DE202017102659U1

DE202017102659U1 - Busbar system element having a superconductor strand and a connector and busbar with a plurality of such busbar system elements

Info

Publication number: DE202017102659U1
Application number: DE202017102659.0U
Authority: DE
Original assignee: Vision Electric Super Conductors GmbH; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Vision Electric Super Conductors GmbH; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2017-05-04
Filing date: 2017-05-04
Publication date: 2018-08-07
Anticipated expiration: 2027-05-05

Abstract

Stromschienensystemelement (1), miteinem sich entlang des Stromschienensystemelements erstreckenden Gehäuse (3);einem Supraleiterstrang (2), welcher im Gehäuse (3) entlang des Gehäuses verläuft, wobeider Supraleiterstrang (2) eine Vielzahl nebeneinander verlaufender HTSL-Bänder (61,62) aufweist und jedes HTSL Band eine Gutseite mit einem keramischen Material als HTSL sowie eine der Gutseite abgewandte Rückseite umfasst,einem Verbindungstück (41) am Ende des Supraleiterstrangs (2) zum elektrischen Verbinden des Supraleiterstrangs mit einem weiteren Supraleiterstrang eines weiteren Stromschienensystemelements mit einem Gegenverbindungsstück (42),dadurch gekennzeichnet, dassam Verbindungsstück (41) die Rückseiten der Enden der HTSL Bänder befestigt sind, unddas Verbindungsstück (41) vorzugsweise derart ausgelegt ist, dass ein Verbinden zweier - vorzugsweise gleichartiger - Verbindungstücke in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Stromschienensystemelements möglich ist.Conductor rail system element (1), comprising a housing (3) extending along the busbar system element; a superconductor strand (2) running in the housing (3) along the housing, the superconductor strand (2) comprising a multiplicity of HTSC strips (61, 62) running side by side. Each HTSC band comprises a good side with a ceramic material as HTSL and a reverse side facing away from the product side, a connection piece (41) at the end of the superconductor strand (2) for electrically connecting the superconductor strand to a further superconductor strand of another conductor rail system element with a mating connector piece (42 ), characterized in that at the connecting piece (41) the rear sides of the ends of the HTSL bands are fastened, and the connecting piece (41) is preferably designed such that a connection of two - preferably similar - connecting pieces in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the busbar system element is possible t.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stromschienensystemelement, mit einem sich entlang des Stromschienensystemelements erstreckenden Supraleiterstrang und einem Verbindungstück am Ende des Supraleiterstrangs zum elektrischen Verbinden des Supraleiterstrangs mit einem weiteren Supraleiterstrang eines weiteren Stromschienensystemelements mit einem Gegenverbindungsstück. Ferner betrifft sie eine Stromschiene mit einer Vielzahl von solchen Stromschienensystemelementen.The invention relates to a busbar system element, comprising a superconductor strand extending along the busbar system element and a connecting piece at the end of the superconductor strand for electrically connecting the superconductor strand to a further superconductor strand of a further busbar system element with a mating connector. Furthermore, it relates to a busbar with a plurality of such busbar system elements.

Es besteht das Problem des einfachen und zuverlässigen Verbindens elektrischer Stromschienensystemelemente innerhalb eines aus mehreren Systemelementen bestehenden Stromschienensystems. Die Systemelemente bestehen im Wesentlichen aus einem langgesteckten, rohrförmigen, vakuumisolierten und beidseitig offenen Gehäuse oder „Kryostat“, durch dessen Inneres ein Strang, gebildet aus Supraleitern, durchgeführt ist. Die Supraleiter bzw. der Stang stehen an beiden Enden des Gehäuses über. Bei der Installation des Gesamtsystems werden im Stand der Technik die überstehenden Supraleiter mittels Verbindungsbauteilen elektrisch leitend miteinander verbunden, so dass eine durchgängige Leiterstrecke entsteht. Danach wird das Gehäuse an den Verbindungsstellen geschlossen, so dass ein komplett geschlossenes Stromschienensystem entsteht. Das Stromschienensystem wird für Hochstromzwecke eingesetzt, bei denen Gleichstrom oder Wechselstrom im Bereich von Kiloampere bis zu Megaampere übertragen werden soll und dessen Leitermaterial im Wesentlichen aus Hochtemperatursupraleitern (HTSL) besteht, die im Nenntemperaturbereich unterhalb der sogenannten Sprungtemperatur den Gleichstrom verlustfrei leiten können.There is a problem of simply and reliably connecting electrical busbar system elements within a multi-system busbar system. The system elements consist essentially of a long, tubular, vacuum-insulated and open on both sides housing or "cryostat", through the interior of a strand, made of superconductors, is performed. The superconductor or the rod are at both ends of the housing over. In the installation of the overall system, in the prior art, the superconducting superconductors are electrically conductively connected to one another by means of connecting components, so that a continuous conductor path is created. Thereafter, the housing is closed at the connection points, so that a completely closed busbar system is formed. The busbar system is used for high current purposes, in which direct current or alternating current in the range of kiloamps up to megaamps is to be transmitted and whose conductor material consists essentially of high temperature superconductors (HTSC), which can conduct loss of direct current in the nominal temperature range below the so-called transition temperature.

Diese HTSL liegen nicht in der klassischen Drahtform vor, sondern als Bandmaterial in üblichen Breiten von 4, 10, 12mm und geplant bis zu 100mm, sowie in Dicken von 20 bis 300µm vor. Sie werden zur Erreichung der erforderlichen hohen Stromtragfähigkeit des Systemelements zu Stapeln zusammengefasst. Ein oder mehrere Stapel ergeben einen Strang. Ein oder mehrere Stränge ergeben die Stromtragfähigkeit des Gesamtsystems.These HTSL are not available in the classic wire form, but as strip material in usual widths of 4, 10, 12mm and planned up to 100mm, and in thicknesses of 20 to 300μm ago. They are combined into stacks to achieve the required high current carrying capacity of the system element. One or more stacks make a strand. One or more strands result in the current carrying capacity of the entire system.

Im Folgenden werden handelsübliche Hochtemperatursupraleiterbänder (HTSL -Bänder) beschrieben, die mit allen hier genannten Merkmalen Bestandteil der der Erfindung sein können. HTSL Bänder bestehen im Wesentlichen aus einer auf einem metallischen Träger oder Substrat aufgebauten, dünnen keramischen Schicht, die bei Unterschreitung der sogenannten Sprungtemperatur supraleitend wird. Die Schichten eines HTSL setzen sich je nach Anforderung, Hersteller oder Herstellverfahren unterschiedlich zusammen. In der Regel ist die supraleitende Schicht mit einer dünnen Silberschicht von 0,5-2µm beaufschlagt. Das fertige HTSL-Band kann zusätzlich noch galvanisch oder durch Laminieren mit einer Stabilisierung aus Kupfer beschichtet sein. Weiterhin kann der Leiter galvanisch oder durch Tauchen im Bad mit Lot beschichtet sein. Zum elektrischen Kontaktieren mit anderen HTSL Bändern empfehlen sich stets die auf der supraleitenden keramischen Schicht direkt kontaktierten metallischen Schichten aus elektrisch hochleitfähigem Material, da das Substrat im Vergleich dazu als hochohmig anzusehen ist. Als Unterscheidungsmerkmal in der Beschreibung wird die niederohmige HTSL Seite des Bandes als Gutseite bezeichnet. Im Falle einer Rundumbeschichtung mit Kupfer kann bei ausreichender Schichtdicke der Strom von der Gutseite auch auf die Rückseite, also den metallischen Träger geleitet werden, was aber mit ohmschen Widerstand behaftet ist, der durch Beschichtungsmaterial und Schichtdicke bestimmt wird.Hereinafter, commercially available high-temperature superconductor tapes (HTSC tapes) are described, which may be part of the invention with all the features mentioned here. HTSC strips essentially consist of a thin ceramic layer built up on a metallic carrier or substrate, which becomes superconducting when it falls below the so-called transition temperature. The layers of a HTSC are composed differently depending on requirements, manufacturers or production methods. As a rule, the superconducting layer is exposed to a thin silver layer of 0.5-2 μm. In addition, the finished HTSC tape may be electroplated or laminated by lamination with copper stabilization. Furthermore, the conductor can be galvanically coated or soldered by immersion in the bath with solder. For electrical contacting with other HTSC tapes, it is always advisable to use the metallic layers of highly electrically conductive material which are directly contacted on the superconducting ceramic layer, since the substrate must be regarded as having a high resistance in comparison. As a distinguishing feature in the description, the low-resistance HTS side of the band is referred to as a good side. In the case of a circular coating with copper, with sufficient layer thickness, the current can also be conducted from the good side to the rear side, that is to say the metallic carrier, but this is associated with ohmic resistance, which is determined by the coating material and layer thickness.

Die supraleitende Schicht wird bei der Herstellung von HTSL-Bändern üblicherweise mittels physikalischen oder chemischen Verfahren einseitig auf den Träger aus Trägermaterial bzw. das Substrat aufgebracht. Als Träger kommen Nickel-Basislegierungen (HASTELLOY C-276) oder Wolfram-Nickellegierungen in Frage. Trägerbänder aus Wolfram-Nickellegierungen werden unter anderem einer Glühbehandlung unterzogen und gegebenenfalls auch vorstrukturiert. Verfahrensbedingt sind sie daher vergleichsweise dünn, typisch <= 60µm, und weich. Dadurch sind sie sehr empfindlich und können bei der späteren Handhabung leicht beschädigt werden oder degradieren. Um Handhabung und die Stromtragfähigkeit zu verbessern, werden solche Leiter mit ihren die jeweiligen Rückseiten bildenden Trägern zusammenlaminiert. Es entsteht ein Doppelleiter mit verbesserter Steifigkeit, Stromtragfähigkeit und Handhabbarkeit. Der Doppelleiter weist im Unterschied zu Einzelleiter zwei Gutseiten auf. In einigen Fällen wird die supraleitende Schicht des handelsüblichen Einzelleiters, der dem Doppelleiter zugrunde liegt, mittels chemischer Verfahren hergestellt und zeigt in Lötversuchen eine hohe Druckempfindlichkeit. Der Leiter degradiert dann schon bei vergleichsweise geringer Druckbeaufschlagung. Daher verlangt dieser Leiter sowohl bei der Verlötung als auch bei der Stromübertragung von einem Verbinderteil auf das nächste Verbinderteil andere Voraussetzungen als der einseitig zu nutzende Einzelleiter, basierend auf Hastelloysubstrat und physikalischer Beschichtung. Darauf wird weiter unten separat eingegangen.The superconducting layer is usually applied on one side to the carrier of carrier material or the substrate in the production of HTSC strips by means of physical or chemical methods. Suitable supports are nickel-base alloys (HASTELLOY C-276) or tungsten nickel alloys. Carrier tapes of tungsten-nickel alloys are subjected to, among other things, an annealing treatment and possibly also pre-structured. Due to the process, they are therefore comparatively thin, typically <= 60μm, and soft. As a result, they are very sensitive and can be easily damaged or degraded during subsequent handling. In order to improve handling and current carrying capacity, such conductors are laminated together with their backs forming the respective carriers. The result is a double conductor with improved stiffness, current carrying capacity and handling. The double conductor, in contrast to individual conductors on two Gutseiten. In some cases, the superconducting layer of the commercial single conductor based on the double conductor is produced by chemical methods and exhibits high pressure sensitivity in soldering tests. The conductor then degrades even at comparatively low pressure. Therefore, this conductor requires different conditions in terms of both soldering and power transmission from one connector part to the next connector part than the one-sided single-conductor based on Hastelloysubstrat and physical coating. This will be discussed separately below.

Werden die HTSL-Bänder in Stapeln geschichtet, so beeinflussen sie sich gegenseitig über das selbst erzeugte Magnetfeld, in der Form, dass sich die Stromtragfähigkeit jedes einzelnen HTSL-Bandes umso mehr reduziert je höher das Magnetfeld, dem es an seiner Stapelposition ausgesetzt ist. Dieser Effekt muss bei der Berechnung der Stromtragfähigkeit des Gesamtsystems immer berücksichtigt werden, wird aber in der folgenden Beschreibung der Einfachheit und Verständlichkeit wegen ausgelassen. Um die Stromtragfähigkeit des späteren Gesamtsystems nicht negativ zu beeinflussen, dürfen auch im Verbinder die Abstände der einzelnen HTSL-Bänder nicht geringer werden als im weiteren Schienenverlauf. Es darf kein Flaschenhals entstehen, Aufweitungen dagegen sind unkritisch und stellen kein Problem dar.When stacked in stacks, the HTSL tapes mutually influence each other via the self-generated magnetic field in such a way that the current carrying capacity of each individual HTSC tape decreases the more the higher the magnetic field to which it is exposed at its stacking position. This effect must always be taken into account when calculating the ampacity of the overall system, but will be omitted in the following description for simplicity and clarity. In order not to adversely affect the current carrying capacity of the later overall system, the distances of the individual HTSC strips in the connector must not be lower than in the further course of the rail. There must be no bottleneck, but widening is not critical and does not pose a problem.

Für die Übertragung von hohen bis sehr hohen Strömen im Kiloampere- bis hin zum Megaamperebereich ist es für die Anwendungen der Hochtemperatursupraleitung aufgrund der Gleichung zur Verlustleistung P_V = I²×R notwendig, an den Verbindungstellen der Supraleiter einen sehr kleinen elektrischen Widerstand zu haben. Für den Kiloamperebereich soll er im Bereich von weniger als 5 Nano-Ohm (5 nΩ) liegen, da sonst eine zu große Wärmeentwicklung aufwendig von den HTSL weggekühlt werden müsste. Durch die erforderliche, höhere Kühlleistung würden die Betriebskosten des Systems ansteigen. Außerdem würde die Stromtragfähigkeit der HTSL leiden und in der Folge müssten mehr HTSL-Bänder eingebaut werden, was wiederum die Systemkosten signifikant erhöhen würde. Den sehr niedrigen Widerstand kann man nur erreichen, wenn es eine supraleitende Verbindung oder zumindest eine extrem niederohmige metallisch-stoffliche Verbindung zwischen den Gutseiten der HTSL-Bänder gibt. Dafür kommt das Weichlöten mit niedrig schmelzenden Loten in Betracht, da man damit sehr dünne Übergangsschichten herstellen kann ohne den HTSL durch zu hohe, lang anstehende Temperaturen mittels thermischer Degradation zu schädigen und damit in seiner Stromtragfähigkeit zu beeinträchtigen. Es kann mit vertretbarem Aufwand ein Widerstandswert in der Größenordnung von 100 nQ auf einem Quadratzentimeter Verbindungsfläche zwischen zwei HTSL-Bändern erreicht werden, so dass durch Vergrößerung der Verbindungsfläche und Parallelschaltung von vielen HTSL Bändern ein niedriger Gesamtwiderstand erreicht werden kann. Beispielsweise ergibt sich bei 5 cm Überlappungslänge und 50 parallelen 12mm breiten Bändern folglich ein theoretischer Gesamtwiderstand von nur 0,33 nΩ.For the transmission of high to very high currents in the kiloampere up to the megaampere range, it is necessary for the applications of high temperature superconductivity due to the equation for power loss P _V = I ² × R to have a very small electrical resistance at the connection points of the superconductors. For the kiloampere range, it should be in the range of less than 5 nano-ohms ( 5 nΩ), otherwise too much heat development would have to be costly cooled away from the HTSL. The required higher cooling capacity would increase the operating costs of the system. In addition, the current carrying capacity of the HTSL would suffer and as a result more HTSC bands would have to be installed, which in turn would significantly increase the system cost. The very low resistance can only be achieved if there is a superconducting compound or at least an extremely low-resistance metallic-material connection between the good sides of the HTSC bands. For this purpose, the soft soldering with low-melting solders into consideration, since it can produce very thin transitional layers without damaging the HTSC by too high, long-term temperatures by thermal degradation and thus affect its current carrying capacity. It can be achieved with reasonable effort a resistance in the order of 100 nQ on a square centimeter connecting surface between two HTSC bands, so that by increasing the connection area and parallel connection of many HTSC bands, a low total resistance can be achieved. For example, with 5 cm overlap length and 50 parallel 12 mm wide bands, a total theoretical resistance of only 0.33 nΩ results.

Um die Kosten für den Einsatz der HTSL-Bänder möglichst gering zu halten, wird versucht auch den die Mindeststromtragfähigkeit übersteigenden Teil des kritischen Stroms auszunutzen. Daher wird angestrebt in jedem Systemelement des Stromschienensystems, den Strom energetisch optimal auf die HTSL Bänder zu verteilen. Dazu müssen beim Übergang von einem Systemelement zu Nächsten Ausgleichströme zwischen den Supraleitern fließen können. Die mittlere Stromtragfähigkeit der einzelnen HTSL Bänder wird als kritischer Strom Ic bezeichnet. Sie übersteigt in aller Regel die von den Lieferanten geforderte Mindeststromtragfähigkeit Icmin, die sich dadurch ergibt, dass es lokal begrenzte Stellen mit Einbrüchen bei der Stromtragfähigkeit gibt. Diese Stellen erststecken sich über wenige Zehntel Millimeter bis auf wenige Millimeter. Bei HTSL-Material mit wenigen Fehlstellen auf 1.000 Metern Länge oder sehr kleinen Einbrüchen spricht man von einer guten Homogenität. Bei vielen Fehlstellen oder größeren Einbrüchen spricht man von inhomogenem Material. Sehr große Einbrüche werden herausgeschnitten. Selbst bei inhomogenem Material kommen daher nur verhältnismäßig wenig Fehlstellen auf den wenige Meter langen HTSL-Bandabschnitten der Systemelemente vor, die die Stromtragfähigkeit limitieren und verhindern können, dass die volle mittlere Stromtragfähigkeit Ic ausgenutzt werden kann. Sie lassen sich aber nicht ganz ausschließen. Es ist daher notwendig an den Verbindungsstellen eine Umverteilung der über den Icmin hinausgehenden Ströme von den einen HTSL-Bändern mit Ic zum den anderen mit Ic zu ermöglichen, was erhöhten Verbindungsaufwand bedeutet.In order to keep the costs for the use of the HTSL bands as low as possible, an attempt is also made to exploit the part of the critical current which exceeds the minimum current carrying capacity. Therefore, it is desirable in each system element of the busbar system, to distribute the power energetically optimal on the HTSL bands. For this purpose, the transition from one system element to the next must be able to flow equalizing currents between the superconductors. The average current carrying capacity of the individual HTSC bands is referred to as the critical current Ic. As a rule, it exceeds the minimum current carrying capacity Icmin required by the suppliers, which results from the fact that there are localized points with current-carrying capacity drops. These places erststecken over a few tenths of a millimeter to a few millimeters. With HTSL material with few defects at a length of 1,000 meters or very small burglaries, one speaks of good homogeneity. Many defects or major break-ins are called inhomogeneous material. Very large burglaries are cut out. Even with inhomogeneous material therefore only relatively few defects on the few meters long HTSC band sections of the system elements occur, which limit the current carrying capacity and can prevent that the full average current carrying capacity Ic can be exploited. They can not be completely excluded. It is therefore necessary at the junctions to allow a redistribution of the Icmin beyond the currents from the one HTSC bands with Ic to the other with Ic, which means increased connection overhead.

Die HTSL-Stapel bzw. -Stränge, die den Strom durch das supraleitende Stromschienensystem leiten, bestehen aus einer Vielzahl von einzelnen HTSL-Bändern, etwa um Zwanzig bis mehrere Hundert, je nach Temperatur und erforderlicher zu übertragender Stromstärke. Jeden einzelnen HTSL auf einer Baustelle miteinander zu verbinden und dabei eine hohe Qualitätsanforderung zu erfüllen, stellt eine kostenintensive Herausforderung dar. Das gilt ganz besonders, wenn es sich um sehr viele HTSL-Bänder handelt. Ein weiteres Ziel ist es also auf der Baustelle eine einfache, schnelle, sichere und qualitativ hochwertige Verbindung zu ermöglichen, indem die anspruchsvolle Vorbereitung der Verbindungsherstellung unter definierten Bedingungen im Rahmen einer Vorkonfektion in geeigneten Werkräumen sichergestellt werden kann.The HTSL stacks that conduct the current through the superconducting busbar system are comprised of a plurality of individual HTSC bands, such as twenty to several hundred, depending on the temperature and required current to be transferred. Combining every single HTSL on a construction site and meeting a high quality standard is a costly challenge. This is particularly true when dealing with a large number of HTSL bands. A further aim is therefore to enable a simple, fast, safe and high-quality connection on the construction site by ensuring the demanding preparation of the connection under defined conditions in the framework of a prefabrication in suitable workrooms.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Stromschienensystemelement mit einem Verbindungsstück sowie eine Stromschiene mit einer Vielzahl von solchen Stromschienensystemelementen anzugeben.It is therefore an object of the present invention to provide an improved busbar system element with a connector and a busbar with a plurality of such busbar system elements.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Stromschienensystemelement mit einem Verbindungsstück mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie einer Stromschiene mit einer Vielzahl von solchen Stromschienensystemelementen mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a busbar system element with a connector with the features of the main claim and a busbar with a plurality of such busbar system elements having the features of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Das vorgeschlagene Stromschienensystemelement weist zunächst ein Stabilität gebendes und den Kryostat bildendes Gehäuse auf, welches sich entlang des Stromschienensystemelements erstreckt. Ein Supraleiterstrang verläuft im Gehäuse entlang des Gehäuses und steht am seinen Enden vorzugsweise über das Gehäuse hinaus. Wie in der Einleitung beschrieben weist der Supraleiterstrang eine Vielzahl nebeneinander verlaufender HTSL-Bänder auf, Nebeneinander bedeutet in der Regel, dass die Bänder gestapelt, gegebenenfalls unter Einhaltung gewisser Abstände, damit das Magnetfeld nicht die Stromtragfähigkeit des Gesamtsystems unerwünscht stark reduziert.. Jedes der HTSL Bänder weist nun eine Gutseite mit einem keramischen Material als HTSL sowie eine der Gutseite abgewandte Rückseite auf. Unter diese Formulierung fällt demzufolge sowohl das Einzelleiter-Band mit einseitig HTSL beschichteten Träger, also auch das Doppelleiterband mit HTSL Schichten auf beiden Seiten des HTSL Bandes. Daher bildet beim Doppelband eine der beiden Gutseiten auch die Rückseite.The proposed busbar system element initially has a stability-giving and the cryostat forming housing, which extends along the busbar system element extends. A superconductor strand runs in the housing along the housing and preferably protrudes beyond the housing at its ends. As described in the introduction, the superconductor strand has a multiplicity of HTSC strips running side by side. Side by side usually means that the strips are stacked, if appropriate while maintaining certain distances, so that the magnetic field does not undesirably greatly reduce the current carrying capacity of the overall system Tapes now has a Gutseite with a ceramic material as HTSL and a side facing away from the Gutseite back. Accordingly, this formulation includes both the single-conductor band with single-sided HTSC-coated carrier, and thus also the double-conductor band with HTSC layers on both sides of the HTSC band. Therefore forms the double band one of the two Gutseiten also the back.

Ferner ist ein Verbindungsstück am Ende des Supraleiterstrangs vorgesehen, der typischerweise das Gehäuse überragt. Das Verbindungsstück dient dem elektrischen Verbinden des Supraleiterstrangs mit einem weiteren Supraleiterstrang eines weiteren Stromschienensystemelements mit einem passenden Gegenverbindungsstück. Beim Stand der Technik bildet das Ende der HTSL Bänder jeweils ein solches Verbindungsstück, wobei aber mühsam und kaum reproduzierbar Band für Band verlötet werden muss.Further, a connector at the end of the superconductor strand is provided, which typically projects beyond the housing. The connecting piece is used for electrically connecting the superconductor strand to a further superconductor strand of another conductor rail system element with a matching mating connector. In the prior art, the end of the HTSL bands each form such a connector, but with difficulty and hardly reproducible tape must be soldered by tape.

Erfindungsgemäß ist nun als Besonderheit ein spezielles Verbindungsstück vorgesehen, auf welchem die Rückseiten der Enden der HTSL Bänder befestigt sind. Dieses Merkmal erlaubt das Kontaktieren ohne Einzelhandhabung jedes Endes des HTSL Bänder.According to the invention, a special connecting piece is now provided as a special feature, on which the rear sides of the ends of the HTSC straps are fastened. This feature allows contacting without single handling of each end of the HTSC tapes.

Vorzugsweise ist das Verbindungsstück derart ausgelegt, dass ein Verbinden zweier - vorzugsweise gleichartiger - Verbindungstücke in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Stromschienensystemelements möglich ist. Im Gegensatz zu bekannten Steckersystemen müssen bei der Montage, oder noch ungünstiger, beim Entnehmen aus einer montierten Stromschienenstrecke, keine Schienen in Längsrichtung bewegt werden.Preferably, the connecting piece is designed such that a connection of two - preferably similar - connecting pieces in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the busbar system element is possible. In contrast to known connector systems, no rails must be moved in the longitudinal direction during assembly, or even worse, when removing from a mounted busbar track.

Dies ermöglicht Verfahren zum platzsparenden, besonders niederohmigen Verbinden von HTSL-Bändern untereinander. Der erfindungsgemäße Verbinder ermöglicht erstmals in der Supraleitertechnik ein schnelles, gleichzeitiges und sicheres Verbinden von sehr vielen HTSL-Bändern in „Face to Face“- Technik ohne aufwändige Spleißarbeiten beim Einbau auf der Baustelle durch sehr teure, erfahrene Anwendungsspezialisten. Der Verbinder ermöglicht es, Systemelemente eines fertig montierten Systems senkrecht zur Längsachse zu montieren oder zu entnehmen ohne die Nachbarelemente demontieren zu müssen, was sich bei langen Strecken sehr positiv auf die Kosten eines möglichen Defekts in einem Systemelement auswirkt. Die im Verbindungsstück werkseitig unter kontrollierten Bedingungen aufgespleißten und fixierten HTSL Enden bilden eine Strombrücke mit großflächigen Kontakten zw. HTSL und gegebenenfalls Stromausgleichselementen. Die handhabungsempfindlichen HTSL Einzelbänder des instabilen Stapels werden daher zu steckbarem HTSL- Kontakt zusammengefasst.This allows methods for space-saving, especially low-impedance connection of HTSC bands with each other. The connector according to the invention makes it possible, for the first time in superconducting technology, to connect very many HTSC tapes in a "face-to-face" technique without costly splicing work during installation on the construction site by very expensive, experienced application specialists. The connector makes it possible to mount or remove system elements of a completely assembled system perpendicular to the longitudinal axis without having to disassemble the neighboring elements, which has a very positive effect on the costs of a possible defect in a system element for long distances. The HTSL ends spliced and fixed at the factory under controlled conditions form a current bridge with large area contacts between HTSC and, if necessary, current compensation elements. The handling-sensitive HTSL single bands of the unstable stack are therefore combined into pluggable HTSC contact.

Vorzugsweise weist aber das Verbindungsstück eine Vielzahl von kammartig parallel zueinander angeordneten Keilen auf, deren geneigten Seitenflächen unter einem Winkel kleiner als 10° zusammenlaufen. Ähnlich wie zwei ineinandergreifende Zahnstangen, greifen die Kammzähne ineinander. Da auf den Seitenflächen der Keile die Rückseiten des Endes der HTSL Bänder befestigt sind, erfolgt eine Keil typische Kraftverstärkung: Ein leichtes Zusammenpressen der aufeinander gelegten gleichartigen Verbindungsstücke erzeugt einen starken Anpressdruck auf die sich überlappenden HTSL Bänder.Preferably, however, the connector has a plurality of comb-like mutually parallel wedges, the inclined side surfaces converge at an angle less than 10 °. Similar to two interlocking racks, the comb teeth mesh. Since the backsides of the ends of the HTSL straps are attached to the side surfaces of the wedges, a typical wedge gain occurs: a slight compression of the superimposed like connectors creates a strong pressure on the overlapping HTSC straps.

Wenn die Breite der Keile sich jeweils entlang des Verlaufs des Endes der HTSL Bänder erstreckt, ist ein Verbinden zweier Verbindungstücke in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Stromschienensystemelements möglich. Darüber hinaus kann über die Breite des Keils, welche hier der Länge des im Verbindungselement gehaltenen HTSL Bandes entspricht, die Länge und damit der Querschnitt der Überlappung definiert werden. Diese bestimmt die Stromtragfähigkeit und den elektrischen Widerstand der Verbindung.If the width of the wedges extends in each case along the path of the end of the HTSC bands, connecting two connecting pieces in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the busbar system element is possible. In addition, over the width of the wedge, which here corresponds to the length of the HTSL band held in the connecting element, the length and thus the cross section of the overlap can be defined. This determines the current carrying capacity and the electrical resistance of the connection.

Zur Erreichung der Steckbarkeit der Verbindung sind vorzugsweise die Abstände der parallel zueinander angeordneten Keile mit den daran befestigten HTSL Bändern am Verbindungsstück wie folgt auszulegen: Wenn ein gleichartiges mit HTSL-Bändern versehenes Gegenverbindungsstück elektrisch leitend mit dem Verbindungsstück in einer Kontaktzone verbunden wird, dann soll mindestens ein Gegenkeil des Gegenverbindungsstücks in den Zwischenraum zwischen benachbarten Keilen des Verbindungsstücks passen. Dabei liegen zumindest in der Kontaktzone die Gutflächen an den Seitenflächen am Gegenkeil gegen die jeweiligen Gutflächen an den Seitenflächen der benachbarten Keile an. Eine Kontaktzone ist der Bereich, in dem beim Herstellen der Verbindung zwischen zwei Kontaktelementen, die Gutseiten zweiter in Überlappung gebrachten HTSL Bänder unmittelbar in Kontakt stehen, gegebenenfalls lediglich abgesehen von einer Lotschicht und/oder anderen dünnen HTSL Band typischen Schichten.To achieve the plug-in connection, preferably the distances of the wedges arranged parallel to one another with the HTSL straps fastened to the connecting piece are to be interpreted as follows: If a similar counter-connecting piece provided with HTSC straps is connected in an electrically conductive manner to the connecting piece in a contact zone, then at least a counterwedge of the mating connector fit into the space between adjacent wedges of the connector. In this case, at least in the contact zone, the good surfaces on the side surfaces on the counterwedge against the respective Gutflächen on the side surfaces of the adjacent wedges. A contact zone is the area in which, when making the connection between two contact elements, the good sides of second overlapping HTSC tapes are in direct contact, optionally only apart from a solder layer and / or other thin HTS tape typical layers.

Wenn vorzugsweise das Verbindungsstück derart ausgelegt ist, dass eine elektrische Verbindung durch eine Bewegung und Andrücken in Keilrichtung relativ zu einem gleichartigen Gegenkontaktstück erfolgen kann, ergibt sich die oben genannte Kraftverstärkung, die insbesondere der später vorgeschlagenen Lotverteilung zu Gute kommt. Die geringe Montagekraft erzeigt einen hohen Kontaktdruck und eignet sich gegebenenfalls auch als Steckverbinder ohne Lötung. If preferably the connecting piece is designed such that an electrical connection can be effected by a movement and pressing in the wedge direction relative to a similar mating contact piece, the above-mentioned power amplification results, which in particular benefits the later-proposed solder distribution. The low assembly force shows a high contact pressure and is also suitable as a connector without soldering.

Vorzugsweise sind die Spitzen der Keile abgeflacht, damit diese kompakter und fester sind. Dies dient im Fall der HTSL Einzelleiter-Bänder der Genauigkeit der Verbindung. Bei der Auslegung mit HTSL Doppelleiter-Bänder stellt diese Zone die später erläuterte Nebenkontaktzone dar.Preferably, the tips of the wedges are flattened to be more compact and stronger. This is in the case of HTSL single-conductor bands of the accuracy of the connection. When designing with HTSL double-conductor strips, this zone represents the later-described secondary contact zone.

Besonders bevorzugt ist allerdings, dass die Gutflächen beim Kontaktschluss miteinander verlötet werden, um die in der Einleitung diskutierten minimalen Widerstandswerte einzuhalten. Dazu weisen bereits werkseitig die HTSL Bänder eine Lotschicht auf, zumindest in dem Abschnitt, welcher zum elektrisch leitenden Verbinden mit HTSL Bändern einer gleichartigen Gegenverbindung vorgesehen sind. Grundsätzlich entspricht dieser Abschnitt auch der Mindestbreite der Keile, auf welchem die HTSL Bänder befestigt sind. Zum Verbinden werden also die ineinander gedrückten Kontaktstücke erwärmt, damit die Lotschicht aufschmilzt. Es ergibt sich eine schonende Kontaktierung der druckempfindlichen HTSL Bänder, da es kaum noch Relativbewegung gibt, sobald der Druck aufgebaut ist. Das im Lötprozess flüssige Lot stellt während der Bewegung eine Art „hydrodynamische Lagerung“ dar, wie das Öl in einem Gleitlager bei Nenndrehzahl. Beim Aufsetzen der Kontaktbereiche hört dann die Bewegung auf und die HTS-Leiter sind nach dem Erkalten des Lots in der Kontaktzone fixiert. Über eine definiert vorgewärmte, thermisch kontrollierte Lötvorrichtung kann somit die notwendige Wärmemenge eingebracht werden, die ausreichend zum Verlöten und gering genug ist, um Thermoschäden am HTSL Band zu vermeiden. Eine Temperaturkontrolle der HTSL im zeitlichen Verlauf ist wichtig, da bei Temperaturen über 150°C und einer Dauer von > 1 Minute schon Degradation erfolgen kann. Zusammen mit der vorheizbaren Lötvorrichtung kann eine gleichmäßige Wärmeverteilung stattfinden, da alle Leiter gleichzeitig gelötet werden sollen. Diese Lötvorrichtung ermöglicht einen gleichmäßigen Kontaktdruck beim Löten, welcher wichtig bei sehr druckempfindlichen HTSL-Bändern, besonders auf NiW-Substraten, ist.It is particularly preferred, however, that the material surfaces are soldered together at the contact closure in order to comply with the minimum resistance values discussed in the introduction. For this purpose, the HTSC strips already have a layer of solder at the factory, at least in the section which is provided for electrically conductive connection to HTSC strips of a similar counter-connection. Basically, this section also corresponds to the minimum width of the wedges on which the HTSL straps are attached. To connect so pressed together the contact pieces are heated so that the solder layer melts. This results in a gentle contacting of the pressure-sensitive HTSL bands, since there is hardly any relative movement once the pressure has built up. During the movement, the solder, which is liquid during the soldering process, forms a kind of "hydrodynamic bearing", like the oil in a plain bearing at rated speed. When placing the contact areas then stops the movement and the HTS conductors are fixed after cooling the solder in the contact zone. By means of a defined preheated, thermally controlled soldering device, it is thus possible to introduce the necessary amount of heat, which is sufficient for soldering and low enough to avoid thermal damage to the HTSC strip. A temperature control of the HTSL over time is important, since at temperatures above 150 ° C and a duration of> 1 minute already degradation can take place. Together with the preheatable soldering device a uniform heat distribution can take place since all conductors are to be soldered simultaneously. This soldering device allows a uniform contact pressure during soldering, which is important in very pressure sensitive HTSC tapes, especially on NiW substrates.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn die Breite der Keile auch über die Breite der Kontaktzone hinaus geht, ebenso wie die Lotschicht. Vorzugsweise erstrecken sich diese Keile über die gesamte Länge, auf der die HTSL Bänder auf den Seitenflächen befestigt sind. Die Breite der Keile bzw. die Lotschicht geht also über die reine Kontaktzone heraus und schafft Raum für eine einfache technische Umsetzung eines Stromausgleichs:Furthermore, it may be advantageous if the width of the wedges also extends beyond the width of the contact zone, as well as the solder layer. Preferably, these wedges extend over the entire length on which the HTSC straps are mounted on the side surfaces. The width of the wedges or the solder layer thus goes beyond the pure contact zone and creates space for a simple technical implementation of a current compensation:

Dazu weist das Verbindungsstück ein elektrisch leitfähiges Stromausgleichsstück auf, welches die Gutflächen der an den geneigten Seitenflächen der parallel angeordneten Keile befestigten HTSL Bänder elektrisch leitend miteinander verbindet. Das Stromausgleichsstück wird dabei dort eingesetzt, wo die HTSL Bänder nicht überlappen sollen, also außerhalb der Kontaktzone. Dabei weist das Stromausgleichsstück eine im dem Gegenkontaktstück vergleichbare Geometrie auf und ist ebenfalls zum Einsetzten in zwischen die Gutflächen der HTSL Bänder bestimmt. Das Stromausgleichsstück weist also Keile auf, die zwischen zwei gegenüberstehenden benachbarten Gutflächen an diesen flächig elektrisch leitend anliegen. Zweckmäßigerweise sind diese ebenfalls mit diesen verlötet, was aber nicht baustellenseitig erfolgen muss, sondern werksseitig unter gut kontrollierbaren Bedingungen. Damit beim baustellenseitigen Verlöten der Kontaktstücke miteinander, das Stromausgleichsstück nicht gelöst wird, liegt entweder die Schmelztemperatur des Lots mindestens um 20K oberhalb der Schmelztemperatur der Lotschicht, welche auf der Gutseite der HTSL Bänder in dem Abschnitt, welcher zum elektrisch leitenden Verbinden mit HTSL Bändern einer gleichartigen Gegenverbindung vorgesehen ist oder werden bei gleicher Schmelztemperatur der Lote die Stromausgleichstücke beim Verlöten der Kontaktzonen ausreichend heruntergekühlt.For this purpose, the connecting piece has an electrically conductive current compensation piece, which electrically conductively connects the good surfaces of the HTSC strips fastened to the inclined side surfaces of the wedges arranged in parallel. The current compensation piece is used where the HTSC tapes should not overlap, ie outside the contact zone. In this case, the current compensation piece has a comparable geometry in the mating contact piece and is also intended for insertion in between the Gutflächen the HTSL bands. The current compensation piece thus has wedges, which abut surface-electrically conductive between two opposing adjacent Gutflächen. Conveniently, these are also soldered to these, but this does not have to be done on site, but factory under well controlled conditions. Thus, when soldering the contact pieces together on site, the current compensation piece is not dissolved, either the melting temperature of the solder is at least 20K above the melting temperature of the solder layer, which on the Gutseite the HTSL bands in the section, which for electrically conductive connection with HTSL bands of a similar Counter-connection is provided or are cooled at the same melting temperature of the solder, the current balancing pieces sufficiently when soldering the contact zones.

Wenn dabei mehrere nebeneinander verlaufende Supraleiterstränge mit jeweils einem Verbindungsstück am Ende der Supraleiterstränge vorgesehen sind, wobei an jedem Verbindungsstück ein Stromausgleichsstück befestigt ist, können vorzugsweise auch die Stromausgleichsstücke untereinander und miteinander elektrisch leitend verbunden sein. Es wird ein Stromausgleich zwischen den Strängen herbeigeführt.If several adjacent superconductor strands are provided, each with a connector at the end of the superconductor strands, wherein a current compensation piece is attached to each connector, preferably also the current compensation pieces can be electrically conductively connected to each other and each other. It is a current balance between the strands brought about.

Die folgenden Merkmale gelten für die Verwendung von Einzelleiter HTSL Bändern, mit nur einer Gutseite. Dabei ist die Rückseite jedes HTSL Bandes als Träger bzw. Substrat ausgebildet. Die Rückseite ist daher relativ hochohmig und trägt nicht zu Stromtragfähigkeit bei. Vorzugsweise ist daher das mit HTSL Bändern versehene Verbindungsstück derart, dass wenn es mit einem gleichartigen mit HTSL Bändern versehenen Gegenverbindungsstück elektrisch leitend in der Kontaktzone verbunden ist, das Verbindungsstück und das Gegenverbindungsstück sich ausschließlich in der Kontaktzone gegeneinander abstützen. Dadurch wird beim Verlöten optimal viel Lot aus der Kontaktzone gepresst und der Übergangswiderstand ist minimiert. Der Stromfluss erfolgt also ausschließlich im Bereich der überlappenden HTSL Bänder. Wenn die die Tiefe des Keils um 5 - 25 % größer als die Breite der HTSL Bänder ist, ergibt sich ein Freiraum zur Aufnahme des verdrängten Lots.The following features apply to the use of single conductor HTSL tapes, with only one good side. In this case, the back of each HTSL tape is formed as a carrier or substrate. The back is therefore relatively high impedance and does not contribute to current carrying capacity. Preferably, therefore, the connector provided with HTSC straps is such that when electrically connected to a similar counterpart connector provided with HTSC straps in the contact zone, the connector and the counterpart connector are supported against each other solely in the contact zone. As a result, an optimal amount of solder is pressed out of the contact zone during soldering and the contact resistance is minimized. The current flow takes place exclusively in the area of overlapping HTSL bands. If the depth of the wedge is 5 - 25% greater than the width of the HTSL tapes, there is a margin for receiving the displaced solder.

Die folgenden Merkmale gelten für die Verwendung von Doppelleiter HTSL Bändern, mit zwei Gutseiten. Dabei ist auch die Rückseite jedes HTSL Bandes als Gutseite ausgebildet, meist mit mindestens einer oder zwei Lagen eines Trägers dazwischen. Da die rückseitige Gutseite auch mit dem Gegenkontaktstück elektrisch verbunden werden muss, sind auch die Rückseiten der HTSL Bänder mit den Seitenflächen elektrisch leitend verbunden, z. B.: durch eine Lotschicht verlötet. Dabei müssen allerdings auch die miteinander verbundenen Kontaktstücke über die Kontaktzone hinaus in einer Nebenkontaktzone miteinander verbunden werden. Dazu ist erforderliche, dass das Verbindungsstück zumindest im Bereich der Keile elektrisch leitend ist; und das mit HTSL Bändern versehene Verbindungsstück derart ist, dass wenn es mit einem gleichartigen mit HTSL Bändern versehenen Gegenverbindungsstück elektrisch leitend in der Kontaktzone verbunden ist, das Verbindungsstück und das Gegenverbindungsstück sich abseits dieser Kontaktzone in Nebenkontaktzonen gegeneinander abstützen und elektrisch leitend miteinander verbunden werden können. Auch die Nebenkontaktzonen können miteinander verlötet sein. Wenn die die Tiefe des Keils nur um 1-5 % größer als die Breite der HTSL Bänder ist, ergibt sich eine Möglichkeit, dass das freie Ende des Keils gegen das Material des Gegenkontaktstücks drückt und somit die Nebenkontaktzone bildet.The following features apply to the use of double conductor HTSL tapes, with two good sides. In this case, the back of each HTSL tape is formed as a good side, usually with at least one or two layers of a carrier in between. Since the back good side also has to be electrically connected to the mating contact piece, the rear sides of the HTSC bands are electrically connected to the side surfaces, z. B .: soldered by a solder layer. In this case, however, the interconnected contact pieces must be connected to each other via the contact zone in a side contact zone. For this it is necessary that the connecting piece is electrically conductive at least in the region of the wedges; and the connector provided with HTSC straps is such that when electrically connected in the contact zone to a similar HTSC banded mating connector, the connector and mating connector abut against each other away from said contact zone in side contact zones and be electrically conductively connected together. The secondary contact zones can also be soldered together. If the depth of the wedge is only 1-5% greater than the width of the HTSL tapes, there is a possibility that the free end of the wedge presses against the material of the mating contact piece and thus forms the subcontact zone.

Die folgenden Merkmale gelten für die Verwendung von Einzelleiter und/oder Doppelleiter HTSL Bändern.The following features apply to the use of single conductor and / or double conductor HTSL tapes.

Vorzugsweise wird eine Stromschiene mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Stromschienensystemelementen vorgeschlagen, welche an ihren jeweiligen Verbindungsstücken miteinander verbunden sind. Die überlappenden Gutseiten der Enden der HTSL Bänder sind durch Verlöten der Lötschicht elektrisch leitend miteinander verbunden. Im Fall der Doppelleiter HTSL Bänder sind gegebenenfalls die Verbindungsstücke im Bereich der Nebenkontaktzonen miteinander verlötet.Preferably, a bus bar is proposed with a plurality of busbar system elements according to the invention, which are connected to each other at their respective connecting pieces. The overlapping Gutseiten the ends of the HTSC bands are electrically connected by soldering the solder layer together. In the case of the double-conductor HTSC bands, the connecting pieces in the region of the secondary contact zones are optionally soldered together.

Da die Übergangswiderstände bei den hier beschriebenen Hochstromanwendungen zu minimieren sind, wird der Fachmann normalerweise nur gleich breite HTSL-Bänder überlappend verbinden, zum Beispiel 10mm mit 10mm. In Versuchen hat sich überraschenderweise gezeigt, dass dieser Einfluss in der Praxis kaum relevant ist, sofern die Breite des schmaleren Bandes mindestens 50%, vorzugsweise 70% der Breite des breiteren Bandes beträgt. Dies gilt auch beim Übergang von Einzelleitern auf Doppelleiter. Diese Erkenntnis ermöglicht aus Wrtschaftlichkeits- oder Verfügbarkeitsgründen, den Übergang zwischen HTSL-Bändern unterschiedlicher Hersteller, Chargen und Dimensionen.Since the contact resistances in the high-current applications described here are to be minimized, the person skilled in the art will normally only join strips of equal width HTSL, for example 10 mm with 10 mm. Experiments have surprisingly shown that this influence is hardly relevant in practice, provided that the width of the narrower band is at least 50%, preferably 70% of the width of the broader band. This also applies to the transition from single conductors to double conductors. This knowledge allows the transition between HTSC tapes of different manufacturers, batches and dimensions, for reasons of gustibility or availability.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert.In the following the invention will be explained with reference to figures.

1 zeigt eine Verbindungsstelle 5 eines Stromschienensystemelements 1 mit Gehäuse und noch offenem Rohrkryostaten 3. An den Enden der schematisch dargestellten Stromschienenelemente 1 ragen die Supraleiterstränge 2 mit einem Stapel von HTSL-Bändern über den Kryostaten 3 hinaus. Die einzelnen HTSL-Bänder werden überlappend miteinander verbunden, um den Strom von einem zum nächsten Band zu übertragen. Erfindungsgemäß werden die zuvor beschriebenen Anforderungen dadurch gelöst, dass an die HTSL-Bänder der Stränge 2 Verbindungsstücke 4 angebracht werden, mit denen die einzelnen HTSL-Bänder stofflich verbunden werden. 1 shows a junction 5 a busbar system element 1 with housing and still open cryostat 3 , At the ends of the busbar elements shown schematically 1 the superconductor strands protrude 2 with a stack of HTSL bands over the cryostat 3 out. The individual HTSL bands are overlapped to transfer the current from one band to the next. According to the invention, the above-described requirements are achieved by attaching to the HTSL bands of the strands 2 connectors 4 be attached, with which the individual HTSL bands are materially connected.

Jeder Supraleiterstrang eines Systemelements endet in einem Verbindungsstück 4 mit einem Trägerbauteil 41 mit kammförmig angeordneten Keilen gemäß 2. Auf den Seitenflächen 44 der Keile sind die HTSL-Bänder 6 jeweils mit ihrer Rückseite auf der gesamten Länge des Trägerbauteils 41 angebracht. Die Gutseite zeigt in Richtung der Öffnung zwischen den Keilen. Für mehrpolige Verbindung besteht das Verbindungsstück 4 bzw. das Trägerbauteil 41 aus nichtleitendem Material, wie z.B. faserverstärkte Duroplaste oder Keramik. Die Befestigung der HTSL Bänder erfolgt dann durch adhäsive Verfahren. Für monopolare Verbindungen besteht das Trägerbauteil 41 wahlweise aus elektrisch leitendem, lötfähigem Material, wie beispielsweise Kupfer oder verkupfertem Aluminium. Die Befestigung erfolgt dann durch Löten. Die Abstände der Keile sind so gewählt, dass ein gleichartiges zweites, mit HTSL-Bändern 62 bestücktes, Trägerbauteil 42 als Gegenkontaktstück montiert wird und mit seinen Gegenkeilen in die Zwischenräume der Keile des ersten Trägerbauteils 41 passt, wie in 3 dargestellt.Each superconductor strand of a system element terminates in a connector 4 with a carrier component 41 according to comb-shaped wedges according to 2 , On the side surfaces 44 the wedges are the HTSL bands 6 each with its back on the entire length of the support member 41 appropriate. The Gutseite points in the direction of the opening between the wedges. For multi-pole connection is the connector 4 or the carrier component 41 made of non-conductive material, such as fiber-reinforced thermosets or ceramics. The attachment of the HTSL tapes is then carried out by adhesive methods. For monopolar compounds, the carrier component 41 optionally of electrically conductive, solderable material, such as copper or copper-clad aluminum. The attachment is then by soldering. The distances of the wedges are chosen so that a similar second, with HTSC bands 62 equipped, carrier component 42 is mounted as a mating contact piece and with its counter wedges in the interstices of the wedges of the first support member 41 fits, as in 3 shown.

4a zeigt die Keile mit den Seitenflächen 44 und den darauf befestigten HTSL Bändern 61 und Gegen-HTLS-Bändern 62 in Form von Einzelleitern im Detail. Die Seitenflächen 44 sind breiter als die HTSL Bänder, so dass an der Keilspitze noch Freiraum 43 für gegebenenfalls verdrängtes Lot ist: Die notwendige Löttechnik zum Erreichen des oben beschriebenen Widerstandswertes in der Größenordnung von 100 nΩcm² für die überlappende Verbindung der HTSL-Gutseiten erfordert einen gleichmäßigen Druck auf jeder Lötstelle mit der Möglichkeit die Lotdicke in der Fügestelle auf ein Minimum von etwa 3-30µm zu reduzieren. Überschüssiges Lot soll herausgedrückt werden und dabei dafür sorgen, dass Flussmittelreste, Oxidationsprodukte und Gasblasen, die sich zwischen den Fügeflächen befinden können, herausgespült werden. Durch Druckkraft auf den Rückseiten 45, 46 der Verbindungsstücke 4, 41, 42 wird durch die Keilform der Seitenflächen 44 Druck auf die HTSL-Bänder, das Lot und die Seitenflächen 44 der Keile ausgeübt. Beim Löten wird der Lötspalt verkleinert und Lot tritt dann seitlich aus. Störende Blasen oder Fremdstoffe werden herausgespült. Die Höhe der Keile wird wiederum so gewählt, dass nach der Montage des Gegenstücks 42 im Fußbereich der Keile genügend Spiel 43 vorhanden ist. Beim Verlöten steht dann im Falle von seitlichem Druck auf die Keile dem ausfließenden Lot eine Drainage zu Verfügung und infolge der Druckbeaufschlagung auf den Rücken der Verbindungsstücke und der Nachgiebigkeit des flüssig gewordenen Lotes kann ein ausreichendes Zusammenschieben der Verbindungsstücke erfolgen, ohne dass sich die Spitzen der Keile auf dem gegenüberliegenden Grund abstützen können. Das ist notwendig, um den Abstand zwischen den Seitenflächen der Keile soweit reduzieren zu können, dass sich der gewünschte minimale Lötspalt von nur 3-30µm ungehindert einstellen kann. 4a shows the wedges with the side surfaces 44 and the attached HTSL tapes 61 and against HTLS bands 62 in the form of single conductors in detail. The side surfaces 44 are wider than the HTSL bands, so that at the wedge tip still free space 43 for optionally displaced solder is: The necessary soldering to achieve the above-described resistance value of the order of 100 nΩcm ² for the overlapping HTSC Gutseiten requires uniform pressure on each solder joint with the possibility of solder thickness in the joint to a minimum of about 3-30μm to reduce. Excess solder should be pressed out and ensure that flux residues, oxidation products and gas bubbles, which may be located between the joining surfaces, are flushed out. By compressive force on the backs 45 . 46 the connectors 4 . 41 . 42 is due to the wedge shape of the side surfaces 44 Pressure on the HTSL tapes, the solder and the side surfaces 44 the wedges exercised. During soldering, the solder gap is reduced and solder then exits sideways. Disturbing bubbles or foreign substances are flushed out. The height of the wedges is in turn chosen so that after the assembly of the counterpart 42 enough play in the foot area of the wedges 43 is available. When soldering is then in the case of lateral pressure on the wedges the outflowing solder drainage available and as a result of the pressurization on the back of the connectors and the flexibility of the liquefied solder, a sufficient collapse of the connectors can be done without the tips of the wedges can rest on the opposite ground. This is necessary to be able to reduce the distance between the side surfaces of the wedges so far that the desired minimum solder gap of only 3-30μm can adjust unhindered.

Im Fall der Verwendung von druckempfindlichen Doppelleitern 61, 62, wie in 4b im Detail gezeigt, statt druckunempfindlicher Einzelleiter verändern sich die Anforderungen an die Kontaktstücke. Dann ist es zusätzlich erforderlich, dass die an den Seitenflächen 44 der Keile angelöteten Gutseiten auf kürzestem Weg und somit mit geringstem Widerstand ihren Strom an die Doppelleiter des korrespondierenden Gegenkontaktstücks 42 übertragen können. Das wird dadurch möglich, dass die Geometrie der Keile und der Keillücken so verändert wird, dass sich im verlöteten Zustand die Keilspitzen mit einer Lotzwischenschicht auf dem Keilgrund des Gegenstücks abstützen. Das Spiel 43 im Keilfuß ist in diesem Fall nicht erwünscht und wird Null. Dadurch wird beim Lötvorgang der Druck auf die Seitenflächen der Keile bis auf nahe Null verkleinert und die Zahnspitze mit dem Zahngrund verlötet. Es ergibt sich eine sehr kurze elektrisch leitende Verbindung zwischen den durch den Doppelleiter kontaktierten Seitenflächen 44. Der Strom kann so an der Verbindungsstelle von einer Seite auf die nächste Seite kommutieren. Die Schichtdicke der fertigen Verlötung zwischen den direkt kontaktierten Gutseiten der Doppelleiter wird größer als bei der weiter oben beschrieben Kontaktierung mit Einzelleitern, bleibt aber trotzdem ungefähr 30% bis 70% unter der ursprünglichen Dicke des vor dem Lötvorgang eingelegten Lotbandes, so dass auch bei der Verwendung der geänderten Geometrie der Verbinderteile zusammen mit dem Doppelleiter Lot aus dem Spalt herausgedrückt werden muss und sich somit ein Spüleffekt ergibt.In the case of using pressure-sensitive double conductors 61 . 62 , as in 4b shown in detail, instead of pressure-insensitive single conductor to change the requirements for the contact pieces. Then it is additionally required that on the side surfaces 44 the wedges soldered Gutseiten on the shortest path and thus with minimal resistance their current to the double conductor of the corresponding counter contact piece 42 can transfer. This is made possible by the fact that the geometry of the wedges and the wedge gaps is changed so that in the soldered state, the wedge tips are supported with a Lotzwischenschicht on the wedge base of the counterpart. The game 43 in Keilfuß is not desirable in this case and will be zero. As a result, the pressure on the side surfaces of the wedges is reduced to near zero during soldering and the tooth tip soldered to the tooth base. This results in a very short electrically conductive connection between the contacted by the double conductor side surfaces 44 , The current can thus commute from one side to the next at the junction. The layer thickness of the finished soldering between the directly contacted Gutseiten the double conductor is greater than in the contact with individual conductors described above, but still remains about 30% to 70% below the original thickness of the inserted before the soldering soldering tape, so that even when using The changed geometry of the connector parts must be pushed out of the gap together with the double conductor solder and thus results in a rinsing effect.

Die einzelnen HTSL-Bänder der Systemelemente weisen unterschiedliche Stromtragfähigkeiten auf. Um Ausgleichströme zwischen den Supraleitern innerhalb einer Stapelverbindung zu ermöglichen werden die Gutseiten 64 der einzelnen Supraleiter mit einem metallischen Stromausgleichsstück 51 kontaktiert, wie in 5a und 5b gezeigt. Dadurch wird eine Art elektrischer Knotenpunkt geschaffen und im Fall von unterschiedlichen Stromtragfähigkeiten durch Einbrüche im Verlauf der einzelnen HTSL-Bänder des Stromschienenelements, wird an der Elementverbindung ein Ausgleichstrom über das Stromausgleichsstück 51 fließen. Somit kann sich der Strom beim Übergang in das nächste Systemelement, bei dem die Verteilung der maximalen Stromtragfähigkeit der HTSL-Bänder etwas anders vorliegt, neu aufteilen. Das hat den Vorteil, dass nicht nur die garantierte Mindeststromtragfähigkeit eines jeden HTSL-Bandes ausgenutzt werden kann, sondern auch die darüber hinaus gehende, statistisch verteilt auf jedem Band unterschiedliche, maximale Stromtragfähigkeit ausgenutzt werden kann. So wird die Stromtragfähigkeit des Gesamtsystems erhöht, was es wiederum erlaubt, die notwendigen Sicherheitsreserven knapper auszulegen.The individual HTSL bands of the system elements have different current carrying capacities. To enable equalization currents between the superconductors within a stack connection, the good sides 64 the single superconductor with a metallic current compensation piece 51 contacted, as in 5a and 5b shown. This creates a kind of electrical node and, in the case of different current carrying capacities, due to break-ins in the course of the individual HTSC bands of the busbar element, a balancing current across the current balancing piece is produced at the element connection 51 flow. Thus, the current can be redistributed as it transitions to the next system element, where the distribution of maximum current carrying capacity of the HTSC bands is slightly different. This has the advantage that not only the guaranteed minimum current carrying capacity of each HTSC band can be exploited, but also the outgoing, statistically distributed on each band different maximum current carrying capacity can be exploited. This increases the current-carrying capacity of the overall system, which in turn makes it possible to reduce the necessary safety margins more tightly.

Im Fall der Verwendung von Doppelleitern müssen die Verbindungsstücke aus leitendem Material bestehen, um einen Ausgleichstrom zwischen den an den Seitenflächen der Keile angelöteten Gutseiten der Doppelleiter zu führen.In the case of the use of double conductors, the connecting pieces must be made of conductive material in order to guide a compensation current between the soldered on the side surfaces of the wedges Gutseiten the double conductor.

Der Verbindungswiderstand wird durch den Übergangswiderstand von HTSL und stabilisierende Hülle, sowie durch die Widerstände des Materials des Verbindungsstücks bzw. der Keile und des Lotes festgelegt. Wegen der großen Verbindungsflächen vom mehreren Quadratzentimetern, dem vergleichsweise großen Querschnitt der Rückseite des Stromausgleichsstücks 51 und dem niedrigen Ausgleichstrom kann die verbleibende Verlustleistung des normalleitenden Teils der Verbindung sehr klein gehalten werden. Darüber hinaus wirkt das zusätzliche Stromausgleichsstücks 51 als weitere stoffschlüssige Befestigung der HTSL-Bänder 61, insbesondere wenn auch das Verbindungsstück eine lötfähige Oberfläche aufweist. Dann erfolgt die Befestigung der HTSL-Bänder auf dem Trägerbauteil 41 und das Verlöten des Stromausgleichsstücks 51 in einem einzigen kostensparenden Arbeitsgang. Durch diesen Vorgang entsteht ein massives einfach handhabbares Ende des HTSL-Stapels, welches in geeigneten Werksräumen als vorkonfektionierte Baugruppe hergestellt und später bei der Installation unter Baustellenbedingungen sehr einfach zur Verbindung der Systemelemente eingesetzt werden kann.The connection resistance is determined by the contact resistance of HTSL and stabilizing sheath, and by the resistances of the material of the connector or the wedges and the solder. Because of the large connecting surfaces of several square centimeters, the comparatively large cross section of the back of the Stromausgleichsstücks 51 and the low compensation current, the remaining power loss of the normal-conducting part of the compound can be kept very small. In addition, the additional Stromausgleichsstücks acts 51 as a further cohesive attachment of the HTSC tapes 61 , Especially if the connector has a solderable surface. Then the attachment of the HTSC bands on the support member 41 and soldering the current balancing piece 51 in a single cost-saving operation. This process creates a massive, easy-to-handle end of the HTSL stack, which can be fabricated in prefabricated workrooms as a pre-assembled assembly, and can be easily used to connect the system elements during installation under construction site conditions.

Der Montagevorgang zwischen dem Verbindungsstück und dem Supraleiterstapel teilt sich prinzipiell auf in zwei zeitlich voneinander getrennte Vorgänge: Die erste Verbindungsherstellung nach 5a und 5b erfolgt in den Werkräumen: Dieser erste Vorgang beschreibt die Verbindung des Verbindungsstücks 41, insbesondere den Seitenflächen 44 der Keile mit den einzelnen HTSL-Bändern 61 des Supraleiterstrangs im Rahmen des Zusammenbaus eines Systemelements in den Werksräumen. In diesem Arbeitsschritt werden die HTSL-Bänder 61 mit den Verbindungselementen 41 und den Stromausgleichsstücken 51 verbunden. Die Verbindung erfolgt mit einer nicht dargestellten kammförmigen Hilfsvorrichtung mit vorgeheizten Backen, beispielsweise aus einem Aluminiummaterial.The assembly process between the connecting piece and the superconductor stack is divided in principle into two temporally separate processes: the first connection according to 5a and 5b takes place in the workrooms: This first process describes the connection of the connector 41 , especially the side surfaces 44 the wedges with the individual HTSL bands 61 of the superconductor string during the assembly of a system element in the factory premises. In this step, the HTSL bands 61 with the fasteners 41 and the current balancing pieces 51 connected. The connection is made with a comb-shaped auxiliary device, not shown, with preheated jaws, for example of an aluminum material.

Der zweite Vorgang nach 6 beschreibt die Verbindung 8 zweier Stromschienensystemelemente untereinander bei einer Installation auf einer Baustelle im Rahmen des Aufbaus einer supraleitenden Strecke zwischen Stromerzeuger und Stromverbraucher. Hier werden die vorkonfektionierten Verbindungsstücke 41, 42 benachbarter Systemelemente miteinander in Eingriff gebracht und verlötet, so dass an den HTSL-Bändern 61 im Eingriffsbereich 8 eine überlappende Lötung zwischen den Gutseiten der HTSL-Bänder 61, 62 entsteht. Die Wärme an der neu herzustellenden Lötverbindung in der Kontaktzone 8 wird mit einer Lötvorrichtung - nicht dargestellt - mittels vorgeheizter, unter Federdruck stehender Lötbacken eingebracht. Die Lötbacken werden elektrisch beheizt, die Temperatur wird gemessen und kontrolliert. Nachdem das Lot geflossen ist wird aktiv und erschütterungsfrei gekühlt. Während der Lötung im Überlappungsbereich 8 werden an den, im ersten Schritt in den Werksräumen hergestellten Lötstellen, Kühlbacken montiert, so dass sich ein deutliches Temperaturgefälle zwischen bereits bestehender Lötverbindung und der neu herzustellen Lötverbindung ergibt. Damit besteht keine Gefahr, dass sich die erste Lötung unbeabsichtigt löst. Statt der Kühlbacken kommt für den ersten und den zweiten Schritt auch eine Lötung mit Loten unterschiedlicher Schmelztemperaturen in Frage, die sogenannte Stufenlötung. Dabei wird die erste Lötung mit dem höher schmelzenden Lot ausgeführt. Die Temperaturdifferenz sollte dabei ungefähr 20 Kelvin oder höher sein.The second process after 6 describes the connection 8th two busbar system elements with each other in an installation on a construction site in the context of the construction of a superconducting route between power generator and power consumers. Here are the prefabricated connectors 41 . 42 adjacent system elements engaged and soldered together so that on the HTSC bands 61 in the intervention area 8th an overlapping soldering between the gut sides of the HTSC bands 61 . 62 arises. The heat at the newly produced solder joint in the contact zone 8th is introduced with a soldering device - not shown - by means of preheated, under spring pressure soldering jaws. The soldering jaws are electrically heated, the temperature is measured and controlled. After the solder has flowed is cooled active and vibration-free. During soldering in the overlap area 8th are mounted to the, in the first step in the workrooms produced solder joints, cooling jaws, so that there is a significant temperature gradient between the existing solder joint and the newly produce solder joint. There is thus no danger that the first soldering unintentionally dissolves. Instead of the cooling jaws, soldering with solders of different melting temperatures, the so-called step soldering, is also suitable for the first and the second step. In this case, the first soldering is performed with the higher melting solder. The temperature difference should be about 20 Kelvin or higher.

7 erläutert den Fall von zwei gleichpoligen nebeneinander geführten Stapeln 2a, 2b für die Stromschiene. Es ist es aus Gründen der gleichmäßigen Aufteilung der Ströme auch geboten das Fließen von Ausgleichströmen nicht nur zwischen den HTSL Bändern 61 untereinander, sondern auch zwischen den Stapeln 2a und 2b sicherzustellen. Dazu werden die Stapel 2a, 2b miteinander durch hochleitfähige Stromausgleichskontaktstücke 5 zwischen den Kontaktstücken 41a, 41b und/oder den Stromausgleichsstücken 51am 51b verbunden. Die Verbindung wird so ausgeführt, dass die unterschiedliche Setzung der Verbindungsstücke beim Löten ausgeglichen werden kann. Der Verbindungsquerschnitt richtet sich nach dem zu erwartenden maximalen Ausgleichstrom. Es können auch mehrere Stromausgleichskontaktstücke (5) parallel eingesetzt werden. 7 explains the case of two gleichpoligen juxtaposed stacks 2a . 2 B for the busbar. It is also due to the uniform distribution of currents also offered the flow of balancing currents not only between the HTSL bands 61 among themselves, but also between the stacks 2a and 2 B sure. These are the stacks 2a . 2 B together by highly conductive current balancing contact pieces 5 between the contact pieces 41a . 41b and / or the current balancing pieces 51a, 51b. The connection is made so that the different setting of the connectors can be compensated during soldering. The connection cross-section depends on the expected maximum compensation current. It is also possible to use several current compensation contacts ( 5 ) are used in parallel.

Claims

Busbar system element (1) having a housing (3) extending along the busbar system element; a Supraleiterstrang (2), which runs in the housing (3) along the housing, wherein the superconductor strand (2) has a plurality of side by side extending HTSC bands (61,62) and each HTSL band has a Gutseite with a ceramic material as HTSL and a the Gutseite remote from the rear side comprises a connecting piece (41) at the end of the Supraleiterstrangs (2) for electrically connecting the superconductor strand with another superconductor strand of another busbar system element with a mating connector (42), characterized in that at the connecting piece (41) the backs of the ends the HTSC bands are fastened, and the connecting piece (41) is preferably designed such that a connection of two - preferably similar - connecting pieces in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the busbar system element is possible.

Busbar system element after Claim 1 characterized in that the connecting piece (41) has a plurality of comb-like mutually parallel wedges whose inclined side surfaces (44) converge at an angle of less than 10 °, with the rear sides of the end of the HTSL strapped to the side surfaces (44) are.

Busbar system element according to one of the preceding claims, characterized in that the width of the wedge extends along the path of the end of the HTSC strips (61).

Busbar system element according to one of the preceding claims, characterized in that the distances between the mutually parallel wedges with the attached HTSL straps on the connecting piece (41) are such that when a similar provided with HTSC straps mating connector (42) with the connecting piece (41) is connected in a contact zone (8), at least one counter-wedge of the mating connector fits into the space between adjacent wedges of the connector and thereby rest in the contact zone, the Gutflächen on the side surfaces of the counter-wedge against the respective Gutflächen on the side surfaces of the adjacent wedges.

Conductor rail system element according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting piece is designed such that an electrical connection can be made by a movement and pressing in the wedge direction relative to a similar mating contact piece.

Busbar system element according to one of the preceding claims, characterized in that the tips of the wedges are flattened.

Conductor rail system element according to one of the preceding claims, characterized in that the material surfaces of the HTSC strips have a solder layer, at least in the contact zone (8), which is provided for electrically conductive connection with HTSL bands of a similar counter-connection and preferably over the entire length on the HTSL straps are attached to the side surfaces.

Conductor rail system element according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting piece has an electrically conductive current compensation piece (51), which connects the Gutflächen of attached to the inclined side surfaces of the parallel wedges HTSL bands electrically conductive, preferably wherein the current balancing piece (51) wedges which lie against two surface adjacent adjacent Gutflächen electrically conductive, and in particular preferably with these are soldered, wherein further preferably the melting temperature of the solder is at least 20 Kelvin above the melting temperature of the solder layer, which on the Gutseite the HTSL bands in the Section, which is provided for electrically conductive connection with HTSL bands of a similar counter-connection.

Busbar system element according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of juxtaposed superconductor strands (2a, 2b) each having a connecting piece (41a, 41b) are provided at the end of the superconductor strands, wherein at each connecting piece a current compensation piece (51a, 51b) is attached and the current balancing pieces and / or connecting pieces (41a, 41b) are electrically conductively connected to one another via a current compensation contact piece (5).

Busbar system element according to one of the preceding claims, characterized in that the back of each HTSL band is designed as a carrier.

Busbar system element according to one of the preceding claims, characterized in that the connector provided with HTSL bands is such that when it is electrically connected in the contact zone to a similar HTSC banded connector, the connector and the mating connector are exclusively in the contact zone against each other support.

Busbar system element according to one of the preceding claims, characterized in that the depth of the wedge is 5 - 25% greater than the width of the HTSL bands.

Busbar system element according to one of the preceding claims, characterized in that the back of each HTSL band is also formed as a good side and in particular between at least one or two layers of a carrier are provided and the backs of the HTSL bands are electrically connected to the side surfaces, preferably by a Lotschicht are soldered; the connector is electrically conductive at least in the region of the wedges; the connector provided with HTSC straps is such that, when electrically connected in the contact zone to a similar mating connector provided with HTSC straps, the connector and mating connector abut against each other away from that contact zone in subcontact zones and can be electrically conductively connected to one another.

Busbar system element according to one of the preceding claims, characterized in that the depth of the wedge is 1 - 5% greater than the width of the HTSL bands.

A bus bar having a plurality of busbar system elements according to one of the preceding claims, which are connected to each other at their respective connectors, wherein the overlapping Gutseiten the ends of the HTSC bands are connected by soldering the solder layer electrically conductive and optionally the connectors in the region of the subcontact zones are soldered together ,