DE1932086A1 - Aus Supraleitermaterial und bei der Betriebstemperatur des Supraleitermaterials elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzter Hohlleiter - Google Patents

Aus Supraleitermaterial und bei der Betriebstemperatur des Supraleitermaterials elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzter Hohlleiter

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? l Juni 1969
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen,
Berlin und München Werner-von-Siemens-Str.
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Aus Supraleitermaterial und bei der Betriebstemperatur des Supraleitermaterials elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzter Hohlleiter
Die Erfindung betrifft einen aus Supraleitermaterial und bei d-.r Betriebstemperatur des Supraleitermaterials elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzten Hohlleiter, bei welchem das Supraleitermaterial an den Außenseiten eines aus normalleitendem Metall bestehenden Rohres mit etwa rechteckigem Querschnitt vorgesehen ist.
Von Hohlleitern, die aus Supraleitermaterial und bei der Betriebstemperatur des Supraleitermaterials elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzt sind, sind insbesondere für die Wicklungen von supraleitenden Großmagneten Vorteile zu erwarten. Die Hohlleiter besitzen im Inneren einen Hohlraum, durch den das Kühlmittel strömen kann, welches zur Erzeugung der für den Eintritt des supraleitenden Zustandes erforderlichen tiefen Temperaturen nötig ist. Insbesondere kann durch den Hohlraum flüssiges oder kaltes gasförmiges Helium gepumpt werden, so daß bei einer Supraleitungsmagnetspule aus Hohlleitern der üblicherweise zur Kühlung der Wicklung der Supraleitungsmagnetspule erforderliche Heliumbad-Kryostat entfallen und durch eine einfache, die Wicklung umschließende Vakuumkammer ersetzt werden kann, die lediglich zur thermischen Isolation der Wicklung nach außen dient. Ferner kann bei einer Magnetwicklung aus Hohlleitern die im Magnetsystem befindliche Menge an flüssigem Kühlmittel gegenüber einem etwa gleichgroßen Magneten mit Kühlmittelbadkühlung erheblich verringert werden. Dies ist besonders wichtig, weil dadurch beim Übergang der Wicklung vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand nur weniger flüssiges Kühlmittel verdampfen kann. Ferner können Magnetwicklungen mit Hohlleitern im Gegensatz zu den meisten Wicklungen mit Badkühlung beliebig im Raum orientiert werden. Auch Lageänderiragen während des Betriebs sind möglich. 009882/1037
Man hat zunächst Hohlleiter untersucht, die aus einem Kupferrohr mit quadratischem Querschnitt und supraleitenden Niob-Zinn (Nb*Sn)-Bändern bestanden, die in zwei Nuten an aneinander gegenüberliegenden Außenseiten des Kupferrohres eingelötet waren. Später ging man zu Hohlleitern über, bei denen eine Vielzahl von supraleitenden Niob-Titan-Drähten in die Wand eines Kupferrohres mit rechteckigem Querschnitt eingebettet sind. Die Supraleiter sind dabei über den ganzen Wandquerschnitt rings um den zentralen Hohlraum des Hohlleiters verteilt (vgl. den Aufsatz von H· Brechna in "Proceedings of the 1968 Summer Study on Superconducting Deviate and Accelerators", Brookhaven National laboratory, BNL 50 155 (0-55), 1969, Part II, Seiten 4-78 - 510).. Die Herstellung dieser Hohlleiter erfolgt durch gemeinsames Extrudieren von Kupfer und Niob-Titan-Drähten.
Wegen der großen Mengen an elektrisch normalleitendem Metall können diese Hohlleiter aus Kupfer und Niob-Titan-Drähten insbesondere bei großen Leiterquerschnitten nur in verhältnismäßig kurzen Stücken hergestellt werden. Um die für größere Magnetwicklungen erforderlichen Leiterlängen γοη beispielsweise einigen Kilometern zu erreichen, müssen daher viele Leiterstücke aneinandergesetzt und miteinander verbunden werden. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Leiterstücken dürfen einerseits die elektrischen Eigenschaften des Leiters nicht merklich verschlechtem, müssen also einen elektrischen Kontakt mit sehr kleinem Übergangswiderstand ergeben, und müssen andererseits den Hohlraum im Inneren des Hohlleiters hochvakuumdicht gegen den Außenraum abschließen. Da das Kühlmittel in der Regel durch den Hohlleiter gepumpt wird, müssen die Verbindungen auch einen erhöhten Kühlmitteldruck aushalten. Sie müssen beispielsweise bei einer Temperatur von 4,20K hochvakuumdicht für flüssiges Helium unter einem hohen Druck von beispielsweise 20 Atm. sein. Beide Forderungen, nämlich die Forderung einer elektrischen Verbindung mit verschwindend geringem Übergangswiderstand und einer mechanisehen. Verbindung, dis bei so hohen Drucken vakuumdicht ist, lassen eich nur schwer miteinander vereinbaren. Für Hohlleiter mit großen Querschnitten kommt ferner der Nachteil hinzu, daß die supraleitenden Drähte beim Extrudieren nur wenig verformt werden und daher im fertigen Leiter noch verhältnis-
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mäßig große Querschnitte besitzen. Dies hat große magnetische Instabilitäten und niedrige kritische Stromstärken zur Polge. Bei nicht kreisförmigem Querschnitt der einzelnen supraleitenden Drähte kann auch der sogenannte Anisotropieeffekt, d.h. die Abhängigkeit der kritischen Stromstärke der supraleitenden Drähte von der räumlichen Lage der Supraleiter zu dem örtlichen» von der Magnetspule erzeugten Magnetfeld, erhebliche, den Betrieb der Magnetspule störende Ausmaße annehmen. Letzeres gilt auch für die eingangs erwähnten Hohlleiter mit Niob-Zinn-Bändern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aus Supraleitermaterial und bei der Betriebstemperatur des Supraleitermaterials elektrisch normalleitendem Bietall zusammengesetzten Hohlleiter, bei welchem das Supraleitermaterial an den Außenseiten eines aus normalleitendem Metall bestehenden Rohres mit etwa rechteckigem Querschnitt vorgesehen ist, derart auszugestalten, daß diese Kachteile vermieden werden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an wenigstens einer Außenseite des Rohres ein bandförmiger Leiter angeordnet und mit dem Rohr mechanisch verbunden ist, der aus elektrisch normalleitendem Metall und Tränten aus Supraleitematerial zusammengesetzt ist, die in das normalleitende Yetall eingelagert und um die Längsachse des Leiters verdrillt sind.
Der erfindungsgemäße Hohlleiter hat den Vorteil, daß das Rohr zur Führung des Kühlmittels und der bandförmige, die Drähte aus Supraleitermaterial enthaltende Leiter völlig unabhängig voneinander hergestellt werden und aus einzelnen Stücken getrennt voneinander zu beliebig großen Längen zusammengesetzt werden können. Die Verbindungstechniken sind dabei voneinander völlig unabhängig und könntn den speziellen Forderungen optimal angepaßt werden. Als letzter ?ertigungsschritt kann dann der bandförmige Leiter mit der Außenseite des Rohres zur Kühlmittelführung verbunden werden. Durch die Verdrillung der Drähte aus Supraleitermaterial um die Längsachse des bandförmigen 'Leiters können die beim Auferregen von Spulen aus Hohlleitern mit unver drill ten Supraleitern ~uf tretenden Abschirm1? -röme vermieden werden* die erst naoh ?ehr langer Zeit abklingen und
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sehr lange dauernde' Xnderungen des Magnetfeldes der Spule und erhöhte Verluste im Leiter zur Folge haben. Bei den bekannten Hohlleitern läßt sich eine derartige Verdrillung der supraleitenden Drähte praktisch nicht erreichen.
Als elektrisch normalleitendes Metall für den bandförmigen . Leiter eignet sich insbesondere Kupfer. Bei geringeren Ansprüchen an die mechanische Festigkeit des normalleitenden Metalls kommt auch Aluminium in Frage. Als Supraleitermaterialien für die eingelagerten Drähte eignen sich insbesondere supraleitende Niob-Titan-Legierungen bzw. mehrkomponentige supraleitende Legierungen auf Niob-Titan-Basis. Auch Niob-Zirkon-Legierungen bzw. mehrkomponentige Legierungen auf Niob-Zirkon-Basis kommen in Frage. Auch andere Hochfeldsupraleitermaterialien, die sich zu dünnen Drähten verformen lassen» sind als Supraleitermaterialien für den bandförmigen Leiter geeignet.
Das Rohr mit rechteckigem Querschnitt zur Führung des Kühlmittels kann vorteilhaft ebenfalls aus Kupfer bzw. bei geringeren Ansprüchen an die mechanische Festigkeit auch aus Aluminium bestehen. Bei Hohlleitern, die beispielsweise durch die in einer Magnetspule auftretenden magnetischen Kräfte sehr hohen mechanischen Zugbeanspruchungen ausgesetzt werden, kann es ferner vorteilhaft sein, an wenigstens einer Außenseite des kühlmittelführenden Rohres ein Band aus einem Material vorzusehen, welches eine höhere mechanische Zugfestigkeit besitzt als das Metall, aus welchem das Rohr besteht. Als Material für solche Bänder eignen eich insbesondere nichtmagnetischer Stahl oder Kupfer-Beryllium-Legierungen. Falls noch höhere Ansprüche an die mechanische Festigkeit des Hohlleiters gestellt werden, kann auch das Rohr mit rechteckigem Querschnitt aus einem .Material hoher Zugfestigkeit, insbesondere aus nichtmagnetischem Stahl oder einer Kupfer-Beryllium-Legierimg bestehen.
Anstelle eines aus einem einzigen Stück bestehenden bandförmigen Leiters kann auch ein bandförmiger Leiter verwendet werden, der aus mehreren nebeneinander liegenden Zeilleitern aus elektrisch normair.eiterdem Metall besteht, in welche Drähte aus Supraleitermaterial eingelagert ßird. 7ur Vermeidung von
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Wirbelströmen können die einzelnen Teilleiter in Form eines Schränkstabes gegeneinander verschränkt angeordnet sein. Derartige Schränkstäbe sind auch unter der Bezeichnung "Roebelstab" bekannt. Die verschränkten Teilleiter können untereinander in metallischem Kontakt stehen. Besonders vorteilhaft zur Vermeidung von Wirbelströmen ist es jedoch, wenn die Teilleiter gegeneinander und gegen das Rohr elektrisch isoliert sind. Zur Befestigung der gegeneinander isolierten Teilleiter am Rohr kann vorteilhaft ein Hilfsrahmen mit dem Rohr verbunden sein, in welchen die Teilleiter eingelegt sind.
Für den Fall einer Wechselstromanwendung des Hohlleiters kann zur weiteren Verringerung der Wirbelstromverluste als normalleitendes Metall für den bandförmigen Leiter vorteilhaft hochohmiges Metall, insbesondere eine Kupfer-Nickel-I-egierung verwendet werden. Der bandförmige Leiter kann dabei wiederum vorteilhaft aus einzelnen, gegeneinander isolierten Teilleitern aufgebaut sein, die mit einem kühlmittelführenden Rohr aus einem elektrisch schlechtleitenden Material hoher Zugfestigkeit verbunden sind.
Zur gegenseitigen Verbindung kann das kühlmittelführende Rohr vorteilhaft mit dem bandförmigen Leiter verlötet sein. Als"Lote eignen sich insbesondere Weichlote wie Indium, Zinn-Silberund Blei-Zinn-Legierungen. Bei Verwendung von Aluminium als normalleitendes Metall kommt auch Ultraschall-Löten in Frage. Bei kleineren Hohlleiterquerschnitten kann der bandförmige Leiter mit dem Rohr auch verschweißt sein. Zu diesem Zwecke eignet sich insbesondere Elektronenstrahlschweißen.
Da die in einem Arbeitsgang herstellbaren Längen des Rohres und des bandförmigen Leiters von den jeweils zu verarbeitenden Materialmengen abhängen, kann ein weniger normalleitendes Metall enthaltender bandförmiger Leiter in größeren Stücken hergestellt werden als das Rohr. Die elektrischen Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Stücken des bandförmigen Leiters und die flüssigkeitsdichten Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Stücken des Rohres können daher auch räumlich voneinander derart getrennt werden, daß die Verbindungsstellen zwi-
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sehen den einzelnen Stücken des bandförmigen Leiters weiter voneinander entfernt sind als die Verbindungsatellen zwischen den einzelnen Stücken des Rohres. Ferner können die Verbindungsstellen des Leiters vorteilhaft gegen die Verbindungsstellen des Rohres versetzt angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, daß die Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Stücken des bandförmigen Leiters durch das gut leitende Rohr elektrisch überbrückt werden.
Anhand einiger Figuren und Beispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden. -
Die Figuren 1a bis 1c zeigen eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlleiters, die Figuren 2 und 3 zeigen zwei andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hohlleiters,
die Figuren 4a und 4b zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlleiters,
Figur 5 zeigt schematisch einen aus verschiedenen kürzeren Stücken zusammengesetzten Hohlleiter.
Der in den Figuren 1a bis 1c dargestellte Hohlleiter eignet sich insbesondere für Gleichstrommagnetspulen. Fig. 1a zeigt den Hohlleiter im Querschnitt, Fig. 1b im Längsschnitt und Fig. 1c in Draufsicht von unten. Der Hohlleiter besteht aus einem Kupferrohr 1 mit rechteckigem Querschnitt und einem bandförmigen Leiter 2. Im Inneren des Kupferrohres ist ein Hohlraum 3 mit rechteckigem Querschnitt vorgesehen, der zum Kühlmitteltransport dient. Der bandförmige Leiter 2 beeteht aus einer Kupfermatrix 4, in weiche eine Vielzahl von dünnen,drahtförmigen supraleitenden Kernen 5 aus einer supraleitenden Niob-Titan-Legierung eingelagert ist. Die supraleitenden Kerne 5 sind um die Längsachse des bandförmigen Leiters 2 verdrillt. Dies ist aus den Figuren 1 b und 1c deutlich zu ersehen, in welchen durch die gestrichelten Linien der Verlauf eines bzw. mehrerer supraleitender Kerne 5 im bandförmigen Leiter 2 schematisch angedeutet ist. Die Verdrillung kann man beispielsweise dadurch erreichen, daß man zunächst ein Bündel aus Kupferstäben und Fiob-Titan-Drähten durch Zieh- und Walzvorgänge zu einem Leiter
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größeren Querschnitts verformt, wobei sich die Oberflächen der supraleitenden Kerne metallurgisch fest mit dem umgebenden Kupfer verbinden, so daß ein guter elektrischer Kontakt entsteht. Anschließend wird der gesamte Leiter um seine Längsachse verdrillt und dann durch weiteres Ziehen und Walzen auf den zur endgültigen Verwendung bestimmten kleineren.rechteckigen Querschnitt gebracht.
Der bandförmige Leiter 5 ist mit Hilfe eines Lotes 6, beispielsweise Blei-Zinn, in gut thermisch und elektrisch leitendem Kontakt mit der einen Außenseite des Kupferrohres 1 verbunden.
Die in den Figuren 1a bis 1c gezeigte Ausführungsform des Hohlleiters eignet sich insbesondere für sogenannte vollstabilisierte Leiter, d.h. für Leiter, bei denen im Falle eines teilweisen oder vollständigen Übergangs der Supraleiter 5 vom supraleitenden in den elektrisch normalleitenden Zustand die Kupfermatrix
4 und das Rohr 1 den gesamten durch den Leiter fließenden Strom übernehmen können, ohne daß der Leiter bei guter Kühlung auf eine Temperatur oberhalb der Sρrungtemperatür des Supraleitermeterials der supraleitenden Kerne 5 erwärmt wird. Bei einem solchen vollstabilisierten Leiter wird der Querschnitt des Kupferrohres 1 und der Kupfermatrix 4 so bemessen, daß der gesamte Hohlleiter die sogenannte Stabilitätsformel S· ;j2£ h ·ΔΤ ·
5 · F~ erfüllt. Dabei bedeutet £ den spezifischen Widerstand des Kupfers in -Ω.· cm, 3 die maximal zulässige Stromdichte in A/cm , h den Wärmeübergangekoeffizienten zwischen Leiter und Kühlmittel in W/(cm2«°K), ΔΤ die Temperaturerhöhung im Leiter in 0K beim Übergang des Stromes der Stromdichte i vom Supraleitermaterial in das normalleitende Metall, S den vom Kühlmittel benetzten Umfang des Leiters in cm und F den gesamten Kupferquerschnitt des Leiters in cm .
Ein derartiger Leiter, der beispielsweise bei 4,50K in einem Magnetfeld von 50 kS eine Stromtragfähigkeit von 6000 A haben soll, kann beispielsweise aus einem Kupferrohr 1 mit einem Ge-
«amtquerschnitt von 15 x 10 mm und einer Wandstärke von 2 mm und einem bandförmigen Leiter 2 mit einem Querschnitt von
p
15 x 5 mm bestehen, wobei der"bandförmige Leiter 2 etwa 200
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supraleitende Kern© 5 aus einer Niob-Titan-Legierung enthält. Der Durchmesser eines einzelnen supraleitenden Kernes 5 kann dabei 0,2 mm betragen. Die Supraleiter können derart verdrillt sein, daß sie etwa in Abständen von je einem Meter jeweils innerhalb des Querschnittes des bandförmigen Leiters 2 auf den gleichen Platz zu liegen kommen.
Der Hohlleiter kann auch so abgewandelt werden, daß auf der dem bandförmigen Leiter 2 gegenüberliegenden Außenseite des Rohres 1 ein weiterer bandförmiger Leiter aufgelötet ist.
Falls- es nötig ist, den Hohlleiter gegen magnetische Kräfte zusätzlich zu armieren, kann die in Fig. 2 schematisch im Querschnitt dargestellte Ausführungsform verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform ist auf einer Außenseite eines Kupferrohres 11 ein bandförmiger Leiter 12 angebracht, der aus einer Kupfermatrix mit eingelagerten, um die Längsachse des bandförmigen Leiters 12 verdrillten supraleitenden Kernen 13 besteht. Auf der gegenüberliegenden Außenseite des Rohres 11 ist ein Band 14 befestigt, welches eine höhere mechanische Zugfestigkeit besitzt als das Kupfer. Das Band 14 kann beispielsweise aus nichtmagnetischem Stahl oder aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung bestehen. Zur Befestigung des bandförmigen Leiters 12 und des Bandes 14 auf dem Kupferrohr 11 dienen wiederum Lotschichten 15 und 16. Der innere Hohlraum 1? des Rohres 11 hat bei dieser Ausführungsform einen kreisförmigen Querschnitt. Ein solcher kreisförmiger Querschnitt kann im Sinne der Erzielung einer größeren mechanischen Festigkeit des Hohlleiters und der Erzielung besserer Strömungsverhältnisse für das Kühlmittel günstiger sein als ein rechteckiger Querschnitt.
Eine weitere Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Hohlleiters kann dadurch erzielt werden, daß, wie Fig. 3 im Querschnitt zeigt, das Kühlrohr 21 selbst aus einem Material hoher Zugfestigkeit, wie nichtmagnetischem Stahl oder einer Kupfer-Beryllium-Legierung ,hergestellt wird. Auch bei diesem Leiter ist ein bandförmiger Leiter 22 mit um die Längeachse des Leiters verdrillten supraleitenden Kernen 23 mittels einer Lotschicht 24 mit der einen Außenseite des Rohres 21 verlötet. Die geametrl-
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sehe Form des Hohlleiters kann dabei vorteilhaft so gewählt werden, daß bei dem in der Magnetwicklung auftretenden minimalen Wickelradius der bandförmige Leiter 22 am Innendurchmesser des Hohlleiters nach dem Wickeln im elastischen Bereich unter einer Druckspannung steht, die beim Auferregen des Magneten durch die magnetischen Kräfte kompensiert wird, so daß der bandförmige Leiter 22 während des Betriebs des Magneten kräftefrei ist. Bei dieser Bauform kann allerdings das Rohr 21 wegen des verhältnismäßig hohen ohmsohen Widerstandes der Materialien hoher Zugfestigkeit nicht voll zur elektrischen Stabilisierung mit herangezogen werden.
Eine Ausführungsform eines Hohlleiters, bei welcher der bandförmige Leiter aus mehreren nebeneinanderliegenden Teilleitern zusammengesetzt ist, ist in Fig. 4a schematised, im Querschnitt dargestellt. Auf einer Außenseite eines Rohres 30 ist dabei ein bandförmiger Leiter angebracht, der aus zwölf in zwei übereinanderliegenden Schichten angeordneten Teilleitern 31 bis 42 zusammengesetzt ist, die jeweils aus einer Kupfermatrix mit einer Vielzahl von eingelagerten drahtform!gen Niob-Titar.-Kernen 43 bestehen. Vorteilhaft können dabei supraleitende Kerne miv einem Durchmesser von weniger als 0,1 mm verwendet werden, die wegen ihres geringen Querschnittes eigenstabil sind, d.h. durch auftretende magnetische Flußsprünge unterhalb der höchstzulässigen Strombelastung nicht vom supraleitenden in den elektrisch normalleitenden Zustand übergehen. In den einzelnen Teilleitern kann dabei das Verhältnis zwischen Kupfer- und Supraleiterquerschnitt bis minimal etwa 1 s 1 betragen. Zur Vermeidung von Wirbelströmen sind die Teilleiter 31 bis 42 litsenförmig in Form eines Schrank- oder Roebelstabea angeordnet. Ein· solcher Schränkstab ist in Fig. 4b in Draufsicht dargestellt. Wie aus dieaer Figur deutlich zu erkennen ist, kommen die Teilleiter 31 bis 36 und die Teilleiter 37 bis 42 durch die Verschränkung abwechselnd in eine der beiden Schichten des- bandförmigen Leiters zu liegen. Die Teilleiter 31 bis 42 sind in einen Hilfsrahmen 44 aus gut wärmeleitendem Metall eingelegt, der mit der einen Außenseite des Rohres 30 mittels einer Lotschioht 45 verlötet ist. Gegeneinander und gegen den Hilfsrahmen sind die Teilloiter 31 bis 42 beispielsweise durch Lackschichten 46 elektrisch isoliert. Das
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Rohr 30 kann sub Kupfer oder au» schlechter leitendem Metall hoher mechanischer Festigkeit bestehen,
Falls die einzelnen supraleitenden Kerne 43 bereits um die längsachse der einzelnen !Seilleiter verdrillt sind, können die Teilleiter auch unversehränkt parallel zueinander angeordnet sein. Gegebenenfalls kann bei verschränkt angeordneten Teilleitern auch die Isolierung zwischen den einzelnen Teilleitern entfallen. In diesem Falle können die Teilleiter ohne Hilfsrahmen unmittelbar mit dem Rohr 30 verlötet sein. Bei Verwendung eines Rohres 30 aus gut elektrisch normalleitendem Metall wie Kupfer oder Aluminium kann dann neben der Eigenstabilität der Supraleiter auch noch eine Tollstabilitat des gesamten Hohlleiters erreicht werden.
Für Webhselstromanwendungen eignet sich vorteilhaft ein leiter gemäß den Figuren 4a und 4b, bsi dem zur weiteren Verringerung der Wechselstromverluste die normalleitende Metallmatrix der Teilleiter 31 bis 42 nicht aus Kupfer sondern aus einem Metall mit höherem ohmsehen Widerstand, vorzugsweise einer Kupfer-Mckel-Legierung, besteht und bei dem für das Rohr 30 elektrisch schlecht leitendes Metall hoher Zugfestigkeit verwendet ist.
Fig. 5 zeigt schematisch in Seitenansicht einen Ausschnitt eines Hohlleiters, bei dem das KiIhIitittelrohr und der bandförmige Leiter aus einzelnen kürzeren Stücken zusammengesetzt sind. Das Kühlmittelrohr besteht aus einzelnen Kupferrohrstucken 51 bis 54, die an den StoSstellen, an äen&n ikr äußerer Querschnitt verringert ist, durch Kupferbüchsen 55 bis 57 verbunden sind. Durch Hartverlöten dar Büchsen mit den Teilstücken des Rohres können die Rohrstücke kühlmitteldiekt Miteinander verbunden werden. Auf diese Weise läSt sich unabhängig von den Supraleitern ein beliebig langes Rohr herstellen, Der getrennt gefertigte bandförmige leiter, welcher die supraleitenden Drähte enthält, ist ebenfalls aus einzelnen kürzeren Stücken 58 bis 60 zusammengesetzt. Diese Teilstücke können unabhängig vom Kühlmittelrohr an den Verbindungsstellen 61 und 62 miteinander vorteilhaft durch Kaltpreßstumpfschweißen verbunden werden. Bei diesen Verbindungen braucht dann nicht auf die Kühlmitteldichtigkeit des Hohlleiters
sondern nur auf den angestrebten niedrigen Übergangswiderstand zwischen den Teilsttieken des bandförmigen Leiters Rücksieht genommen zu werden. Das fertige, aus Teilstücken zusammengesetzte Rohr und der fertig© p aus !Teiletückaa zusammengesetzte bandförmige Leiter werden in einem abschließenden Arbeitsgang miteinander varlötet. Di© Lotschieht ist mit 63 bezeichnet. Da der bandförmige Leiter, wie bereite erwähnt, in wesentlich längeren Teiletücken hergestellt werden kann als das Bohr, sind die Verbindungsstellen 61 und 62 zwischen, den Teilstücken des bandförmigen Leiters weiter voneinander entfernt als die Verbindungen 55 bis 57 sswischen den einseifen Teil stücken des Rohres, so daß der elektrische Übergangswiderstand an den Verbindungsstellen des bandförmigen Leiters wegen der insgesamt geringeren Anzahl der Verbindungen teilen kleiner gehalten werden kann, als bei den bekannten Hohlleitern» bei denen die Supraleiter in die Wand des Rohres eingelagert sind. AuSerdem sind die Verbindungsstellen und 62 gegenüber ά&η Verbindungen 55 bis 57 räumlich versetzt. Als Lot 63 wird vorteilhaft ein Lotaetall verwendet, dessen Schmelztemperatur höher ist als die Schmelztemperatur anderer für sonstige Verbindungen innerhalb der aus dem Kohlleiter gewickelten Magnetspule verwendeten Lote.
Statt durch Verlöten kann beim erfindungsgemäßen Hohlleiter der bandförmige Leiter mit dem Rohr auch durch Elektronenstrahlschweißen verbunden werden. Diese Tsrbindungstechnik eignet sich insbesondere für Leiter mit geringerem Querschnitt, die zum Verschweißen nur kurzzeitig erwärmt werden müssen. Beim Verschweißen ist darauf zu achten, äaB durch die Erwärmung der Schweißstelle die Supraleitusgseigensehaften der in den bandförmigen Leiter eingelagerten supraleitenden Drähte möglichst nicht beeinträchtigt werden.
16 Patentansprüche
8 Figuren
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Claims (1)

  1. Patentansprüche .
    M Λ Aus Supraleitermaterial und bei der Betriebstemperatur des
    Supraleitermaterials elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzter Hohlleiter, bei welchem das Supraleitermaterial an den Außenseiten eines aus normalleitendem Metall bestehenden Rohres mit etwa rechteckigem Querschnitt vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Außenseite des Rohres (1) ein bandförmiger Leiter (2) angeordnet und mit dem Rohr mechanisch verbunden ist, der aus elektrisch normalleitendem Metall (4) und Drähten (5) aus Supraleitermaterial zusammengesetzt ist, die in das normalleitende Metall eingelagert und um die Längsachse des Leiters verdrillt sind.
    2* Hohlleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
    bandförmige Leiter aus einem der Metalle Kupfer oder Aluminium
    und darin eingelagerten Drähten aus Eochfeldsupraleitermaterial besteht.
    3. Hohlleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
    Drähte aus einer supraleitenden Legierung aus Niob-Hian oder auf Iviob-Titan-Basi's bestehen,
    4. Hohlleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus einem der Metalle Kupfer oder Aluminium besteht.
    5- Hohlleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Außenseite des Rohres (11)
    ein Band (14) aus einem Material befestigt ist, welches eine
    höhere Zugfestigkeit besitzt als das Material> aus welchem das
    Rohr besteht. '
    6. Hohlleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (21) aus einem Material hoher Zugfestigkeit besteht.
    7. Hohlleiter nach eines, der Ansprüche T bis 6, dadurch gekenn-
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    zeichnet, daß der "bandförmige leiter aus mehreren nebeneinanderliegenden Teilleitern (31 bis 42) aus elektrisch normalleitendem Metall mit eingelagerten Drähten (43) aus Supraleitermaterial zusammengesetzt ist.
    8. Hohlleiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teilleiter (31 bis 42) in Form eines Schränkstabes angeordnet sind.
    9. Hohlleiter nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilleiter (31 bis 42) gegeneinander und gegen das Rohr (30) elektrisch isoliert sind.
    10. Hohlleiter nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsrahmen (44) mit dem Rohr (30) verbunden ist, in welchen die Teilleiter (31 bis 42) eingelegt sind.
    11. Hohlleiter nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das normalleitende Metall des bandförmigen Leiters hochohmig ist.
    12. Hohlleiternach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das normalleitende Metall des bandförmigen Leiters aus einer Kupfer-ITickel-Legierung besteht.
    13. Hohlleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr und der bandförmige Leiter miteinander verlötet sind.
    14. Hohlleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr und der bandförmige Leiter miteinander verschweißt sind.
    15. Hohlleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 14f dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstellen (61, 62) zwischen einzelnen Stücken (58 bis 60) des bandförmigen Leiters weiter voneinander entfernt sind als die Verbindungsstellen (55 bis 57.) zwischen einzelnen Stücken (51 bis 54) des Rohres.
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    16. Hohlleiter nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungssteilen zwischen einzelnen Stücken des bandförmigen Leiters gegenüber den Verbindungsstellen zwischen einzelnen Stücken des Rohres räumlich versetzt angeordnet sind.
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DE1932086A 1969-06-25 1969-06-25 Aus Supraleitermaterial und bei der Betriebstemperatur des Supraleitermaterials elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzter Hohlleiter Expired DE1932086C3 (de)

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