DE2434451C2 - Innenkontakt zwischen zwei Spulen in benachbarten Wicklungslagen einer supraleitenden Magnetwicklung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Innenkontakt zwischen zwei scheiben- oder yrhalenförmigen, mittels Bandagebändern auf der Außenseite eines Trägerkörpers gehaltenen Spulen in benachbart zueinander angeordneten Wicklungslagen einer zwei- oder mehrpoligen Magnetwicklung aus bandförmigen Supraleitern, wobei benachbarte Spulen mit entgegengesetztem Wikkelsinn gewickelt und an ihren inneren Endstücken mittels eines bandförmigen Kontaktstückes elektrisch leitend verbunden sind Ein entsprechender Innenkontakt geht im wesentlichen aus der US-PS 32 81 737 hervor.

Magnete mit einer zwei- oder mehrpoligen Wicklu.5g aus bandförmigen Supraleitern können insbesondere als Dipol- oder Quadropolmagnete zur Ablenkung oder Fokussierung von Strahlen geladener Teilchen, beispielsweise in Teilchenbeschleunigern oder MHD-Generatoren, verwendet werden. Der Aufbau eines entsprechenden supraleitenden Quadropolmagneten ist beispielsweise in den Veröffentlichungen »Proc. of the 2^nd Intern. Conf. on Magnet Technology«, Oxford 19t 7, Seiten 574 bis 578 und »IEEE Trans. Nucl. Sei«, Juni 1967, Seiten 389 bis 392 wiedergegeben. Seine Wicklung enthält mehrere langgestreckte, sattelartig geformte Teil wicklungen, die jeweils aus einer einlagigen schalenförmigen Spule bestehen und auf einem hohlzylindrischen Trägerkörper angeordnet sind.

Neben diesen einlagig gewickelten Teilwicklungen mit jeweils einer Spule kann die geforderte Magnetfeldkonfiguration auch durch eine überlagerung der Magnetfelder von mehreren schalenförmigen Spulen in mehreren Wicklungslagen erreicht werden. Die Wicklungslagen sind dann konzentrisch zueinander um ein Innenrohr angeordnet und enthalten jeweils eine oder mehrere, in Umfangsrichtung nebeneinander liegende Spulen. Diese Wicklungslagen werden zweckmäßig untereinander geringfügig beabstandet, um dem zur Kühlung der Supraleiter erforderlichen kryogenen Medium den Zutritt zu den Leitern zu ermöglichen und Verluste schnell abführen zu können. Mit diesem Wicklungsaufbau ist somit auch eine schnelle Abkühlung der Supraleis ter wieder auf die Supraleitungstemperatur gewährleistet, wenn in einem Störungsfalle der Supraleiter in den normalleitenden Zustand übergegangen ist

Die Abstände zwischen den benachbarten Spulen in konzentrischen Wicklungslagen müssen aber klein gehalten werden, um so ein homogenes Feld hoher Intensität in einem verhältnismäßig großen Bereich in dem Innenrohr zu gewährleistea Sind nämlich die einzelnen Wicklungslagen weiter beabstandet, wären zusätzlich Wicklungslagen bzw. Spulen erforderlich, die bekanntlieh aufgrund ihres größeren Abstandes zur Magnetachse einen geringeren Beitrag zum gemeinsamen Magnetfeld leisten. Der Aufwand an supraleitendem Material würde sich dementsprechend vergrößern. Aus technologischen und wirtschaftlichen Gründen dürfen also die Wicklungslagen nur geringfügig beabstandet sein. Bei der Herstellung der Wicklung eines solchen Magneten müssen die einzelnen Spulen in den verschiedenen Wickiungsiagen auch an ihren inneren Leiterendstükken kontaktiert werden. Da die Zwischenräume zwisehen den benachbarten Wicklungslagen im allgemeinen zu gering sind, können die inneren Endstücke der Leiter nicht mit Zuführungsleitungen versehen sein, die aus der Wicklung herausgeführt und ajßen miteinander kontaktiert werden.

Eine Innenkontaktierung ist bei dem der eingangs genannten US-PS 32 81 737 zu entnehmenden Solenoid-Magneten vorgesshen. Der Magnet enthält mehrere scheibenförmige, ebene Spulen aus bandförmigen Supraleitern, die in mehreren Wicklungslagen übereinandergestapelt und untereinander durch dünne Isolationsdichten beabstandet sind. Benachbarte Spulen sind dabei mit entgegengesetztem Wickelsinn gewickelt und an ihren inneren Endstücken mittels eines Kontaktstükkes elektrisch leitend verbunden. Da gemäß dem Aufbau eines Solenoid-Magncten die Spulen und die zwischen ihnen angeordneten Isoialionsschichten eine gemeinsame zentrale öffnung aufweisen, kann die Kontaktierung ohne Schwierigkeiten innerhalb der öffnung vorgenommen werden. Entsprechende öffnungen sind jedoch bei zwei- oder mehrpoligen Magnetwicklungen, die auf der Außenseite eines rohrförmigen Trägerkörpers angeordnet sind, im allgemeinen nicht vorhanden.

Bei dem aus der DE-OS 18 01 652 bekannten zylindrischen Supraleitungsmagneten können entsprechende

so Kontaktierungsprobleme nicht auftreten, da seine mehrlagige Wicklung kontinuierlich zu wickeln ist, wobei die einzelnen Windungen schraubenlinienförmig um einen im wesentlichen rohrförmigen Trägerkörper verlaufen.

Innenkontakte zwischen zwei Spulen in eng benachbarten Wicklungslagen können gegebenenfalls vermieden werden, wenn die zwei Spulen aus einem gemeinsamen Leiter gewickelt werden können. Bei parallelen, ebenen Wicklungslagen, deren Spulen scheibenförmig

eo ausgebildet sind, ist diese Wickeltechnik mit großem Aufwand durchführbar. Eine derartige Doppelspule aus einem gemeinsamen Leiter IaBt sich mit Hilfe einer festen Wickelform herstellen, indem das Wickeln in der Leitermitte begonnen wird und eine Leiterhälfte sich auf einer Vorratsspule befindet, während die andere auf eine Hilfsspule aufgebracht werden muß. Diese Hilfsspule muß während des Wickeins der ersten Spule mit der Wickelform mitlaufen. Beim Wickeln der zweiten

Spule dient die Hilfsspule dann als Vorratsspule. Ein derartiges Halbieren der Leiterlänge erfordert somit Zeit und erhöht den Verschnitt

Doppelte, schalenförmige Spulen für gekrümmte Wicklungslagen, wie sie beispielsweise für Strahlführungsmagnete benötigt werden, lassen sich jedoch mit einer entsprechenden Wickeitechnik nicht aus einem gemeinsamen Leiter herstellen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, den Innenkontakt der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, daß auf verhältnismäßig einfache Weise zwischen jeweils zwei scheiben- oder schalenförmig ausgebildeten Spulen, die jeweils in verschiedenen, eng benachbarten Wicklungslaeen angeordnet sind, eine widerstandsarme Verbindung der Leiter der beiden Spulen geschaffen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kontaktstück die inneren Endstücke der jeweils zu einer starren Wickelform zusammengefaßten Spulen abdeckt und mit Aussparungen für die Bandagebänder versehen ist

Die mit der Erfindung erziehen Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Kontaktierung im Innen-L Teich der scheiben- oder schalenförmigen Spulen die Herstellung der Magnetwicklung wesentlich vereinfacht und daß der Materialverbrauchgesenkt wird. Insbesondere lassen sich mit einer entsprechenden Wickeltechnik auch gekrümmte, sattelförmige Spulen herstellen, die bekanntlich nur mit Hilfe fester Wickelformen aus mehreren Leiterstücken gewickelt werden können.

Wie gemäß einer weiteren Ausbildung des Innenkontaktes nach der Erfindung vorgesehen ist, kann sein Kontaktstück vorteilhaft aus einem normalleitenden Material bestehen, das mindestens teilweise mit einer supraleitenden Schicht versehen ist Insbesondere kann das Kontaktstück zumindest an der Flachseite, an der die beiden Endstücke der Leiter der beiden Spulen anliegen, mit einer Folie aus einem Hochfeldsupraleiter überzogen seia Der Übergangswiderstand am Kontaktstück zwischen den beiden Endstücken läßt sich dann vorteilhaft klein halten. Somit kann auch die Gefahr eines Quenches, d. h. die Gefahr des Normalleitendwerdens, an dieser Stelle und die damit verbundene Störung des von den beiden Spulen erzeugten Magnetfeldes verhindert, zumindest aber verringert werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur schematisch eine Ausführungsform eines innenkontakts gemäß der Erfindung zwischen zwei Spulen in verschiedenen Wicklungslagen eines Magneten näher veranschaulicht ist

In der Figur ist eine Doppelspule angedeutet, wie sie für eine zwei- oder mehrpolige Magnetwicklung eines Magneten vorgesehen werden kann, der beispielsweise zur Ablenkung oder Fokussierung von Strahlen geladener Teilchen dient Ihre scheiben- oder schalenförmigen Spulen sind aus flexiblen supraleitenden Bändern gewikkelt, die um besondere Wickelformen gelegt sind. Da sich nach der Bewicklung die Spulen beim Entfernen der Wickelformen verbiegen würden, bzw. die einzelnen Leiterbänder ihre Lage insbesondere an den Wikkelköpfen der Spulen nicht beibehalten würden, müssen die Leiterbänder dieser Spulen zu starren Wickelpaketen zusammengefaßt werden. So kann beispielsweise eine Tränkung der Leiterbänder unter Vakuum mit einem aushärtbaren Kunstharz vorgesehen werden. Nach dem sich anschließenden Aushärtvorgang läßt sich dann aus jeweils zwei gleichgestalteten starren Spulen eine entsprechende Wicklungslage zusammensetzen. Jede Wicklung besteht aus einer Vielzahl solcher Wicklungslagen, die untereinander und bezüglich eines Trägerrohres durch Zwischenräume getrennt sind. Die einzelnen Wicklungslagen werden dabei mittels Bandagebändern auf der Außenseite des Trägerrohres gehalten.
Die Leiter von jeweils zwei in benachbarten, beispielsweise konzentrischen Wicklungslagen angeordneten Spulen sind in Reihe zu schalten, wobei die Anzahl der Leiterwindungen um die Wickelkerne in radialer Richtung von innen nach außen entsprechend abnimmt, bzw. die Breite dieser Wicklungskeme entsprechend zunimmt Um jeweils zwei dieser Spulen in Reihe schalten zu können, ist ein Innenkontakt gemäß der Erfindung erforderlich. Dieser Kontakt ist aus der Figur näher ersichtlich.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Figur ist eine Doppelspule aus zwei ebenen, scheibenförmigen Spulen20 und 21 angenommen. D».;·« beiden Spulen liegen jeweils in einer Wicklungslage um^J sind untereinander beabstandet Jede Spule enthält eine Vielzahl von Windungen aus bandförmigen Supraleitern 22 bzw. 23, die jeweils um einen Wickelkern 15 so gelegt sind, daß die Flachseiten benachbarter Leiterbänder aneinanderliegen. Von den Wickelkernen ist in der Figur nur der zur Spule 20 bzw. zu deren Leiter 22 gehörende Wickelkern teilweise angedeutet Die beiden scheibenförmigen Spulen 20, 21 sind in zueinander entgegengesetztem Wickelsinn gewickelt und so hintereinander geschaltet, daß, wie in der Figur durch Pfeile angedeutet ist, der Doppelspule beispielsweise ein Strom am äußersten Endstück 24 des Leiters 22 der Spule 20 zugeführt und am äußersten Endstück 25 des Leiters 23 der parallel dazu angeordneten Spulen 21 wieder abgenommen werden kann. Hierzu sind die beiden inneren Endstükke 27 und 28 der Spulen 20 und 21 miteinander elektrisch gutleitend verbunden. Diese Verbindung wird von einem flachen Kontaktstück 30 gebildet, das an der Flachseite des Endstückes 27 der Spule 20 befestigt, beispielsweise angelötet ist Dieses Kontaktstück ist so breit, daß es auch mit der Flachseite des Endstückes 28 der Spule 21 verbunden werden kann.

Das Kontaktstück 30 kann beispielsweise aus Kupfer bestehen, das entweder direkt an das Stabilisierungsmaterial der bandförmigen Endstücke 27,28 der Hochfeldsupraleiter 22,23 der Spulen 2O₁21 angelötet wird. Um den Übergangswiderstand zwischen den beiden Endso stücken über das Kontaktstück zu verringern, kann das Kontaktstück zusätzlich noch mit einer supraleitenden Schicht, beispielsweise aus Niob-Zinn, überzogen sein, oder eine entsprechend dünne Folie zwischen den Endstücke und dem Kontaktstück angebracht seia

Um ein Verrücken der Spulen in den Wicklungslagen eines Magneten zu verhindern, sind um diese mehrere Bandagenbänder gelegt In der Figur sind einzelne dieser Bandagenbänder um die Spule 20 angedeutet und mit 32 bezeichnet. Damit auch an der Verbindungsstelle zwischen den beioen Spulen 20 und 21 solche Bandagenbänder angebracht werden können, ist das Kontaktstück 30 in seinem aus der Ebene der Spule 20 herausstehenden Teil mit entsprechenden Aussparungen 34 versehen, in die diese Bandagenbänder 32 eingelegt wer- den können. Das Endstück 28 des Leiters 23 der Spule 21 ist somit mit kammartigen Fortsätzen 35 des Kontaktstückes 30 verbunden.
Neben der Fixierung der Spulen auf parallel daran-

terliegenden Spulen oder auf einem Trägerrohr dienen vorteilhaft die Bandagenbänder 32 als Abslandsstücke zwischen den benachbarten, übereinanderliegenden Spulen. Zwischen den einzelnen Bandagenbändern werden dabei in Umfangsrichtung parallele Kühlkanäle 37 ausgebildet, die zur Führung eines kryogenen Mediums, beispielsweise Helium, zwischen den Spulen einer entsprechenden Wicklung eines Magneten dienen können. Um auch einen Kühlmittelfluß in Normalenrichtung senkrecht durch die Wicklungslagen zu ermöglichen, sind zweckmäßig in den Wickelkernen 15 entsprechende Bohrungen 39 in radialer Richtung vorgesehen.

Bei der Herstellung der Spule 20 kann beispielsweise das Endstück 27 ihres Leiters 22 schon vor dem Wickelvorgang mit dem kammartigen Kontaktstück 30 versehen sein. Das Kontaktstück und das Endstück können dann nach innen etwa um 90° in eine entsprechende Aussparung des zugehörigen Wickelkerns 15 umgelegt cpin Hamit aW Wirlfplfnrm 7wpi Wnn7f»ntriQrhf» Wirkelschalen zum Einspannen des Wickelkerns 15 sowie zur Ausbildung der Wickelspalte verwendet werden können. Nach dem Fertigungsvorgang der Spule 20 wird das Kontaktstück 30 wieder aufgerichtet, so daß seine kammartigen Fortsätze 35 aus der Ebene der Spule 20 herausragen. Die Spule 21 ist mit einer entsprechenden Aussparung versehen, in der das Endstück 28 ihres Leiters 23 frei liegt und das Kontaktstück 30 beim Aufbringen der Spule 21 auf die bandagierte Spule 20 einpaßt.

ίο Diese Aussparung braucht nicht unbedingt am Rande des Wickelkerns 15 der Spule 21 vorgesehen zu werden, sondern kann auch etwas nach der Mitte ihres Wikkelkerns versetzt sein.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Figur wurde eine ebene Form der Spulen 20 und 21 angenommen. Ebensogut kann jedoch jede Wicklungslage auch zwei gleichgroße, gekrümmte, schalenförmige Spulen enthalten, die jeweils etwa eine Hälfte der Mantelfläche der entsprechenden Wicklungslage überdek-

in ken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Innenkontakt zwischen zwei scheiben- oder schalenförmigen, mitteis Bandagebändern auf der Außenseite eines Trägerkörpers gehaltenen Spulen in benachbart zueinander angeordneten Wicklungslagen einer zwei- oder mehrpoligen Magnetwicklung aus bandförmigen Supraleitern, wobei benachbarte Spulen mit entgegengesetztem Wickelsinn gewickelt und an ihren inneren Endstücken mittels eines bandförmigen Kontaktstückes elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (30) die inneren Endstücke (27,28) der jeweils zu einer starren Wikkelform zusammengefaßten Spulen (20,21) abdeckt und mit Aussparungen (34) für die Bandagebänder (32) versehen ist

2. Innenkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (30) aus einem normalleitenden Material besteht und mindestens teilweise nut einer supraleitenden Schicht versehen ist

3. Innenkontakt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (30) zumindest an der Flachseite, an der die beiden Endstücke (27, 28) anliegen, mit einer Folie aus einem Hochfeldsupraleiter überzogen ist