DE2214954A1 - Supraleitungsmagnetspule mit einer auf einem traegerzylinder angeordneten, langgestreckten, zweipoligen wicklung - Google Patents

Description

Supraleitungsmagnetspule mit einer auf einem Trägerzylinder angeordneten, langgestreckten, zweipoligen Wicklung

Die Erfindung betrifft eine Supraleitungsaiagnetspule mit einer auf einem Trägerzylinder angeordneten, langgestreckten, zweipoligen Wicklung mit zwei zu einer durch die Längsachse des Trägerzylinders und senkrecht zum Magnetfeld der Spule verlaufenden Symmetrieebene symmetrischen Teilwicklungen aus mehreren schalenartig übereinander angeordneten, in ihrer Form einer Zylindermantelfläche angepaßten Wicklungsiagen mit etwa parallel zur Längsachse des Trägersylinders verlaufenden Seitenteilen und gewölbten Wicke!köpfen, wobei die einander entsprechenden Wicklungslagen beider Teilwicklungen jeweils eine zylindermantelförmige Wicklungsschale bilden und benachbart zu den Wicklungslagen für ein Kühlmittel in axialer.und tangentialer Richtung durchlässige Kühlmittelführungen derart vorgesehen sind, daß jede Wicklungslage wenigstens einseitig vom Kühlmittel bespülbar ist, und wobei Stützteile innerhalb der Wicklungsschalen und gegebenenfalls Wicklungsschalen umschließende Halte teile vorgesehen sind.

Derartige zweipolige Supraleitungsmagnetspulen mit schalen- ' artig übereinander angeordneten Wicklungslagen sind als Magnetspulen für MHD-Generatoren bekannt (Aufsatz von Z.J.J.Stekly in "IEEE-Transactions on Magnetics", Sept. 1966, YoI. Mag-2, No. 3, S. 319 bis 322 und Aufsatz von K.Koyama et al. in "Proceedings of the Third International Cryogenic Engineering Conference, Berlin 25-27 May 1970», 1970, S. 351 bis 354). Zur Halterung der schalenförmigen Wicklungslagen sind bei diesen bekannten Spulen sowohl Stützteile innerhalb der einzelnen Wicklungsschalen als auch zylinderförmige Halteschalen vorgesehen, die eine bzw. mehrere Wicklungsschalen umgeben. Die einzelnen Wicklungslageη bestehen bei diesen bekannten

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Spulen aus bandförmigen, sogenannten stabilisierten Leitern, bei denen Drähte aus einem Hochfeldsupraleitermaterial, wie Mob-Titan oder Niob-Zirkon, in ein Band aus einem bei der Betriebstemperatur der Spule von beispielsweise etwa 4,2 K gut elektrisch normalleitenden und gut wärmeleitenden Metall, wie Kupfer oder Aluminium, eingebettet sind. Derartige, aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzte Leiter müssen bekanntlich gut gekühlt werden, damit die Wärme, die bei einem eventuellen Übergang eines supraleitenden Drahtes in den normalleitenden Zustand im normalleitenden Metall frei wird, rasch abgeführt werden kann und der Leiter sich nicht über die Sprungtemperatur des Supraleitermaterials erwärmt. Benachbart zu den Wicklungslagen sind daher Kühlmittelführungen vorgesehen, durch die das Kühlmittel wenigstens an einer Seite der Wicklungslage die Seitenkanten der bandförmigen Leiter bespülen kann. Zum Zwecke der Kühlung wird die Supraleitungsmagnetspule im Heliumbehälter eines Kryostaten angeordnet. Man spricht dabei von einer sogenannten Badkühlung, da die Spule vollständig in ein Bad aus flüssigem Helium eintaucht. Durch die Kühlmittelführungen kann nun einerseits flüssiges Helium zu den einzelnen Wicklungslagen gelangen, andererseits haben die Kühlmittelführungen auch die Aufgabe, an der Leiteroberfläche entstehende Heliumdampfblasen möglichst schnell aus dem Spuleninneren abzuführen. Letzteres wird bei den bekanten Spulen dadurch erreicht, daß die Kühlmittelführungen in Längsrichtung des Trägerzylinders durch die gesamte Spule verlaufende Kühlmittelwege freigeben und die Spule senkrecht, d.h. mit vertikal gerichteter Längsachse des Trägerzylinders, in den Heliumbehälter des Kryostaten eingebaut wird. An den »Yicklungsleitern entstehende Kühlmitteldampfbläschen können dann durch die vertikal verlaufenden Kühlmittelwege nach oben steigen. Bei einer bekannten Spule (Aufsatz von Stekly) sind ausschließlich in Längsrichtung des Trägerzylinders verlaufende, also axiale Kühlkanäle vorgesehen. Bei der anderen bekannten Spule (Aufsatz von Koyama et al.) ist zwar auch eine Kühlmittelbewegung tangential zu den

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Wi cklungs schalen söglicn, jede2h können auch hier die Heliumdampfblasen nur in axialer Sielrirang aus der Spille entweichen.

Dies hat einmal den Sachteil, cs.2 die Wege für die Abführung der Heliumdampf blasen iznä für die Zufuhr von frischem, flüssigemHelium verhältnismäßig lang sind. Unter Umständen müssen Heliumdampfblasen von unten xtaeh oben die gesamte Spule durchströmen.' Zum anderen ist man bei den bekanten Spulen auf den Betrieb mit vertikal gerichteter Längsachse beschränkt, da anderenfalls entstehende Eeliiissdaspfbläschen überhaupt nicht in den Kühlmittelführungen aufsteigen und die Spule verlassen können und somit die Gefahr der Slidung von S-aspolstern besteht, die eine wirksame Spulenkühlung stark beeinträchtigen. Bei heftiger und raseher Entwicklung von Heliumdampf innerhalb der Spulenwicklung, beispielsweise infolge eines Betriebsfehlers, besteht sogar die Gefahr„ daß die Spule explodiert, wenn der Heliumdampf nicht rasch genug nach außen abgeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Supraleitungsmagnetspule der eingangs erwähnten Bauart die Kühlung weiter zu verbessern. Insbesondere soll eine rasche Abführung auch größerer Mengen von dampfförmigem Helium sowie eine rasche Zufuhr von flüssigem Helium auf möglichst kurzen siegen erreicht und darüber hinaus auch ein Betrieb der Supraleitungsmagnetspule in anderer als vertikaler Lage ohne wesentliche Beeinträchtigung der Spulenkühlung ermöglicht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind wenigstens in einem Teil der Stütz- bzw. Haiteteile Rühlmitteikanäle vorgesehen, die von den zu den WicklungslageE. Benachbarten Kühlmittelführungen radial zum äußeren Spulenumfang führen.

Durch diese radial gerichteten Kühlniittelkanäle können einerseits bei einer von der vertikalen Sichtung abweichenden Lage der Spulenlängsachse in den Küiilmittelführungen entstehende Heliumdampfblasen rasch aus der Spule herausgelangen. Zum

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anderen kann aber auch, unabhängig von der Lage der Spule durch, diese Kühlmittelkanäle frisches flüssiges Helium schnell und auf kurzen Wegen in die Kühlmittelführungen der Spule gelangen. Ein weiterer Vorteil ist, daß die in den Stütz- und Halteteilen verlaufenden Kühlmittelkanäle außerhalb der Wicklungslagen selbst verlaufen und diese nicht durchsetzen. Eine Verringerung des Packungsfaktors der Wicklung und eine damit verbundene Vergrößerung der Baulänge der Wicklung durch eine Verlängerung der Wickelköpfe wird dadurch vermieden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die benachbart zu den Wicklungslagen angeordneten Kühlmittelführungen die Form von Zylindermänteln haben. Sie umschließen in diesem Fall jeweils eine ganze Wicklungsschale und können daher leicht mit den in den Stütz- bzw. Halteteilen vorgesehenen radialen Kühlmittelkanälen verbunden werden. Außerdem ermöglichen Kühlmittelführungen in Form von Zylindermänteln auch eine gleichmäßige Kühlmittelversorgung sowohl der Seitenteile als auch der Wickelköpfe der einzelnen Wicklungslagen.

Ferner können vorteilhaft zwischen den Seitenteilen der jeweils eine Wicklungsschale bildenden Wicklungslagen der beiden Teilwicklungen als Stützelemente Paßstücke vorgesehen sein, die radiale, innerhalb bzw. in unmittelbarer Umgebung der Symmetrieebene verlaufende Kühlmittelkanäle enthalten. Derartige Paßstücke ermöglichen eine einfache Abstützung der Wicklungslagen gegeneinander und gestatten ferner eine einfache Herstellung der radialen Kühlmittelkanäle. Ferner können vorteilhaft innerhalb der innersten Windung der einzelnen Wicklungslagen ebenfalls mit radialen Kühlmittelkanälen versehene Füllstücke angeordnet sein.

Als Halteteile sind vorteilhaft Bandagen aus Material hoher Zugfestigkeit geeignet, welche die jeweiligen Wicklungsschalen umschließen und mit Öffnungen für die radialen Kühlmittel-

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kanäle versehen sein. Ferner ist es für die Kühlmittelversorgung der Spule auch förderlich, wenn zwischen dein Trägerzylinder und der auf diesen folgenden innersten Wicklungsschale eine für Kühlmittel in axialer und tangentialer Richtung durchlässige Kühlmittelführung vorgesehen ist.

Obwohl die erfindungsgemäße Supraleitungsmagnetspule infolge der radial verlaufenden Kühlkanäle in den verschiedensten Lagen betrieben werden kann, bringt es besondere Vorteile, wenn man sie im Kühlmittelbehälter des zugehörigen Kryostaten derart anordnet, daß die Längsachse des Trägerzylinders etwa horizontal und die Symmetrieebene etwa vertikal, d.h. in Richtung der Schwerkraft, verlaufen. Diese räumliche Anordnung, bei welcher auch das durch die Spule erzeugte Magnetfeld horizontal gerichtet ist, bringt insbesondere den Vorteil, daß auch in den Wickelköpfen entstehende Kühlmitteldampfbläschen in den zu den Wicklungslagen benachbarten Kühlmittelführungen in tangentialer Richtung weitgehend vertikal nach oben steigen und aus den Wickelköpfen vorzugsweise durch die innerhalb bzw. in unmittelbarer Umgebung der Symmetrieebene verlaufenden Kühlmittelkanäle nach außen entweichen können. Eine derart verstärkte Kühlung der Wickelköpfe ist besonders vorteilhaft, weil gerade an den Wickelköpfen besonders hohe Magnetfelder auftreten. Bei einer solchen Anordnung der Supraleitungsmagnetspule ist es ferner besonders vorteilhaft, wenn die Kühlmittelkanäle in den Paßstücken zwischen den Seitenteilen der Wicklungslagen einen größeren Querschnitt aufweisen als die Kühlmittelkanäle in den Füllstücken innerhalb der Wicklungslagen. Die Kühlmittelkanäle in den Paßstücken liegen nämlich gerade bei dieser Anordnung an der tiefsten und an der höchsten Stelle der Spule und bilden daher sowohl die Hauptaus strömkanäle für dampfförmiges als auch die •Haupteinströmkanäle für flüssiges Helium.

Anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert w^^'len.

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Pig. 1 zeigt schematisch und teilweise im Schnitt eine bevorzugte Ausführungsform einer Supraleitungsmagnetspule nach der Erfindung,

Pig. 2 zeigt zur Verdeutlichung vergrößert einen Teil des Querschnittes der Spule nach Fig. 1» Pig. 3 zeigt schematisch eine Anordnung der Wicklungslagen, durch welche besonders homogene Magnetfelder erzielt werden können.

Die zweipolige Wicklung der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Supraleitungsmagnetspule besteht aus zwei Teilwicklungen, die wiederum aus je zwei schalenartig übereinander angeordneten Wicklungslagen 1 und 2 bzw. 3 und 4 aufgebaut sind. Die Wicklung ist auf einem Trägerzylinder 5 angeordnet, der gleichzeitig das Innenrohr des Heliumbehälters des Kryostaten darstellt, in welchem die Spule untergebracht ist. Das Außenrohr des Heliumbehälters des Kryostaten ist mit 6 bezeichnet. Wie man besonders an der Wicklungslage 1 in Fig. 1 erkennen kann, sind die Wicklungslagen in ihrer Form einer Zylindermantelfläche angepaßt und weisen etwa parallel zur Längsachse 7 des Trägerzylinders 5 verlaufende Seitenteile 8 und gewölbte Wickelköpfe 9 auf. Der Verlauf der unterhalb der Viiicklungslage 1 angeordneten Wicklungslage 2 ist in Pig. 1 gestrichelt angedeutet. Da die Wicklungslage aus mehr Windungen besteht als die V/icklungslage 1 , weist sie auch einen breiteren Wickelkopf auf. Die beiden Teilwicklungen liegen symmetrisch zu der Symmetrieebene, die durch die Längsachse 7 des Trägerzylinders 5 und die senkrecht auf der durch den Pfeil 13 angedeuteten Richtung des von der Spule erzeugten Magnetfeldes stehenden Geraden 10 aufgespannt wird. In Fig. 1 χει die bereits als besonders vorteilhaft erwähnte Anordnung der Spule im Heliumbehälter (5, 6) des Kryostaten dargestellt, bei welcher die Längsachse 7 in der Horizontalen und die durch die Geraden 7 und 10 aufgespannte Symmetrieebene in der Vertikalen verlaufen.

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Die Wicklungslagen 1 und 3 sowie 2 und 4 "bilden gemeinsam je eine zylinderförmige Wicklungsschale. Zwischen der innersten Wicklungsschale (2, 4) und dem Trägerzylinder 5 ist eine zylinderförmige Kühlmittelführung 11 vorgesehen, die in axialer und tangentialer !Richtung kühlmitteldurchlässig ist. Beispielsweise kann man ein kunststoffbeschichtetes Metallnetz oder ein bzw. mehrere entsprechend ausgestaltete Kunststoffmatten um den Trägerzylinder 5 herumlegen. Auf diese Kühlmittelführung 11 folgen die Wicklungslagen 2 und 4, die vorzugsweise aus bandförmigen, stabilisierten, aus Hochfeldsupraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzten Leitern bestehen. Die den Kühlmittelführungen zugewandten Bandkanten sind dabei wegen des besseren Y/ärmeübergangs vorzugsweise blank, also nicht mit Isoliermaterial bedeckt. Zur Isolation der einzelnen Windungen einer · Wicklungslage gegeneinander kann beispielsweise ein Band aus Isoliermaterial mitgewickelt werden. Auf die beiden Wicklungslagen folgt eine weitere Kühlmittelführung 12. Um diese ist eine Bandage 13» beispielsweise aus epoxidharzgetränkten Glasseidebändern hoher Zugfestigkeit^gewickelt. Auf diese Bandage folgt erneut eine Kühlmittelführung 14. Auf dieser Kühlmittelführung sind die Wicklungslagen 1 und 4 angeordnet. Di-ese sind wiederum von einer zylinderförmigen Kühlmittelführung 15 umgeben und werden zusammen mit dieser durch eine weitere Bandage 16 gehalten. In lig. 1 sind die Kühlmittelführungen 11, 12, 14 und 15 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht eigens dargestellt.

Zwischen den Seitenteilen der Wicklungslagen 1 und 3 bzw. 2 und 4 sind jeweils Paßstücke 17, beispielsweise, aus Hartfasermaterial, vorgesehen, die radiale, etwa in der durch die Geraden 7 und 10 aufgespannten Symmetrieebene verlaufende Kühlmittelkanäle 18 aufweisen. Die Bandagen 13 und 16 sowie die aus Netzen oder Matten bestehenden Kühlmittelführungen 12, 14 und 15 sind an den Auftreffpunkten dieser Kühlkanäle jeweils mit Öffnungen 19 versehen. Dadurch entstehen von den

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Kühlmittelführungen 11, 12, 14 und 15 aus radial zum äußeren Umfang der Spule führende Kühlkanäle.

Innerhalb der einzelnen Wicklungslagen 1 bis 4 sind ferner Füllstücke 20, beispielsweise aus Hartfasermaterial, mit radialen Kühlmittelkanälen 21 vorgesehen. Diese Kühlmittelkanäle 21 führen vorteilhaft bis zu der jeweils letzten zylinderförmigen Kühlmiite!führung, die noch erreicht werden kann, ohne daß der Kühlmittelkanal 21 eine Wicklungslage durchstoßen muß. Die Bandagen 13 und 16 sind auch an den Stellen der radialen Kühlmittelkanäle 21 mit entsprechenden Öffnungen 22 versehen.

Insbesondere aus Pig. 1 ist deutlich zu erkennen, daß flüssiges Helium aus dem Heliumbehälter des Kryostaten von unten her leicht über die unteren Kühlmittelkanäle 18 in alle zylinderförmigen Kühlmittelführungen (11,12, 14, 15) gelangen und sich in diesen Kühlmittelführungen sowohl in axialer als auch in tangentialer Richtung frei über die gesamte Spule ausbreiten kann. In Kühlmittelführungen entstehende Heliumdampfblasen können sich insbesondere auch im Bereich der Wickelköpfe 9 in den Kühlmittelführungen nach oben bewegen und durch die Hauptauslaßöffnungen 18 in den oben liegenden Paßstücken 17 entweichen. Die radialen Kühlmittelkanäle 21 in den Füllstücken 20 bieten weitere Wege zum raschen Entweichen von verdampftem Helium. Außerdem kann durch diese radialen Kühlmittelkanäle 21 auch wieder frisches flüssiges Helium rasch in die Spulenwicklung einströmen. Dadurch ist eine hervorragende Kühlung der Spule bei höchster Betriebssicherheit gewährleistet.

Zur Herstellung der Spule können die einzelnen Wicklungslagen der Teilspulen vorteilhaft auf einer Wickelvorrichtung vorgefertigt und beispielsweise mit einem geeigneten Kunstharz verfestigt werden. Um den rohrförmigen Trägerzylinder 5 werden dann beispielsweise heliumtransparente Kunststoffmatten gelegt. Anschließend werden die vorgefertigten Wicklungslagen 2

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und 4 aufgesetzt und der Wickelkern durch Füllstücke 20 gefüllt. Dabei ist auch eine Sicherung gegen Verdrehung der Wicklung vorzusehen. Zwischen den Längsseiten der Wicklungslagen werden dann die Paßstücke 17 eingefügt. lach .Auflegen einer weiteren heliumtransparenten Matte wird die gesamte Wicklungsschaie einschließlieh der Wickelköpfe auf ihrer gesamten Außenfläche mit Hilfe der Bandage 13 unter Vorspannung bandagiert. Der weitere Aufbau erfolgt entsprechend in der aus den Figuren 1 und 2 su entnehmenden Reihenfolge. Die einzelnen Wioklungslagen werden anschließend vorteilhaft elektrisch in Reihe geschaltet. Me Kontakte werden zweckmäßigerweise in Bereichen mit kleiner mechanischer Belastung und niedrigem Magnetfeld angeordnet.

Innerhalb der Spulenwicklung werden die elektromagnetischen Kräfte kraftschlüssig durch die eingepaßten Füll- und Paßstücke und die vorgespannten Bandagen übertragen. Me nach außen resultierenden Wicklungskräfte können, wie dies in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, durch ein verhältnismäßig starkes, biegesteifes Trägerrohr 5 und eine nur auf Zug belastete Außenbandage 16 aufgenommen werden. Abweichend von dieser bevorzugten Ausführungsform kann zur Aufnahme der nach außen resultierenden Wicklungskräfte auch eine biegesteife Außenbandage vorgesehen sein, die aus ringförmigen _} in axialer Richtung aneinandergereihten Doppel-T-Trägern besteht. Diese Lösung ist jedoch verhältnismäßig aufwendig.

Als Kryostat wird für die Spule nach den Figuren 1 und 2 vorzugsweise ein Kryostat mit horizontal liegendem, frei zugänglichem, auf Raumtemperatur befindlichen Innenraum verwendet. Derartige Kryostate, die zusätzlich einen turmförmigen Aufsatz zur Aufnahme eines Heliumvorrats haben, sind beispielsweise in den deutschen Patentschriften 1 501 304 und 1 501 319 beschrieben. In den Figuren 1 und 2 ist von einem solchen Kryostaten lediglich der Heliumbehälter 5₉ 6.und zusätzlich in Fig. 1 das den frei zugänglichen Innenraum 30

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umschließende, auf -Raumtemperatur "befindliche Innenrohr 31 dargestellt. Der Raum zwischen den Rohren 5 und 31 ist zum Zwecke der thermischen Isolation evakuiert. Ein weiterer Vakuummantel ist nach außen um das Außenrohr 6 des Heliumbehälters vorgesehen. Innerhalb der beiden Vakuummäntel können beispielsweise noch in bekannter Weise stickstoffgekühlte Strahlungsschilde und wärmeisolierende Kunststoffolien angeordnet sein. Verwendet man die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Spule für einen magnetohydrodynamischen Generator, so sind der Plasmakanal und die Elektroden des Generators im Raum 30 innerhalb des Rohres 31 anzuordnen.

In Fig. 3 ist schematisch dargestellt, wie man innerhalb des Trägerrohres 5 der Spule ein weitestgehend homogenes Magnetfeld erzielen kann. Das Trägerrohr 5 ist in Fig. 3 durch einen Kreis 40 dargestellt, die äußere Begrenzung der Wicklung durch einen zweiten Kreis 41. Zwischen diese beiden Kreise werden zwei einander überlappende Kreise 42 und 43 derart gelegt, daß sie die Kreise 40 und 41 berühren. Bekanntlich erhält man nun innerhalb des Kreises 40 ein homogenes Magnetfeld B, wenn man innerhalb der von den Kreisen 42 und 43 begrenzten schraffierten Flächen 44 und 45 jeweils eine einheitliche Stromdichte vorsieht. Dies kann man erreichen, indem man, wie dies in Fig. 3 links von der Symmetrieebene 46 dargestellt ist, die Flächen 44 und 45 durch schalenartige Wicklungslagen 47 bis 51 nachbildet und innerhalb der einzelnen Wicklungslagen jeweils die gleiche Stromdichte vorsieht.

Beispielsweise läßt sich mit einer derart aus zehn Wicklungsschalen aufgebauten Magnetspule der erfindungsgemäßen 3auart in einem freien Innenraum mit einem Durchmesser von etwa 77 cm ein homogenes Magnetfeld von etwa 5 Tesla erreichen. Die einzelnen WicHungslagen können bei einer solchen Spule beispielsweise aus 5 mm breiten und 2 mm starken Kupferbändern bestehen, in die eine Vielzahl von etwa 50 /u starken Niob-Titan-Drähten eingelagert sind. Jede der 10 Wicklungs-

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schalen hat dann eine Stärke von etwa 5 mm. Die Stromdichte in der Wicklung beträgt dabei etwa 10 A/cm . Die als Kühlmittelführungen dienenden Kunststoffmatten können beispielsweise je 1 mm, die aus mit Epoxidharz -verstärktem G-lasfaserband gewickelten Bandagen je etwa 1 mm stark sein. Die Länge der Spule kann etwa 4 m betragen.

Die erfindungsgemäße Supraleitungsmagnetspule kann gegenüber dem im einzelnen dargestellten Ausführungsbeispiel weitgehend variiert werden. Beispielsweise kann man eine andere Anzahl von Wicklungslagen vorsehen oder zwischen zwei Wicklungslagen eine gemeinsame zylinderförmige, axial und tangential durchlässige Kühlmittelführung vorsehen. Ferner brauchen auch nicht nach jeder Wicklungslage Haltemittel, wie Bandagen, vorgesehen zu werden. Ferner sind anstelle von Bandagen beispielsweise auch über die Wicklungen zu schiebende Rohre äLs Haltemittel geeignet. Man kann dann die Kühlmittelführungen in geeigneter Weise in die Wandungen dieser Rohre einarbeiten. Wesentlich ist jedoch, daS wenigstens eine Seite jeder Wicklungslage vom Kühlmittel beströmbar ist und daß in Stütz- bzw. Halteteilen radial nach außen führende Kühlmittelkanäle vorgesehen sind.

Der Trägerzylinder, auf dem die Wicklung angeordnet ist, kann statt eines kreisförmigen Querschnitts beispielsweise auch einen elliptischen Querschnitt aufweisen. Die einzelnen Wicklungsschalen sind dann diesem Querschnitt anzupassen. Ferner besteht auch die Möglichkeit, daß sich der Trägerzylinder von einem Ende zum andern hin konisch verjüngt bzw. erweitert. Die Spulenwicklung kann dadurch beispielsweise an die Form eines sich erweiternden Plasmakanals bei einem MHD-Generator angepaßt werden.

Außer für MHD-Generatoren eignet sich die erfindungsgemäße Supraleitungsmagnetspule auch noch für eine Reihe von anderen Anwendungszwecken. Beispielsweise kann man sie als Strahlab-

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lenkmagnet bei Teilchenbeschleunigern oder als supraleitende Ständerwicklung einer elektrischen Maschine verwenden. Auch an den Wickelköpfen brauchen die Leiter der einzelnen Wicklungslagen nicht so stark abgebogen zu sein, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Sie können auch entlang der Zylinderfläche in einem weiteren Bogen verlaufen. Die stark abgebogenen Wickelköpfe sind jedoch besonders dann geeignet, wenn es auf eine möglichst geringe Baulänge der Supraleitungsmagnetspule ankommt.

8 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims (8)

1. - 13 Patentansprüche

   Supraleitungsmagnetspule mit einer auf einem Trägerzylinder angeordneten, langgestreckten, zweipoligen Wicklung mit zwei zu einer durch die Längsachse des Trägerzylinders und senkrecht zum Magnetfeld der Spule verlaufenden Symmetrieebene symmetrischen Teilwicklungen aus mehreren schalenartig übereinander angeordneten, in ihrer Form einer Zylindermantelfläche angepaßten Wicklungslagen, mit etwa parallel zur Längsachse des Trägerzylinders verlaufenden Seitenteilen und gewölbten Wickelköpfen, wobei die einander entsprechenden Wicklungslagen beider Teilwicklungen jeweils eine zylindermantelförmige Wicklungsschale bilden und benachbart zu den Wicklungslagen für ein Kühlmittel in axialer und tangentialer Richtung durchlässige Kühlmittelführungen derart vorgesehen sind, daß jede Wicklungslage wenigstens einseitig vom Kühlmittel bespülbar ist, und wobei Stützteile innerhalb der Wicklungsschalen und gegebenenfalls Wicklungsschalen umschließende Halteteile vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in einem Teil der Stütz- bzw. Halteteile (13, 16, 17, 20) von den Kühlmittelführungen (11, 12, 14, 15) radial zum äußeren Spulenumfang führende Kühlmittelkanäle (18, 21) vorgesehen sind.
2. 2. Supraleitungsmagnetspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbart zu Wicklungslagen (1, 2, 3, 4) angeordneten Kühlmittelführungen (11, 12, 14, 15) die Form von Zylindermänteln haben.
3. 3. Supraleitungsmagnetspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Seitenteilen der jeweils eine Wicklungsschale bildenden Wicklungslagen (1, 3 bzw. 2, 4) beider Teilwicklungen als Stützelemente Paßstücke (17) vorgesehen sind, die radiale, innerhalb bzw. in unmittelbarer Umgebung der oymmetrieebene verlaufende Kühlmittelkanäle (18) enthalten.

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4. 4. Supraleitungsmagnetspule nach, einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der innersten Windung der einzelnen Wicklungslagen (1, 2, 3, 4) mit radialen Kühlmittelkanälen (21) versehene Füllstücke (20) angeordnet sind.
5. 5. Supraleitungsmagnetspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch, gekennzeichnet, daß als Halte teile Bandagen (13» 16) aus Material hoher Zugfestigkeit vorgesehen sind, die Wicklungsschalen umschließen und Öffnungen (19» 22) für die radialen Kühlmittelkanäle (18, 21) aufweisen.
6. 6. Supraleitungsmagnetspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Trägerzylinder (5) und der auf diesen folgenden innersten Wicklungsschale (2, 4) eine für Kühlmittel in axialer und tangentialer Richtung durchlässige KühlinitteIführung (11) vorgesehen ist.
7. 7. Supraleitungsmagnetspule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Kühlmittelbehälter (5, 6) des zugehörigen Kryostaten derart angeordnet ist, daß die Längsachse (7) des Trägerzylinders etwa horizontal und die Symmetrieebene etwa vertikal verlaufen.
8. 8. Supraleitungsmagnetspule nach Anspruch. 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelkanäle (18) in den Paßstücken (17) einen größeren Querschnitt aufweisen als die Kühlmittelkanäle (21) in den Füllstücken (20).

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