DE19645893A1 - Verfahren zur Herstellung von hochtemperatur- supraleitfähigen Multifilamentleitern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochtemperatur-supraleitfähigen Multifilamentlei­ ters, wobei eine Mehrzahl von Einzelleitern in Form von mit hochtemperatur-supraleitfähigem (HTSL-)Material gefüllten Rohren in ein gemeinsames Hüllrohr einge­ bracht werden und sodann eine Verlängerung des so ge­ schaffenen Ausgangs-Multifilamentleiters unter gleich­ zeitiger Verjüngung durchgeführt wird. Ein derartiges Verfahren ist bekannt. Es wird bspw. auf die Veröffent­ lichung "Hochtemperatur-Supraleitung für die Energie­ technik" in Tagungsbericht, 16 Hochschultage Energie, RWE Energie, Essen 1995 verwiesen. Hierbei geht man üblicherweise so vor, daß die in dem Hüllrohr befindli­ chen, mit keramikartigem HTSL-Material gefüllten Einzel­ leiter insgesamt durch mehrere nacheinanderfolgende Ziehprozesse, maschinentechnisch in gleicher Weise durchgeführt wie beim Drahtziehen, verjüngt und entspre­ chend gleichzeitig gelängt werden. Dieses Verfahren ist einerseits bereits bewährt, andererseits haben sich aber Nachteile gezeigt, die einer gewünschten starken Verjüngung entgegenstehen. So kommt es zu Abrissen im Inneren des Multifilamentleiters und hierdurch nachtei­ liger Beeinflussung der Leitfähigkeit.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, vgl. Aufsatz "Critical Current Anisotropy and Vortex Glass Scaling in Silver Sheathed BBSCCO-2212 Wires and BSCCO-2223 Tapes", ISS 1995, Seiten 883 bis 886, im Falle eines Einzelleiters, um im labortechnischen Maßstab eine kostengünstige Herstellung zu erreichen, die Verjüngung und Verlängerung durch Profilwalzen durchzuführen. Man hat jedoch bislang dieses Verfahren im Hinblick auf die Herstellung von Multifilamentleitern nicht für anwend­ bar gehalten. Tatsächlich hat sich jedoch auch in einem nicht veröffentlichten Versuch gezeigt, daß über die Länge eines Multifilamentleiters im Zuge der einzelnen Walzschritte nicht die gewünschte geordnete Lage der Einzelleiter erhalten bleibt. Es sind vielmehr Lageunge­ nauigkeiten wie etwa Verdrillungen aufgetreten, die zu ähnlich nachteiligen Ergebnissen führen, wie zuvor hinsichtlich des Ziehverfahrens angeführt.

Ausgehend hiervon beschäftigt sich die Erfindung mit der technischen Problematik, ein Verfahren zur Herstel­ lung eines hochtemperatur-supraleitfähigen Multifila­ mentleiters anzugeben, das bei einer hohen Verjüngungs- und Verlängerungsrate eines Ausgangs-Multifilamentlei­ ters eine gute Leitfähigkeit der so geschaffenen hoch­ temperatur-supraleitfähigen Multifilamentleiters si­ cherstellt.

Diese technische Problematik ist zunächst und im wesent­ lichen beim Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, daß zunächst im Wege einer zu einer plastischen Verformung zumindest des Hüllrohres führenden ersten Einwirkung auf den Ausgangs-Multifila­ mentleiter eine Fixierung der Einzelleiter relativ zu dem Hüllrohr durchgeführt wird und daß sodann eine Auswalzung vorzugsweise mittels eines Profilwalzens durchgeführt wird.

Überraschend hat sich herausgestellt, daß bei einer solchen kombinierten Vorgehensweise, wobei, wie weiter unten noch im einzelnen erläutert, der Fixierungs­ schritt durchaus im Sinne einer an sich bekannten Zug­ verjüngung durchgeführt werden kann, wesentlich bessere Ergebnisse erzielt werden als bei einer Durchführung des Ziehverfahrens alleine oder des Profilwalzens allei­ ne. Der Fixierungsschritt kann alternativ bspw. auch durch ein Verpressen des Hüllrohrs, etwa mit einer Preßzange, in regelmäßigen Abständen über die Länge des Hüllrohres, oder durch ein Punktfixieren, etwa durch Dorneinrichtung über den Umfang und die Länge verteilt, erfolgen. Die hier erreichte Verbesserung wird darauf zurückgeführt, daß durch den zunächst durchgeführten Fixierungsschritt die Einzelleiter in dem Hüllrohr, aufgrund der vorgenommenen plastischen Verformung rela­ tiv zueinander und zu dem Hüllrohr fixiert werden. Bei den nachfolgenden Bearbeitungsschritten im Profilwalz­ verfahren ist eine freie Umorientierung der Einzellei­ ter nicht mehr möglich. Beim Ziehverfahren ist zwar grundsätzlich eine Kraftbeaufschlagung von radial außen nach radial innen gegeben. Diese Kraftbeaufschlagung weist jedoch immer auch eine Längskomponente auf. Zudem wird insbesondere bei inhomogenen Körpern keine durch­ gängige Kraftbeaufschlagung erreicht. Unter Berücksich­ tigung der besonderen Eigenschaften des HTSL-Materials, das im wesentlichen keramisch ist und pulverartig ausgebildet ist, kann es zu "Abblockungen" oder derglei­ chen kommen. Es wird angenommen, daß es bei dem Ziehver­ fahren auch zu einer Art "Brückenbildung" kommt, welche den Kern des Multifilamentleiters wesentlich weniger kräftemäßig beaufschlagt als den äußeren Umfangsbe­ reich. Hierdurch wird die Plastifizierungsgrenze der inneren Filamentleiter unter Umständen nicht überschrit­ ten, so daß es zu den beschriebenen Abrißerscheinungen kommen kann. Beim Profilwalzen sind dagegen derartige Beschränkungen im Hinblick auf die Krafteinwirkung nicht gegeben. Beim Profilwalzverfahren ist die Kraftbe­ aufschlagung durch die gegeneinander wirkenden Profil­ walzen unmittelbar im Walzspalt gegeneinander gerich­ tet. Es kommt zu einer kräftemäßig vollkommenen Durch­ dringungen auch bei inhomogenem Querschnitt des Walzgu­ tes. Es wird gleichzeitig eine Plastifizierung des Hüllrohres und der Filamentrohre erreicht. Überraschend hat sich auch herausgestellt, daß ein gemäß einem hier beschriebenen Verfahren hergestellter Multifilamentlei­ ter eine wesentlich höhere Füllrate aufweist als bis­ lang erreicht wurde.

In weiterer Ausgestaltung ist auch vorgeschlagen, daß das Hüllrohr einen etwa quadratischen Ausgangsquer­ schnitt aufweist. Ggf. läßt sich auch hierdurch eine (nochmals) bessere Füllung des Multifilamentleiters erreichen. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, daß die Einzelleiter einen quadratischen Querschnitt aufweisen.

Es hat sich gezeigt, daß bei einer Weiterverarbeitung eines Einzelleiters im Profilwalzverfahren, wie es bspw. in der Veröffentlichung Inst. Phys. Conf. Ser. No 148, B. Lehndorff, B. Fischer, M. Hortig, R. Theisejans und H. Piel, Seiten 411 bis 414, beschrieben ist, vgl. insbesondere die fotografische Darstellung auf Seite 412, eine abweichende Gestaltung des Inneren eines solchen Einzelleiters erreicht wird. Die Innenfläche des - verformten - Rohres ist unregelmäßiger, im Sinne von "ausgefranster", als bei Durchführung eines Ziehpro­ zesses. Unter anderem hierdurch lassen sich ggf. auch die nach vorliegender Erfindung erhaltenen Erzeugnisse, die endgültigen Multifilamentleiter, unterscheiden von denen nach anderen Verfahren hergestellten Mulifilament­ leitern.

Nachstehend ist die Erfindung unter Bezug auf beigefüg­ te Zeichnung, welche jedoch lediglich ein Ausführungs­ beispiel darstellt näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Ausgangs-Einzelleiter im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Ausgangs-Multifilamentleiter, schema­ tisch im Querschnitt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Fixierungs­ vorganges durch Ziehen,

Fig. 4 eine Darstellung des Multifilamentleiters gemäß Fig 2 nach Durchführung des Fixierungs­ durchganges,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Profilwal­ ze,

Fig. 6 die Profilwalze gemäß Fig. 5 in einer Quer­ schnittsdarstellung, mit profilreduziertem Multifilamentleiter,

Fig. 7 eine Querschnittsdarstellung eines Multifila­ mentleiters nach dem Profilwalzen,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Breitwalz­ vorganges und

Fig. 9 eine Querschnittsdarstellung, mit Lupenvergrö­ ßerung, eines breitgewalzten Multifilamentlei­ ters.

In Fig. 1 ist ein einzelnes, mit HTSL-Material gefüll­ tes Rohr, als Ausgangs-Filamentleiter, im Querschnitt dargestellt. Das Rohr 1 ist ein Silberrohr. Die Füllung 2 besteht aus oxidischem Supraleitmaterial. Bspw. kann es sich hier um BSCCO 2212 handeln. Das Rohr 1 besitzt einen Boden 3 und einen Deckel 4, die in an sich bekann­ ter Weise ausgebildet sind.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen Ausgangs-Mul­ tifilamentleiter dargestellt. Wie ersichtlich, sind in einem Hüllrohr 5 sieben Rohre 1 mit entsprechender Füllung als nachfolgende Filamentleiter eingebracht. Üblicherweise werden je nach gewünschtem Querschnitt, derartige Hüllrohre mit 7, 19, 37, 61 usw. Rohren 1 gefüllt. Zur Herstellung eines solchen Einzelleiters, bzw. im Sinne vorliegender Erfindung, eines Filamentlei­ ters, wird auch auf den Offenbarungsgehalt der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 196 131 63.4 der Anmelderin verwiesen.

Das Hüllrohr 5 besitzt eine wesentlich größere Wandstär­ ke als die Rohre 1 der nachfolgenden Filamentleiter.

Zum Fixieren der Rohre 1 in dem Hüllrohr 5 wird zu­ nächst ein Ziehvorgang gemäß Fig. 3 durchgeführt. Das Hüllrohr wird hierzu einendig mit einem symbolisch dargestellten Zangenwerkzeug 6 erfaßt und durch eine Ziehmatrix 7 hindurchgezogen, welche zu einer Verjün­ gung und hierbei plastischen Verformung nicht nur des Hüllrohres 5 sondern auch - jedenfalls zu einem Teil - der die Filamentleiter bildende Rohre 1 führt. Wenn eine Vielzahl von Einzelrohren 1, wie bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel, in dem Hüllrohr 5 enthalten sind, kann es auch sein, daß nur äußere, also dem Hüllrohr 5 zuge­ ordnete Einzelrohre 1 eine wesentliche Verformung erfah­ ren. Jedenfalls wird durch den Ziehvorgang, oder wie vorstehend beschrieben, einen sonstigen Fixierungsvor­ gang, eine derartige Einwirkung auf das Hüllrohr 5 und die darin befindlichen Einzelrohre 1 ausgeübt, daß in den nachfolgenden Walzvorgängen keine wesentliche Umori­ entierung der Einzelrohre 1 relativ zu dem Hüllrohr 5 mehr eintritt.

In Fig. 5 ist schematisch eine Profilwalze 8 darge­ stellt mit mehreren Kalibern 9. In einem ersten Kaliber ist zur Verdeutlichung im Querschnitt ein Multifilament­ leiter 10 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß dieses Kaliber einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweist (mit abgeschrägten Eckbereichen) und entspre­ chend auch der Multifilamentleiter nach Durchsetzen dieses Kalibers quadratisch ist. Die - kreisrunde - Aus­ gangsquerfläche, wie bspw. in Fig. 4 dargestellt, be­ sitzt entsprechend bevorzugt einen Durchmesser, der größer ist, als es einer Diagonalabmessung des Kalibers entspricht.

Weiter ist zu erkennen, daß nebeneinander mehrere Kali­ ber 9, die einen jeweils kleineren Querschnitt aufwei­ sen, ausgebildet sind. Beim Durchsetzen dieser Kaliber erfolgt sowohl eine Querschnittsverjüngung wie auch eine Längenvergrößerung der Multifilamentleiter 10.

Eine oder beide Walzen der Profilwalzanlage 8 können angetrieben sein, wie dies im Querschnitt in Fig. 6 auch angedeutet ist.

Ein gleichermaßen hergestelltes Endprodukt ist im Quer­ schnitt in Fig. 7 dargestellt.

Dieses - im Querschnitt noch quadratische - Endprodukt nach dem Profilwalzen wird, wie in Fig. 8 schematisch dargestellt, danach in an sich bekannter Weise flachge­ walzt. Endlich wird ein Multifilamentleiter mit einem Querschnitt wie etwa in Fig. 9 (schematisch und in den Größenverhältnissen nicht realistisch) dargestellt erreicht.

In der Lupendarstellung ist angedeutet, daß, jedenfalls nach gegenwärtigem Erkenntnisstand vergleichsweise stark unregelmäßige Trennwände bzw. Innenwand des Hüll­ rohres erreicht wird.

Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori­ tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt­ lich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines hochtemperatur- supraleitfähigen Multifilamentleiters (10), wobei eine Mehrzahl von Ausgangs-Einzelleitern (1) in Form von mit hochtemperatur-supraleitfähigem Material gefüllten Rohren (1) in ein gemeinsames Hüllrohr (5) eingebracht werden und sodann eine Verlängerung des so geschaffenen Multifilamentleiters unter gleichzeitiger Verjüngung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst im Wege einer zu einer plastischen Verformung zumindest des Hüllrohres führenden ersten Einwirkung auf den Ausgangs-Multifilamentleiter eine Fixierung der Einzel­ leiter (1) in dem Hüllrohr (5) durchgeführt wird und daß sodann eine Auswalzung vorzugsweise mittels einer Profilwalze (8) durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung ein Ziehvor­ gang durchgeführt wird.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Hüllrohr (5) des Ausgangs-Multifila­ mentleiters einen im wesentlichen quadratischen Quer­ schnitt aufweist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Fixierung, zumindest örtlich, eine Durchmesserreduzierung von 10 bis 20% des Ausgangs-Mul­ tifilamentleiters vorgenommen wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Profilwalzen mit einem im wesentli­ chen quadratischen Walzkaliber durchgeführt wird.