DE2602728A1 - Supraleiter - Google Patents
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Description
168/75 We.
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie·, Baden (Schweiz)
Supraleiter
Die Erfindung betrifft einen stabilisierten Supraleiter, welcher zur Herstellung von Magnetspulen
bestimmt ist, und welcher eine Vielzahl von aus supraleitendem Material gebildete, in eine aus bei
Betriebstemperatur des Supraleiters elektrisch normalleitendem Material bestehende Matrix eingebettete
Filamente aufweist.
Zum Beispiel zur Erzeugung der bei der Kernfusion
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-r- *Λ 260272ο
benötigten Magnetfelder werden Supraleiter for hohe
magnetische Feldstärken bis 12 Tesla und für elektrische Ströme bis zu 50*000 A und mehr benötigt.
Die zum Beispiel für solch hohe Felder und elektrische Ströme geeigneten, aus einer intermetallischen
A15-Verbindung bestehenden supraleitenden Materialien wie Nb3Sn, V^Ga oder V Si weisen jedoch den grossen
Nachteil auf, dass sie nach der Durchführung der Reaktionsglühung sehr spröde sind und nur wenig
gebogen und gedehnt werden dürfen, wenn ihre supraleitenden Eigenschaften nicht beeinträchtigt werden
sollen.
Bei der Herstellung von aus Supraleitern bestehenden Magnetspulen existiert der grosse Nachteil, dass eine
vor oder beim Wickeln der Kagnetspule erfolgende Beschädigung der aus supraleitendem Material bestehenden
Filamente erst an dem vollständig fertiggestellten Magneten und nach Abkühlen desselben auf dessen
Betriebstemperatur festgestellt werden kann. Insbesondere bei der Verwendung von aus einer der sehr
spröden intermetallischen A15-Verbindungen bestehenden Supraleiterfilamenten ist die Gefahr einer Beschädigung
der letzteren bei der Weiterverarbeitung des Supraleiters zu einer Magnetspule, das heisst bei dessen
Biegungen, ausserordentlich hoch.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines stabilisierten Supraleiters bei dem nach dessen
Biegen und unter normaler Umgebungstemperatur sofort elektrisch oder optisch von aussen festgestellt
werden kann, ob er über das zulässige Mass gebogen wurde.
Diese Aufgabe wird bei einem Supraleiter der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass
er derart ausgebildet ist, dass bei einer zu starken Biegung desselben, bei welcher zu viele der aus
supraleitendem Material bestehenden Filamente beschädigt werden, diese Tatsache irreversibel bei
normaler Umgebungstemperatur elektrisch oder optisch von aussen feststellbar ist.
Um an einem gebogenen Supraleiter von aussen optisch sofort feststellen zu können, ob er über das zulässige
Mass gebogen wurde und somit mindestens ein Teil der aus supraleitendem Material bestehenden Filamente
beschädigt ist, ist es vorteilhaft, wenn der Supraleiter derart ausgebildet ist, dass bei einer zu
starken Biegung desselben, bei welcher zu viele der aus supraleitendem Material bestehenden Filamente
beschädigt wären, auf der Aussenseite des Supraleiters
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gut sichtbare, in radialer Richtung erfolgende Deformationen, wie zum Beispiel Ein- und Ausbeulungen
und/oder Ein- und Ausknickungen, entstehen. Dazu kann es zweckmässig sein, wenn auf der Aussenseite
des Supraleiters mindestens ein U-förmiges Stahlverstärkungsprofil über den Basisteil und
den einen Schenkel befestigt ist, und dass der zweite Schenkel des Verstärkungsprofils frei und
derart bemessen ist, dass bei einer zu starken Biegung des Supraleiters dieser freie Schenkel
ausknickt. Es ist jedoch auch denkbar, dass mindestens ein Kühlrohr an die Aussenseite des
Supraleiters angrenzt und derart bemessen und ausgebildet ist, dass bei einer zu starken Biegung
des Supraleiters dieses Kühlrohr ein- oder ausbeult.
Um eine zu starke Biegung des Supraleiters wenn möglich überhaupt vermeiden zu können, ist es vorteilhaft,
wenn er mit in seiner Längsrichtung verlaufenden Verstärkungselementen gegen Biegung verstärkt ist,
derart, dass er in der zu erwartenden Biegerichtung eine solche Biegefestigkeit aufweist, dass er bei
den bei seiner Herstellung und Weiterverarbeitung normalerweise höchsten zu erwartenden Biegemomenten
nur so stark gebogen werden kann, dass keine
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Beschädigung der aus supraleitendem Material bestehenden Filamente auftritt, die zu einer Reduktion der
elektrischen Supraleitereigenschaften im Betrieb des Leiters führt. Dabei ist es zweckmässig, wenn
der Supraleiter gegen Biegung derart verstärkt ist und die aus supraleitendem Material bestehenden
Filamente derart angeordnet sind, dass bei der Herstellung und Weiterverarbeitung des Supraleiters
die Biegung derart begrenzt wird, dass die Dehnung der äussersten, am stärksten beanspruchten supraleitenden
Filamente 2% nicht übersteigt. Die kritische Stromstärke der Supraleiterfilamente nimmt
bekanntlich bereits bei einer Dehnung von mehr als 0,2% merklich ab, so dass es zweckmässig ist, die
Verstärkungsmaterialien so auszuwählen und ihren Querschnitt so zu bemessen, dass die supraleitenden
Filamente bei den bei der Herstellung, Weiterverarbeitung und den im Betrieb des Supraleiters zu
erwartenden Beanspruchungen in ihrer Längsrichtung um nicht mehr als 0,2% gedehnt werden.
Die Tatsache, dass bei einer Biegung des Leiters die äussersten Filamente bis zu 2% gedehnt werden dürfen,
rührt von der Tatsache her, dass dabei der überwiegende Teil der weiter innen liegenden Filamente eine
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geringere Dehnung erfährt oder sogar einer Druckkraft
ausgesetzt wird.
In vielen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn der Supraleiter mit einer ¥ielzahl von ein Kabel bildenden
Supraleiterdrähten, bei denen eine grosse Anzahl von Filamenten aus supraleitendem Material in eine aus
elektrisch normalleitendem Material bestehende
Matrix eingebettet ist, versehen ist. Zur Erzielung einer geringen Flexibilität des Kabels beim Biegen
des Supraleiters ist es zweckraässig, wenn die das Kabel bildenden Drähte untereinander und mit den
übrigen angrenzenden Teilen des Supraleiters, zum Beispiel durch Weichverlöten, plastisch verbunden
sind.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn die aus supraleitendem Material bestehenden Filamente von einer abstützenden
Tragstruktur umgeben, und die festigkeitsmässig relevanten Verbindungen zwischen den verschiedenen
Teilen der Tragstruktur durch eine Hartverlotung oder
Verschweissung gebildet rind.
Um bei einer Biegung des Supraleiters eine möglichst geringe mechanische Beanspruchung der aus supraleitendem
Material bestehenden Filamente zu erhalten, ist es
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zweckmässig, wenn die letzteren so nah wie möglich
zu der bei Biegung des Supraleiters neutralen Schicht angeordnet sind.
Zur Abkühlung des Supraleiters auf dessen Betriebstemperatur ist es vorteilhaft, wenn er mindestens
ein längs seiner Längsachse verlaufendes, vorzugsweise nahtloses, Kühlrohr oder mindestens einen Kühlkanal
aufweist.
Zur elektrischen Stabilisierung des Supraleiters ist es zweckmässig, wenn er mindestens einen längs seiner
Längsachse verlaufenden, aus bei Betriebstemperatur des Supraleiters elektrisch normalleitendem Material,
wie Kupfer oder Aluminium, bestehenden Stabilisierungsteil aufweist, wobei es zur Minimalisierung der bei
Einsatz des Supraleiters in sehr schnell sich ändernden Magnetfeldern entstehenden WirbelStromverlusten
vorteilhaft ist, wenn das Stabilisierungsmaterial in mehrere Drähte aufgeteilt ist und diese von einer
zum Beispiel aus einer CuNi-Legierung bestehenden hochohmigen Schicht getrennt sind. Dabei kann es
auch zweckmässig sein, wenn auch die Supraleiterdrähte von einer zum Beispiel aus einer CuNi-Legierung
bestehenden hochohmigen Schicht umgeben sind.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert· Es zeigen:
Fig.l bis Fig.4 Schnitte durch vier beispielsweise
Ausführungsformen von erfindungsgemässen Supraleitern.
Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist der Supraleiter mit einer Vielzahl von ein Kabel 1
bildenden Supraleiterdrähten 2 versehen, wobei bei den letzteren eine grosse Anzahl von aus einer spröden
intermetallischen A15-Verbindung, zum Beispiel Nb Sn, V3Ga oder V Si, bestehende Filamente in eine aus bei
Betriebstemperatur des Supraleiters elektrisch normalleitendem Material bestehende Matrix aus einer Legierung
wie Cu-Sn für Nb-Sn-Filamente oder Cu-Ga für V3Ga-Filamente
usw. eingebettet sind. Diese Matrix kann
auch zur Stabilisierung elektrisch hochleitfähiges Material wie zum Beispiel Kupfer oder Aluminium aufweisen.
Zusätzlich zu den Supraleiterdrähten 2 enthält das Kabel 1 noch aus Stabilisierungsmaterial bestehende
Drähte 3 und aus Stahl bestehende Verstärkungsdrähte 4·
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Zur elektrischen Stabilisation des Supraleiters
sind längs dein Kabel 1 verlaufende, aus elektrisch
gut leitendem Material, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, bestehende Stabilisierungs- und
Abstützteile 5 und 6 angeordnet.
Zur zusätzlichen Erhöhung der mechanischen Festigkeit ist die durch das Kabel 1 und die Stabilisierungs- und
Abstützteile 5 und 6 gebildete Einheit von einem Stahlmantel 7 vollständig umschlossen. Auf der
Aussenseite des Stahlmantels 7 sind noch zwei weitere aus Kupfer oder Aluminium bestehende Stabilisierungsund
Abstützteile 8 und 9 angeordnet.
Sämtliche Drähte 2,3 und 4 des Kabels 1 sind untereinander mittels einem Cu-Ag-Hartlot verbunden und
bilden einen kompakten, gegen Verformung festen Bauteil. Die Lötzeit und der im Bereich von etwa 700 C liegende
Schmelzpunkt des verwendeten Hartlotes liegen dabei in einem solchen Bereich, dass die supraleitenden
Eigenschaften der aus supraleitendem Material bestehenden Filamente nicht beeinträchtigt wird.
Ferner sind das Kabel 1, die Stabilisierungs- und Abstützteile
5,6,8 und 9 und die Verstärkungseinlage 7
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untereinander über Hartlot fest miteinander verbunden
und bilden derart ein mechanisch hochfesten Bauteil, der zur Herstellung von den für die Durchfuhrung der
Kernfusion benotigten Magnetspulen geeignet ist.
Dieser Supraleiter ist mit zwei in seiner Längsrichtung verlaufenden c-förmigen Verstärkungseleinenten 7
derart gegen Biegung verstärkt, dass er in der zu erwartenden Biegerichtung eine solche Biegefestigkeit
aufweist, dass er bei den bei seiner Herstellung und Weiterverarbeitung höchsten zu erwartenden Biegemomenten,
die einerseits durch die verwendeten Maschinen und anderseits durch die mit dem Supraleiter
umgebenden Personen begrenzt sind, nur so stark gebogen werden kann, dass keine Beschädigung der aus
supraleitendem Material bestehenden Filamente auftritt, die zu einer Reduktion der elektrischen
Supraleitereigenschaften im Betrieb des Leiters führt.
In der Praxis hat es sich geneigt, dass es genügt, wenn der Supraleiter derart verstärkt ist, dass bei
seiner Herstellung und Weiterverarbeitung die Biegung derart begrenzt wird, dass die Dehnung der im Kabel 1
am weitesten von der neutralen Schicht sich befindenden und somit an stärksten beanspruchten supraleitenden
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Filamente 2% nicht übersteigt, da dann praktisch keine Reduktion der elektrischen Supraleitereigenschaften
im Betrieb des Leiters festgestellt werden kann.
Um eine aus unvorhergesehenen Gründen zu starke Biegung des fertigen Supraleiters, die zu einer Reduktion
der elektrischen Supraleitereigenschaften an der entsprechenden Stelle führen würde, von aussen optisch
anzuzeigen, ist auf der Aussenseite des Supraleiters ein Material, zum Beispiel ein Lack, aufgebracht, das
bei einer zu starken Biegung des Supraleiters einen Farbumschlag erleidet, und die Beschädigung sofort
anzeigt.
Man kann auch eine sehr dünne in bestimmten Grenzen verformbare Keramikschicht auf der Aussenseite des
Supraleiters aufbringen, die bei zu starker Biegung des letzteren sich an der betreffenden Stelle
ablösen.
Es ist auch möglich, einen sogenannten Reisslack auf der Aussenseite des Supraleiters aufzubringen, bei
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welchem die Dichte der bei der Biegung des Supraleiters entstehenden feinen Risse in der Lackschicht
ein quantitativ messbares Mass für die erfolgte Leiterbeanspruchung ist.
Es ist auch möglich, auf der Aussenseite des Supraleiters eine aus elektrisch leitendem oder halbleitendem Material bestehende Schicht aufzubringen,
deren elektrische Leitfähigkeit unter Zugbeanspruchung
zum Beispiel durch Rissbildung verändert wird, so dass mittels zwei Kontaktrollen, vorzugsweise
mindestens nach der letzten am Supraleiter durchgeführten Biegeoperation, der Verformungsgrad
kontinuierlich elektrisch gemessen werden kann.
Um eine beim Wickeln der Magnetspule oder deren Betrieb erfolgte zu starke Verformung des Supraleiters elektrisch
und bei normaler Raumtemperatur feststellen zu können,
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ist es auch möglich, anstatt der obgenannten Schicht zum Beispiel drei (aus Sicherheitsgründen) über die
gesamte Länge des Supraleiters sich erstreckende, in einer aus elektrisch nichtleitendem Material bestehenden
Folie 16 eingebettete elektrisch leitende Drähte 17,18 und 19 auf der Oberfläche des Supraleiters
zu befestigen. Die Drähte 17,18 und 19 bestehen aus einem solchen Material und sind derart straff
auf der Oberfläche des Supraleiters befestigt, dass bei einer unzulässig starken Biegung des Supraleiters
die Drähte 17,18 und 19 reissen, was elektrisch sofort festgestellt werden kann. Um sicher zu sein,
dass ein solcher Messdraht nicht zufällig gerissen ist, sind bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform deren drei angeordnet.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform wird ebenfalls ein aus einer Vielzahl von Supraleiterdrähten
2 bestehendes Kabel 1 verwendet.
Zur elektrischen Stabilisation des Supraleiters sind zwei symmetrisch ausgebildete, längs dem Kabel 1
verlaufende, aus elektrisch gut leitendem Material, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, bestehende
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Stabilisierungs- und Abstützteile 5 und 6 angeordnet, welche derart geformt sind, dass zwei symmetrisch
zum Kabel 1 verlaufende, für ein Kühlmedium bestimmte Kühlrohre 10 und 11 in sie eingesetzt werden können.
Auf der nach aussen gerichteten Oberfläche der beiden Stabilisierungs- und Abstützteile 5 und 6 sind zur
Verstärkung des Supraleiters gegen auf ihn einwirkende Biegekräfte zwei in seiner Längsrichtung verlaufende,
gegeneinander zu gerichtete U-förmige Stahlverstärkungsprofile 12 und 13 über den Basisteil 12a bzw. 13a
und über den einen Schenkel 12b bzw. 13b befestigt, so dass der zweite Schenkel 12c bzw. 13c jedes der
Verstärkungsprofile 12 bzw. 13 frei absteht.
Bei dieser Ausführungsform des Supraleiters sind die das Kabel 1 bildenden Supraleiterdrähte 2 untereinander
und mit den angrenzenden Teilen 5 und 6 der Tragstruktur weichverlötet, so dass bei einer Biegung des
Supraleiters die Supraleiterdrähte 2 gegeneinander und gegenüber den Teilen 5 und 6 geringfügig verschoben
werden können, so dass die Gefahr einer Beschädigung der spröden Supraleiterfilamente stark verringert wird.
Die Stabilisierungs- und Abstützteile 5 und 6 sowie die Verstärkungsprofile 12 und 13 sind untereinander zur
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Erzielung einer genügenden Biegefestigkeit hartverlötet oder verschweisst.
Dieser Supraleiter ist in seiner Gesamtkonzeption derart bemessen und ausgebildet, dass er in der zu erwartenden Biegerichtung eine solche Biegefestigkeit
aufweist, dass er bei den bei der Herstellung und Weiterverarbeitung höchsten normalerweise zu erwartenden
Biegemomenten nur so stark gebogen werden kann, dass keine Beschädigung der aus supraleitendem Material
bestehenden Filamente auftritt, die zu einer Reduktion der elektrischen Supraleitereigenschaften im Betrieb
des Leiters führt.
Die frei abstehenden Schenkel 12c und 13c der Verstärkungsprofile 12 und 13 sind derart angeordnet
und bemessen, dass wenn der Supraleiter aus unvorhergesehenen Gründen unerwartet trotzdem einem so
hohen Biegemoment ausgesetzt wird, dass eine zu starke Krümmung des Supraleiters erfolgt und dadurch
infolge Beschädigung der aus sprödem supraleitendem Material bestehenden Filamente eine Reduktion der
Supraleitereigenschaften im Betrieb des Leiters verursacht wird, diese frei abstehenden Schenkel 12a und
13c ausknicken und die Beschädigung der Supraleiterfilamente an dieser Stelle von aussen sichtbar optisch
anzeigen.
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Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das aus untereinander transponierten Supraleiterdrähten
2 bestehende Kabel 1 in der Mitte des Supraleiters angeordnet und mittels einem längs der
Supraleiterlängsachse verlaufenden, aus Stahl bestehenden Verstärkungsdraht 4 verstärkt.
Zur einwandfreien elektrischen Stabilisierung des Supraleiters sind drei längs dem Kabel 1 verlaufende,
aus bei Betriebstemperatur des Supraleiters elektrisch normalleitendem Material, wie Kupfer oder Aluminium,
bestehende Stabilisierungsdrähte 5 und zur Kühlung des Supraleiters drei an das Kabel 1 und an die Aussenseite
des Supraleiters angrenzende, nahtlos gezogene, aus Stahl bestehende Kühlrohre 14 vorgesehen.
Die aus Stahl bestehenden Kühlrohre 14 dienen zur Verstärkung des Supraleiters, und zur weiteren Verstärkung
des letzteren ist dieser noch mit einem Stahlmantel 15 umgeben.
Die Supraleiterdrähte 2 des Kabels 1 sind unter sich
und mit den übrigen angrenzenden Teilen 4,5 und 14 plastisch, zum Beispiel über Weichlot, verbunden,
und sämtliche Teile 5,14 und 15 der Tragstruktur sind zur Erzielung der gewünschten Biegefestigkeit
entsprechend dimensioniert und untereinander hartverlötet oder verschweisst.
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Die an die Aussenseite des Supraleiters angrenzenden Kühlrohre 14 sind derart bemessen und ausgebildet,
dass bei einer unvorhergesehenen zu starken Biegung des Supraleiters, zum Beispiel infolge einer fehlerhaften
Einstellung der Wickelmaschine, die Kühlrohre 14 an der zu stark gekrümmten Stelle ein- oder ausbeulen,
und dadurch eine Beschädigung der aus supraleitendem Material bestehenden Filamente, die zu
einer Reduktion der elektrischen Supraleitereigenschaften im Betrieb des Leiters führen würde, optisch
anzeigen, so dass die herzustellende Spule nicht weiter gewickelt wird.
Die in Figur 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform
zur Hauptsache durch eine andere Anordnung der verschiedenen Teile des Supraleiters.
Auch hier sind die Kühlrohre derart bemessen und ausgebildet, dass eine unvorhergesehene zu starke Biegung
des Supraleiters zum Beispiel beim Wickeln einer Magnetspule, durch ein- oder ausbeulen der Kühlrohre
14 an der entsprechenden Stelle optisch von aussen sichtbar würde.
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Um bei Einsatz des Supraleiters in sich sehr schnell ändernden Magnetfeldern ein Minimum an
WirbelStromverlusten zu erhalten, sind die aus bei Betriebstemperatur des Supraleiters elektrisch
normalleitendem Stabilisierungsmaterial wie zum Beispiel Kupfer oder Aluminium, bestehenden Abstütz-
und Stabilisierungsteile 5 und 6 in mehrere, parallel zueinander verlaufende Drähte 5a, 5b,5c und 5d sowie
6a,6b,6c und 6d unterteilt, und diese Drähte 5a bis 5d und 6a bis 6d einzeln mit einer zum Beispiel aus
einer CuNi-Legierung bestehenden hochohmigen Schicht getrennt und miteinander hartverlötet.
Zusätzlich können auch die einzelnen Supraleiterdrähte 2 des Kabels 1 von einer hochohmigen Schicht
umgeben sein.
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Claims (27)
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Patentansprüche
• Stabilisierter Supraleiter, welcher zur Herstellung
von Magnetspulen bestimmt ist, und welcher eine Vielzahl von aus supraleitendem Material gebildete,
in eine aus bei Betriebstemperatur des Supraleiters elektrisch normalleitendem Material bestehende Matrix
eingebettete Filamente aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass er derart ausgebildet ist, dass bei
einer zu starken Biegung desselben, bei welcher zu viele der aus supraleitendem Material bestehenden
Filamente beschädigt werden, diese Tatsache irreversibel bei normaler Umgebungstemperatur elektrisch
oder optisch von aussen feststellbar ist.
2. Supraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass er derart ausgebildet ist, dass bei einer zu starken. Biegung desselben, bei welcher zu viele der
aus supraleitendem Material bestehenden Filamente beschädigt wären, auf der Aussenseite des Supraleiters
gut sichtbare, in radialer Richtung erfolgende Deformationen, wie zum Beispiel Ein- und Ausbeulungen
und/oder Ein- und Ausknickungen, entstehen.
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3. Supraleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf seiner Aussenseite mindestens
ein U-förmiges StahlVerstärkungsprofil (12,13)
über den Basisteil Cl2a,13a) und den einen Schenkel (12b,13b) befestigt ist, und dass der zweite
Schenkel(12c, 13c) des Verstärkungsprofils frei und derart bemessen ist, dass bei einer zu starken
Biegung des Supraleiters dieser freie Schenkel (12c,13c) ausknickt.
4. Supraleiter nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kühlrohr (14) an die Aussenseite
des Supraleiters angrenzt und derart bemessen und ausgebildet ist, dass bei einer zu starken Biegung
des Supraleiters dieses Kühlrohr ein- oder ausbeult.
5· Supraleiter nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
auf seiner Aussenseite ein Material aufgebracht ist, das bei einer zu starken Biegung des Supraleiters
an der betreffenden Stelle einen Farbumschlag, eine Veränderung des Reflexionsvermögens oder der
elektrischen Leitfähigkeit erleidet, sich ablöst oder reisst.
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6. Supraleiter nach einem oJer mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an seinen beim Wickeln der Spule am meisten gefährdeten
Abschnitten mindestens ein Dehnungsmessstreifen angeordnet ist, welcher bei einer zu starken Biegung
des Supraleiters über seinen normalen reversiblen Arbeitsbereich hinaus beansprucht wird.
7. Supraleiter nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, bei welchen die Supraleiter— filamente über eine Tragstruktur abgestützt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur derart ausgebildet ist, dass bei einer zu starken Biegung
des Supraleiters, bei welcher zu viele der aus supraleitendem Material bestehenden Filamente beschädigt
werden, die Elastizitätsgrenze mindestens eines Teiles der Tragstruktur überschritten wird, so dass an der
betreffenden Stelle ein bleibender, von aussen sichtbarer Knick gebildet wird.
8· Supraleiter nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er
mit in seiner Längsrichtung verlaufenden Verstärkung
ε elementen (4,7,12,13,14,15) gegen Biegung verstärkt ist, derart, dass er in der zu erwartenden
Biegerichtung eine solche Biegefestigkeit aufweist,
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dass er bei den bei seiner Herstellung und Weiterverarbeitung normalerweise höchsten zu erwartenden Biegemomenten
nur so stark gebogen werden kann, dass keine Beschädigung der aus supraleitendem Material bestehenden
Filamente auftritt, die zu einer Reduktion der elektrischen Supraleitereigenschaften im Betrieb
des Leiters führt·
9. Supraleiter nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das supraleitende Material aus einer intermetallischen A15-Verbindung, zum Beispiel aus Nb.Sn,V Ga oder
V3Si, besteht.
10. Supraleiter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass er gegen Biegung derart verstärkt
ist und die aus supraleitendem Material bestehenden Filamente derart angeordnet sind, dass bei der
Herstellung und Weiterverarbeitung des Supraleiters die Biegung derart begrenzt wird, dass die Dehnung
der äussersten, am stärksten beanspruchten supraleitenden Filamente 2% nicht übersteigt.
11. Supraleiter nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er
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mit einer Vielzahl von ein Kabel (1) bildenden Supraleiterdrähten (2), bei denen eine grosse Anzahl
von Filamenten aus supraleitendem Material in eine aus elektrisch normalleitendem Material bestehende
Matrix eingebettet ist, versehen ist.
12. Supraleiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die das Kabel (1) bildenden Drähte (2,3,4)
untereinander und mit den übrigen angrenzenden Teilen (5,6,7,14) des Supraleiters, zum Beispiel
durch Weichverlöten, plastisch verbunden sind.
13. Supraleiter nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
aus supraleitendem Material bestehenden Filamente von einer abstützenden Tragstruktur (5,6,7,8,9,12,13,
14,15) umgeben, und die festigkeitsmassig relevanten
Verbindungen zwischen den verschiedenen Teilen der Tragstruktur durch eine Hartverlötung oder
Verschweissung gebildet sind.
14. Supraleiter nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
aus supraleitendem Material bestehenden Filamente mindestens annähernd konzentriert um die bei Biegung
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des Supraleiters neutrale Schicht herum· angeordnet sind.
15. Supraleiter nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er
mindestens ein längs seiner Längsachse verlaufendes,
vorzugsweise nahtloses,- Kühlröhr (14) oder mindestens einen Kühlkanal (10,11) aufweist.
16. Supraleiter nach einen oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einen längs seiner Längsachse verlaufenden, aus bei
Betriebstemperatur des Supraleiters elektrisch normalleitendem Material, wie Kupfer oder Aluminium,
bestehenden Stabilisierungsteil (5,6,8,9) aufweist.
17. Supraleiter nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens einem vorzugsweise parallel zu seiner Längsachse
verlaufenden, eine höhere Festigkeit als das Stabilisierüngsmaterial aufweisenden Verstärkungs- 4
teil (7,12,13,14,15) versehen ist.
18. Supraleiter nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix der Supraleiterdrähte (2) aus Verstärkungs- und/oder ? -
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Stabilisierungsmaterial besteht.
19. Supraleiter nach Anspruch 1 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass Verstärkungsmaterial in die Stabilisierungsmatrix
eingebettet und metallurgisch mit ihr verbunden ist.
20. Supraleiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Supraleiterdrähte (2) gebildete
Kabel (1) mindestens einen parallel zur Supraleiterlängsachse verlaufenden Verstärkungs— und/oder
mindestens einen Stabilisierungsdraht (4 bzw. 3) enthält.
21. Supraleiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die das Kabel bildenden Drähte (2,3,4) untereinander
verkabelt, verseilt, verflochten oder transponiert sind.
22. Supraleiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Drähte (2,3,4) des Kabels (1)
über ein wärmeleitendes Verbindungsmaterial, vorzugsweise Hartlot, miteinander verbunden sind,
dessen Schmelzpunkt unterhalb demjenigen der Matrix liegt, und dessen Festigkeit bei Betriebstemperatur
des Supraleiters mindestens annähernd derjenigen der Matrix entspricht oder höher liegt.
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23. Supraleiter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (1) mit den angrenzenden
Teilen (5,6,7) des Supraleiters hartverlötet ist.
24. Supraleiter nach einem oder mehreren vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus supraleitendem Material bestehenden Filamente
über den Querschnitt des Supraleiters betrachtet derart angeordnet sind, dass sie sich am fertig
gebogenen Supraleiter in dessen auf Druck beanspruchten Bereich befinden.
25. Supraleiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er von einem zugeschweissten Stahlmantel
(15) umhüllt und verstärkt ist.
26. Supraleiter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisierungsmaterial (5,6)
in mehrere Drähte (5a,5b,5c,5d,6a,6b,6c,6d) aufgeteilt
ist und diese von einer zum Beispiel aus einer CuNi-Legierung bestehenden hochohmigen Schicht
getrennt sind.
27. Supraleiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Supraleiterdrähte
<2) von einer
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zum Beispiel aus einer CuNi-Legierung bestehenden hochohmigen Schicht umgeben sind·
28, Supraleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass auf seiner Oberfläche mindestens ein über seine gesamte Länge sich erstreckender, zum Beispiel
in eine elektrisch nichtleitende Matrix (16) eingebetteter, elektrisch leitender Draht (17,18,19)
derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er bei einer unzulässig starken Biegung des Supraleiters
reisst·
29· Supraleiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsmaterialien so ausgewählt
und ihr Querschnitt so bemessen ist, dass die aus supraleitendem Material bestehenden Filamente
bei den bei der Herstellung, Weiterverarbeitung und dem im Betrieb des Supraleiters zu erwartenden
Beanspruchungen in ihrer Längsrichtung um nicht mehr als 0,2% gedehnt werden.
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
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