DE1765917A1

DE1765917A1 - Bandfoermiger,aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Metall bestehender Leiter

Info

Publication number: DE1765917A1
Application number: DE19681765917
Authority: DE
Inventors: Cord Dipl-Ing Albrecht; Hans Dr Lamatsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-08-07
Filing date: 1968-08-07
Publication date: 1971-10-28
Also published as: DE1765917B2; US3548078A; CH504798A; GB1228113A; DE1765917C3; FR2016884A1

Description

Bandförmiger, aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Metall bestehender Leiter

Die Erfindung betrifft einen bandförmigen, aus Supraleitermateriai und elektrisch normalleitendem Metall bestehenden Leiter.

Pur den Bau von Supraleitermagnetspulen haben sich sogenannte stabilisierte Leiter, die aus supraleitenden und bei der Betriebstemperatur der Spulen gut elektrisch leitenden, normalleitenden Metallen zusammengesetzt sind, als vorteilhaft erwiesen. Um eine

9844/0430

BAD ORIGINAL

K b/Kö

• PIA 68/1446

gute elektrische Stabilität der Spulen zu erreichen, sollen dabei Querschnitt und elektrische Tieftemperaturleitfähigkeit des normalleitenden Metalls so bemessen werden, daS der zusammengesetzte Leiter bei guter Kühlung in der Spule keine wesentliche Stromdegradation aufweist und daß beim Übergang des Supraleiters in den kritischen Zustand durch Überschreiten des kritischen Stromes der den Supraleiter durchfließende Strom ganz oder teilweise iron dem nor-n leitenden Metall übernommen werden kann, so daß der Übergang des Supraleiters vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand kontinuierlich und reversibel erfolgt und durch eine ,geringfügige Verkleinerung des Stromes der supraleitende Zustand wieder hergestellt werden kann. Es sind bereits bandförmige, aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Metall bestehende Leiter bekannt, bei denen eine Anzahl parallel zueinander verlaufender supraleitfähiger Drähte aus Eiob-Zirkon oder Niob-Titan in ein Kupfertoand eingelagert sind. Insbesondere für supraleitende Großmagnete mit scheibenförmigen Wicklungen und Betriebsströmen von 1000 A und mehr sind jedoch bandförmige Leiter erforderlich, deren Breite um ein vielfaches, beispielsweise zwanzig- oder dreißigmal, größer als ihre Dicke ist und die gleichzeitig einen verhältnismäßig großen Querschnitt besitzen. Die Herstellung solcher Leiter aus "einem kompakten Stück. in ausreichend großen Längen ist wegen der großen Mengen des zu verarbeitenden normalleitenden Metalles, das mit üen Supraleitern so gut verbunden sein muß, daß nur verschwindend geringe Übergangswiderstände zwischen dem normalleitenden Metall und dem Supraleitermaterial auftreten, mit großen Schwierigkeiten verbunden und wäre, wenn überhaupt, nur mit größtem maschinellen Aufwand möglich.

109844/0430

- 2 - Kb/Kö

PLA 68/1446

Bei den besonders niedrige Übergangswiderstände aufweisenden und daher besonders vorteilhaften sogenannten Multicore-Leitern, zu deren Herstellung Kupfer und eine Viel zahl von Hiob-Titan-Drähten zusammengepackt und durch eine Folge von querschnittsverringernden Kaltverformungs- und Wärmebehandlungsschritten zu einem Band verformt'werden, treten noch zusätzliche Schwierigkeiten auf. Diese bestehen darin, daß das Verhältnis zwischen Dicke und Breite des bandförmigen Leiters nicht beliebig klein gemacht werden kann, da bei,extremen Verformungsgraden, wie sie zur Herstellung von im Vergleich, zu ihrer Dicke sehr breiten bandförmigen Leitern nötig wären, m auch die Niob-Titan-Drähte breitgequetscht wurden. Die Folge davon

■ . - - ■ · ■ ■

wäre ein stark anisotropes Verhalten im Magnetfeld, d.h. eine starke Abhängigkeit des kritischen Stromes der 'Supraleiter von der Richtung des auf den bandförmigen Leiter wirkenden Magnetfeldes. Bei Wicklungen von Hagnetspulen können sich solche Anisotropien äußerst nachteilig auswirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem bandförmigen, aus Supraleiterimaterial und elektrisch normalleitendem Metall bestehenden Leiter diese Schwierigkeit zu vermeiden. ■ .„. W

Dies wird erflndungsgemäS dadurch erreicht, daß der Leiter aus mehreren nebeneinanderliegenden, durch Elektronenstrahlschweißen miteinander verbundenen bandförmigen Einzelleitern aus elektrisch normalleitendem Metall aufgebaut ist, die jeweils mehrere eingelagerte Supraleiter enthalten, wobei die Supraleiter von den Rändern der Schweißnähte zwischen den Einzelleitern einen Abstand von wenig-

109844/0430

- 3 - Kb/Kn

PLA

einigen zehntel Millimetern haben.

Durch diesen Leiteraufbau ist die Möglichkeit gegeben_r einen breiten bandförmigen Leiter aus vorgefertigten Einzelleitern mit geringerer Breite zusammenzusetzen, die wegen ihres kleineren Querschnittes in größeren Längen gefertigt werden können. Außerdem kann bei den für den bandförmigen Leiter besonders geeigneten Multicore-Leitern aus vorzugsweise sauerstofffreiem Kupfer und darin eingebetteten Niob-Titan-Drähten das Verhältnis zwischen Dicke und Breite der Einzelleiter verhältnismäßig groß gewählt werden, so daß bei der Herstellung der Einzelleiter keine extremen, zu einer starken Quetschung der Supraleiter führenden Verformungen nötig"sind. Anisotropieerscheinungen können daher beim erfindungsg'emäßen Leiter Weitgehend vermieden werden. Durch das Elektronenstrahlschweißen kann eine gute elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Einzelleitern erreicht werden, ohne daß dabei soviel Wärme in das Leitermaterial eingebracht wird, daß die eingelagerten Supraleiter zu stark erwärmt werden. Durch eine langer -als nur wenige Sekunden, beispielsweise 4 bis 5 Sekunden, dauernde Erwärmung der Supraleiter auf Temperaturen von etwa 350 C oder mehr würde die kritische Stromdichte der Supraleiter bereits fühlbar herabgesetzt werden. Infolge des Mindestabstandes von einigen zehntel Millimetern, den die Supraleiter von den Rändern der Schweißnähte haben, ist dafür gesorgt, daß auch die den Schweißnähten am nächsten liegenden Supraleiter nicht durch eine zu starke Erwärmung geschädigt werden. Unter Rand der Schweißnaht ist hierbei der Rand der Schmelzzone zu verstehen, wie er im Gefügebild als Ende der Erstarrungsdendriten deutlich zu erkennen ist. Insbesondere bei aus Kupfer und darin eingebetteten Niob-Titan-Drähten bestehenden Einzelleitern hat sich ein

109844/0430

- 4 - Kb/Kö

PLA 68/1446

Mihdestabstand der Supraleiter von den Rändern-der Schweißnähte von wenigstens 0,5 mm als vorteilhaft erwiesen. Für das Erstarrungsbild beim-Elektronenstrahlschweißen ist außerdem charakteristisch, daß sich im Gegensatz zu anderen Sehweißverfahren, bei denen die Wärmeeinbringung wesentlich größer ist, praktisch keine RekristallisationszOne außerhalb der Schweißnaht im Kupfer ausbildet.

Als besonders günstig im Sinne der Vermeidung einer zu starken Erwärmung der Supraleiter haben sich beim erfindungsgemäßen Leiter Schweißnähte erwiesen, deren Breite höchstens 1,2 mm beträgt und deren Tiefe wenigstens gleich ihrer Breite, d.h. gleich dieser Breite oder größer als diese ist. ·

Die Kanten der bandförmigen Einzelleiter können vorteilhaft abgerundet sein und die Schweißnähte in den dadurch entstehenden Versenkungen verlaufen. Eine Nachbearbeitung der verschweißten Einzelleiter zur ölättung der Leiteroberfläche ist dann nicht erforderlich. ■

Je nach den Anforderungen, die an die mechanische und elektrische Verbindung zwisehen den Einzelleitern gestellt werden, können die Schweißt nähte die ganze Dicke des bandförmigen Leiters durchdringen oder es k-ann die Tiefe der Schweißnähte kleiner als die Dicke des Leiters sein. Bei Schweißnahttiefen, die kleiner sind als die Leiterdicke, besteht die Möglichkeit, zu Prüfzwecken oder beim Auftreten eines Schadens den bandförmigen Leiter durch Aufbrechen der Schweißnähte unter Anwendung von Biege- oder Preßkräften schrittweise wieder in die Einzelleiter zu zerlegen. Die Schweißnaht kann dabei als Sollbruchstelle wirken, so daß das normalleitende Metall des Einzelleiters beim Aufbrechen der Nähte keine Kaltverformung erfährt, die zur Verschlechte-

109844/0430

' ■'■■'■ ■■ - 5 -■■■', ICb/KÖ

■oft, <

L PLA 68/1446

rung seiner elektrischen Tieftemperaturleitfähigkeit führen würde. In dieser Weise zurückgewonnene unbeschädigte Einzelleiter können erneut zum Aufbau eines bandförmigen Leiters verwendet werden.

Schweißnähte, deren Tiefe kleiner als. die Dicke des bandförmigen Leiters ist, können, wenn dies aus Festigkeitsgründen erwünscht ist, auch auf beiden Breitseiten des Leiters vorgesehen sein.

»Der bandförmige Leiter kann auch so ausgestaltet sein, daß die Einzelleiter miteinander und mit einem parallel zu einer Breitseite des Leiters geführten Band aus einem Metall hoher Zugfestigkeit, beispielsweise, aus V2A-Stahl, elektronenstrahlverschweißt sind. Durch ein solches als Armierung dienendes Band kann der bandförmige Leiter von den in der Wicklung einer Magnetspule auftretenden, unter Umständen sehr großen Zugkräften entlastet werden.

Der bandförmige Leiter kann auch so ausgebildet sein, daß ein Teil der Einzelleiter aus elektrisch normalleitendem Metall ohne einge-™ lagerte Supraleiter besteht. Dadurch ist insbesondere die Möglichkeit gegeben, ohne Änderung der Abmessungen des bandförmigen Leiters innerhalb,des Leiters die Anzahl der eingelagerte Supraleiter, enthaltenden Einzelleiter zu variieren, indem solche Einzelleiter gegen Einzelleiter ausgetauscht werden, die keine Supraleiter enthalten. Aufgrund dieser Austauschmöglichkeit kann die Zusammensetzung des bandförmigen Leiters dem örtlichen Magnetfeldverlauf innerhalb einer aus dem Leiter hergestellten Spulenwicklung in einfacher Weise angepaßt werden. Beispieleweise kann der bandförmige Leiter

109844/0430

- 6 - Kb/Kö

5 PLA 68/1446

bei Verwendung für eine scheibenförmige Spulenwicklung so ausgebildet sein, daß die Anzahl der eingelagerte Supraleiter enthaltende Einzelleiter zur Spulenachse hin zunimmt und die-Anzahl der keine Supraleiter enthaltende Einzelleiter in gleichem Maße abnimmt. Dadurch wird erreicht, daß bei gleichmäßiger Breite des bandförmigen Leiters in dem Teil der Spule, der dem stärkeren Magnetfeld ausgesetzt ist, mehr Supraleitermaterial für den Stromtransport zur Verfügung st-eht als in dem einem schwächeren Magnetfeld ausgesetzten achsenfernen Teil der Spülenwicklung, wo gegen der höheren Strombelastbarkeit der Supraleiter weniger Supraleitermaterial erforderlich ist. Bei einer solchen Ausführungsform des bandförmigen Leiters können gegebenenfalls erhebliche Mengen von Supraleitermaterial eingespart werden.

Der bandförmige Leiter-kann ferner auch so ausgebildet sein, daß die Schweißnähte zwischen den bandförmigen Einzelleitern durch unverachweißte Strecken unterbrochen sind. Durch das Freilassen von unverschweißten Lücken können dabei erhebliche Steigerungen der Schweißgeschwindigkeit gegenüber der Schweißgeschwindigkeit bei durchgehend geschweißten Nähten erreicht werden. Außerdem ist das Freilassen von Lücken, ebenso wie die Anmwendung von Schweißnähten, deren Tiefe kleiner ale die Leiterdicke ist, eine einfache Maßnahme, um bei Ver-

Wendung des bandförmigen Leiters für eine Magnetspule 'die durch Wirbelströme verursachten Auferregungsverluste zu verringern. Die Wirbelströme, die durch radiale Magnetfeldkomponenten im Leiter angeworfen werden, werden an den nicht durch Schweißnähte miteinander verbundenen Stoßstellen zwischen den Einzelleitern stark gedämpft.

109844/0430

- Ί - Kb/Kö

9 PLA 68/1446

Anhand einiger Figuren und Beispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden:

Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen bandförmigen Leiter gemäß der Erfindung. · „ Figur 2 zeigt sehematisch verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für

die Schweißnähte bei bandförmigen Leitern gemäß der Erfindung, Figur 3 zeigt schematisch verschiedene Möglichkeiten für das Vers-chwei-_Ä ßen der Einzelleiter mit einem Band aus einem Metall hoher

W ■

Zugfestigkeit bei einem bandförmigen Leiter gemäß der Erfindung,

Figur 4 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen bandförmigen Leiter gemäß der Erfindung.'

Der in Figur 1 dargestellte bandförmige· Leiter besteht aus zehn Einzelleitern 1, in die jeweils eine Anzahl von supraleitenden Drähten 2 eingelagert sind. Die nebeneinanderliegenden Einzeileiter sind durch Elektronenstrahlschweißen miteinander verbunden. Die Schweißung ist bei diesem Ausführungsbeispiel so durchgeführt, daß die Schweißnähten die ganze Dicke des bandförmigen Leiters durchdringen.

Bei einem speziellen, gemäß Fig. 1 aufgebauten Ausführungabeispiel für den bandförmigen Leiter wurden als Einzelleiter 1 sogenannte MuIticore-Leiter benutzt, bei denen in ein Band aus sauerstofffreiem Kupfer dreizehn parallel zueinander verlaufende Drähte 2 aus der supraleitenden Legierung 2tiob-50Gew.-# Titan eingebettet sind. Die Einzelleiter waren jeweils 3 mm dick und etwa 9 mm breit. Der Gesamt-

109844/0430

- 8 - Kb/Kö

■ J PLA 68/1446

querschnitt der in einen Einzelleiter eingebetteten Supraleiter be-

-2 2

trug 1,25 '.' 10 cm , Die Kanten der Einzelleiter waren leicht abgerundet, wobei der Krümmungsradius der Kantenabrundung zwischen etwa 0,2 und 0,5 mm lag. Bei nebeneinanderliegenden Einzelleitern entstehen aufgrund dieser Kartenabrundung Versenkungen 4, in denen beim Verschweißen der Einzelleiter die Schweißnähte 3 verlaufen. Das Verschweißen der Einzelleiter wurde bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel unter Hochvakuum vorgenommen. Die Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl betrug dabei 15OkV, der Strahlstrom 12 mA, •die Vorschubgeschwindigkeit der zu verschweißenden Leiter relativ ~ zum'Elektronenstrahl etwa 25 mm pro Sekunde. Der Elektronenstrahl wurde, um die Fuge zwischen zwei nebeneinanderliegenden Einzelleitern sicher zu treffen, während des Schweißvorgangs kreisförmig abgelenkt, so daß er an der Schweißstelle einen Kreis von etwa 0,7 mm Durchmesser beschrieb. Der Mindestabstand zwischen den Wiob-Titan-Drähten und den Schweißnahträndern betrug etwa 1 mm.-DIe Breite der so erzeugten Schweißnähte 3 betrug etwa 1 mm. Bei Erhöhung des Strahlstromes kann die Vorschubgeschwindigkeit der zu verschweißenden Einzelleiter noch wesentlich gesteigert werden. Der aus 10 Einzelleitern zusammengesetzte bandförmige Leiter konnte in einem äußeren Magnetfeld von 50 Kilooersted einen Strom von mehr als 10000 A tragen, ohne daß der kritische Strom deö Supraleitermaterials überschritten wurde.

Wie genauere Untersuchungen gezeigt haben, kann durch das Elektronenstrahlschweißen nicht nur eine feste Verbindung der Einzelleiter untereinander ohnt Beeinträchtigung der Supraleitungseigenschaften

109844/Ό-430

- q - Kb/Kö

fff PLA 68/1446

der eingebetteten Supraleiter erreicht, sondern es kann gleichzeitig auch die Tieftemperaturleitfähigkeit des Kupfers der-Multicore-Leiter gegenüber dem Zustand vor dem Verschweißen verbessert werden. Zur Erläuterung dieses Effektes soll kurz auf die Herstellung der Multicore-Leiter eingegangen werden* Zur Herstellung dieser Multicore-Leiter werden mit Kupfer überzogene Niob-Titan-Drähte und Kupfer zusammengepackt. Das so entstandene Paket wird dann in einer Folge von Ka, formungs- und Wärmebehandlungsschritten auf die gewünschten Dimensionen des Einzelleiters heruntergearbeitet. Die Folge der Kaltverforr mungs- und Wärmebehandlungsschritte wird dabei so gewählt, daß die kritischen Stromdichten in den eingelagerten Supraleitern Möglichst groß werden und der mechanische und elektrische Kontakt zwischen den Supraleitern und der Kupfermatrix möglichst gut wird. Der letzte Fertigungsschritt ist in der Regel eine Kaltverformung zur Herstellung des genauen Einzelleiterquerschnittes. Die bei diesem Kaltverformungsschritt auftretende plastische Verformung des Kupfers führt zusammen mit den noch aus den vorhergehenden Kaltverformungsschritten herrührenden plastischen Verformungen, so weit* deren Einfluß nicht durch die verschiedenen Wärmebehandlungen aufgehoben ist, su einer Vergrößerung des Restwiderstandes des Kupfers weit über das Niveau, das an sich

aufgrund der Kupferqualität erreichbar wäre. Durch die beim Elektronenstrahl schweiß en in das Kupfer eingebrachte Wärme können nun die negativen Einflüsse dieser plastischen Verformungen wenigstens teilweise beseitigt werden, ohne daß die dabei freiwerdenden inneren mechanischen Spannungen den Einzelleiter verziehen und somit die erreichte geometrische Qualität beeinträchtigen und ohne dall dl· Einselleiter soweit erwärmt werden, daß eine Schädigung der Supraleiter eintritt.

109844/0430

- 10 -

Γ/65917

AJ PLA 68/1446

In Fig. 2 sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für die Schweißnähte bei bandförmigen Leitern gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Zwischen den Einzelleitern 11 und 12 ist eine Schweißnaht

16 vorgesehen, deren Tiefe kleiner als die Dicke der Einzelleiter Ist. Zwischen den Einzelleitern 12 und 13 sind zwei solche Schweißnähte 17 und 18 auf beiden Breitseiten des bandförmigen Leiters vorgesehen. Auch zwischen den Einzelleitern 15 und 14 sind zwei-Schweißnähte 19 und 20 vorgesehen. Die Tiefe dieser beiden Schweißnähte ist gerade gleich der halben Dicke der Einzelleiter, so daß sich die Schweißnähte in der Leitennitte berühren. Zur Herstellung der Nähte

17 und 18 bzw. 19 und 20 sina jeweils zwei getrennte Schweißvorgänge erforderlich. Die Schweißnaht 21 zwischen den Einzelleitern 14 und 15 durchdringt wie die Schweißnähte 3 in Fig. 1 die ganze Leiterdicke. Sie ist jedoch durch eine unverschweißte Strecke 22 unterbrochen. Bei eitiee bandförmigen Leiter mit den bei den Erläuterungen zu Fig. 1 erwähnten Abmessungen können die Schweißnähte 21 bzw. die unverechweiflten Stecken 22 beispielsweise etwa 0,5 bis 2 cm lang sein. Die Kanten der Einzelleiter 11 bis 15 können ebenso wie die Kanten der Einselleiter 1 in Fig. 1 abgerundet sein, so daß die Schweißnähte versenkt angebracht werden können. Man wird die verschiedenen Schweitnahtarten bei der Herstellung des bandförmigen Leiters jeweils entsprechend den an den bandförmigen Leiter gestell ten. Anforderungen und im Hinblick auf eine möglichst rationelle Fertigung, d.h. möglichst hohe Vorschubgeschwindigkeit der zu verschweißenden Leiter wählen.

Wie bereite erwähnt, können die Einzelleiter durch Elektronenstrahl-

10984.A/04-30

" " Kb/Kö

PIA 68/1446

schweißen auch mit einem parallel zu einer Breitseite des Leiters geführten Band aus einem Metall hoher Zugfestigkeit, das als Armierung dient, elektronenstrahlverschweißt sein. Verschiedene Möglichkeiten für eine solche Verschweißung sind in Fig. 3 schematisch dar gestellt"; Das Band hoher Zugfestigkeit, das beispielsweise aus V2A-Stahl bestehen kann, ist mit 31 bezeichnet. Sie Einzelleiter 32 und 33 sind miteinander und mit dem Band 31 durch eine Schweißnaht 37 verbunden, die von der freien Oberfläche der Einzelleiter her erzeugt ist und auch das Band 31 ganz durchdringt. Die Schweißnaht zwischen den Einzelleitern 33 und 34 ist ebenfalls von der freien Oberfläche dieser Leiter her erzeugt, durchdringt aber das Band 31 nur teilweise. Die Einzelleiter 34 und 35 sind miteinander und mit dem Band 31 durch eine Schweißnaht 39 verbunden, die durch einen auf die Oberfläche des Bandes 31_;auftreffenden Elektronenstahl erzeugt ist und nur teilweise in die Leiter 34 und 35 eindringt. Auch die Schweißnaht 40 zwischen den Einzelleitern 35 und 36 ist durch einen auf das Band 31 auftreffenden Elektronenstrahl erzeugt. .Sie durchdringt aber die ganze Dicke der Einzelleiter 35 und 36. Durch das Elektronenstrahlschweißen wird eine innige Verbindung zwischen dem Kupfer der Einzelleiter und dem Metall dee Bande« 31 erzeugt. Innerhalb der Schweißnaht tritt eine teilweise Durchmiachung beider Materialien auf. Der elektrische Widerstand bei tiefen Temperaturen ist in den dabei entstehenden Legierungszonen um Größenordnungen höher als im Kupfer und trägt daher zur Dämpfung von im bandförmigen Leiter angeworfenen Wirbelströmen bei.

Fig. 4 zeigt schematisch im Querschnitt einen aus 5 Einzelleitern

109844/0430

- 12 - Kb/Kö

Γ/65917

PLA 68/Η46

4-1 bis 45 aufgebauten bandförmigen Leiter. Der mittlere Einzelleiter 43 enthält dabei keine eingelagerten Supraleiter. Die Schweißnähte zwischen den Einzelleitern sind mit 46 bis 49 bezeichnet. Statt aus gut elektrisch leitendem Metall kann der Einzelleiter 43 auch aus einem Metall geringerer Leitfähigkeit bestehen und beispielsweise als Armierung oder zur Dämpfung von Wirbelströmen dienen. ^

Das Verschweißen der Einzelleiter des bandförmigen Leiters kann vorteilhaft unter Hochvakuum von beispielsweise 10 Torr erfolgen. Dabei müssen zur Einführung der zu verschweißenden Einzelleiter in den Vakuumraum, in welchem sich der Elektronenstrahl befindet, entsprech-

fr

ende Vakuumschleusen vorgesehen werden. Während des Schweißvorganges können die Einzelleiter vorteilhaft durch Anpreßrollen geführt und aneinandergepreßt werden. Der bandförmige Einzelleiter kann so hergestellt werden, daß nacheinander ein bandförmiger Einzelleiter mit dem nächsten bandförmigen Einzelleiter verschweißt wird, bis die für den bandförmigen Leiter gewünschte Anzahl an Einzelleitern erreicht ist. Man kann aber auch zunächst mehrere Einzelleiter zu Leitergruppen verschweißen und diese Leitergruppen schließlich durch einen "abschließenden Schweißvorgang zu dem endgültigen bandförmigen Leiter zusammenfügen. Bei geeignet ausgebildeter Elektronenstrahlschweißanlage können die Einzelleiter auch unter .Halbvakuum (etwa 10 Torr) oder an Luft verschweißt werden.

Falls durch unverschweißte Strecken unterbrochene Schweißnähte vorgesehen Bind, können beispielsweise auch drei Einzelleiter in einem SchweißVorgang miteinander verbunden werden. Die Schweißnähte zwischen den Einzelleitern werden dabei zweckmäßigerweise derart ver-

109844/0430

- 13 - Kb/Kö

jif PLA 68/14*6

setzt zueinander angeordnet, daß einer unverschweißten Stelle zwischen dem ersten Einzelleiterpaar eine verschweißte Strecke zwischen dem zweiten Einzelleiterpaar gegenübersteht. Durch geeignete Ablenkung des Elektronenstrahls kann dann erreicht werden, daß der Elektronenstrahl nach Fertigstellung einer Schweißnahtstrecke zwischen dem einen Leiterpaar auf die zu verschweißende Stelle des zweiten Leiterpaares überspringt und nach Fertigstellung einer Schweißnahtstrecke zwischen diesem Leiterpaar wieder zum ersten Leiterpaar zurückspringt. Die zur Fertigstellung des bandförmigen Leiters notwendige Schweißzeit kann durch ein solches Schweißverfahren erheblich verringert werden. . . ■

Neben MuIticore-Leitern aus Kupfer und Niob-Titan-Drahten sind für den bandförmigen Leiter auch Einzelleiter aus anderen gut elektrisch leitenden Metallen, beispielsweise aus Aluminium, geeignet, die eingelagerte Supraleiter aus Hochfeldsupraleitermaterial enthalten. Als Hochfeisupraleitermaterialien kommen dabei insbesondere Ni.ob-Zirkon- und Niob-Titan-Legierungen in Frage.

Der erfindungsgemäße bandförmige Leiter ist insbesondere für supraleitende Wicklungen geeignet, die Biegeradier. von etwa 500 mm und

m t

mehr aufweisen und mit Strömen von etwa 1000 A oder mehr betrieben werden. Neben der bereits erwähnten Scheibenform können die Wicklungen beispielsweise auch Zylinder-, Oval- oder Sattelform haben. Die Wärmeabfuhr aus diesen Wicklungen kann durch Kühlung der Schmalseiten des bandförmigen Leiters oder durch sogenannte Kanalkühlung erfolgen, bei welcher das Kühlmittel, insbesondere flüssiges Helium, Kanäle

109844/0430

- 14 - Kb/Kö

i/65917

PLA 68/1446

durchströmt, die zwischen den Lagen der aus dem bandförmigen Leiter hergestellten Wicklung vorgesehen sind. Um eine gute elektrische Stabilisierung zu erhalten» sollte das Kühlmittel mindestens etwa " 30 i» der Gesamtoberfläche des bandförmigen Leiters unmittelbar benetsen. Der Querschnitt des normalleitenden Materials wird vorteilhaft grofi gegenüber dem Querschnitt des eingelagerten Supraleitermaterials gewählt, so daß das normalleitende Material gegebenenfalls den gesamten, den Leiter durchfließenden Strom übernehmen kann, ohne dafi der Leiter dabei über die Sprungtemperatur des Supraleitermaterials erwärmt wird.

11 Patentansprüche
4 Figuren

109844/0430

Claims

PLA 68/14*46 Patentansprüche

1. Bandförmiger, aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Material bestehender Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mehreren nebeneinanderliegenden, durch Elektronenstrahlschweißen miteinander verbundenen bandförmigen Einzelleitern (1) aus elektrisch normalleitendem Metall aufgebaut ist, die jeweils mehrere eingelagerte Supraleiter (2) enthalten, wobei die Supraleiter (2) von den Rändern der Schweißnähte (3) zwischen den Einzelleitern (1) einen Abstand von· wenigstens einigen zehntel Millimetern haben.

2. Bandförmiger Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelleiter (1) aus Kupfer und mehreren in das Kupfer eingebetteten Drähten (2) aus einer supraleitenden Niqb-Jitan-Legierung bestehen.

3. Bandförmiger Leiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Supraleiter (2) von den Rändeln der Schweißnähte (3) einen Abstand von wenigstens 0,5 mm haben. *

4. Bandförmiger Leiter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schweißnähte (3) höchstens 1,2 mm beträgt und die Tiefe der Schweißnähte wenigstens gleich deren Breite ist.

10984470430

- 16 - Kb/Kö

1?

' "i 7659.17

PLA 68/1446

5. Bandförmiger Leiter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der bandförmigeil· Einzelleiter (1) abgerundet sind und die Schweißnähte (3) in den dadurch entstehenden Versenkungen (4) verlaufen.

6. Bandförmiger Leiter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet,, daß die Schweißnähte (3) die ganze Dicke des Leiters durchdringen.

7. Bandförmiger Leiter nach einem oder mehreren, der Ansprüche 1 bis ..5» dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Schweißnähte (16) kleiner als die Dicke des Leiters ist.

8. Bandförmiger Leiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß , auf beiden Breitseiten des Leiters Schweißnähte( 17, 18 bzw. 19» 2Q

vorgesehen sind. ' . -

9. Bandförmiger Leiter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelleiter 32 bis 36 miteinander ™ und mit einem parallel zu einer Breitseite des Leiters geführten Band (31) aus einem Metall hoher Zugfestigkeit elektronenstrahlverschweißt sind.

10. Bandförmiger Leiter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (43) der Einzelleiter (41 bis 45) aus elektrisch normalleitendem Metall ohne eingelagerte Supraleiter besteht.

109844/0430

- 17 - Kb/Kö

PLA 68/1446

11. Bandförmiger Leiter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte (21) zwischen den bandförmigen Einzelleitern (14, 15) durch unverschweißte Strecken (22) unterbrochen sind.

1098*4/tU30

-Ib- Kb/Ko