DE19651380C2 - Supraleitender Magnet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen supraleitenden Magneten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie er aus Wengi et. al., IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 32, No. 4, July 96, pp. 2280 bekannt ist. Der Faserverbundwerkstoff dient hier jedoch lediglich dem Schutz der Spule gegen Beschädigung von außen.

Aus Martin N. Wilson: Superconducting Magnets, Clarendon Press Oxford (1983), Seiten 322-336, ist ein Magnet der e. g. Art bekannt, bei dem die Deformierung der Spule durch Stahlform­ teile oder Aluminiumringe verhindert wird.

Diese zusätzlichen metallischen Bauteile verhindern jedoch einen Pulsbetrieb der Spule, da durch die sich ändernden ma­ gnetischen Felder große Wirbelstromverluste entstehen.

Aus der US-3 363 207 ist bekannt, die einzelnen Schichten ei­ ner supraleitenden Spule mit Hilfe von Glasfasergewebe zu trennen. Dabei dient das Glasfasergewebe lediglich der elek­ trischen Isolation der verschiedenen Spulenschichten gegenein­ ander. Dies ist auch aus der US 5047 741 bekannt, wobei die Außenseite der Spule zusätzlich mit Glasfasergewebe versehen ist. Dadurch ist eine maschinelle Nachbehandlung der Spule ohne Beeinträchtigung der Leiterwindungen möglich.

Aus der JP 08-115 813 (A) und dem zugehörigen englischen Ab­ stract ist bekannt, eine supraleitende Spule mit einer Mi­ schung von Glasfasern und organischen Fasern zu versehen, wo­ bei die organischen Fasern einen negativen thermischen Ausdeh­ nungskoeffizienten aufweisen.

Des weiteren ist aus der JP 58-128 708 (A) (Engl. Abstract) die Glasfaserabdeckung mit Kunstharz für supraleitende Spulen bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es den Supraleitenden Magneten so auszugestalten, daß eine Deformierung der Spule bei unter­ schiedlichen Magnetfeldern verhindert wird, ohne daß zusätzli­ che Wirbelstromverluste entstehen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1.

Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Ein besonderer Vorteil des Magneten besteht wegen der hohen Festigkeit der Bandage in einer wesentlich kompakteren Bau­ form.

Durch Umwicklung der Spule mit vorgedehnten Glasfasern wird ein Kraftschluß zwischen Bandage und der supraleitenden Wick­ lung der Spule von Raumtemperatur bis ca. 4 K erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur näher erläutert. Dabei zeigt die Figur einen radialen Schnitt durch eine Solenoidspule.

Die Figur zeigt eine Hälfte der Spule von der Symmetrieachse bis zum rechten Rand. Der Spulenkörper besteht aus drei Kreis­ scheiben aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), wobei die mittlere Scheibe 4 so breit ist wie die Wicklung 6. Die beiden äußeren Kreisscheiben 5, die mit der mittleren Kreisscheibe 4 verbunden sind weisen am Rande Bohrungen auf, durch die ver­ dampftes gasförmiges Helium entweichen kann. Die Wicklung 6 besteht aus einzelnen Lagen des Supraleiters 2 die durch Ab­ standshalter 3 voneinander getrennt sind. Die Abstandshalter 3 bestehen aus Epoxidharz und bilden zusammen mit den Supralei­ terlagen Kanäle für das Kühlmittel Helium. Der runde Auschnitt oberhalb der Spule zeigt eine Vergrößerterung der Wicklung und die Darstellung unterhalb der Spule zeigt einen vergrößerten Schnitt durch die Wicklung in einer Ebene senkrecht zur Symme­ trieachse und zur Zeichenebene. Auf die äußere Lage der Supra­ leiterwicklung folgt ein breiterer Abstandshalter und die Ver­ bundfaserbandage 1, die der Fixierung dient. Diese Verbundfa­ serbandage wird durch eine Filamentwicklung von Glasfasern er­ zeugt, wobei die Glasfaser beim Wickeln sich in einem vorge­ dehnten Zustand befindet und das Filament schichtweise mit Epoxidharz verklebt wird. Die Zugspannung beim Filamentwickeln wird so eingestellt, daß die Vordehnung der Glasfaser zwischen 0,3 und 0,6% liegt. Durch diese Vordehnung wird die der Glas­ faser fehlende thermische Schrumpfung bei Abkühlung im Ver­ gleich zur Wicklung des Supraleiters kompensiert bzw. falls nötig leicht überkompensiert. Bei Dehnungen von mehr als 0,6% kommt es zu einer schnelleren Materialermüdung.

Diese Art der vorgespannten Bandagen ist für alle supraleiten­ den Spulen geeignet, bei denen schnelle Feldänderungen auftre­ ten, wie bei Generatoren, Transformatoren und magnetischen Energiespeichern, denn in all diesen Fällen können Metalle we­ gen der hohen Wirbelstromverluste nicht zur Fixierung und Sta­ bilisierung eingesetzt werden.

Claims (4)

1. Supraleitender Magnet bestehend aus einer supraleitenden kühlbaren Spule, welche durch Bandagen aus Faserverbundwerkstoff fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern des Faserverbundwerkstoffes vorgedehnte Glasfasern sind, welche in Filamentwicklung aufgebracht sind.

2. Supraleitender Magnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vordehnung der Glasfasern im Hookeschen Be­ reich liegt.

3. Supraleitender Magnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vordehnung der Glasfasern zwischen 0,3% und 0,6% liegt.

4. Verwendung eines supraleitenden Magneten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Energiespeicher.