DE1932086B2

DE1932086B2 - Aus Supraleitermaterial und bei der Betriebstemperatur des Supraleitermaterials elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzter Hohlleiter

Info

Publication number: DE1932086B2
Application number: DE1932086A
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr. 8521 Tennenlohe Bogner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-06-25
Filing date: 1969-06-25
Publication date: 1975-05-15
Also published as: US3619479A; FR2051269A5; GB1247832A; DE1932086C3; CH508292A; DE1932086A1

Description

Die Erfindung betrifft einen aus Supraleitermaterial und bei der Betriebstemperatur des Supraleitermaterials elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzten Hohlleiter, bei weichem das Supraleitermateria/ 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 Supraleitermatenals 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 KühlmittelbadkühSung erheblich verringert werden. Dies ist besonders wichtig, we'l 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 Lageänderungen während des Betriebs sind möglich.

Man hat zunächst Hohlleiter untersucht, die aus einem Kupferrohr mit quadratischem Querschnitt unc supraleitenden Niob-Zinn (Nb3Sn)-Bändern bestanden die in zwei Nuten an aneinander gegenüberliegender Außenseiten des Kupferrohres eingelötet waren. Spä ler ging man zu Hohlleitern über, bei denen eine Viel zahl von supraleitenden Niob-Titan Drähten in dit Wand eines Kupferrohres mit rechteckigem Quer schnitt eingebettet sind. Die Supraleiter sind dabei übe: den ganzen Wandquerschnitt rings um den zentraler Hohlraum des Hohlleiters verteilt (vgl. den Aufsatz vor H. Brechna in »Proceedings of the 1968 Summe Study on Superconducting Devices and Accelerators« Brookhaven National Laboratory, BNL 50 155 [C-55'

1969, Part II. S.478 bis 510 bzw. »Bull. SEV 58 [1967] 20«, S. 914 bis 916). Die Herstellung dieser Hohlleiter erfolgt durch gemeinsames Extrudieren von Kupfer und Niob-Titan-Drähten.

Ferner sind bandförmige Leiter bekannt, die aus normaüeitendem Metall und darin eingelagerten, insbesondere drahtförmigen Supraleitern bestehen und Kühlkanäle enthalten, durch welche Kühlmittel von der Leiteroberfläche her in den Leiter eindringen kann (FR-PS 15 15 919, US-PS 34 27 391).

Bei flüssigkeitsgekühlten, normalleitenden Leitern für Wechselstrom, die für Induktionsöfen bestimmt sind, ist es bekannt, die Leiter derart herzustellen, daß zunächst ein flacher, rechteckiger Kupferstreifen hochkant zu einer Induktionsspule gewickelt wird und daß anschließend um den Kupferstreifen ein Kupferrohr derart herumgewickelt wird, daß es an einer Schmalseite des Kupferstreifens anliegt. Abschließend werden Kupferstreifen und Kupferrohr miteinander verlötet. Der Querschnitt des Kupferstreifens ist hierbei erheb-Hch größer als der des Kupferrohres. Durch diese Herstellungsart sollen insbesondere Schwierigkeiten vermieden werden, welche bei Induktoren hinsichtlich der Stromverteilung in den Leitern und hinsichtlich der mechanischen Festigkeit der Leiter auftreten (GB-PS 2 84 774).

Bei Hohlleitern, die aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzt sind, sind Schwierigkeiten anderer Art gegeben. Wegen der großen Mengen an elektrisch normalleitendem Metall können die Hohlleiter aus Kupfer und Niob-Titan-Drähten insbesondere bei großen Leiterquerschnitten nur in verhältnismäßig kurzen Stücken hergestellt werden. Dm die für größere Magnetwicklungen erforderlichen Leiterlängen von beispielsweise einigen Kilometern zu erreichen, müssen daher viele Leiterstücke aneinandergcsetzt und miteinander verbunden werden. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Leiterstükken dürfen einerseits die elektrischen Eigenschaften des Leiters nicht merklich verschlechtern, 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 4,2" K 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 mechanischen Verbindung, die bei so hohen Drucken vakuumdicht ist, lassen sich nur schwer miteinander vereinbaren. Für Hohlleiter mit großen Querschnitten kommt ferner der Nachteil hinzu, daß die supralei'enden Drähte beim Extrudieren nur wenig verlormt werden und daher im fertigen Leiter noch verhältnismäßig große Querschnitte besitzen. Dies hat große magnetische Instabilitäten und niedrige kritische Stromstärken zur Folge. 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 ^&5 der Magnetspule erzeugten Magnetfeld, erhebliche, den Betrieb der Magnetspule störende Ausmaße annehmen. Letzteres 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 normaüeitendem Metall zusammengesetzten Hohlleiter, bei welchem das Supraleitermaterial an den Außenseiten eines aus normalleitendem Metall bestehenden Rohres mit etwa rechteckigem Querschnitt vorgesehen ist, derart auszugestalten, daß die Leiterherstellung vereinfacht wird und sich insbesondere auch bei verhältnismäßig langen Leiterstücken gute elektrische und mechanische Eigenschaften erzielen lassen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an wenigstens einer Außenseite des Rohres ein aus elektrisch normaileitendem Metall und Drähten aus Supraleitermaterial zusammengesetzter, bandförmiger Leiter derart angeordnet und mit dem Rohr mechanisch verbunden ist, daß er mit einer Breitseite an der Außenseite des Rohres anliegt, und daß die Drähte aus Supraleitermaierial um die Längsachse des Leiters verdrillt sind.

Der erftndungsgemäße 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 können den speziellen Forderungen optimal angepaßt werden. Als letzter Fertigungsschritt 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 unverdrillten Supraleitern auftretenden Abschirmströme vermieden werden, die erst nach sehr langer Zeit abklingen und sehr lange dauernde Änderungen 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 iormalleitenden Metalls kommt auch Aluminium in Fra_oe. Als Supraleitermaterialien für die eingelagerten Drähie 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 b?w. 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 sich 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-Beiyllium-Legierung bestehen.

An Stelle eines aus einem einzigen Stück bestehenden bandförmigen Leiters kann auch ein bandförmiger Leiter verwendet werden, der aus mehreren nebeneinander liegenden Teilleitern aus elektrisch normalleitendem Metall besteht, in welche Drähte aus Supraleitermaterial eingelagert sind. Zur Vermeidung von 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 vorteilhafter 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-Legierung 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-Silber- und 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 zwischen den einzelnen Stücken des bandförmigen Leiters weiter voneinander entfernt sind als die Verbindungsstellen 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.

An Hand einiger Figuren und Beispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Die

F i g. la bis Ic zeigen eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlleiters; die

F i g. 2 und 3 zeigen zwei andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hohlleiters; die F i g. 4a und 4b zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlleiters;

F i g. 5 zeigt schematisch einen aus verschiedenen kürzeren Stücken zusammengesetzten Hohlleiter.

Der in den F i g. la bis Ic dargestellte Hohlleiter eignet sich insbesondere für Gleichstrommagnetspulen.

ίο Fig. la zeigt den Hohlleiter im Querschnitt, Fig. Ib im Längsschnitt und Fig. Ic in Draufsicht von unten. Der Hohlleiter besieht 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 besteht aus einer Kupfermatrix 4, in welche 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 F i g. Ib und Ic 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 Niob-Titan-Drähten durch Zieh- und Walzvorgänge zu einem Leiter 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 Leiterum seine Längsachse verdrillt und dann durch weiteres Ziehen und WaI-zen 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 F i g. la bis Ic 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 von supraleitenden in den elektrisch normalleitenden Zustand die Kupfermatrix 4 und das Rohi 1 den gesamten durch den Leiter fließenden Strorr übernehmen können, ohne daß der Leiter bei gutei Kühlung auf eine Temperatur oberhalb der Sprungtem peratur des Supraleitermaterials der supraleitender Kerne 5 erwägt wird. Bei einem solchen vollstabili sierten Leiter wird der Querschnitt des Kupferrohres und der Kupfermatrix 4 so bemessen, daß der gesamti Hohlleiter die sogenannte Stabilitätsformel

P J²<h-4T-S- F-'

erfüllt Dabei bedeutet ρ den spezifischen Widerstan des Kupfers in Ω · cm, j die maximal zulässige Strom dichte in A/cm², h den Wärmeübergangskoeffiziente zwischen Leiter und Kühlmittel in W/(cm² ■ °K).4' die Temperaturerhöhung im Leiter in "K beim Ubei gang des Stromes der Stromdichte j vom Supraleitei material in das normalleitende Metall, S den vom Küh mittel benetzten Umfang des Leiters in cm und F de gesamten Kupferquerschnitt des Leiters in cm².

Ein derartiger Leiter, der beispielsweise bei 4,5° K i einem Magnetfeld von 50 kG eine Stromtragfähigke

Ä7Q

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von 6000 A haben soll, kann beispielsweise aus einem Kupferrühr 1 mit einem Gesamtquerschnitt von 15 χ 10 mm² und einer Wandstärke von 2mm und einem bandförmigen Leiter 2 mit einem Querschnitt von 15x5 mm² bestehen, wobei der bandförmige Leiter 2 etwa 200 supraleitende Kerne 5 aus einer Niob-Titan-Legierung enthält. Der Durchmesser eines einzelnen supraleitenden Kernes 5 kann dabei 0,2 mm betragen. Die Supraleiter können dera'rt 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 F i g. 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 17 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 F i g. 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 Längsachse des Leiters verdrillten supraleitenden Kernen 23 mittels eine^r Lo tschicht 24 mit der einen Außenseite des Rohres 21 verlötet. Die geometrische 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 ohmschen Widerstandes der Materialien hoher Zugfestigkeit nicht voll zur elektrischen Stabilisierung mit herangezogen werden.

Eine Ausführungsform eines Hohlleiters, bei welcher der bandförmige Leiter aus mehreren nebeneinanderliege'nden Teilleitern zusammengesetzt ist, ist in F i g. 4a schematisch 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 drahtförmigen Niob-Titan-Kernen 43 bestehen. Vorteilhaft können dabei supraleitende Kerne mit 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 :1 betragen. Zur Vermeidung von Wirbelströmen sind die Teiileiter 31 bis 42 litzenförmig in Form eines Schrank- oder Roebelstabes angeordnet. Ein solcher Schränkstab ist in F i g. 4b in Draufsicht dargestellt. Wie aus dieser Figur deutlich zu erkennen ist, kommen die Teillei'>er 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 Lotschicht 45 verlötet ist. Gegeneinander und gegen den Hilfsrahmen sind die Teilleiter 31 bis 42 beispielsweise durch Lackschichten 46 elektrisch isoliert. Das Rohr 30 kann aus Kupfer oder aus schlechter leitendem Metall hoher mechanischer Festigkeit bestehen.

Falls die einzelnen supraleitenden Kerne 43 bereits um die Längsachse der einzelnen Teilleiter verdrillt sind, können die Teilleiter auch unverschränkt parallel zueinander angeordnet sein. Gegebenenfalls kann bei verschränkt angeordneten Teilleitern auch die Isolierung zwischen den einzelnen Tcilieitern 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 Vnllstabilität des gesamten Hohlleiters erreicht werden.

Für Wechselstromanwendungen eignet sich vorteilhaft ein Leiter gemäß den F i g. 4a und 4b, bei dem zur weiteren Verringerung der Wechselstromverluste die normalleitende Metallmatrix der Teilleiter 31 bis 42 nicht aus Kupfer sondern aus einem Metall mit höherem ohmschen Widerstand, vorzugsweise einer Kupfer-Nickel-Legierung, besteht und bei dem für das Rohr 30 elektrisch schlecht leitendes Metall hoher Zugfestigkeit verwendet ist.

F i g. 5 zeigt schematisch in Seitenansicht einen Ausschnitt eines Hohlleiters, bei dem das Kühlmittelrohr und der bandförmige Leiter aus einzelnen kürzeren Stücken zusammengesetzt sind. Das Kühimittelrohr besteht aus einzelnen Kupferrohrstücken 51 bis 54, die ar den Stoßstellen, an denen ihr äußerer Querschnitt verringert ist, durch Kupferbüchsen 55 bis 57 verbunder sind. Durch Hartverlöten der Büchsen mit den Teilstük ken des Rohres können die Rohrstücke kühlmitteldich miteinander verbunden werden. Auf diese Weise laß sich unabhängig von den Supraleitern ein beliebig lan ges Rohr herstellen. Der getrennt gefertigte bandför mige Leiter, welcher die supraleitenden Drähte enthäl ist ebenfalls aus einzelnen kürzeren Stücken 58 bis θ zusammengesetzt Diese Teilstücke können unabhängi vom Kühlmittelrohr an den Verbindungsstellen 61 un 62 miteinander vorteilhaft durch Kaltpreßstumpl schweißen verbunden werden. Bei diesen Verbindur

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gen braucht dann nicht auf die Kühlmitteldichtigkeit des Hohlleiters sondern nur auf den angestrebten niedrigen Übergangswiderstand zwischen den Teilstücken des bandförmigen Leiters Rücksicht genommen zu werden. Das fertige, aus Teilstücken zusammengesetzte Rohr und der fertige, aus Teilstücken zusammengesetzte bandförmige Leiter werden in einem abschließenden Arbeitsgang miteinander verlötet. Die Lotschicht ist mit 63 bezeichnet. Da der bandförmige Leiter, wie bereits erwähnt, in wesentlich längeren Teilstücken hergestellt werden kann als das Rohr, sind die Verbindungsstellen 61 und 62 zwischen den Teilstücken des bandförmigen Leiters weiter voneinander entfernt als die Verbindungen 55 bis 57 zwischen den einzelnen Teilstücken des Rohres, so daß der elektrische Übergangswiderstand an den Verbindungsstellen des bandförmigen Leiters wegen der insgesamt geringeren Anzahl der Verbindungsstellen kleiner gehalten werden kann, als bei den bekannten Hohlleitern, bei denen die Supraleiter in die Wand des Rohres eingelagert sind. Außerdem sind die Verbindungsstellen 61 und 62 gegenüber den Verbindungen 55 bis 57 räumlich versetzt. Als Lot 63 wird vorteilhaft ein Lotmetall verwendet, dessen Schmelztemperatur höher ist als die Schmelztemperatur anderer für sonstige Verbindungen innerhalb der aus dem Hohlleiter gewickelten Magnetspule verwendeten Lote.

Statt durch Verlöten kann beim erfindungsgemäßen Hohlleiter der bandförmige Leiter mit dem Rohr auch durch Elektronenstrahlschweißen verbunden werden. Diese Verbindungstechnik eignet sich insbesondere für Leiter mit geringerem Querschnitt, die zum Verschweißen nur kurzzeitig erwärmt werden müssen. Beim Verschweißen hi darauf zu achten, daß durch die Erwärmung der Schweißstelle die Supraleitungseigenschaften der in den bandförmigen Leiter eingelagerten supraleitenden Drähte möglichst nicht beeinträchtigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. 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 gekenn· zeichnet, daß an wenigstens einer Außenseite des Rohres (1) ein aus elektrisch normalleitendem Metall (4) und Drähten (5) aus Supraleitermaterial zusammengesetzter, bandförmiger Leiter (2) derart angeordnet und mit dem Rohr mechanisch verbunden ist, da3 er mit einer Breitseite an der Außenseite des Rohres anliegt, und daß die Drähte aus Supraleitermaterial 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 Hochfeldsupraleitermaterial besteht.

3. Hohlleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte aus einer supraleitenden Legierung aus Niob-Titan oder auf Niob-Titan-Basis 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 I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (21) aus einem Material hoher Zugfestigkeit besteht.

7. Hohlleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, 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. Hohlleiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das normalleitende Metall des bandförmigen Leiters aus einer Kupfer-Nickel-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 14, 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.

16. Hohlleiter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstellen zwischen einzelnen Stücken des bandförmigen Leiters gegenüber den Verbindungsstellen zwischen einzelnen Stücken des Rohres räumlich versetzt angeordnet sind.