Indm eine vorbestimmte
Länge des Bandes 10 um einen Wickelkörper 11, dessen Radius größer
als der kritische Krümmungsradius des Bandes Ist, geführt und doppelt gelegt wird.
Bei dieser Art, das Band um den Wickelkörper zu biegen, entsteht um den Wickelkörper
11 eine Schleife 12. Nachdem das Band in dieser Weine doppelt gelegt wurde,
wird es um den zweiten Wickelkörper 13 gebogen bzw. gewickelt, so daß
es sich in der Richtung umkehrt und tun Kern 11 zurück verläuft. Danach
wird das doppeltliegende Band um die beiden Kerne 11 und 13 gewickelt,
bis eine Wicklung der vorher gewählten Windungszahl erhalten wird. Das Vorhandensein
der Wickelkörper 11 und 13, deren Radien größer als der kritische
Krümmungsadius des Banden sind, machen es möglich, das Band derart bifilar
zu biegen und zu wickeln, daß mit Sicherheit keine Rißbildung oder andere mechanische
Brüche die physikalische und damit elektrische Unversehrtheit des Supraleiters gefährden.
Da das supraleitende Band 10 bifilar doppelt gelegt Ist, treten
beim
Stronfluß keine Induktivon Verlusteauf. Dies kommt bkanntlich daher,
daß das in einer Richtung durch den Stronfluß erzeugte Feld durch das Feld
des Stronfluseen der Gegenrichtung vollständig kompensiert wird. Der Aufbau
den Dauerstrom-Schaltern kann an besten an Hand von Fig.2 verstanden worden.
In einen Gehäuse 15 sind di-o Wickelkörper 11 und 13 und die
Wicklung 16 angeordnet. Innerhalb der Wloklung 16 wurde eine elektrische
Holzvorriohtung 17 vorgesehen, so daß durch Anlegen einer
Spannung
an den bezeJdineten Anschlüssen die Temperatur der Wicklung erhöht und der Übergang
vom supraleitenden Zustand zu einen normalen Widerstand erreicht wird. In der praktischen
Ausführung würde das Innere des Gehäuses 15 mit einen Material mit niedrigem
thernischen Leitwert ausgefüllt, so daß die der supraleitenden Wicklung zugeführte
Wärme nicht besonders groß sein mUßte. (Der Schalter Ist bekanntlich in einer Umgebung
besonders niedriger Temperatur untergebracht).
In Fig.3 ist als Schaltsymbol eine supraleitende Spule 20 dargestellt,
welche einen Dauerstrom-Schalter 21 aufweist, der über ihre Enden verbunden ist.
In Betriebszustand würde die Spule 20 über ihre Anschlüsee 22 und 23 mit
Strom versorgt,und zur gleichen Zeit würde der elektrischen Heizvorrichtung des
Dauerstrom-Schalters 21 von einer Stromquelle 24 elektrische Energie zugeführt.-Wenn
sich die Wicklung des Schalters in ihrem normalleitenden Zustand befindet, wird
der gesamte über die Anschlüste 22 und 23
eingespeiste Strom durch die Spule
20 fließen. Sobald durch die Spule 20 das gewünschte Feld erzeugt worden ist, wird
die Stromversorgung von der Widerstandsheizung In dem Dauerstrom-Schalter 21 abgeschaltet,
so daß die supraleitende Wicklung 16 von ihrem normalleitenden in ihren supraleitenden
Zustand übergeht. Zu dieser Zeit ist die äußere Energiezufuhr zu der Spule 20 unterbrochen,
und der schon in-System vorhandene Strom fliegt in dem aus der Spule 20 und den
Dauerstrom-Schalter 21 gebildeten
Kreise weiter. Der Dauerstrom-Schalter
nach der Erfindung kann nahe der Spule angeordnet wrden und erfordert keine besondere
magnetische Abschirmung, da er weitgehend unabhängig von der magnetischen Feldstärke
ist. Die Wicklungsanordnung ist für die supraleitenden Anschlüsse bequem zugänglich.