DE1994001U - Kryogenischer schalter. - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE "" PÄ-P ΠΊ ζ 73 Ί ΐ Ö 7

fDr.-ln8. HANS RUSCHKE f.M, D U I ü Y ü I * J U. / -

AGUUR

; ::- '■':_ Ä1Q44

A 27 461/21C Gbm

Av c ο Corporation,: lew- Xörfc>7 / lew/'tork, IT.St

■ Xryogenischer> Solialter

Die Irfindung bezieht sich auf.elektrische . Schalter, die "bei kryogenis^hen iemperatiiren Z;,B. /b:ei der üeffiperatur des flüssigen Heliums verwendet werden sollen. _:: _: ^;λ._: '-; ^; . / ■ -.■■-.",

Bei supraleitenden EiiErichtuiigen werden Supraleiter in verschiedenen Äusftihrraigen TDenutzt* Hie meisten,, für solche Sinrichtungen in Betracht _: ; . Ikommenden Terwendungszwecke hängen von der Erzeugung. ■:. ein es kr äf tigen Ilagn etf e Ide s aTo, und. in viel en lall en ist ein Stromfluss mit einer Stärke von 600-Jmpere. un.d mehr erforderlich« ^:/ ^:- : \ : :

'.■.". -2 - \ / A; 1044 —

Bei den meisten supraleitenden- Mnrichtungen werden gegenwärtig supraleitende Spulen oder. Wicklungen verwendet, die im allgemeinenüber !reiter an eine äussere Gleichstromquelle anges-ehli-ssen-.-werden.,, welche.

.*" leiter mindestens in der l"ähe der Spulen"supraleitend

sind* Soll in der Spule beständig ein Strom fIiessen, so werden die Leiter durch eine supraleitende Überbrückung verbünd en. Wenn die Spüle aufgeladen^ werden

: soll* so v;ird die überbrückung in. normaler Ifeise be

trieben,- und wenn ein beständig fliessender Strom-erzeugt werden soll, so wird zugelassen, dass die Überbrückung supraleitend wird» ./ -. : .

Bei solcnen Spulen und besonders bei denenj die starke Kagnetfelderverzeugen sollen, entstenen Terluste niciLt nur in den 1 eitern, die .den Strom von einem äusseren Stromkreis aus z:ur Spule leiten, sondern

.' ' ' -^: ■ ■.. . ■ auch in der normalerweise "supraleitenden- tlberbrückung,

welche Terluste oftmals die Haupt quell en:, des Snergi e- -... verbrauch-s in der Einriclitung darstellen.. Wird die. . Spule kurzgeschlossen, nachdem, ein Stromfluss mit der gewünschten Stärke erzeugt worden, ist, so: kann, dieser Stromfluss eine unendlich lange Zeit bestehen* lach der Herstellung der supraleitenden tjberbrüekungsverb'indung kann der Stromfluss aus - der Stromquelle.auf den Wert lull herabgesetzt werden, wodurch,die iouleVsche

Aufheizung

- ■'■■■-■ 3 -'■■■■ -■;',/,: '■■:'-'■--.■ .. ■ A 1O44-- Ί:.:././.:/

Aufheizung der Leiter vermieden, wird. Da. andererseits die Stromleiter für die Aufrechterhaltung des _: Strom-; flusses nicht mehr "benötigt werden, so. können dieae-, . wenn gewünscht j aus der Eiarieht ung entfernt: werden,;

Wird die Ü&erTDrüeküng dureh .thermische Kittel in den Iformalzrastand. irersetzt, so- erfolgt eine. s:>tarfce . Erhöhung der in der supraleitenden. ümgeBung. erzeugten; . Wärme» Bei den älteren ÜTDerlorlickungen, die während des■,'. Aufladens oder Entladens. der Spule einen StroBükreis:^ . ~ darstellen j der zwar einen .Widerstand aufweist,, .jedoch an sich geschlossen ist, .f Ii esst während des. Auflad ens Λ oder Entladens ein schwacher Strom, der in der liter,- '. "briicfcung Joule¹ sehe Wärme erzeugt» Dies, ist eine JOlge des kleinen Terhältnisses; des Widerstandes der tt"ber- . Torückung zur Impedanz der Spüle. ^: . =■■".,:-" . ' . - Λ Die Erfindung-sieht einen, elektrischen Schalter vor,, der "bei kryogenisehen Temperat^en -verwenddt werden kann, und. der. zwei Kontakte aufweist,, τόη denen.. jeder Kontakt aus einer lläche eines nicht-supräleitenden Metalls lie steht-, ^ die mit einem Supraleiter elektrisai

TerTDunden ist_} wobei Mittel zum. Sc hli ess en; des Schalters Torgesehen sind, die.die_: genannten flächen unter .. einem so hohen Druck mit einander in Berührung. Toringen, ;, dass zwi.sohen den Flächen" der. geringstmögliche Kontaktwiderstand "besteht. ■: - ■"" " ': ^: ■ . ^:

Die

-■-■4·: - ^; : ■■■. ■";';.■ ■, ■ ■ .:. '■■■;■ - ■■■'.■ ■■■;■ ^- ; Ä.IÖ44;; V -^ ::'■■;:.

Die Erfindungwird nunmehr _win Verbmdmg mit supraleitenden. Nebenschluss— oder Überbrückungsverbin- düngen beschrieben, ist "jedoch nichtauf. diese /beschränk^ InL Betrieb einer elektromagnetischen Pumpe z,B.,_:die _s Mittel zum magnetischen. Induzieren eines TDeständigen - .-■-. Stromflusses in einer supraleitenden Spule .oder dergl-eichen aufvreisty können zwei Schalter nach der Erfindung ■ "benutzt werden,- mit denen in. der . elektrOmagnetischen- Pumpe der Strom Terstärkt werden ka.wi_f der zuvor in ..; der aufzuladBnden Spule erzeugt worden ist.."Es .war- 'bisher oftmals tiblichy zu diesem. Zweck.. Heizelemente zu ■verwenden.,; um. einen Teil des supraleitenden Stromkreises ; in den HO rmal zustand zu Terse t ζ en. Durch Verwenden eines Schalters nach der Erfindung kann larmeenergle; ^eing,e-^:- ^; spart, werden, die in der. eine niedrige temperatur auf-.' weisenden Umgebung ■verToraucht wird_?;-wenn- ein thermischer Schalter "benutzt wird, un.d. aus s er dem kann die Zeit wr— , kürzt werden,, die für jede Periode- der -elektromagneti— sehen Pumpe benötigt wird» Weiterhin ist .es bei: supra- ^:. 1 eitenden Bnergiespeieherspul en of tmals erwünscht.,.-- einen Schalter zur Verfügung zu,-haben, - der als Eebenschluss .^;'-■ mit einem geringen Widerstand wirkt, um die .Spule;fcurzzuschliessen, so dass magnetische Energie gespeichert ..""..

werden kann, bis diese in einem ausseien Stromkreis., b« . nötigt mrd,. und welcher Schalter als offener.Stromkreis

^; '"wirkt»

wirkt, wenn die in der Spule gespeioherte· ErLergie. - . - -."

einem äusseren Stromkreis;: zugeführt werden soll., lird der Schalter zum Entladen, der φΛβ _geaffnet, so^mss ■.. dieser nicht nur eine sehr, grosse und vorzugsweise^;. : unendlich grOsse Impedanz; ^aufweisen, sondern auch spannungsf est für die. Spannungen sein, die während der Ent-ladung erzeugt werden* lür .diese Z'wecke- kann, ein Schalter nach der BrfindungTrerwendet werden,;-da ;_:er _:in ge- Λ öffnet em Zustand gut isoliert undÜlDergangsspannungen .ohne Schaden widersteht»; _: ^:._;- . .: . . -' : :■, ^ .

■ Eine "bevorzugte Jlusf ührung: ;des ächalters y. _:: _

nach der^:, Srfindung weist; auf ein;-Schalter"blockglJäL mit spraleitenden Drähten^^die-'in einen erstenj; aus einem normsJLen Metall "bestehenden flachen leiter 'eingebettet sind,: z.B. aus Kupfer,; de seen freiliegende Hache/vorzugsweise, mit einem .dünnen Belag auö Silber-versehen" ; '_: ist, ein Schalterzungenglied mit einem ζ weiten ;f lachen Iieiter,.- der im,.wesentliehen- dem; erstgenannten ilachen ■" Leiter -gleicht, dessen .einen Silberbelag tragende ehe : der mit Silber belegten ELäehe ;des ersten.. D gegenüberstehend angeordnet ist-., und. Betätigungsmittrel, die mindestens einen der leiter "bewegen und mindestens einen wesentlichen.Teil "der: mit Silber lael^ten Eläehen: unter Druck mit einander in Berührung bringen«-~^::: - -:^; ": . . Der Schalterkann^für ;alle ;pa^£tisch%n Zwecke;

als Überbrückung O'der"'-als"'^:ITe.b;easGliLus:a: benutzt, dessen V^; Widerstand im. normalen Betrieb Ternaenlassigbar-klein : ist, so dass während- des^: Sin- und Ausschalt ens der Spule die Erzeugung von Wärme iai iTebensönluss '.-Vermieden wird· '-/,_-." . ■-;. _ ; ■"..

Der Schalter kann bei" supr-aleitäaen -Sempera^ ^ turen. in einer supraleitenden Umgebung mechanisch be-- · tätigt werden. ." . ■..-. ^r ; - : / _ V:-.:- - - _:

\ D'er Schalter beseitigt für: alle .praktischen Zwecke die Joule¹ sehe Erwärmung in" supraleitenden HebenschXüssen oder tJberbrüekangen und die l"otwendigfceit, ■ in. einer supraleitenden .TOmg-ebung'-'Eeiziel^me^t-e^Ter/wend^?!, zu. müssen.,, um einen iOeil des" supraieitenTden -Stromkreiseε in den Normalzustand z;u Tersetzten und/oder um. ineinem Seil eines supraleitenden .Stromkreises .Wärme- zu erzeu- .,' gen, der entweder *von thermlsohen ο der-; aiicht-thermi—. sehen. Mitteln absichtlich in. dea Hormalzustand;^:Tersetzt. worden ist* . ■ -_;. -_: ;■;■■:. \ _; : V: " :';..- :^;

Sie Erfindung ^-'wird nunmehr ausführlich /be- \ schrieben. Xä den: beiliegenden Zeichnungen: ist die V * 1 eine Schnittzeichnungf"die in sehematischer _:; Darstellung eine, supraleitende Spüle als Anwendungsbel spiel-for ,die;Erf indung zeigt, ; ::. *.- 2 ^: . ■ eine s-ehaubildliche Dar st eil uag; eines Schalter a nach der Erfindung, ; _Λ : ■ / . . ; ν :^

eine schaubildliahe' Darstellung νοη /Einzel-heiten des in der !fig» .2; : da-r gestell tem -

lig» 4 eine schaubildliche; .Bars»tellung des ,in der: "_■ Eg, 2 dargestellten Schalterblockgliedes . und die - / ^;: - / .- .;".,.:.-." ^;. ..:/, ; .;^;- " /;;-. , .

Fig»- 5 eine doppelt-logarithmisciie Darstellung der; . · Teränderung des Oberfläehenwiderstände s mit!' de r. And er ung de s .Brücke s b e__i wrschi eden en.

- - Met all en j- die- die Eon taktf lach en.: iron zwei .

. ; stabilisiertet Supraleitern bilden^ ;di.e Vbei".

einer Temperatur.TroÄ .4 »2 Kelvin, mit; .einander .in Berührung stehen.;; . ;'. · . ; - ^:: /_: . ■.-;.,■/.

Die FIg* 1 zeigt eine supraleitende./Spule I.,;..

stand 5.an eine äussere.^ Stromquelle^ z.B. an eine. Batterie 5 angeschlossen ist./Der Wider stand: 5 ermogii.cht ; eine Einstellung der Starke-des von/der Batterie z:u.r -/ Spule fliessenden StrOmes· An die-Spule 1 ist.ferner .Strombrücke angeschlossene/die aus dem Schalter 7 und den leitern 8 und 9 besteht· Die Spule 1 und/, öle Strömbrücke 6 werde n.. auf. einer Φ emper atur gehalt en,. /di e ^unter halb der kritischen temperatur für ;das_; s:wpraleitende Eaterial in der Spule 1 und.Inder/Strombrücke β-liegt,

- 8 — . . .■ .: " . A 1044

zu welchem: Zweck die Spule 1 md die Strombrücke β in einer Umgebung 10 mit einer entsprechenden niedrigen !Temperatur angeordnet sind z!»B. in flüsiges. Helium eingetaucht j das sich in einem I soli er behälter 11 ,-befindet. ' " . . ' ' _ -

Die Spule 1. kann aus einem supraleitenden . Drahtmaterial hergestellt werden,, das "die für den beabsichtigten Zweck erforderlichen kritischen 3?eld- -lind Supraleitereigenschaften aufweist· Die supraleitenden Spulen werden geeigneterweise aus einem einzelnen supraleitenden Draht hergestellt» Das für die leiter J- zu:. wählende Material ist an sich bekannt* Im allgemeinen werden die von der.. Strombrücke 6 zur Spule 1 verlauf enden Seile der-leiter 3 aus einem geeigneten supraleitenden "Drahtmaterial hergestellt_s das denselben Streinfluss unterhalten kann wie die Spule* Die von der äusseren Stromquelle 4 zur Strombrücke .6- verl-auf enden, leile der Leiter■3»■die sieh nicht in der· Umgebung mit- der niedrigeren Temperatur befinden, werden geeigneterweise aus einem einen kleinen Widerstand aufweisenden Material hergestellt z.-B» aus .!Kupfer,·. das· einen klelnfren Widerstand aufweist als: die typischen supraleitend, den Materialien im Eormalzustand» Durch Öffnen des Schalters 7 und. durch Bchli essen des Schalters 4 - wird in der Spule 1 ein beständiger Stromfluss erzeugt,

dessen

— 9 - . - A 1044 ■'

dessen Stärke rait Hilfe des; Eegelwiderstandes 5 eingestellt werden kann» Wird hiernach der Schalter 7 geschlossen U3o.d der »Schalter 4 geöffnet, so wird in der Spule 1 ein "beständiger Stromfluss erzeugt _J: der. durch die Strombrücke 6 und die diese mit der Spule verbindenden Seile der Leiter 3 fliesst»

Die Pig» 2 zeigt^: eine besondere Ausführung des in die Strombrücke nach, der Fig* I eingeschalteten Sehalters 7* Dieser Schalter soll in einer supraleitenden Strombrücke nicht nur/starke Ströme in.der Grossen-. Ordnung von mehreren hundert imp ere mit vernachlässig-bar kleinen Terlusten leiten können sondern auch in einen vollständig nichtleitänden Zustand umgeschaltet werden können _T ohne dass Wärme angewendet oder im ".".-' Schalter ¥äriae erzeugt wird. Zu diesem Zweck muss -ein mechanisch zu betätigender Schalter vorgesehen werden,, der im geschlossenen, oder stromleitenden Betriebszustand wesentliche supraleitende Merkmale aufx^eist» Der Schalter wx^st daher auf ein Schalterzungenglied 21, dessen Einzelheiten in der 5¹Ig. 3 dargestellt sind_? ein Schalterblockglied 2,2 ₉ dessen Einzelheiten in der. 'Pig» 4 dargestellt sind_? und das das Schalterzungengliec 21 g£nimmt und erfasst^ einen Stössel 23; sowie ein ©lied 24"-, mit dem das Schalterzungenglied auf das Schalterblockglied eingestellt werden kam, ■"sowie, eine

Welle 25,i

. - IG - A 1044 .'

Welle 25, die Glieder 26, die Hocken 27 und die Jndruckplatten 28 _s die die elektrisch leitenden Teile des Schalterblockgliedes und des Schalterzungengliedes unter Druck mit einander in Kontakt bringen. .

- Das in den Figuren 2 und 3 dargestellte. - Schalteafungenglied 21 weist zwei leiter 34 und 35 aus einem, supraleitenden Material 36 in Form mehrerer Drähte, auf _s die in einen Streifen 37 aus einem normalen Metallz.B. ICupfer,. eingebettet sind, wodurch ein;^£I!- stabilisierter ^B Supraleiter geschaffen wird.«

ils ^B stabilisiert ^tB wird ein Supraleiter. : bezeichnet9 der in den supraleitenden Zustand zurtick-Ic ehrt j .wenrL eine diesen in deu Formalzustand versetzende Störung aufgehört hat₃ z.*B-.. eine selbst erzeugte ; ( ein Sprung des Magnetflusses ) oder eine von aussen her erzeugte Störung ( Tibration^. rashe äussere Feldränder ung_s kurzzeitig zu starker Strom usw. )_s.ohne dass die Stärke des erregenden Stromes vermindert werden muss* Im allgemeinen kann ein.stabilisierter Supraleiter im der Weise geschaffen werden_s dass ein supraleitendes Material in einen guten und thermischen Eontakt mit einer Unterlage gebracht wirdj deren Spannung-Strom -Merkmale die eines einfachen Widerstandes sind₃ wobei die Masse der lint erläge von dem Grad abhängt, bis zu. dem der Leiter gekühlt wird» Im allgemeinen ist der

Querschnitt

- 11 ~ ; A 1044.

Querschnitt der Unterlage wesentlich grosser als der des supraleitenden Materialsο - _ .

Die in der lig, 2 dargestellten Leiter können z.B* aus neun mit einem. Hiobium-Zirkonium-^Belag versehenen Kupferdrahten bestehen, die einen Durchmesser von ungefähr O₅25 mm aufweisen und in ein ICupferband mit einer Breite von 12_s7 mm. und mit einer Dicke ron 1 mm eingebettet sind, welches Band ungefähr eine Stunde lang bei einer Temperatur von 560° O ausgeglüht wird.

Das aus den oben beschriebenen Leitern bestehende Schalterzungenglied ist "bei 41 an der Basis ZoBo mittels elektrisch nicht-leitender Platten 43 und am anderen Inde mittels einer Platte 44 und eines Gliedes 24 am Stössel 23 befestigt* Die inneren gerillten Placken 34a und 35a des Teiles der Leiter 34 und 35, die im Schalterblockglied sitzen, sind ζ»Β=durch Weichlöten Mt einem metallischen Terstärkungsglied 45 verbunden, das ein Yerbiegen oder Verdrehen der Leiter nahe am Schalterblockglied verhindern soll.

Bs wird darauf hingewiesen^ dass die Leiter 34 und 35 ungefähr um 90° verdreht sind, so dass" das Schalterzungenglied vom Stössel 23 in. das Schalterblockglied 22 hineinbewegt und aus diesem herausbewegt werden kann. Is wird ferner darauf hingewiesen,: dass die glatten oder nicht gerillten Flächen 34To' und 35b

der

- 12 ~ - . A 1Q44

der Leiter 34 ^unä· 35 freil.iegeη. md mindestens nahe am Schalterbloekglied ζ „Β* mittels herkömmlicher Elektroplattierungsverfahren mit einem dünnen Silberbelag 46 verstehen sind. Das am weitesten aussen gelegene Ende des Yerstärkungsgliedes 45 nahe am Stössel. 23 ist mit Ösen 47 versehen₃ die an der Platte 44 ζ»B* mittels Sehrauben befestigt sind· !fach der Darstellung in der lig* ' 2 ist das elektrisch nicht-leitende Glied 2,4 mit der Ptatte 44 und cfem Stössel 23 gelenkig verbunden^ so dass das Schalterzungenglied 21 mit dem Schalter-"blockglied 22 einen Elektrischen Kontakt bildetj der geschlossen und geöffnet werden kann» Infolge der Verdrehung der Leiter 34 und 35 um 9ö ist das Schalterzungenglied an einer nahe an den Platten 43 gelegenen 8teile Tersehwenkbar, ohne dass der Supraleiter unterbrochen zu werden braucht.- . *

Es wird nunmehr.auf die Figuren 2 und 4 verv/iesen_s aus denen zu ersehen ist, dass die Leiter 51 und 52s die im wesentlichen den Leitern des.Schalterzuiigengliedes gleichen, läron den einander gegenüberstehenden₅ elektrisch nicht-leitenden Blöcken 53 und 54 getragen werden, die ihrerseits auf den Stiften 55 ¹^a 56 -TDewegbar gelagert sind_? so dass die Blöcke 53 und 54 und damit die Leiter 51 und 52 in. Richtung zu einander hin- und herbewegbar sind, wobei die freiliegendei

glatten

- 13 - -A 1044

.glatten !Flächen 34b mid 35b der leiter 34 und 35 mit den freiliegenden glatten flächen 51b und 52b der leiter 51 und 52 in Berührung gebracht werden können. Der von den Blöcken 53 und 54 entfernt gelegene Teil der leiter 51 und 52 .wird von einem elektrisch nicht-leitenden Befestigungsglied 59 ³^¹ der Basis festgehalten. Is wird- darauf hingewiesen^, dass die glatten !flächen 51b und 52b der Leiter 51 und 52 gleichfalls mit einem. Belag beispielsweise ausSilber versehen sind und den/betreffenden glatten Flächen 35b und 34b der leiter 35 und 34 parallel gegenüberstehen^ wenn das Sehalterzungen glied 21 ]i in der unteren o.der Schließstellung steht« >Wie am testen aus der lig. 4 zu ersehen ist_s ist 3eder .Leiter 51 und 52 ζ„Bodurch Weichlöten an zwei oder mehr metallischen Haltezapf en 61 !befestigt_? die in. den Ausnehmungen 62 von Schrauben 63 festgehalten werden.

Der obere Seil eines jeden Blockes 53 und 54 ist nach aussen hin abgeschrägt und wirkt, als führung für das Schalterzungenglied _t .und die. Blöcke sind mit den einander gegenüberstehenden Schultern 64 versehen^ die als Anschläge wirken und die Abwärtsbewegung des Schalterzungengliedes.begrenzen; so dass die Leiter 34 und 35 des Schalterzungengliedes 21 den Leitern 51 und 52 des Schalterblockgliedes 22 gegenuberstehen_s wenn das Schalterzüngenglied 21 in der unteren Stellung steht. ' ' -■ .

Die

- 14 - .. .A: 1044 Λ

Die durch die Glieder 26 mit einander verbundene Welle und die Socken 27 wirken in der herkömmlichen Weise und bringen mindestens einen wesentlichen Teil der leiter 34 und 35 mit den Leitern 51'und 52 unter Druck in Berührung ₃ wenn das Schalterzungenglied 21 in der unteren Stellung-steht»- ;

Wie aus dem obenstehenden Seil der Beschreibung zu ersehen ist_? wird zum Schliessen des Schalters der Stöseel 23 in !Richtung zur Basis 42 niedergedrückt_s wobei die Leiter 34 und .35 des Schalterzungengliedes in eine Stellung gegenüber den Leitern 51 und 52 des Schalterblockgliedes 22 gebracht werden» Danach wird _ die Welle 25 gedreht_? wobei die Socken 27 betätigt werden und über die indr uckplatt en 28 die Blöcke 53 und 54 gegen die das Schalterzungenglied 21 drücken^ wobei mindestens ein wesentlicher Teil der freiliegenden !"lachen der Leiter unter Druck mit einander in Berührung gebracht und in dieser Stellung festgehalten werden. Das Öffnen des Schalters erfolgt durch Umkehren der beschriebenen Arbeitsvorgänge» Die Blöcke 53 und 54 können von nicht dargestellten federn so beaufschlagt werden, dass die Blöcke sich vom. Schalterzungenglied 21 entfernen₅ wenn diese nicht arretiert werden,,, um einen Gleitkontakt zwischen den Leitern zu vermeiden oder mindestens zu vermindern,,, wenn das Schalter zungen-

glied

- 15 - ■. Α.-1044

glied nach unten in die Schließstellung oder aus dieser heraus "bewegt wird» Is ist ferner nicht wesentlich, dass "bei einem Schalter nach der Erfindung elektrisch leitende leile ( die Leiter 34? 35$-- 5I₅ 52) in der dargestellten besonderen Ausführung verwendet werden_s oder de,ss die beschriebene Betätigungsvorrichtung benutzt wird. Z.B* können das Schalterzungenglied und das Schalter blockgli ed mit je einem, einzigen stabilisierten Supraleiter ausgestattet werden (zwei Leiter weisen lediglich die grosste Eontaktfläche auf )_s und die Betätigung des Stössels und ^r Welle 25 kann durch einen einzigen Arbeitsvorgang, erfolgt_s oder anstelle einer Bewegung in einer zu den Kontaktflächen parallelen Richtung^ v/ie in der lig, 2 dargestellt^, können ein . oder mehrere stabilisierte Supraleiter so angeordnet v/erden_$ dass die Bewegung in einer zu den Kontaktflächen senkrechten Pachtung erfolgt (so dass keine Terdrehung um. 90° vorgesehen zu werden braucht* wie in der Fig. 2 dargestellt )_? um den Schalter zu schliessen und zu öffnen. *. .

Da die elektrisch leitenden Heile des Schalter zungengli ede s und des Schalterblackgliedes ein.supraleitendestlaterialenthalten, so besteht der einsige Widerstand im. Schalter aus dem Widerstand des normalen Materials zwischen dem supraleitenden Materia,! und aus

dem

: ^: ■■■ ..ν- ■ /it

- 16 - ..-■;■ A 1044

dem Oberflächenwiderstand an den Kontakteeilen dieser Leiter» Damit die !lachen zwischen, diesen "elektrisch leitenden Gliedern so glatt wie möglich sind.? werden diese vorzugsweise in der beschriebenen Weise angeordnet» so dass die Seiten der Unterlage der stabilisierten leiter mit einander Kontakt halsen. Hit anderen ¥orten_s.die Seite , die die supr alifeit enden Drähte oäer auch einen supraleitenden Streifen enthält, ist den Kontakt fläch en abgewandt₃die vor dem Eintauchen in die supraleitende Umgebung gereinigt werden sollen.

Is wird nunmehr auf die lig. 5 verwiesen_? die in graphischer Barstellung den Widerstand der flächen zwischen zwei stabilisierten Leitern bei supraleitenden !Temperaturen zeigt ^. wobei die Hauptmasse, des Materials aus Eupfer besteht^ und wobei diese Leiter in allen lallen ausser einem !Fall auf ©^Kontaktflächen mit verschiedenen Belägen versehen sind* Aus allen Kurven, ist. zu ersehen₃ dass .der Öberflächenwiderstand kleiner 'wirdj wenn der Druck erhöht wird* Der Grund hierfür ist darin zu sehen, dass der Strom an den Kontaktflächen durch eine Heihe kMner KontaktbeElrke fliesst. Der gesamte Querschnitt dieser stromführenden, kleinen IContak^tbezirke ist viel kleiner als der Querschnitt der vollständigen Kontaktflächen Unter, dem ausgeübten Druck vergrössern sich die Kontaktbezirke_s und der Oberflächenwiderstand wird kleiner» . ■ .

Aus

- 17 .- ■ A-1044

Aus den vor stehenden Ausführungen gpht hervor_s class ein möglichst kleiner Eontaktwiderstand, erwünscht ist. Es ist jedoch nicht naheliegend ₉, welches Metall gewählt werden soll,: da "bei. nahe am absoluten Hullpunkt liegenden üemperaturen der kleinste überflächenwiderstani erforderlich ist. Z.»Β-« werden "bei diesen Temperaturen Metalle härter, und wenn die Oberfläche dem Wesen nach ein EaIlDl ei t-er ist, so erhöht sich.der en Widerstand im Tergleich zu dem Widerstand bei Raumtemperatur» Oberflächen, die sich für Schalterkontakte-bei allen anderen als Bupraleittemperaturen als "befriedigend erwiesen haben j brauchen sich nicht notwendigerweise für Supraleittemperaturen eignen» Dies hat; sich bei Untersuchungen ergeben^ die bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, bei denen der Oberflächen widerstand von sauberen liupf erfläch en eines stabili-· _ .sierten Supraleiters bei Supralexttemperaturen mit dem Qberflächenwiderstand derselben !lachen nach einer Alterimgszeit von zwei Monaten bei Raumtemperatur an der luft verglichen wurde.; Wie sich gezeigt hat_s erhöhte sich der Oberflächenwiderstand der gealterten Flächen auf das Tünfzi.gfache im Vergleich zu frischen ELäehen»

Aus der Fig* 5 ist zu ersehen_? dass bei einer Beschichtung von-frischen oder sauberen Eontaktflächen

der

■y

- xa..-. ■■■.-.■.:■ ■ .. a 1044

der stabilisierten Leiter mit Gold z.B» durch Elektroplattieren der Oberflächenwiderstand von G-old ungefähr zehnmal so klein ist als der einer Kupferfläche "beider QJemperatur des flüssigen Heliums»^: Werden die Kontaktflächen jedoch mit einem. Silberbe lag; versehen, so kann der Qberflächenwiderstand um einen !faktor von Sechs kleiner sein_s als dies bei Sold möglich ist* Die ICurve für den öberflächenwiders-tand bei Silber wurde bei einer Dicke des Silberbelages von ungefähr_s0₅01 mm erzielt« ¥ie ferner aus der Jig* 5 za ersehen ist₅ kann der geringe Widerstand der silberplattiertea flächen bei kleinsten Kontakt drück en von 7 kg/cm erreicht werden» - ■

Bei einem mit Silber erzielbaren Öberflachen-

-8 /■■""■

widerstand von 2 χ 10 Ohm/cm ist der Snergi ever lust iKL Schalter vernachlässigbar klein» 1st bei einem Schalter nach der Erfindung_y der zum Eurzschilessen eine supraleitenden Spule mit einem induktiven Widerstand von 1 Henry benutzt wird.> die Eontaktflache beispielsweise 32,25 cm gross_y so beträgt die Zeitkonstante für das Schwinden des beständig fliessenden Stromes ungefähr 50 Jahre·

Aus der vorstehenden Beschreibung gehen die verschiedenen M.erkmale und Torzüge der Erfindung .klar hervorj, im der beschriebenen Ausführungsform der Ir-

f indung

- 19 - - ' ■ ■.■-■- .·,-. A 1044

f indung können von. Sachkundigen im Sahnien des Brfindimgsgedankens lirtderungen, !"bwandlimgeia und Ersetzungen vorgenommen werden»Die Erfindung seilost wird daher nur durch die "beiliegenden Patentansprüche, abgegrenzt.

Claims (10)

1. P.ArSO15731-18.7.68

   - .20 - A 1044

   sprüches

   1» Elektrischer _y "bei kryogenisehen Temperaturen zu "verwendender Sehalter mit zwei IContakten und mit Mitteln, ja.um Schliessen des Schalters? dadurch gekennzeichnet y dass jeder Kontakt eine Pläehe aus einem, nicht-supraleitenden Ketall und einen mit der genannten-3?läche elektrisch verbundenen Supraleiter aufweist^ und dass die den Schalter sehliessenden Mittel die genannten Flächen unter einem solchen Druck aiit einander in Eontakt "bringen,, dass zwischen den genannten !lachen im wesentlichen der kleinste Hont aktwiderst and erzeugt wird. ■ , "
2. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet s dass die genannten, flächen aus einem Edel- . metall bestehen»

   3 »Schalte

   -ZL- _ 'A 1044
3. 3 <> Schalter mach Ansprach .2., dadurch, gekennzeichnet s dass das Edelmetall aus Silber besteht„
4. 4* Schalter nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass geder Kontakt aus einem flachen Giied aus einem nicht-supraleitenden Metall besteht _f an dem die genannte Hache "vorgesehen ist., und mit der der Supraleiter in einem innigen elektrischen und thermischen Kontakt steht* . -
5. 5· Schalter nach Anspruch- 4.j dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische leitfähigkeit des genannten Gliedes in derselben Grössenordnung liegt wie die des Kupfers bei Supraleittemperaturenj. und dass die genannten llächent mit . einem Belag aus einem Edelmetall -versehen sind α
6. 6# Schalter nach Anspruch 5$ dadurch gekennzeichnet j dass das genannte Edelmetall aus Sold besteht. _r ■■-■■'■■"■-■ :
7. 7· Schalter nach Anspruch-5_S dadurch gekennzeiclinety dass das genannte Edelmetall aus Silber besteht» - ·".".. -,
8. 8* Schalter nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, dass das Silber eine Dicke von ungefähr 0,1-mro. aufweist» . . ".■'.■

   9". Schalter

   - 22 - ■■..■: A 1044
9. 9 ο Schalter nach einem der -Ansprüche 1 "bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den Schalter se hli essenden Hittel auf die genannten Flächen einen Druck von mindestens 7 kg/cm ausüben».
10. 10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9s dadurch gekennzeichnet ₉ dass einer der genannten Kontakte aus einem. Schalterblock und ofer andere Kontakt aus einer Schalterztinge besteht.

    _Br_,
    A 1044