DE2256921A1 - PROCESS FOR PRODUCING A WINDING AND WINDING PRODUCED BY THIS PROCESS - Google Patents

PROCESS FOR PRODUCING A WINDING AND WINDING PRODUCED BY THIS PROCESS

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DE2256921A1
DE2256921A1 DE19722256921 DE2256921A DE2256921A1 DE 2256921 A1 DE2256921 A1 DE 2256921A1 DE 19722256921 DE19722256921 DE 19722256921 DE 2256921 A DE2256921 A DE 2256921A DE 2256921 A1 DE2256921 A1 DE 2256921A1
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Description

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Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie, Baden (Schweiz) Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie, Baden (Switzerland)

Verfahren zur Herstellung einer Wicklung und nach diesem Verfahren hergestellte WicklungProcess for producing a winding and winding produced according to this process

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer imprägnierten Wicklung, insbesondere einer aus supraleitendem Leitermaterial bestehenden Wicklung, die zur Erzeugung von elektromagnetischen Gleich- oder Weehselfeldern dient und die mit mindestens einem Kühlkanal zur Durchleitung eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmediums versehen ist, sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte 7/icklung.The invention relates to a method for producing an impregnated winding, in particular one from superconducting Conductor material existing winding, which is used to generate electromagnetic DC or alternating fields serves and which has at least one cooling channel for the passage of a liquid or gaseous cooling medium is provided, as well as a winding produced according to this process.

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'2. - '2. -

Für die bisher gebauten, supraleitenden Hochfeldwicklungen mit Stromdichten von mehr als 10'000-151OOO A/cm , wie z.B. Experimentier-Solenoide, Strahlführungsoder Strahlfokussiermagnete wurden vorwiegend massive, dünne Drähte aus Uebergs-ngsmetall-Legierungen, wie NbZr oder NbTi, ummantelt mit einer dünnen Kupferschient, oder dann dünne Bänder, beschichtet mit der intermetallischen Verbindung Nb.,Sn verwendet.For the previously built, superconducting high-field windings with current densities of more than 10'000-15 1 000 A / cm, such as experimental solenoids, beam guiding or beam focusing magnets, mainly solid, thin wires made of transition metal alloys, such as NbZr or NbTi, were sheathed with a thin copper bar, or then thin strips coated with the intermetallic compound Nb., Sn.

Alle diese Magnetfelder erzeugenden Wicklungen zeigen in ihrem Betriebsverhalten jedoch Instabilitäten, bezeichnet als Degradations- und Trainingseffekte. Sie erreichen die an kurzen Drahtproben im transversalen Magnetfeld gemessenen kritischen Strom- und Feldwerte nicht, oder dann erst nach mehrmaligen Uebergängen vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand.However, all of these windings generating magnetic fields show instabilities in their operating behavior, referred to as degradation and training effects. she achieve the critical current and field values measured on short wire samples in a transverse magnetic field not, or only after several transitions from the superconducting to the normally conducting state.

Es wurde erkannt, dass die Ursachen zu einem Teil in gekoppelten, thermischen und magnetischen Instabilitäten und zum andern Teil in Drahtbewegungsmöglichkeiten während dem Magnetfeldaufbau liegen. ·It has been recognized that the causes are in part in coupled, thermal and magnetic instabilities and on the other hand, the possibility of wire movement during the build-up of the magnetic field. ·

Die erwähnten Supraleiter weisen zudem den Nachteil auf, dass sie bereits bei einer Frequenz von 1 Hz untragbarThe above-mentioned superconductors also have the disadvantage that they are unacceptable even at a frequency of 1 Hz

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hohe Wechselfeldverluste aufweisen und z.B. für den Bau von Strahlführungsmagneten für Synchrotron-Beschleuniger ungeeignet sind.have high alternating field losses and e.g. for the construction of beam guiding magnets for synchrotron accelerators are unsuitable.

Experimentelle und theoretische- Untersuchungen ergaben, dass sowohl die Instabilitäten, sogenannte Plussprung-Instabilitäten, als auch die Wechselfeldverluste stark vom Durchmesser der Supraleiter abhängen. Dies führte zu der Entwicklung von eigenstabilen Pilamentleitern, bestehend aus einer Vielzahl sehr dünner supraleitender Filamente, beispielweise aus NbTi bestehend, welche in eine normalleitende Matrix, beispielsweise aus Cu oder Al bestehend, eingebettet und mit dieser metallisch gut verbunden sind. Durch weitere Massnahmen wie z.B. Verdrillen der Filamente im Leiter und transponieren mehrer verdrillter Leiter werden die magnetischen Instabilitäten und die Verluste bei Wechselfeldern weiter reduziert.Experimental and theoretical investigations have shown that both the instabilities, so-called plus jump instabilities, as well as the alternating field losses depend strongly on the diameter of the superconductor. This resulted on the development of inherently stable pilament conductors, consisting of a large number of very thin superconducting ones Filaments, for example consisting of NbTi, which are in a normally conductive matrix, for example consisting of Cu or Al, embedded and metallically well connected to this. Through further measures such as twisting the filaments in the conductor and transposing several twisted conductors, the Magnetic instabilities and the losses in alternating fields are further reduced.

Für ein stabiles und degradationsfreies Verhalten von Wechselfeld erzeugenden wicklungen genügt die Verwendung der beschriebenen Filamentleiter allein nicht. Untersuchungen und Erfahrungen zeigten, dass für die Konzeption solcher Wicklungen weitere, im folgendenUse is sufficient for stable and degradation-free behavior of alternating field generating windings the described filament conductor alone is not. Research and experience have shown that for the Conception of such windings further, in the following

I* 0 9 8 1 6 / 0*6 8 1 I * 0 9 8 1 6/0 * 6 8 1

-A-kurz beschriebene Bedingungen eingehalten werden müssen. -A- the briefly described conditions must be observed.

a) Instabilitäten mechanischer Art, hervorgerufen durch Leiterbewegungsmöglichkeiten müssen vermieden werden. Besitzt ein Leiter innerhalb der Wicklung die Möglichkeit, sich unter der Kraftwirkung des^veränderlichen Magnetfeldes zu bewegen, so kann er sich, infolge der erzeugten Reibungswärme oder infolge der sonst in Wärme umgesetzten kinetischen Energie so weit erwärmen, dass die kritische Temperatur des Supraleiters, eventuell unter Mithilfe thermisch ausgelöster Flussprünge, überschritten und die Wicklung teilweise oder ganz in den normalleitenden Zustand gebracht wird. Infolge der sehr tiefen spezifischen Wärme des Supraleiters und der stabilisierenden Matrix genügt für diesen Vorgang bereits eine sehr kleine Bewegung.a) Mechanical instabilities caused by moving the ladder must be avoided. Owns a leader within the Winding the opportunity to move under the force of the variable magnetic field move, it can heat up as much as a result of the frictional heat generated or as a result of the kinetic energy otherwise converted into heat, that the critical temperature of the superconductor, possibly with the help of thermally triggered Flux jumps, exceeded and the winding partially or completely in the normally conducting state is brought. As a result of the very low specific heat of the superconductor and the stabilizing matrix A very small movement is sufficient for this process.

Es wurde versucht, diese Bewegungsmöglichkeit zu verhindern, indem lückenlose, mit hohem Leiterzug gewickelte Lagenwicklungen hergestellt wurden. Bei diesem Vorgehen wird der mechanische Spannungszustand im Leiter der bereits gewickelten Lagen infolge der leichten, plastischen Deformierbarkeit derAn attempt was made to prevent this possibility of movement by creating uninterrupted, high conductor lines wound layer windings were produced. With this procedure, the mechanical stress state in the conductor of the already wound layers due to the easy, plastic deformability of the

'409816/0681'409816/0681

_ 5 — '_ 5 - '

beteiligten Isolierstoffe und dem elastischen Verhalten des Leiters und des stützenden Wicklungsträgers durch jede neu aufgebrachte Lage fortwährend geändert. An der -fertig gewickelten Wicklung sind auf diese Weise von der innersten Lage nach der äussersten Lage betrachtet fortschreitend Zonen mit Zugspannungen, ohne Spannungen, Druckspannungen ohne Spannungen und Zugspannungen im Leiter vorhanden. Gefährliche Zonen mit Leiterbewegungsmöglichkeiten sind dort vorhanden, wo '"ie mecha-nischen Spannungen im Leiter verschwunden sind. Eine mechanische Stabilität kann mit dieser Methode nicht gewährleistet werden.involved insulating materials and the elastic behavior of the conductor and the supporting winding carrier through each newly applied layer changed. On the -finished winding are in this way from the innermost layer to the outermost position considers progressively zones with tensile stresses, without stresses, compressive stresses present without tension and tension in the conductor. Dangerous zones with ladder movement opportunities are present where there are mechanical tensions disappeared in the ladder. Mechanical stability cannot be guaranteed with this method will.

Mehr Erfolg versprechend ist bekanntlich eine vollständige Imprägnation der Wicklung mit einem geeigneten Imprägniermittel wie z.B. einem Epoxy-Imprägnierharz. Bei geglückter Durchimprägnation sind sämtliche Zwischenräume ausgefüllt und bei guter Bindefähigkeit zwischen dem Hs.rz und den beteiligten Isolierstoffen sind die Windungen mechanisch fest miteinander verbunden.It is known that a complete impregnation of the winding with a suitable one is more promising Impregnation agent such as an epoxy impregnation resin. If the impregnation is successful, all gaps are filled and if the binding properties are good between the Hs.rz and the insulating materials involved, the windings are mechanically tight with one another tied together.

Hierbei müssen aber folgende zum Teil sich wiedersprechende Bedingungen beachtet werden:However, the following partially contradicting conditions must be observed:

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cL) Die Kontraktion der beteiligten Materialien ist beim Abkühlen von Raumtemperatur auf Betriebstemperattir, d.h. auf 4 IC st'ark verschieden. Der Leiter, bestehend aus NbTi-Filamenten, eingebettet " cL) The contraction of the materials involved differs greatly when cooling from room temperature to operating temperature, ie to 4 IC. The conductor, consisting of NbTi filaments, embedded "

in Cu weist bei 4 IC eine Kontraktion von J\ JL/4-- ^in Cu, at 4 IC, there is a contraction of J \ JL / 4-- ^

-5
-300 · 10 auf, ein reines Imprägnierharz hingegen
-5
-300 · 10, a pure impregnation resin on the other hand

eine solche von Δ£,/<£■ * -600-1200 · 1O~5.one of Δ £, / <£ ■ * -600-1200 · 10 ~ 5 .

Nach dem Abkühlprozess hat sich dem durch das Wickeln entstandenen Spannungszustand eine zusätzliche, durch die verschiedene Kontraktion von Leiter und Harz bedingte Spannung geometrisch überlagert.■After the cooling process, the tension created by the winding has an additional, by the various contraction of ladder and resin-related stress geometrically superimposed. ■

Zudem bilden sich während dem Abkühlen vorübergehende, hohe Temperaturdifferenzen aus, was ebenfall's zu hohen mechanischen Spannungen im·- System führt. ■In addition, temporary high temperature differences develop during cooling, which is also the case high mechanical stresses in the · system. ■

Wird die Wicklung erregt, bilden sich infolge des Magnetfeldes, auf den stromführenden Leiter wirkende Kräfte, welche sich dem bestehenden Spannungszustand nochmals überlagern.If the winding is energized, the current-carrying conductor forms as a result of the magnetic field acting forces, which differ from the existing Superimpose the stress state again.

Ist das Imprägnierharz dieser Belastiingen nicht gewachsen, entstehen im Harze Risse, wobei die in Wärme umgesetzte, mechanische Spannungsenergie genügt j um die Wicklung in den normalleitendenIsn't the impregnation resin of these loads Grown, cracks develop in the resin, whereby the mechanical tension energy converted into heat enough j to the winding in the normal conducting

. A 0 9 8 1 6 / 0 6 8 1. A 0 9 8 1 6/0 6 8 1

Zustand zu treiben und wiederum Degradations- und Trainingseffekte auftreten.To drive state and in turn degradation and training effects occur.

Das Harz sollte deswegen in seinem Kontraktionsverhalten demjenigen des Leiters angepasst werden und es sollte im ausgehärteten Zustand "bei tiefen Temperaturen eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen. Dies ist prinzipiell möglich durch ein Füllen des Harzes mit geeigneten Füllmitteln.The resin should therefore in its contraction behavior to that of the conductor and it should be in the hardened state "at deep Temperatures have high mechanical strength. In principle, this is possible by filling of the resin with suitable fillers.

Zur Erreichung einer hohen Stromdichte sind die Wicklungen sehr dicht und kompakt zu wickeln. Um eine vollständige Durchimprägnation zu erreichen, muss das Harz eine sehr niedrige Viskosität aufweisen. Leider wird diese durch ein Füllmittel stark heraufgesetzt, so dass eine vollständige Imprägnation gefährdet wird. Die feinen Kanäle und Spalte der Wicklung wirken zudem als Filter, so dass das Füllmittel gar nicht, oder nicht in der gewünschten Menge in die Wicklung eindringt.To achieve a high current density, the windings must be wound very tightly and compactly. To a To achieve complete impregnation, it has to be Resin have a very low viscosity. Unfortunately, this is greatly increased by a filler, so that complete impregnation is jeopardized. The fine channels and gaps in the winding work also as a filter, so that the filler does not get into the winding, or not in the desired amount penetrates.

b) Auch die besten bis heute bekannten Filameritleiter sind in periodischen V/echselfeld-Anwendungen nicht verlustfrei« Diese zeit- und feldabhängigen, in Wärme umgesetzten Verluste erhöhen die Temperatur der Wicklung. Infolge desb) Also the best filamerite conductors known to date are not loss-free in periodic V / echselfeld applications « These time- and field-dependent losses converted into heat increase the temperature of the winding. As a result of the

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funktionalen Zusammenhanges der kritischen Ströme, Felder und Temperaturen darf der Teinperaturzuwachs nicht mehr als etwa 0,2 K "betragen, da sonst eine unzulässig starke Absenkung der kritischen Stromdichte erfolgt. Dies verlangt eine intensive Kühlung des Wicklungsiiinern.functional connection of the critical currents, fields and temperatures, the temperature increase is not allowed be more than about 0.2 K ", since otherwise there will be an impermissibly strong reduction in the critical current density. This requires intensive cooling of the interior of the winding.

Eine weitere Notwendigkeit, die in der Wicklung entstandene Wärme möglichst gut abführen zu können, tritt bei einem Uebergang vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand auf. Dieser Uebergang beginnt in einem Punkte des Leiters durch Ueberschreiten des kritischen Zustandes des Supraleiters. Dieser weist dann eine Zone mit relativ hohem elektrischem Widerstand auf, so dass infolge des darin fliessenden Stromes eine Erwärmung auftritt, welche sich rasch ausbreitet und weitere Teile des Supraleiters normalleitend werden lässt. Dieser komplizierte thermische und elektromagnetische Vorgang ist abgeschlossen, wenn die gesamte Feldenergie in Wärme umgesetzt ist. Dabei können lokal hohe Temperaturen entstehen, welche zur Zerstörung der Wicklung führen können. Durch eine gute Wärmeverteilung und Wärmeabfuhr kann dieser Vorgang meistens nicht.gänzlich verhindert aber doch gedämpft und verzögert v/erden.Another need to be able to dissipate the heat generated in the winding as well as possible occurs at a transition from the superconducting to the normally conducting state. This transition begins in one Points of the conductor by exceeding the critical state of the superconductor. This then has a Zone with relatively high electrical resistance, see above that as a result of the current flowing in it, warming occurs, which spreads rapidly and further parts of the superconductor can become normally conductive. This complicated thermal and electromagnetic process is complete when all of the field energy has been converted into heat. This can result in high local temperatures, which can lead to the destruction of the winding. Good heat distribution and dissipation can this process usually not, but completely prevented but grounded and delayed.

Die Imprägnation einer Wicklung wirkt infolge der ver-The impregnation of a winding acts as a result of the

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schiechterten Wärmeleitfähigkeit dieser Forderung entgegen. thermal conductivity struggled against this requirement.

Es wurde versucht, die Wärmeabfuhr mittels in die
Wicklung eingelegten und vom Kühlmedium durchflossenen Kühlrohren und damit verbundenen, gut wärmeleitfiihigen Kühlbleche zu verbessern. Diese wirken einwandfrei,
wenn sie in genügender Anzahl vorhanden und richtig
verteilt sind. Sie weisen aber die Nachteile auf, dass sie relativ viel Wickelraum beanspruchen, das heisst
die Stromdichte verringern und dass darin infolge des
Wechselfeldes zusätzliche Wirbelstromverluste.entstehen.
An attempt was made to dissipate heat using the
Winding inserted cooling tubes through which the cooling medium flows and the associated, highly heat-conductive cooling plates. These work perfectly,
if they are present in sufficient numbers and correct
are distributed. However, they have the disadvantages that they take up a relatively large amount of changing space, that is to say
reduce the current density and that in it as a result of the
Alternating field additional eddy current losses.

Es wurde versucht, diese Nachteile zu umgehen, indem
Gewebe, bestehend a.us dünnen, isolierten Kupferdrähten als Zwischenlagen so in die Wicklung eingelegt wurden, dass ihre randseitigen Enden hervorragen und von
flüssigem Helium umspült wurden. Diese Methode hat die Nachteile, dass die Impragnation wesentlich erschwert
wird und dass infolge der relativ dünnen und langen
Kupferdrähte dennoch ziemlich, hohe Temperaturgradienten auftreten.
Attempts have been made to circumvent these disadvantages by adding
Fabric, consisting of thin, insulated copper wires as intermediate layers, were inserted into the winding in such a way that their edge-side ends protrude and from
liquid helium were washed around. This method has the disadvantages that it makes the impregnation much more difficult
will and that as a result of the relatively thin and long
Copper wires nevertheless occur fairly, high temperature gradients.

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Eine weitere bekannte Methode besteht darin, zwischen den lagen in achsialer Richtung verlaufende Streifen so einzulegen, dass zwischen den Streifen von Helium durchströmte Kühlkanäle entstehen. Die erreichte Kühlwirkung ist gut, eine Imprägnation der Wicklung kann jedoch nicht durchgeführt werden.Another known method consists in using strips running in the axial direction between the layers to be inserted in such a way that cooling channels through which helium flows are created between the strips. The cooling effect achieved is good; the winding can be impregnated however, cannot be carried out.

c) Wie unter b) erwähnt, werden in allen metallischen Teilen, welche sich im Bereiche des Wechselfeldes befinden, '.Virb.elströme induziert und zusätzliche Verlustquellen erzeugt. Dies betrifft insbesondere Wicklungs-Tragstrukturen, Abstütz-Strukturen, grossdimensionierte Kuhlhilfen,, wie Rohre, Bleche etc. und aus Metall bestehende Kühlkanäle.- . ·c) As mentioned under b), in all metallic parts that are located in the area of the alternating field, Induced turbulent currents and additional sources of loss generated. This applies in particular to winding support structures, support structures and large ones Cooling aids, such as pipes, sheets, etc. and made of metal existing cooling channels. ·

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung, einer Wicklung das die vorangehend angeführten Nachteile beseitigt.The object of the invention is to create a method of manufacturing a winding like the one mentioned above Disadvantages eliminated.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man beim Wickeln der. Wicklung mindestens eine dem zu bildenden Kühlkanal entsprechende Einlage einlegt, Vielehe aus einem solchen Material besteht, dass sie nach der Fertigstellung der Wicklung und nach.Beendigung desThe method according to the invention is characterized in that that when winding the. Winding at least one to that corresponding insert forming cooling channel inserts, polygamy is made of such a material that it will after completion of the winding and after

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Impragnationsprozesses oder einer thermischen Behandlung der Imprägnation mittels einem chemischen oder thermischen Verfahren wieder aus der Wicklung entfernt werden kann.Impregnation process or a thermal treatment the impregnation removed from the winding by means of a chemical or thermal process can be.

Es ist zv/eckmässig, wenn man Einlagen aus Woods-Metall verwendet, dessen Schmelzpunkt höher als die Imprägnations- und Aushärtetemperatur und tiefer als die Erweichungstemperatur des Imprägnationsmittels liegt.It is zv / square if you use inlays made of Woods metal, the melting point of which is higher than the impregnation and curing temperature and lower than the softening temperature of the impregnation agent.

Es ist vorteilhaft, wenn man zur Verbesserung der Wärmeabfuhr mindestens im Bereich der Kühlkanäle ein mit thermisch gut leitendem Material durchsetztes Imprägniermittel verwendet.It is advantageous if, in order to improve the heat dissipation, at least in the area of the cooling ducts, a Impregnating agent with good thermal conductivity is used.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Wicklung aus supraleitendem Leitermaterial, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie -eine Mehrzahl von Kühlkanälen aufweist und dass zwischen je zwei benachbarten Kühlkanälen thermisch gut leitendes Material in die Imprägnationsmasse eingebettet ist, um die Wärme aus diesem Zwischenbereich in die benachbarten Kühlkanäle (18) abzuleiten.The invention also relates to a winding produced by the method according to the invention superconducting conductor material, which is characterized in that it has a plurality of cooling channels and that between each two adjacent cooling channels thermally highly conductive material in the impregnation compound is embedded in order to dissipate the heat from this intermediate area into the adjacent cooling channels (18).

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. ■ - 12 '-. ■ - 12 '-

Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr ist es zweckmassig, wenn zwischen den Kühlkanälen angeordnete, thermisch gut leitendes Material aus einem durch dünne, mit einer elektrischen Isolation versehene thermisch gut leitende Drähte,zum Beispiel Cu oder Al-Drähte, gebildeten Gewebe oder Geflecht besteht.To improve heat dissipation, it is advisable to if arranged between the cooling channels, thermal good conductive material from one through thin, with one electrical insulation provided thermally highly conductive wires, for example Cu or Al wires, formed Fabric or braid.

Um die Wicklung auch gegen hohe Beanspruchungen sicher auszubilden, ist es vorteilhaft, wenn zwischen den aus elektrisch isoliertem Supraleiter gewickelten Lagen aus Verstärkungsfasern bestehende Zwischenlagen von solcher Art und Materialbeschaffenheit eingelegt sind, dass diese zusammen mit dem Imprägniermittel ein wirbelstromfreies, mechanisch hochfestes System bilden, dessen Kontraktion bei Betriebstempera.tür derjenigen des Supraleiters entspricht. Dabei ist es zweckmässig, wenn die Zwischenlagen aus Geweben, vorzugsweise Glasfasergeweben oder Geflechten bestehen. Um die Wärmeabfuhr zu verbessern, ist es dabei vorteilhaft, wenn die Zwischenlagen mit thermisch gut leitendem Material wie Metall beispielsweise Cu oder Al oder Graphitpulver beschichtet sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Metallbeschichtung zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten in magnetischen Wechselfeldern einen, relativ hohen elektrischen Widerstand aufweist, indem sieAround the winding secure against high loads form, it is advantageous if between the layers wound from electrically insulated superconductor Reinforcing fibers are inserted between layers of such a type and material properties that these together with the impregnating agent, form an eddy current-free, mechanically high-strength system, the contraction of which at operating temperature corresponds to that of the superconductor. It is useful if the intermediate layers are made of fabrics, preferably glass fiber fabrics or braids exist. In order to improve heat dissipation, it is advantageous if the intermediate layers are thermally good conductive material such as metal for example Cu or Al or graphite powder are coated. It is advantageous to if the metal coating has one effect to avoid eddy current losses in alternating magnetic fields, has relatively high electrical resistance by

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"beispielsweise in schmale, parallel oder mäanderfb'rmige, durch enge Zwischenräume voneinander getrennte Streifen aufgebracht ist."for example in narrow, parallel or meander-shaped, is applied strips separated from one another by narrow spaces.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen;The invention is explained below with reference to the drawing, for example. Show it;

Fig.l ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemässen Wicklung;Fig.l a method for producing an inventive Winding;

Fig.2 einen Schnitt durch eine beispielsweise Ausführungsform einer erfinduhgsgemassen Wicklung, 2 shows a section through an exemplary embodiment of a winding according to the invention,

Fig.3 einen Schnitt längs der Linie III~III in Figur 2,3 shows a section along the line III ~ III in FIG. 2,

Fig.4 bis 6 verschiedene Schnitte durch eine beispielsweise Ausfuhrungsform einer erfindungsgemässen Wicklung;Fig. 4 to 6 different sections through an example Embodiment of a winding according to the invention;

Fig.7 einen Schnitt längs der Linie VlI-VII in Figur 8 durch eine beispielsweise Aus fiihrungs form einer erfindungsgemässen supraleitenden Quadrupolwicklung;7 shows a section along the line VI-VII in FIG by an embodiment of a superconducting quadrupole winding according to the invention, for example;

Fig.8 eine Stirnansicht auf die in Figur 7 dargestellte Wicklung;FIG. 8 is an end view of that shown in FIG Winding;

Fig.9 einen Grundriss der in den Figuren 7 und 8 dargestellten Wicklung; undFIG. 9 is a plan view of the one shown in FIGS. 7 and 8 Winding; and

Fig.IO einen Schnitt durch eine weitere beispielsweise Ausführungsform einer in einem geschlossenen Kühlkreislauf angeordneten erfindungsgemässen Wicklung.FIG. 10 shows a section through a further exemplary embodiment a winding according to the invention arranged in a closed cooling circuit.

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- 14 - " ■-■ ·- 14 - "■ - ■ ·

In Figur 1 ist eine, für die Imprägnation vorbereitete, supraleitende Wicklung in einer Kokille geneigt.In Figure 1 is a prepared for the impregnation, superconducting winding inclined in a mold.

Die Kokille "besteht in diesem Beispiel aus zwei inneren teilbaren Kokillenhälften 1 und 2, in welche vor dem Wickeln der Wicklung die Randseheiben 3 und 4 und die Stützhülsen 5 und 6 eingelegt werden. Nach Beendigung des Wickelprqzesses wird die aus einem' Gewebeband bestehende Bandage 7 angebracht und die Kokille mit den beiden äusser'en Kokillenhälften 8 und 9 geschlossen. PUr einen vakuumdichten Verschluss sorgen die Dichtungen 10. ·.In this example, the mold "consists of two inner ones divisible mold halves 1 and 2, in which the edge disks 3 and 4 and the support sleeves 5 and 6 are inserted. To At the end of the winding process, the bandage 7, which consists of a fabric tape, is attached and the mold with the two outer mold halves 8 and 9 closed. Ensure a vacuum-tight seal the seals 10. ·.

Pur sehr dichte Wicklungen mit dünnen Supraleitern 11 von ca, Oj4~Oj5 mm Durchmesser erfolgt die Imprägnation mit einem niederviskosen Imprägniermittel am vorteilhaftesten in der beschriebenen, geschlossenen Kokille. Nach einem mehrstündigen Evakuieren bei erhöhter Temperatur wird das Imprägniermittel durch das Einlassrohr eingelassen, mittels der Ringnut 14 über.den Umfang der Wicklung verteilt und unter Anwendung eines erhöhten Druckes durch die Wicklung gepresst, bis es gasblasenfrei durch das Auslassrohr · 15 ausströmt. Durch Abschliessen des Auslassrohres kann das Imprägniermittel einemPure very dense windings with thin superconductors 11 The impregnation takes place with a diameter of approx with a low-viscosity impregnating agent, most advantageously in the closed mold described. After several hours of evacuation at an elevated temperature the impregnating agent is let in through the inlet pipe, by means of the annular groove 14 over the circumference distributed over the winding and pressed through the winding using increased pressure until it is free of gas bubbles flows out through the outlet pipe · 15. By closing of the outlet pipe, the impregnating agent can be a

UO9 816/OB 8 1 U O9 816 / OB 8 1

hohen statischen Druck unterworfen werden, wodurch es in die feinsten Poren der Wicklung eindringt.be subjected to high static pressure, as a result of which it penetrates into the finest pores of the winding.

Zur Erleichterung oder Ermöglichung einer vollständigen JDurchimpragnierung der Wicklung wird vorteilhaft ein niederviskoses, ungefülltes Imprägniermittel von solcher Art verwendet, dass das System Imprägniermittel und Material der Zwischenlagen 12 ein Kontraktionsverhalten aufweist, welches an dasjenige des Supraleiters 11 angepasst ist. Dies kann beispielsweise mit einem System eines ausgewählten Epoxyharzes gefüllt mit 60-70 VoI <fo geschichtetem Glasseidengewebe erreicht werden. Mit diesem System wird gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit erreicht, welche derjenigen eines hochlegierten Stahles entspricht, so dass es als mechanische Verstärkung des Wicklungskörpers wirkt.To facilitate or enable complete impregnation of the winding, a low-viscosity, unfilled impregnation agent of such a type is advantageously used that the impregnation agent and material of the intermediate layers 12 have a contraction behavior that is adapted to that of the superconductor 11. This can be achieved, for example, with a system of a selected epoxy resin filled with 60-70 VoI <fo layered glass silk fabric. With this system, a high mechanical strength is achieved at the same time, which corresponds to that of a high-alloy steel, so that it acts as a mechanical reinforcement of the winding body.

Die Randscheiben 3 und 4 sind mit radial angeordneten Schlitzen 16 versehen, durch welche die Einlagen 17 bis an den Kokilleninnenrand geführt sind, und welche zusammen mit der Ringnut 14 Durchlassöffnungen für das.Imprägnierharz bilden. Das Material dieser vorfabrizierten Randscheiben besteht ebenfalls aus einem System von dicht gepresstem Gewebe, z.B. Glasseidengewebe, und einem ausge-The edge disks 3 and 4 are provided with radially arranged slots 16 through which the inserts 17 to are guided to the inner edge of the mold, and which, together with the annular groove 14, passage openings for the impregnating resin form. The material of these prefabricated edge discs also consists of a system of dense pressed fabric, e.g. glass silk fabric, and an ex-

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härteten Imprägnierharz, wie z.B. einem Epoxyharz dessen Kontraktionsverhalten an dasjenige des Supraleiters angepasst ist.hardened impregnating resin such as an epoxy resin of Contraction behavior is adapted to that of the superconductor.

Die Stützhülsen 5 und 6 bestehen aus demselben Materialsystem wie die Randscheiben 3 und 4. Sie dienen zur Einhaltung der genauen, zylindrischen Innengeometrie der Wicklung und als mechanische Verstärkung,The support sleeves 5 and 6 consist of the same material system as the edge disks 3 and 4. They are used for Compliance with the exact, cylindrical inner geometry of the winding and as mechanical reinforcement,

Die auf dem Aussenumfang der Wicklung angeordnete Bandage besteht aus demselben Glasseidengewebe wie die Zwischenlagen 12 und dient ebenfalls zur mechanischen Verstärkung des Wicklungskörpers.The bandage arranged on the outer circumference of the winding consists of the same glass fiber fabric as the intermediate layers 12 and is also used for mechanical reinforcement of the winding body.

Im allgemeinen entstehen auf der Aussenseite der Wicklung immer irgendwelche Hohlräume, im erwähnten Beispiel in den Ringnuten 14 und in den Schlitzen 16, welche sich mit reinem Imprägniermittel füllen würden. Zur Vermeidung von Rissen ist es vorteilhaft, direkt anschliessend an die Imprägnation stark gefülltes Imprägniermittel nachzupressen, so dass das reine Imprägniermittel'aus den Hohlräumen verdrängt wird und 'sich dort das Füllmaterial anlagert. Bei Verwendung von geeignetem Füllmaterial wirdGenerally arise on the outside of the winding always any cavities, in the example mentioned in the annular grooves 14 and in the slots 16, which would fill with pure impregnating agent. To avoid cracks, it is advantageous to follow directly afterwards To re-press the impregnation heavily filled impregnation agent, so that the pure impregnation agent 'from the Cavities is displaced and 'there the filling material is deposited. When using suitable filler material

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auch an diesen Stellen eine Anpassung an das Kontraktionsverhalten des Supraleiters erreicht.also at these points an adaptation to the contraction behavior of the superconductor.

Bei einfachen Wicklungsgeometrien und bei der Verwendung von Supraleitern mit grösserem Durchmesser kann das Imprägnierverfahren vereinfacht werden, indem die äusseren Kokillenhälften 8 und 9 weggelassen und die Wicklung im evakuierten Zustand in einem Tauchverfahren und eventuell unter Anwendung eines höheren Druckes im Imprägniermittel imprägniert wird.This can be done with simple winding geometries and when using superconductors with a larger diameter Impregnation process can be simplified by the outer mold halves 8 and 9 omitted and the winding in the evacuated state in a dipping process and possibly using a higher pressure in the impregnating agent is impregnated.

Die Wicklung in Figur 1 ist wie folgt aufgebaut; Nach jeder, mit dem isolierten Supraleiter 11 fertig gewickelten Lage wird eine Zwischenlage 12 bündig anstossend an die Randscheiben 3 und 4 in einer oder mehreren Windungen eingelegt und die nächste Leiterlage mit hohem Drahtzug darübergewickelt. Diese Zwischenlagen, bestehend aus einem hochreissfesten Gewebe, wie z.B. Glasseidengewebe, werden vor oder nach dem Einlegen mit einer Schicht oder einem Belag versehen, durch welchen die thermische Leitfähigkeit der Zwischenlage im imprägnierten und ausgehärteten Zustand erhöht wird. Dies kann geschehen, indem das Gewebe mit einem thermisch gut leitenden Pulver oder Kehl, beispielsweise mit einem Graphitrnehl oder mit einem metallischen Pulver beidseitig, ganzflächig oder teilweiseThe winding in Figure 1 is constructed as follows; After each finished winding with the insulated superconductor 11 In one or more layers, an intermediate layer 12 is flush with the edge disks 3 and 4 Windings inserted and the next conductor layer wound over it with a high wire tension. These liners, consisting of A highly tear-resistant fabric, such as glass silk fabric, is covered with a layer before or after being inserted or a covering, through which the thermal conductivity of the intermediate layer in the impregnated and cured Condition is increased. This can be done by applying a thermally conductive powder or fillet to the fabric, for example with a graphite powder or with a metallic powder on both sides, over the whole area or partially

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bestäubt oder mit Hilfe eines. Bindemittelsbeschichtet wird, oder indem das Gewebe ganzflächig oder teilweise ■■ mit dünnen Metallschichten versehen wird.pollinated or with the help of a. Binder-coated , or by providing the fabric with thin metal layers over the whole area or in parts.

Diese Metallschichten können durch ein Metallspritzverfahren, durch Aufdampfen, durch ein chemisches Verfahren oder durch andere, geeignete Methoden aufgebracht werden. Diese Schichten müssen zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten im magnetischen Wechselfeld einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Dies kann erreicht werden, indem die Schicht z.B. in schmalen, parallel oder mäanderförmig verlaufenden, durch enge Zwischenräume voneinander getrennten Streifen so angeordnet wird, dass sich keine geschlossene elektrische Strompfade bilden. - .- >These metal layers can be produced by a metal spraying process, by vapor deposition, by a chemical process or by other suitable methods. These layers must be used to avoid eddy current losses have a relatively high electrical resistance in the alternating magnetic field. This can can be achieved by the layer e.g. in narrow, parallel or meandering, through narrow Between spaces separated strips is arranged so that there is no closed electrical Form current paths. - .->

Die Zwischenlagen können bereits vor dem Einlegen in die Wicklung mit einem geeigneten Imprägniermittel imprägniert werden, welches nur angetrocknet aber nicht ausgehärtet oder aber auch ausgehärtet wird.- Das thermisch gut leitende Pulver kann dabei als Füllmittel in;das Imprägniermittel und mit.diesem- zusammen auf das Zwischenlagengewebe gebracht werden, oder es können die oben beschriebenen Methoden angewendet werden. ·The intermediate layers can already be placed in the Winding can be impregnated with a suitable impregnating agent, which only dries but does not harden or it is also cured.- The thermally highly conductive powder can be used as a filler in the impregnating agent and with this - together on the interlayer fabric or the methods described above can be used. ·

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Vorimprägnierte, aber nicht ausgehärtete Zwischenlagen haben den Vorteil, dass das Imprägniermittel bereits während dem Wickeln an Ort und Stelle gebracht wird, so dass der oben beschriebene Impragnierprozess er~ leichtert oder gar hinfällig wird.Pre-impregnated but not hardened intermediate layers have the advantage that the impregnating agent is already in place during the winding process, so that the impregnation process described above is made easier or even obsolete.

Die Verwendung der Zwischenlagen verbessert nicht nur die thermische Leitfähigkeit in der Wicklung, sondern wirkt auch als mechanische Armierung der Wicklung, so dass eine Verstärkung des Leiters oder der Wicklung mit rostfreien, antimagnetischen Stahl-Einlagen in vielen Fällen vermieden werden kann. Alle beteiligten Materialien sind in ihrem Kontraktionsverhalten demjenigen des Supraleiters angepasst gewählt, so dass bei Betriebstemperatur dadurch keine zusätzlichen mechanischen Spannungen entstehen. The use of the intermediate layers not only improves the thermal conductivity in the winding, but also acts as a mechanical reinforcement of the winding, thus adding reinforcement to the conductor or the winding Stainless, anti-magnetic steel inserts can be avoided in many cases. All materials involved are their contraction behavior is chosen to be adapted to that of the superconductor, so that at operating temperature this does not result in any additional mechanical stresses.

Zur Erreichung hoher Stromdichten von 30'000-5O1OOO A/cm werden vorteilhaft vorimprägnierte Glasgewebe von ca. 50 pia Dicke gewählt.In order to achieve high current densities of 30'000-5O 1 OOO A / cm advantageously pre-impregnated glass cloth are selected from about 50 pia thickness.

Die Einlagen 17 v/erden zur Bildung der Kühlkanäle in gewünschter Dimension, Anzahl und Anordnung auf die fertig gewickelten Leiterlagen so eingelegt, dass ihre Enden denThe inserts 17 are grounded to form the cooling channels in the desired dimension, number and arrangement on the finished wound conductor layers inserted so that their ends the

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inneren Kokillenrand berühren. Im Beispiel in der Figur werden sie zu diesem Zweck durch die radialen Schlitze 16 der Randscheiben. 3 und 4 hindurchgeführt.touch the inner edge of the mold. In the example in the figure they are for this purpose through the radial slots 16 of the edge discs. 3 and 4 passed through.

Die erwähnten Einlagen 17 bestehen aus einem Material, \velches nach dem Ausformen der fertig imprägnierten Wicklung aus der Kokille auf chemischem Wege oder durch Ausschmelzen entfernt werden können.The mentioned inserts 17 consist of a material \ velches after the finished impregnated winding has been removed from the mold by chemical means or by Melt-out can be removed.

In den Figuren 2 und 3 ist eine fertig imprägnierte Wicklung mit entfernten Einlagen dargestellt. Die Einlagen können aus einem niedrig schmelzenden Metall,- wie beispielsweise Woods-Metall bestehen, dessen Schmelzpunkt höher liegt als die Imprägnier- und Aushärtetempe-raturen und tiefer liegt, als der Erweichungspunkt des verwendeten Imprägniermittels. Die Wicklung wird nach dem Ausformen bis zum Schmelzen der Einlagen erwärmt, so dass das flüssige Metall ausflieset oder mit einem erhitzten Gas, beispielsweise Stickstoff, herausgepresst werden kann. Eventuell vorhandene, dünne Harzschichten vor den Kanalöffnungen werden vor diesem Vorgang mecha-niseh entfernt. · . .In Figures 2 and 3, a finished impregnated winding is shown with removed inserts. The deposits can consist of a low-melting metal - such as Woods metal, whose melting point higher than the impregnation and curing temperatures and lower than the softening point of the used impregnating agent. After molding, the winding is heated until the inlays melt, so that the liquid metal flows out or with a heated gas, for example nitrogen, can be pressed out. Any thin layers of resin that may be present In front of the channel openings, before this process, there are mechanical mechanisms removed. ·. .

Auf diese Art und Weise entstehen durchgehend offene Kühlkanäle 18, durch welche das kühlende Medium, beispiels-In this way, continuously open cooling channels 18 are created through which the cooling medium, for example

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weise flüssiges oder gasförmiges Helium, fliessen kann, um die Wicklung auf Betriebstemperatur abzukühlen und die im Betrieb permanent oder vorübergehend erzeugten Wechselfeldverluste wegzuführen. Infolge der Anordnung der Kühlkanäle erfolgt die Abkühlung der Wicklungsmasse gleichmässig und mit kleinen auftretenden Temperaturgradienten, so da.ss relativ kleine mechanische Spannungen entstehen, Infolge der grossen, wirksamen Wärmeausta/uschflächen in den Kanälen erfolgt die Abkühlung rasch und unter guter Ausnützung der Enthalpie des Kühlmediums.wise liquid or gaseous helium, can flow, to cool the winding to operating temperature and the permanent or temporary generated during operation Lead away alternating field losses. As a result of the arrangement of the cooling channels, the cooling of the winding mass takes place evenly and with small occurring temperature gradients, so that there are relatively small mechanical stresses arise as a result of the large, effective heat exchange surfaces In the channels, the cooling takes place quickly and with good use of the enthalpy of the cooling medium.

Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, können Dimensionen, Anzahl und Anordnung der Kühlkanäle frei gewählt und den Bedürfnissen gut angepasst werden.As can be seen from FIGS. 2 and 3, the dimensions, number and arrangement of the cooling channels can be freely selected chosen and well adapted to the needs.

Die Wirkung der Kühlkanäle kann da.durch verbessert v/erden, dass je zwei in einer Lage benachbarte Kanäle durch thermisch gut leitende Kühlhilfen 19 verbunden werden. Zur Vermeidung von hohen WirbelStromverlusten bestehen diese Kühlhilfen vorzugsweise aus einem Geflecht oder Gewebe aus dünnen, thermisch gut leitenden Metalldrähten wie z.B. aus Kupfer oder Aluminium. Damit keine geschlossenen Stromschleifen entstehen können, sind diese Metalldrähte einzeln isoliert.The effect of the cooling channels can thereby be improved, that two adjacent channels in a layer are connected by cooling aids 19, which are a good thermal conductor. To avoid high eddy current losses exist these cooling aids are preferably made of a mesh or fabric made of thin, thermally highly conductive metal wires such as made of copper or aluminum. So that no closed current loops can arise, these are Metal wires isolated individually.

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In den Figuren 4 "bis 6 sind. Schnitte durch eine "beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Wicklung dargestellt. . ■In FIGS. 4 ″ to 6, sections through a ″ are for example Embodiment of a winding according to the invention shown. . ■

Die Wicklung wird beispielsweise mit einem Supraleiter von. rechteckförraigem Querschnitt und versehen mit einer elektrischen Isolation 21 lagenförmig gewickelt. Nach jeder fertig gewickelten Lage wird eine oben beschriebene Zwischenlage 12 eingelegt und die nächste Leiterlage gewickelt. -The winding is made with a superconductor, for example from. rectangular cross-section and provided with a electrical insulation 21 wound in layers. After each completely wound layer, one is described above Intermediate layer 12 inserted and the next conductor layer wrapped. -

In.den gewünschten Intervallen werden ICühllagen eingelegt, abwechslungsvieise bestehend aus den Kühlhilfen 19 und den Kühlkanälen 18 bildenden Einlagen, In.diesen Figuren 4- bis 6 sind diese Einlagen bereits entfernt gedacht. In Figur 5 ist eine solche Kühllage in der Draufsicht gezeichnet. Zur Erzeugung, kleiner Wärmeübergangs-Widerstände sind die Kühlhilfen so angeordnet, dass ihre seitlichen Begrenzungen die Einlagen berühren. Je nach Notwendigkeit und Bedarf können die Kühllagen mit oder ohne zusätzliche Zwischenlagen 12 ausgerüstet'werden.I cooling layers are inserted at the required intervals, alternately consisting of the cooling aids 19 and the cooling channels 18 forming inserts, In.diesen Figures 4 to 6 these deposits have already been removed thought. In Figure 5, such a cooling layer is in plan view drawn. For generating small heat transfer resistances the cooling aids are arranged so that their lateral borders touch the inserts. Depending on Necessity and demand can be set with or without additional intermediate layers 12.

Entsteht in einem Punkte der Wicklung eine Wärmequelle, beispielsweise infolge der Wechselfeldverluste oder infolgeIf there is a heat source in one point of the winding, for example as a result of the alternating field losses or as a result

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eines normalleitend gewordenen Leiterabschnittes, so wird die erzeugte Wärme infolge der erhöhten Wärmeleitfähigkeiten der Zwisohenlagen und Kühlhilfen gleichmässiger verteilt und rascher an die gekühlten Oberflächen der Kühlkanäle geführt. Durch geeignete Dimensionierung und Anordnung der wärmeleitenden und kühlenden Elemente können die entstehenden Temperaturerhöhungen in den gewünschten Grenzen gehalten werden*of a conductor section that has become normally conductive, the heat generated is due to the increased thermal conductivity the intermediate layers and cooling aids more evenly distributed and faster to the cooled ones Surfaces of the cooling channels out. By suitable dimensioning and arrangement of the thermally conductive and cooling elements, the resulting temperature increases can be kept within the desired limits *

In den Figuren 7 bis 9 ist eine mögliche Anwendung des erfindungsgemassen Verfahrens zur Herstellung von Kühlkanälen in einer supraleitenden Quadrupolwicklung 22 dargestellt. Zur Verdeutlichung ist aus einer Kühlläge nur ein einziger Kühlkanal schräg schraffiert eingezeichnet. Die Darstellung zeigt, dass die Einlage 17, zwecks späterer Bildung eines durchgehend offenen Kühlkanales, ohne Schwierigkeiten auch komplizierteren Wicklungsformen angepasst werden kann. In FIGS. 7 to 9, a possible application of the inventive method for producing cooling channels shown in a superconducting quadrupole winding 22. For the sake of clarity, only a single cooling channel is drawn in diagonally hatched from a cooling layer. The illustration shows that the insert 17, for the purpose of later formation of a continuously open cooling channel, even more complicated winding shapes can be adapted without difficulty.

Supraleitende Wicklungen wurden bis anhin vorwiegend in einem Bad von flüssigem Helium bei Atmosphärendruck gekühlt. Es war dabei vorteilhaft, die Kühlkanäle in einer vertikalen Lage anzuordnen, um die Thermosyphonwirkung auszunutzen. Die Kühlkanaldicken dürften dabei ein HassUp to now, superconducting windings have mainly been cooled in a bath of liquid helium at atmospheric pressure. It was advantageous to arrange the cooling channels in a vertical position in order to achieve the thermosyphon effect to take advantage of. The cooling duct thicknesses are likely to be a hatred

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von ca. 0,4mm nicht unterschreiten, um die Zirkulation des flüssigen Heliums durch festgehaltene Dampfblasen nicht zu verhindern.of approx. 0.4mm not to go below the circulation of liquid helium by trapped vapor bubbles not to prevent.

Für grössere supraleitende Wicklungen bietet eine forcierte Kühlung mittels einem geschlossenen Kältekreislauf verschiedene Vorteile. Prinzipiell wird dabei das Kühlmedium in einer Kältemaschine unter Druck auf die Betriebstemperatur abgekühlt, durch die Wicklung bei gewünschtem Druck gepresst und um ca. 1 K erwärmt in ■-die Wärmeaustauscher der Kühlmaschine zurückgeführt.For larger superconducting windings, forced cooling by means of a closed cooling circuit offers various advantages. In principle, thereby the cooling medium is cooled in a refrigerating machine under pressure to the operating temperature, is pressed through the coil at a desired pressure and heated at about 1 K in ■ - returned to the heat exchanger of the cooling machine.

Im wesentlichen wurden dabei folgende Vorteile erreicht:Essentially, the following advantages were achieved:

~ Der Kyrostataufbau wird erleichtert, da für die Wicklung nur ein einziger Hochvakuum-Raum und keine Zwischengafässe benötigt wird.~ The build-up of the cryostat is made easier because it is necessary for the winding only a single high vacuum space and no intermediate passages is needed.

- Die Kühlung kann mittels Kühlkanal-Geometrie und -Anordnung sowie mittels Druck und Durchflussmenge weitgehend den Verhältnissen und Anforderungen angepasst ' werden.- The cooling can largely by means of the cooling channel geometry and arrangement as well as by means of pressure and flow rate adapted to the circumstances and requirements'.

- Bei Verwendung von überkritischem Helium kann eine ungünstige Zweiphasen-Strömung vermieden und eine gleichmassige, vorausbestimmbare Kühlung erreicht werden.- When using supercritical helium, an unfavorable Two-phase flow is avoided and an even, Predictable cooling can be achieved.

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- Betriebsbedingungen und Betriebskosten für einen Dauerbetrieb werden verbessert.- Operating conditions and operating costs for continuous operation are improved.

Die Verwendung von Wicklungen versehen mit den erfindungsgeraäss hergestellten Kühlkanälen bietet dabei den Vorteil, dass ihre Durchlässe sehr klein und damit die Wärmeaustauschfläche gross gewählt werden kann, und dass ihre Form und Verteilung weitgehend frei bestimmbar sind, sodass eine intensiv wirkende Kühlung erreicht wird.The use of windings provided with the erfindungsgeraäss produced cooling channels offers the advantage that their passages can be selected to be very small and thus the heat exchange surface large, and that their shape and distribution are largely freely determinable, so that an intensely effective cooling is achieved.

Ein Beispiel über die Anordnung und den Aufbau einer Wicklung gekühlt in einem geschlossenen Kreislauf ist aus Figur IO ersichtlich. Das kühlende Medium tritt mit den gewünschten Temperatur-, Druck- und I.Iengendaten durch die Einlassleitung 23 in den Eingangsverteiler ein, verteilt sich dort in die Kühlkanäle 18, durchströmt diese, wird im Ausgangssammler 25 wieder vereinigt und durch die Auslassleitung 26 zurück in die Kälteanlage geleitet. Infolge der parallel geschalteten Kühlkanäle kann wegen der grossen Anzahl Kanäle der gesamte Druckabfall des Kühlmediums, trotz kleinen Durchlassöffnungen, in kleinen Grenzen gehalten v/erden und die Enthalpie des Kühlraediums wirksam ausgenützt werden.An example of the arrangement and structure of a winding is cooled in a closed circuit can be seen from Figure IO. The cooling medium comes in with the desired temperature, pressure and energy data through the inlet line 23 into the inlet manifold, where it is distributed into the cooling channels 18, through which it flows this is combined again in the output collector 25 and passed through the outlet line 26 back into the refrigeration system. As a result of being connected in parallel Because of the large number of channels, cooling channels can take the entire pressure drop of the cooling medium, despite the small ones Passage openings are kept within small limits and the enthalpy of the cooling medium is effectively used will.

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Durcli geeignete Form und Anordnung der Kühlkanäle, sowie der Eingangsverteiler und Ausgangssammler können die Kühlkanäle in beliebigen Kombinationen strömungsmässig parallel oder hintereinander geschaltet werden.Due to the suitable shape and arrangement of the cooling channels, as well as the input distributor and output collector can use the Cooling channels in any combination in terms of flow can be connected in parallel or in series.

Zur Verrneidung von Wirbelstromverlusten in Wechselfeldern werden die Eingangsverteiler 24 und Ausgangssammler; 25 mit Vorteil aus einem, stark mit Gewebe öder Fasern gefüllten Kunstharz hergestellt und in einem geeigneten Verfahren mit dem V/icklungskÖrpervakuuni~ dicht und druckfest verbunden.To avoid eddy current losses in alternating fields the input manifolds 24 and output collectors; 25 with advantage of one, strong with tissue or boring Synthetic resin filled with fibers and produced in a suitable process with the wrapping body vacuum tightly and pressure-tightly connected.

Claims (17)

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1. Verfahren zur Herstellung einer imprägnierten Wicklung, insbesondere einer aus supraleitendem Leitermaterial bestehenden 7/icklung, die zur Erzeugung von elektromagnetischen Gleich- oder Wechselfeldern dient und die mit mindestens einem Kühlkanal zur Durchleitung eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmediums versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass man beim Wickeln der Wicklung mindestens eine dem zu bildenden Kühlkanal entsprechende Einlage einlegt, welche aus einem solchen Material besteht, dass sie nach der Fertigstellung der Wicklung und nach Beendigung des Imprägnationsprozesses oder einer thermischen Behandlung der Imprägnation mittels einem chemischen oder thermischen Verfahren wieder aus der Wicklung entfernt werden kann.1. Process for the production of an impregnated winding, in particular a winding made of superconducting conductor material, which is used to generate electromagnetic Direct or alternating fields are used and with at least one cooling channel for conduction a liquid or gaseous cooling medium is provided, characterized in that when winding the winding inserts at least one insert corresponding to the cooling duct to be formed, which consists of a such material exists that it will be after the completion of the winding and after the completion of the impregnation process or a thermal treatment of the impregnation by means of a chemical or thermal Process can be removed again from the winding. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Einlagen aus Woods-Metall verwendet, dessen Schmelzpunkt höher als die Imprägnations- und Aushärtetemperatur und tiefer als die Erweichungstemperatur des Imprägnationsmittels liegt.2. The method according to claim 1, characterized in that inserts made of Woods metal are used, its Melting point higher than the impregnation and curing temperature and lower than the softening temperature of the Impregnation agent lies. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that 409816/0681409816/0681 OWGINAL INSPECTfDOWGINAL INSPECTfD dass man zwischen die mit dem elektrisch isolierten Supraleiter gewickelten Lagen aus Verstärkungsfasern • bestehende Zwischenlagen von solcher Art und Materialbeschaffenheit legt, dass diese zusammen mit dem Imprägniermittel ein wirbelstromfreies, mechanisch hochfestes System bilden, dessen Kontraktion bei ' Betriebstemperatur derjenigen des Supraleiters entspricht. ■'·-"■that one between the with the electrically isolated Superconductor wound layers of reinforcing fibers • existing intermediate layers of this type and material properties specifies that this, together with the impregnation agent, is an eddy current-free, mechanical Form a high-strength system whose contraction at 'operating temperature corresponds to that of the superconductor. ■ '· - "■ 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man aus Geweben insbesondere Glasfasergeweben oder Geflechten bestehende Zwischenlagen verwendet.4. The method according to claim 3, characterized in that that one uses interlayers made of fabrics, in particular glass fiber fabrics or braids. 5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet,5. The method according to claim 4 »characterized in that dass man mit thermisch gut leitendem Metall beschichtete Zwischenlagen verwendet.that one coated with thermally good conductive metal Interlayers used. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man Zwischenlagen verwendet, bei denen die Metallbeschichtung zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten in magnetischen Wechselfeldern einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweist, indem sie beispielsweise in schmalen, parallelen oder mäanderförmigen, durch enge Zwischenräume voneinander getrennten Streifen aufgebracht ist. .6. The method according to claim 5, characterized in that intermediate layers are used in which the metal coating to avoid eddy current losses in alternating magnetic fields a relatively high has electrical resistance, for example in narrow, parallel or meander-shaped, is applied by narrow spaces separated strips. . 4098 16/0681 .4098 16/0681. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, .dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens im Bereich der Kühlkanäle ein mit thermisch gut leitendem Material durchsetztes Imprägniermittel verwendet·7. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that one at least in the area of the cooling channels a material interspersed with thermally highly conductive material Impregnation agent used 8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man zwischen je zwei benachbarten Kühlkanälen mindestens eine thermisch gut leitende Einlage anordnet, derart, dass sie sich bis in den Wandungsbereich der beiden Kühlkanäle oder in dieselbe hinein erstreckt.8. The method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that there is at least one between each two adjacent cooling channels thermally highly conductive insert arranged in such a way that it extends into the wall area of the two cooling channels or extends into the same. 9· Verfahren nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, dass man die aus Verstärkungsfasern bestehenden Zwischenlagen vor dem Einlegen in die Wicklung mit dem Imprägniermittel, vorzugsweise mit einem Epoxyimprägnierharz durchtränkt aber nicht aushärtet und anschliessend mit Pulver oder Folien aus thermisch gut leitendem Material belegt.9 · Method according to claim 3 or 4 »characterized in that one consists of reinforcing fibers existing intermediate layers before being inserted into the winding with the impregnating agent, preferably with an epoxy impregnation resin impregnated but not hardened and then with powder or foils made of thermally highly conductive material. ι 'ι ' 10. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die aus Verstärkungsfasern bestehenden Zwischenlagen vor ihrem Einlegen in die10. The method according to claim 3 or 4, characterized in that that the intermediate layers made of reinforcing fibers before they are inserted into the 409816/0681409816/0681 . Wicklung mit einem mit Pulver aus thermisch gut leitendem Material durchsetzten Imprägniermittel, vorzugsweise einem Epoxyinrprägnierharz, durchtränkt. ■ . Winding with an impregnating agent interspersed with powder made of thermally highly conductive material, preferably an epoxy impregnation resin. ■ 11. Wicklung aus supraleitendem Leitermaterial, hergestellt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet y dass sie eine Hehrzahl von Kühlkanälen (18) auf- . weist, und dass "zwischen je zwei benachbarten Eühlkanäleii (18) thermisch gut leitendes Material (19) in die' Imprägnationsmasse ei-ngebettet ist, um die Wärme" aus diesem Zwischenbereich in die benachbarten Kühlkanäle (18) abzuleiten,11. winding of superconducting conductor material prepared according to claim 1, characterized in that it y up a Hehrzahl of cooling channels (18). and that "between every two adjacent Eühlkanäleii (18) thermally highly conductive material (19) is embedded in the 'impregnation compound in order to dissipate the heat" from this intermediate area into the adjacent cooling channels (18), 12. Ϋ/icklung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen den Kühlkanälen (18) angeordnete, thermisch gut leitende Material.aus einem durch dünne mit einer elektrischen.Isolation versehene thermisch gut leitende Drähte zum Beispiel Cu oder Al-Drähte gebildeten Gewebe oder Geflecht (19) besteht. .12. Ϋ / icklung according to claim 11, characterized in that that the thermally highly conductive material arranged between the cooling channels (18) comes from a through thin wires with good electrical insulation, for example Cu or Al-wires formed fabric or braid (19) is made. . 13. Wicklung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, . dass zwischen den aus elektrisch isoliertem Supraleiter gewickelten Lagen aus Verstärkungsfasern bestehende Zwischenlagen (12) von solcher Art und13. Winding according to claim 11 or 12, characterized in that . that between the layers of reinforcing fibers wound from electrically insulated superconductor existing intermediate layers (12) of this type and 409816/0681 =409816/0681 = Materialbeschaffenheit eingelegt sind, dass diese zusammen mit dem Imprägniermittel ein wirbelstromfreies, mechanisch hochfestes System bilden, dessen Kontraktion bei Betriebstemperatur derjenigen des Supraleiters entspricht. ·Material properties are inserted so that, together with the impregnation agent, they form an eddy current-free, mechanically high-strength system form whose contraction at the operating temperature of those of the superconductor. · 14. Wicklung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen (12) aus Geweben, vorzugsweise Glasfasergeweben oder Geflechten bestehen.14. Winding according to claim 13, characterized in that the intermediate layers (12) made of fabrics, preferably Fiberglass fabrics or braids are made. 15· Wicklung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen (12) mit thermisch gut leitendem Material wie Metall beispielsweise Cu oder Al oder Graphitpulver beschichtet sind.15 winding according to claim 14, characterized in that that the intermediate layers (12) with thermally highly conductive material such as metal, for example Cu or Al or graphite powder are coated. 16. Wicklung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten in magnetischen Wechselfeldern einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweist, indem sie beispielsweise in schmale, parallel oder mäanderförmige, durch enge Zwischenräume voneinander getrennte Streifen aufgebracht ist.16. Winding according to claim 15, characterized in that the metal coating to avoid Eddy current losses in alternating magnetic fields have a relatively high electrical resistance, by dividing them, for example, into narrow, parallel or meander-shaped, narrow spaces from one another separate strips is applied. 17. Wicklung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1117. Winding according to one or more of claims 11 409816/0681409816/0681 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnationsmasse mindestens im Bereich der Kuhlkanäle (18) mit einem Pulver aus thermisch gut leitendem Material, "beispielsweise Graphit- oder Metallpulver durchsetzt ist. ·to 16, characterized in that the impregnation compound at least in the area of the cooling channels (18) with a powder made of thermally highly conductive Material, "for example graphite or metal powder is interspersed. · Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.Public company Brown, Boveri & Cie. 9-8 16/068 19-8 16/068 1 S3S3 LeerseiteBlank page
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