DE1765917C3 - Bandförmiger, aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Metall bestehender Leiter - Google Patents

Description

stark anisotropes Verhalten im Magnetfeld, d. h. eine

starke Abhängigkeit des kritischen Stromes der Supraleiter von der Richtung des auf den bandförmigen 63 Leiter wirkenden Magnetfeldes. Bei Wicklungen von

Die Erfindung betrifft einen bandförmigen, aus Magnetspulen können sich solche Anisotropien äu-Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem ßerst nachteilig auswirken.
Material besiehenden Leiter, der aus mehreren n<-- Durch die französische Patentschrift

es nun bereits bekannt, einen bandförmigen, aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Material bestehenden Leiter aus mehreren nebeneinanderliegenden, miteinander verbundenen Einzelleitern aus elektrisch normalleitendem Metall aufzubauen, die jeweils mehrere eingelagerte Supraleiter enthalten. Bezüglich der Verbindung dieser Einzelleiter ist jedoch lediglich allgemein angegeben, daß die Einzelleiter durch Schweißen oder Löten bei niedriger oder hoher Temperatur, beispielsweise durch Ifaltpreßschweißen, verbunden werden können. Als weitere Möglichkeit ist angegeben, die Einzelleiter mittels elektrolytisch abgeschiedener Metallüberzüge zu verbinden oder sie mit Bändern auf einer Unterlage aus einem Metall hoher Zugfestigkeit zu befestigen. Bei all diesen Vorschlägen handelt es sich um eine Aufzählung einer Reihe von denkbaren Verbindungsmöglichkeiten, ohne daß diese Möglichkeiten etwa auf die Eigenschaften der Einzelleiter bzw. auf einen guten Zusammenhalt der Einzelleiter abgestimmt wären. Offenbar ist in der f/anzösischen Patentschrift noch nicht erkannt, daß die Art der Verbindung der Einzelleiter untereinander einen Einfluß auf die Eigenschaften der Einzelleiter selbst haben kann. Schweiß- und Lötverfahren, bei denen von erhöhter Temperatur Gebrauch gemacht wird, führen im allgemeinen zu einer zu starken Erwärmung und damit zu einer Schädigung der Supraleiter, während beispielsweise Kaltpreßschweißverfahren wegen der dabei auftretenden Verformung des Gefüges die guten Eigenschaften des normalleitenden Metalls beeinträchtigen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einzelleiter derart miteinander zu verbinden, daß einerseits eine mechanisch ausreichend feste Verbindung gewährleistet ist, andererseits aber weder das Suprpleitmaterial geschädigt, noch die gute elektrische und thermische Leitfähigkeit des normal leitenden Metalls beeinträchtigt wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die bandförmigen Einzelleiter durch Elektronenstrahlschweißnähte miteinander verbunden sind und die Spuraleiter von den Rändern der Schweißnähte zwischen den Einzelleitern einen Abstand von wenigstens einigen zehntel Millimetern haben.

Durch die österreichische Patentschrift 249 773 ist zwar bereits ein Verfahren zur Herstellung von supraleitenden Bändern bekannt, bei welchem vom Elektronenstrahlschweißen Gebrauch gemacht wird. Dieses bekannte Verfahren dient jedoch nicht zur Herstellung von bandförmigen Leitern, die aus mehreren aus elektrisch normalleitendcm Metall und darin eingelagerten Supraleitern bestehenden Einzelleitern zusammengesetzt sind, sondern zur Herstellung von supraleitenden Bändern mit Schichten aus einer zweikomponentigen intermetallischen Verbindung, wie Nb₃Sn. Zur Herstellung eines Bandes mit derartigen Schichten wird bei diesem Verfahren eine Schicht der niedriger schmelzenden Komponente der Verbindung, beispielsweise eine Zinnschicht, zwischen zwei bandförmige Schichten der höher schmelzenden Komponente der Verbindung, beispielsweise zwei Niobschichten oder zwei Tantalschichten, gebracht. Anschließend werden die Ränder der beiden bandförmigen Schichten aus der höher schmelzenden Komponente beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen miteinander verschweißt und dann erst durch eine Wärmebehandlung die supraleitende intermetallische Verbindung gebildet. Bei diesen bekannten Verfahren liegt somit eine völlig andere Problemstellung vor als bei der vorliegenden Erfindung. Durch den erfindungsgemäßen Leiteraufbau ist die

Möglichkeit gegeben, einen breiten bandförmigen Leiter aus vorgefertigten Einzelleitern mit genngerer Breite zusammenzusetzen, die wegen ihres kleinen Querschnittes in größeren Längen gefertigt werden können. Außerdem kann bei den für den bandförmigen Leiter besonders geeigneten Multicore-Leitern aus vorzugsweise sauerstofffreiem ICupfer 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 erfinciungsgemäßen Leiter weitgehend vermieden werden Durch das Elektronenstrahlschweißen kann eine guf? elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Einzelleitern erreicht werden, ohne daß dabei so vie'i Wärme in das Leitermaterial eingebracht wird, daß die eingelager-ί,οη Supraleiter zu stark erwärmt werden. Durch eine

länger als nur wenige Sekunden, beispielsweise 4 bis 5 Sekunden dauernde Erwärmung der Supraleiter auf Temperaturen von etwa 350⁰C 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 Getügebild als Ende der Erstarrungsdendriten deutlich zu erkennen ist. Insbesondere bei Kupfer und darin eingebetteten Niob-Titan-Drähten bestehenden Einzelleitern hat sich ein Mindestabstand der Supraleiter von den Rändern der Schweißnähte von wenigstens 0,5mm als vorteilhaft erwiesen. Für das Erstarrungsbild beim Elektronenstrahlschweißen ist außerdem charakteristisch, daß sich im Gegensatz zu anderen Schweißverfahren, bei

denen die Wärmeeinbringung wesentlich größer ist, praktisch keine Rekristallisierungszone außerhalb der Schweißnaht im Kupfer ausbildet.

Als besonders günstig im Sinne der Vermeidung einer zu starken Erwärmung der Supraleiter haben

-u sich beim erfhidungsgemäßen Leiter Schweißnähte orwiesen. 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 Glättung der Letteroberfläche ist dann nicht erforderlich.

Je nach den Anforderungen, die an die mechanische und dektrische Verbindung zwischen den Einzelleitern gestellt werden, können die Schweißnähte die ganze Dicke des bandförmigen Leiters durchdringen, oder es kann die Tiefe der Schweißnähte kleiner

als die Dicke des Leiters sein. Bei Schweißnahttieren, die kleiner sind als die Leiterdicke, besteht die iwog lichkeit, zu Prüfzwecken oder beim Auftreten nn Schadens den bandförmigen Leiter durch Auron:

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chcn der Schweißnähte unter Anwendung von Biege- Aufcrregiingsverluslc zu verringern. Die Wirbel oder Preßkräflen schrittweise wieder in die Einzcllci- ströme, die durch radiale Magnctfeldkomponenter ter zu zerlegen. Die Schweißnaht kann dabei als im Leiter angeworfen werden, werden an den nicln Sollbruchstelle wirken, so daß das normallcitende durch Schweißnähte miteinander verbundenen Stoß-Metall des Einzelleiters beim Aufbrechen der Nähte 5 stellen zwischen den Einzelleitern stark gedämpft, keine Kaltverformung erfährt, die zur Verschlechte- An Hand einiger Figuren und Beispiele soll die rung seiner elektrischen Tieftcmperaturlcitfähigkeit Erfindung noch näher erläutert werden, führen würde. In dieser Weise zurückgewonnene im- F i g. I zeigt schematisch ein Ausführungsbcispiel beschädigte Einzelleiter können erneut zum Aufbau für einen bandförmigen Leiter gemäß der Erfindung, eines bandförmigen Leiters verwendet werden. io Fig. 2 zeigt schematisch verschiedene Ausfüh-

Schweißnähte, deren Tiefe kleiner als die Dicke rungsmöglichkeiten für die Schweißnähte bei band-

des bandförmigen Leiters ist, können, wenn dies aus förmigen Leitern gemäß der Erfindung, Festigkeitsgründen erwünscht ist, auch auf beiden Fig. 3 zeigt schematisch verschiedene Möglich-

Breitsciten des Leiters vorgesehen sein. keitcn für das Verschweißen der Einzelleiter mit

Der bandförmige Leiter kann auch so ausgestaltet 15 einem Band aus einem Metall hoher Zugfestigkeit bei

sein, daß die Einzelleiter miteinander und mit einem einem bandförmigen Leiter gemäß der Erfindung, parallel zu einer Breitseite des Leiters geführten Fig. 4 zeigt schematisch ein weiteres Ausfüh-

Band aus einem Metall hoher Zugfestigkeit, bei- rungsbeispiel für einen bandförmigen Leiter gemäß

spielsweise aus V2A-Stahl, elektronenstrahlver- der Erfindung.

schweißt sind. Durch ein solches als Armierung die- ao Der in Fig. 1 dargestellte bandförmige Leiter be-

nendes Band kann der bandförmige Leiter von den steht aus zehn Einzelleitern 1, in die jeweils eine An-

in der Wicklung einer Magnetspule auftretenden, un- zahl von supraleitenden Drähten 2 eingelagert sind,

ter Umständen sehr großen Zugkräften entlastet wer- Die nebcneinandcrliegenden Einzelleiter sind durch

den. Elektronenstrahlschweißen miteinander verbunden.

Der bandförmige Leiter kann auch so ausgebildet 25 Die Schweißung ist bei diesem Ausführungsbeispiel sein, daß ein Teil der Einzelleiter aus elektrisch nor- so gut durchgeführt, daß die Schweißnähte 3 die malleitendem Metall ohne eingelagerte Supraleiter ganze Dicke des bandförmigen Leiters durchdringen, besteht. Dadurch ist insbesondere die Möglichkeit Bei einem speziellen, gemäß Fig. 1 aufgebauten gegeben, ohne Änderungen der Abmessungen des Ausführungsbeispiel für den bandförmigen Leiter bandförmigen Leiters innerhalb des Leiters die An- 30 wurden als Einzelleiter 1 sogenannte Multicore-Leizahl der eingelagerten Supraleiter enthaltenden Ein- ter benutzt, bei denen in ein Band aus sauerstoffzelleiter zu variieren, indem solche Einzelleiter gegen freiem Kupfer dreizehn parallel zueinander verlau-Einzelleiter ausgetauscht werden, die keine Supralei- fende Drähte 2 aus der supraleitenden Legierung Niobter enthalten. Auf Grund dieser Aiistauschmöglichkeit 50 Gewichtsprozent Titan eingebettet sind. Die Einzelkann die Zusammensetzung des bandförmigen Lei- 35 leiter waren jeweils 3 mm dick und etwa 9 mm breit, ters dem örtlichen Magnetfeldverlauf innerhalb einer Der Gesamtquerschnitt der in einem Einzelleiter einaus dem Leiter hergestellten Spulenwicklung in ein- gebetteten Supraleiter betrug 1,25· 10 -cm². Die fächer Weise angepaßt werden. Beispielsweise kann Kanten der Einzelleiter waren leicht abgerundet, woder bandförmige Leiter bei Verwendung für eine bei der Krümmungsradius der Kantenabrundung zwischeibenförmige Spulenwicklung so ausgebildet sein, 40 sehen etwa (/,2 und 0,5 mm lag. Bei nebeneinanderdaß die Anzahl der eingelagerten Supraleiter enthal- liegenden Einzelleitern entstehen auf Grund dieser tende Einzelleiter zur Spulenachse hin zunimmt und Kantenabrundung Versenkungen 4, in denen beim die Anzahl der keine Supraleiter enthaltende Einzel- Verschweißen der Einzelleiter die Schweißnähte 3 leiter im gleichen Maße abnimmt. Dadurch wird er- verlaufen. Das Verschweißen der Einzelleiter wurde reicht, daß bei gleichmäßiger Breite des bandförmi- 45 bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel unter gen Leiters in dem Teil der Spule, der dem stärkeren Hochvakuum vorgenommen. Die Beschlennigungs-Magnetfeld ausgesetzt ist, mehr Supraleitermaterial spannung für den Elektronenstrahl betrug dabei für den Stromtransport zur Verfugung steht als in 150 kV, der Strahlstrom 12 mA, die Vorschubgedem einem schwächeren Magnetfeld ausgesetzten schwindigkeit der zu verschweißenden Leiter relativ achsenfernen Teil der Spulenwicklung, wo wegen der 50 zum Elektronenstrahl etwa 25 mm pro Sekunde. Der höheren Strcirnbelastbarkeit der Supraleiter weniger Elektronenstrahl wurde, um die Fuge zwischen drei Supraleitermaterial erforderlich ist. Bei einer solchen nebeneinanderliegenden Einzelleitern sicher zu tref-AusführungsrOrm des bandförmigen Leiters können fen, während des Schweißvorgangs kreisförmig abgegegebenenfallls erhebliche Mengen von Supraleiter- lenkt, so daß er an der Schweißstelle einen Kreis von material eingespart werden. 55 etwa 0,7 mm Durchmesser beschrieb. Der Mindest-

Der bandförmige Leiter kann ferner auch so aus- abstand zwischen den Niob-Titan-Drähten und den

gebildet sein, daß die Schweißnähte zwischen den Schweißnahträndern betrug etwa 1 mm. bandförmigen Einzelleitern durch un verschweißte Die Breite der so erzeugten Schweißdrähte 3 be-

Strecken unterbrochen sind. Durch das Freilassen trug etwa 1 mm. Bei Erhöhung des Strahlstromes

von unverschweißten Lücken können dabei erheb- 60 kann die Vorschubgeschwindigkeit der zu verschwei-

liche Steigerungen der Schweißgeschwindigkeit ge- ßenden Einzelleiter noch wesentlich gesteigert wer-

genüber der Schweißgeschwindigkeit bei durchge- den. Der aus 10 Einzelleitern zusammengesetzte

lend geschweißten Nähten erreicht werden. Außer- bandförmige Leiter konnte in einem äußeren Ma-

Jem ist das Freilassen von Lücken, ebenso wie die gnetfeld von 50 Kilooesterd einen Strom von mehr

Anwendung von Schweißnähten, deren Tiefe kleiner 65 als 10 000 A tragen, ohne daß der kritische Strom

ils die Leiterdicke ist, eine einfache Maßnahme, um des Supraleitermaterials überschritten wurde, jei Verwendung des bandförmigen Leiters für eine Wie genauere Untersuchungen gezeigt haben, kann

vlagnetspule die durch Wirbelstürme verursachten durch das Elektronenstrahlschweißen

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feste Verbindung der Einzelleiter untereinander ohne migen Leiter gestellten Anforderungen und im Hin-Beeinträchtigung der Supraleitungscigcnschaflen der blick auf eine möglichst rationelle Fertigung, d.h. eingebetteten Supraleiter erreicht, sondern es kann möglichst hohe Vorschubgeschwindigkeit der zu vergleichzeitig auch die Temperaturleitfähigkeit des schweißenden Leiter wählen.

Kupfers der Multicore-Leiter gegenüber dem Zu- 5 Wie bereits erwähnt, können die Einzelleiter durch stand vor dem Verschweißen verbessert werden. Zur Elektronenstrahlschweißen auch mit einem parallel Er äuterung dieses Effektes soll kurz auf die Herstel- zu einer Breitseite des Leiters geführten Band aus lung der Multicore-Leiter eingegangen werden. Zur einem Metall hoher Zugfestigkeit, das als Armierung Herstellung dieser Multicore-Leiter werden mit Kup- dient, elektronenstrahlvcrschweißt sein. Verschiefer überzogene Niob-Titan-Drähte und Kupfer zu- io denc Möglichkeiten für eine solche Verschweißung sammengepackt. Das so entstandene Paket wird sind in Fi g. 3 schematisch dargestellt. Das Band hodann in einer Folge von Kaltverformungs- und War- her Zugfestigkeit, das beispielsweise aus V2A-Stahl mebehandlungsschritten auf die gewünschten Dirnen- bestehen kann, ist mit 31 bezeichnet. Die Einzelleisionen des Einzelleiters heruntergearbeitet. Die Folge tcr32 und 33 sind miteinander und mit dem Band 31 der Kaltverformungs- und Wärmebehandlungs- 15 durch eine Schweißnaht 37 verbunden, die von der schritte wird dabei so gewählt, daß die kritischen freien Oberfläche der Einzelleiter her erzeugt ist und Stromdichten in den eingelagerten Supraleitern mög- auch das Band 31 ganz durchdringt. Die Schweißlichst groß werden und der mechanische und elektri- naht 38 zwischen den Einzelleitern 33 und 34 ist sehe Kontakt zwischen den Supraleitern und der ebenfalls von der freien Oberfläche dieser Leiter her Kupfermatrix möglichst gut wird. Der letzte Ferti- 20 erzeugt, durchdringt aber das Band 31 nur teilweise, gungsschritt ist in der Regel eine Kaltverformung zur Die Einzelleiter 34 und 35 sind miteinander und mit Herstellung des genauen Einzelleiterquerschnittes. dem Band 31 durch eine Schweißnaht 39 verbunden, Die bei diesem Kaltverformungsschritt auftretende die durch einen auf die Oberfläche des Bandes 31 plastische Verformung des Kupfers führt zusammen auftreffenden Elektronenstahl erzeugt ist und nur mit den noch aus den vorhergehenden Kaltverfor- 25 teilweise in die Leiter 34 und 35 eindringt. Auch die mungsschritten herrührenden plastischen Verformun- Schweißnaht 40 zwischen den Einzelleitern 35 und 36 gen, soweit deren Einfluß nicht durch die verschie- ist durch einen auf das Band 31 auftreffenden Elekdenen Wärmebehandlungen aufgehoben ist, zu einer tronenstrahl erzeugt. Sie durchdringt aber die ganze Vergrößerung des Restwiderstandes des Kupfers weit Dicke der Einzelleiter 35 und 36. Durch das Elektroüber das Niveau, das an sich auf Grund der Kupfer- 30 nenstrahlschweißen wird eine innige Verbindung zwiqualität erreichbar wäre. Durch die beim Elektronen- sehen dem Kupfer der Einzelleiter und dem Metall strahlschweißen in das Kupfer eingebrachte Wärme des Bandes 31 erzeugt.

können nun die negativen Einflüsse dieser plasti- Innerhalb der Schweißnaht tritt eine teilweise

sehen Verformungen wenigstens teilweise beseitigt Durchmischung beider Materialien auf. Der elektri-

werden, ohne daß die dabei frei werdenden inneren 35 sehe Widerstand bei tiefen Temperaturen ist in den

mechanischen Spannungen den Einzelleiter verziehen dabei entstehenden Legierungszonen um Größcnord-

und somit die erreichte geometrische Qualität beein- nungen höher als im Kupfer und trägt daher zur

trächtigen und ohne daß die Einzelleiter so weit er- Dämpfung von im bandförmigen Leiter angtworfe-

wärmt werden, daß eine Schädigung der Supraleiter nen Wirbelströmen bei.

eintritt. In Fig. 2 sind verschiedene Ausführungs- 40 F i g. 4 zeigt schematisch im Querschnitt einen aus

möglichkeiten für die Schweißnähte bei bandförmi- 5 Einzelleitern 41 bis 45 aufgebauten bandförmigen

gen Leitern gemäß der Erfindung schematisch darge- Leiter. Der mittlere Einzelleiter 43 enthält dabei

stellt. Zwischen den Einzelleitern 11 und 12 ist eine keine eingelagerten Supraleiter. Die Schweißnähte

Schweißnaht 16 vorgesehen, deren Tiefe kleiner als zwischen den Einzelleitern sind mit 46 bis 49 be-

die Dicke der Einzelleiter ist. Zwischen den Einzel- 45 zeichnet. Statt aus gut elektrisch leitendem Metall

leitern 12 und 13 sind zwei solche Schweißnähte 17 kann der Einzelleiter 43 auch aus einem Metall ge-

und 18 auf beiden Breitseiten des bandförmigen Lei- ringerer Leitfähigkeit bestehen und beispielsweise als

ters vorgesehen. Auch zwischen den Einzelleitern 13 Armierung oder zur Dämpfung von Wirbelströmen

und 14 sind zwei Schweißnähte 19 und 20 vorgese- dienen.

hen. Die Tiefe dieser beiden Schweißnähte ist gerade 50 Das Verschweißen der Einzelleiter des bandförmigleich der halben Dicke der Einzelleiter, so daß sich gen Leiters kann vorteilhaft unter Hochvakuum von die Schweißnähte in der Leitermitte berühren. Zur beispielsweise 10"⁴ Torr erfolgen. Dabei müssen zur Herstellung der Nähte 17 und 18 bzw. 19 und 20 sind Einführung der zu verschweißenden Einzelleiter in jeweils zwei getrennte Schweißvorgänge erforderlich. den Vakuumraum, in welchem sich der Elektronen-Die Schweißnaht 21 zwischen den Einzelleitern 14 55 strahl befindet, entsprechende Vakuumschleusen und 15 durchdringt wie die Schweißnähte 3 in Fig. 1 vorgesehen werden. Während des Schweißvorganges die ganze Leiterdicke. Sie ist jedoch durch eine un- können die Einzelleiter vorteilhaft durch Anpreßrolverschweißte Strecke 22 unterbrochen. Bei einem len geführt und aneinandergepreßt werden. Der bandförmigen Leiter mit den bei den Erläuterungen bandförmige Einzelleiter kann so hergestellt werden, zu F i g. 1 erwähnten Abmessungen können die 60 daß nacheinander ein bandförmiger Einzelleiter mit Schweißnähte 21 bzw. die unverschweißten Strek- dem nächsten bandförmigen Einzelleiter verschweißt ken 22 beispielsweise etwa 0,5 bis 2 cm lang sein. wird, bis die für den bandförmigen Leiter ge-Die Kanten der Einzelleiter 11 bis 15 können ebenso wünschte Anzahl an Einzelleitern erreicht ist. Man wie die Kanten der Einzelleiter 1 in Fig. 1 abgerun- kann aber auch zunächst mehrere Einzelleiter zu det sein, so daß die Schweißnähte versenkt ange- 65 Leitergruppen verschweißen und diese Leitergruppen bracht werden können. Man wird die verschiedenen schließlich durch einen abschließenden Schweißvor-Schweißnahtarten bei der Herstellung des bandförmi- gang zu dem endgültigen bandförmigen Leiter zügen Leiters jeweils entsprechend den an den bandför- sammenfügen. Bei geeignet ausgebildeter Elektronen-

strahlschweißan.'age können die Einzelleiter auch unter Halbvakuum (etwa JO 'Torr) oder an Luft verschweißt werden.

Falls durch "nverschweißte Strecken unterbrochene Schweißnähte vorgesehen sind, können beispielsweise auch drei Einzelleiter in einem Schweißvorgang miteinander verbunden werden. Die Schweißnähte zwischen den Einzelleitern werden dabei zweckmäßigerweise derart versetzt 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 Multicore-Leitern aus Kupfer und Niob-Titan-Drähten sind für den bandförmigen Leiter auch Einzelleiter aus anderen gut elektrisch leitenden Metallen, beispielsweise aus Aluminium, geeignet, die eingelagerte Supraleiter aus Hochfeldsupraleitermaterial enthalten. Als Hochfeldsupraleitermaterialien kommen dabei insbesondere Niob-Zirkon- und Niob-Titan-Legierungen in Frage.

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

»5 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 3O°/o der Gesamtoberfläche des bandförmigen Leiters unmittelbar benetzen. Der Querschnitt des normalleitenden Materials wird vorteilhaft groß gegenüber dem Querschnitt des eingelagerten Supraleitermaterials gewählt, so daß das normalleitende Material gegebenenfalls den gesamten, den Leiter durchfließen-

a5 den Strom übernehmen kann, ohne daß der Leiter dabei über die Sprungtemperatur des Supraleitermaterials erwärmt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

beneinanderliegenden, miteinander verschweißten Patentansprüche: Einzelleitern aus elektrisch normalleitendem Metall aufgebaut ist, die jeweils mehrere eingelagerte Supra-

1. Bandförmiger, aus Supraleitermaterial und leiter enthalten.

elektrisch normalleitendem Material bestehender 5 Für den Bau von Supraleitungsmagnetspulen ha-Leiter, der aus mehreren nebeneinanderliegen- ben sich sogenannte stabilisierte Leiter, die aus suden, miteinander verschweißten Einzelleitern aus praleitenden und bei der Betriebstemperatur der elektrisch normalleitendem Metall aufgebaut ist. Spulen gut elektrisch leitenden, normalleitenden Medie jeweils mehrere eingelagerte Supraleiter ent- tallen zusammengesetzt sind, als vorteilhaft erwiesen, halten, dadurch gekennzeichnet, daß io Um eine gute elektrische Stabilität der Spulen zu erdie bandförmigen Einzelleiter (1) durch Elektro- reichen, sollen dabei Querschnitt und elektrische nenstrahlschweißnähte (3) miteinander verbun- Tieftemperaturlcitfähigkeit des normalleitenden Meden sind und die Supraleiter (2) von den Rändern tails so bemessen werden, daß der zusammengesetzte der Schweißnähte (3) zwischen den Einzelleitern Leiter bei guter Kühlung in der Spule keine wesent-(1) einen Abstand von wenigstens einigen zehntel 15 liehe Stromdegradation aufweist und daß beim Über-Millimetern haben. gang des Supraleiters in den kritischen Zustand

2. Bandförmiger Leiter nach Anspruch 1. da- durch Überschreiten des kritisch*.:. Stromes der den durch gekennzeichnet, daß die Einzeileiter (1) Supraleiter durchfließende Strom ganz oder teilweise aus Kupfer und mehreren in das Kupfer eingebet- von dem normalleitenden Metall übernommen werteten Drähten (2) aus einer supraleitenden ao den kann, so daß der Übergang des Supraleiters vom Niob-Titan-Legierung bestehen. supraleitenden in den normalleitenden Zustand kon-

3. Bandförmiger Leiter nach Anspruch I tinuierlich und reversibel erfolgt und durch eine geödet, dadurch gekennzeichnet, daß die Supra- ringfüuige Verkleinerung des Stromes der supraleileiter (2) von den Rändern der Schweißnähte (3) tende Zustand wieder hergestellt werden kann. Es einen Abstand von wenigstens 0,5 mm haben. 25 sind bereits bandförmige, aus Supraleitermaterial

4. Bandförmiger Leiter nach einem oder meh- und elektrisch normalleitendem Metall bestehende reren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- Leiter bekannt, bei denen eine Anzahl parallel zueinzeichnet, daß die Breite der Schweißnähte (3) ander verlaufender supraleitfähiger Drähte aus höchstens 1,2 mm beträgt und die Tiefe der Niob-Zirkon oder Niob-Titan in ein Kupferband ein-Schweibiiähte wenigstens gleich deren Breite ist. 30 gelagert sind. Insbesondere für supraleitende Groß-

5. Bandförmiger Leite- nach einem oder meh- magnete mit scheibenförmigen Wicklungen und Bercren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- triebsströmen von 1000 A und mehr sind jedoch zeichnet, daß die Kanten der bandförmigen Ein- bandförmige Leiter erforderlich, deren Breite um ein zelleiter (1) abgerundet sind und die Schweiß- vielfaches, beispielsweise zwanzig- oder dreißigmal, nähte (3) in den dadurch entstehenden Versen- 35 größer als ihre Dicke ist und die gleichzeitig einen kungen (4) verlaufen. verhältnismäßig großen Querschnitt besitzen. Die

6. Bandförmiger Leiter nach einem oder meh- Herstellung solcher Leiter aus einem kompakten reren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- Stück in ausreichend großen Längen ist wegen der zeichnet, daß die Tiefe der Schweißnähte (16) großen Mengen des zu verarbeitenden normalleitenkleiner als die Dicke des Leiters ist. 40 den Metalls, das mit den Supraleitern so gut ver-

7. Bandförmiger Leiter nach Anspruch 6, da- bunden sein muß, daß nur verschwindend geringe durch gekennzeichnet, daß auf beiden Breitseiten Übergangswiderstände zwischen dem normalleitendes Leiters Schweißnähte (17,18 bzw. 19,20) den Metall und dem Supraleitermateria] auftreten, vorgesehen sind. mit großen Schwierigkeiten verbunden und wäre,

8. Bandförmiger Leiter nach einem oder meh- _{45 W}enn überhaupt, nur mit größtem maschinellen Aufreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn- wand möglich.

zeichnet, daß die Einzelleiter (32 bis 36) mitein- Bei den besonders niedrige Übergangswiderstände

ander und mit einem parallel zu einer Breitseite aufweisenden und daher besonders vorteilhaften sodes Leiters geführten Band (31) aus einem Metall genannten Multicore-Leitern, zu deren Herstellung hoher Zugfestigkeit elektronenstrahlverschweißt 50 Kupfer und eine Vielzahl von Niob-Titan-Drähten ^sin"· zusammengepackt und durch eine Folge von quer-

9. Bandförmiger Leiter nach einem oder meh- schnittsverringernden Kaltverformungs- und Wärmereren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn- behandlungsschritten zu einem Band verformt werzeichnet, daß ein Teil (43) der Einzelleiter (41 den, treten noch zusätzliche Schwierigkeiten auf. bis 45) aus elektrisch normalleitendem Metall 55 Diese bestehen darin, daß das Verhältnis zwischen ohne eingelagerte Supraleiter besteht. Dicke und Breite des bandförmigen Leiters nicht be-

10. Bandförmiger Leiter nach einem oder meh- liebig klein gemacht werden kann, da bei extremen reran der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn- Verfoimungsgraden, wie sie zur Herstellung von im zeichnet, daß die Schweißnähte (21) zwischen Vergleich zu ihrer Dicke sehr breiten bandförmigen den bandförmigen Einzelleitern (14, 15) durch 60 Leitern nötig wären, auch die Niob-Titan-Drähte unverschweißte Strecken (22) unterbrochen sind. breitgequetscht wurden. Die Folge davon wäre ein