DE2643217C2

DE2643217C2 - Supraleiter

Info

Publication number: DE2643217C2
Application number: DE2643217A
Authority: DE
Inventors: Imre Rümlang Horvath; Kurt Dr. Glattbrugg Kwasnitza; Gundolf Dr. Birmenstorf Meyer
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1976-08-31
Filing date: 1976-09-25
Publication date: 1984-08-30
Also published as: DE2643217A1; DE7630001U1; CH593542A5; FR2363901B1; US4254299A; FR2363901A1; GB1591890A

Description

Die Erfindung betrifft eine Supraleiteranordnung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bis 3.

Es ist bekannt. Supraleiter aus Teilleitern zusammenzusetzen und mit Kühlanordnungen und Stabilisierungsleitern zu versehen.

Im Bulletin ASE (1967) 20, 30. septembre, wird eine Lösung zur Verbesserung der Kühlung von Supraleitern vorgeschlagen. Dabei werden einzelne Supraleiter in Nuten von Hohlleitern aus Kupfer eingebaut. Die Nuten werden mil Zinn-Silber-I.egiening und durch Stauchung der Nutenwände geschlossen. Ist der Supraleiter im Kupfer untergebracht, so wird der Hohlleiter zusätzlich mit einem Kupfersireifcn oder Kupferclrahl umwickelt, nut Zinn-Silber imprägnier! und dann wie gewöhnliche Hohlleiter mit Cilasstreifen isoliert. Der Hohlleiter wird in Abteilungen oder Doppelabteilungen gewickelt und flüssiges Helium durch jeden hydraulischen Kreis gepumpt. Die Herstellung derartiger Supraleiterverbunde ist relativ aufwendig und teuer.
Gemäß der DE-OS 20 29 070 sind Supraleiter-Verbundstreifen, welche aus einer Supraleiterlegierung bestehen, die in ein Grundmaterial aus Kupfer eingebettet sind, innerhalb eines Kupferrohres oder an dessen Wandung angeordnet. Durch das Kupferrohr wird flüssiges

ίο Helium geführt. Der Nachteil dieser Anordnung besieht darin, daß die Stromtragfähigkeit der Supraleiter-Verbundstreifen begrenzt ist.

Die DE-OS 16 15 913 beschreibt einen Supraleiter, bei dem das Supraleitermaterial in einer Umhüllung aus leitendem Werkstoff durch Nebeneinandersetzen zusammengefügt werden und die so gebildete Gesamtheit durch Walzen oder Kaltschweißen des stabilisierenden Materials kompakt zusammenhängend gehalten wird. Mit dieser Lösung wird zwar eine hohe mechanische Festigkeit gegen einwirkende elektromagnetische Kräfte erreicht, jedoch werden keine Maßnahmen ergriffen, um die Wirbelstromverluste in Wechselfeldern bei Übertragung hoher Ströme zu reduzieren.
Gemäß der DE-OS 20 18 266 wird das Problem eine ausreichende Festigkeit des Supraleiters und eine Verringerung von Wirbelstromverlusten bei Übertragung hoher Ströme dadurch gelöst, daß die Supraleiter schraubenförmig um einen hohl ausgebildeten Trägerkörper gewickelt werden. Die Supraleiter sind mittels eines wärmeleitenden, nicht magnetisierbaren Befestigungsmaterials mit der nach außen gerichteten Oberfläche des Tragkörpers verbunden. Der Nachteil dieser Ausführung ist, daß zur Sicherung einer wirksamen und homogenen Kühlung, die Anzahl der einem Trägerkörper zugeordneten Supraleiter, und somit auch die Übertragung hoher Ströme begrenzt ist.

Eine andere konstruktive Lösung ist in »Studies on Design and Texts of Superconductors for Tokamaks«. Insitut für Experimentelle Kernphysik. Kernforschungs-Zentrum Karlsruhe, Kongress in Garmisch-Partenkirchen, Juni 1976, beschrieben und dargestellt. Mehrere Supraleiterelemente sind auf beiden Seiten eines bandförmigen Trägers angeordnet. Der Träger ist mit Stahlkörpcrn im Raum eines flachen rechteckigen Kanals distanziert. Die Höhe der Stahlkörper ist größer als diejenige der Supraleitcrelemente, so daß diese die Kanalwände nicht berühren. Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, daß sie aufwendig zu realisieren ist und starken magnetischen Kräften wenig mechanischen Widerstand zu leisten vermag.

In der DE-OS 19 32 086 ist ein Supraleiter beschrieben und dargestellt. Er ist als ein aus Supraleitermaterial und aus bei der Betriebstemperatur des Supraleitermaterials elektrisch normalleitenden Metall zusammengesetzter Hohlleiter ausgebildet, bei welchem das Supraleitcrmatcrial an den Außenseiten eines aus normalleitenden Metall bestehenden Rohres mit praktisch rechteckigem Querschnitt vorgesehen ist, wobei an wenigstens einer Außenseite des Rohres ein bandförmiger

bo Leiter angeordnet und mit dem Rohr mechanisch verbunden ist. der aus elektrisch normalleitendem Mutall und Drähten aus Supraleitermaterial zusammengesetzt ist. die in das normalleitende Metall eingelagert und um die Längsachse des bandförmigen Leiters verdrillt sind.

iv") Der bandförmige Leiter kann aus mehreren nebcneinantleiliegenden Teilleitern aus elektrisch normalleitendem Metall mit eingelagerten Drähten aus Supraleitcrmatcrkil zusammengesetzt sein. Dieser Leiter und in

Wechselfeldern hohe Verluste aufweisen.

Ausgehend vom vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Supraleiter zu schaffen, der wirtschaftlich herstellbar ist und mit dem eine gute Kühlung und Stabilisierung und eine hohe Stromtragfähigkeit bei minimalen Wirbelstromverlusten in Wechselfeldern erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1 bis 3 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Ansprüchen 4 bis 6 zu entnehmen.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß der Supraleiter eine wirksame Kühlung aufweist, wobei er bezüglich der Stromtragfähigkeit nach oben hin nicht begrenzt ist, weil eine Erhöhung der Slromtragfähigkeit nach dem Baukastenprinzip durch Vergrößern der Anzahl der Teilleiter möglich ist.

Nach einer Ausführungsform sind die Supraleiter und die Stabilisierungsteile als unabhängige Teilleiter ausgebildet und zu einer Baueinheit zusammengefügt, die in Abhängigkeit des zu übertragenden Stromes beliebig erweiterbar ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind mehrere Supraleiter in einer Ausnehmung des Stabilisierungsteiis angeordnet und mit einem Lot vergossen.

Die so gebildeten Stabilisierungsteile sind ebenfalls als Teilleiter zu einer Baueinheit zusammengefügt und in Abhängigkeit des zu übertragenden Stromes beliebig erweiterbar.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor. daß jeweils ein Supraleiter mit einem Stabilisierungsteil einer- Teilleiter bildet, der zu einer Baueinheit zusammengefügt ebenfalls in Abhängigkeit des zu übertragenden Stromes beliebig erweiterbar ist.

Nach einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sind zusätzlich als Teilleiter ausgebildete Stabilisierungsteile ohne Kühlkanal vorgesehen. Damit wird eine gute Stabilisierung des Supraleiters nach Überschreitung der kritischen Temperatur erreicht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die Supraleiter in der Aussparung des Stabilierungsteils verseilt angeordnet. Hierdurch werden die Wirbelstromverluste reduziert.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist im Inneren der Baueinheit ein Kühlrohr angeordnet. Auf diese Weise wird die Baueinheit intensiver gekühlt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen'tandes vereinfacht wiedergegeben. Es zeigt

F i g. 1 eine erste beispielsweise Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 in der linken und der rechten Hälfte zwei Ausführungsbeispiele der Gesamtanordnung des Erfindungsgegenstandes,

Fig. 3 eine zweite beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes und

Fig.4 eine weitere Gesamtanordnung des Erfindungsgegenstandes.

Gemäß Fig. 1 sind die Supraleiter durch die Zahl I gekennzeichnet, ein Lot durch die Zahl 2, ein Stabilisierungsteil durch die Zahl 3, ein Kühlkanal im Stabilisierungsteil 3 durch die Zahl 4 und eine Isolation durch die Zahl 5. In F i g. 2 sind Stabilisierungsteile mit der Be-/ugs/iffer6 benannt. Kühlkunälc in den Siabilisierungsteilen 6 mit der Be/ugs/iffer 4. Supraleiter mil der Be-/ugs/iffer 8. Kühlrohre mit der Bc/ugsziffer 9. Kühlkanäle in den Kühlrohren 9 "lit der Be/ugs/ifler 10. eine Imprägnierung mit der Bezugsziffer 11, ein Lot mit der Bezugsziffer 1Γ, Supraleiter in der rechten Hälfte der Fig. 1 mit der Bezugsziffer 12, Stabilisierungsleile mit der Bezugsziffer 13. Kühlkanäle in den Stabilisierungs-

teilen 13 mit der Bezugsziffer 14 und Stabilisierungsleile ohne Kühlkanäle mit der Bezugsziffer 15. Nach Fig. 3 una 4 sind die Supraleiter mit der Zahl 16 bezeichnet. Stabilisicrungsteile mit der Zahl 17. Kühlkanäle in den Stabilisierungsteilen 17 mit der Zahl 18. eine Isolation

κι (nur in F i g. 3 dargestellt) mit der Zahl i9. ein Kunstharz in Fig.4 mit der Zahl 20 und ein Stahlträger mit der Zahl 21.

Die in F i g. 1 gezeigten Supraleiter 1 sind verseilt in der Aussparung des Stabilisierungsteils 3 angeordnet und mit dem Lot 2 vergossen. Sie bestehen aus Kupfer und enthalten NbTi-Filamenie. Als das Lot 2 wurde eine Pb-Sn-Legierung verwendet. Die verdrillten Supraleiter 1 sind in einer Ausnehmung im Stabilisierungsteil 3 angeordnet, der ebenfalls aus Kupfer besieht und den Kühlkanal 4 aufweist. Das Ganze ist mit der Isolation 5 versehen.

In Fig. 2 in der linken Hälfte ist eine Gesamtanordnung der Baueinheit der in Fig. 1 dargestellten Leiterelemente gezeigt. In der Mitte des in F i g. 2 veranschaulichten Supraleiters sind zwei Kühlrohre 9 angeordnet, die Kühlkanäle 10 bilden. Der Supraleiter ist mit der Imprägnierung 11 versehen, die mit einem Epoxyharz durchgeführt ist. Die rechte Hälfte der F i g. 2 zeigt eine andere beispielsweise Ausführungsform des erfindungs-

JO gemäßen Supraleiters. Es wurden drei verschiedene Bauelemente verwendet: die Supraleiter 12. die mit den Kühlkanälen 14 versehenen Stabilisierungsteile 13 und die Stabilisierungsteile 15. die wechselweise angeordnet sind, wobei Stabilisierungsteile 13 und 15 aus Kupfer bestehen. Das Ganze ist mit dem Lot 11' vergossen.

F i g. 3 zeigt den Supraleiter 16, das Stabilisierungsteil 17 mit dem Kühlkanal 18, welche gemeinsam eine Baueinheil bilden. Eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen Supraleiters ist in Fig. 4 veranschaulicht. Die in Fig. 3 dargestellten Teilleiter 16, (7 sind zu einer Baueinheit zusammengefügt im Stahlträger 21 angeordnet und mit Kunstharz 20 (Epoxyharz) vergossen. Es können auch andere an sich bekannte supraleitende Materialien verwendet werden, wie z. B.

die intermetallischen Verbindungen Nb)Sn und VjGa. Die in der rechten Hälfte der I i g. 2 dargestellten Stabilisierungsteile 15 ohne Kühlkanäle können weggelassen werden.

Der Slabilisierungsteil 13 mit dem Kühlkanal 14 kann

so auch aus einem nicht stabilisierenden Material bestehen, z. B. aus Stahl. Stau den beiden Kühlrohrcn 9 können auch massive Bänder Verwendung finden oder sie können entfallen. Als Stabilisierungsmaterial kann auch ein anderes elektrisch bei tiefen Temperali'ren hochleitendes Metall Verwendung finden, wie z. B. Al.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Supraleiteranordnung, bestehend aus mindestens einem aus in ein Matrixmaterial eingebetteten Filamenten aufgebauten Supraleiter und einem, einen Kühlkanal aufweisenden Stabilisierungsteil, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stabilisierungsteile (13) vorgesehen sind, daß die Supraleiter (12) und die Stabilisierungsteile (13) als unabhängige Teilleiter ausgebildet und in Abhängigkeil von dem zu übertragenden Strom zu einer Baueinheit zusammengefügt sind und daß zwischen den Teilleitern (12, 13) in bezug auf die Leitfähigkeit des Matrixmaterials hochohmige Zwischenschichten (11) aus Loi oder einer Folie angeordnet sind.

2. S'jpraleiteranordnung, bestehend aus mindestens einem aus in ein Matrixmaterial eingebetteten Filamenten aufgebauten Supraleiter, und einem, einen Kühlkanal aufweisenden Stabilisierungsteil, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Supraleiter in einer Ausnehmung des Stabilisierungsteils (3) angeordnet und mit einem Lot (2) vergossen sind, daß mehrere der so gebildeten Stabilisierungsteile (3) in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Strom als Teilleiter zu einer Baueinheit zusammengefügt sind und daß zwischen den einzelnen Teilleitern eine Imprägnierung (11) aus einem Epoxyharz vorgesehen ist.

3. Supraleiteranordnung, bestehend aus mindestens einem aus in ein Matrixmaterial eingebetteten Filamenten aufgebauten Supraleiter und einem, einen Kühlkanal aufweisenden Stabilisierungsteil, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Supraleiter (16) mit einem Stabilisierungsteil (17) einen Teillciter bildet und daß mehrere dieser Teilleitcr zu einer Baueinheit zusammengefügt sind.

4. Supraleiteranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche als Teilleitcr ausgebildete Stabilisierüngstcile ohne Kühlkanal (15) vorgesehen sind.

5. Supraleitcranordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Supraleiter (1) in der Aussparung des Stabilisierungsteils (3,6) verseilt (8) angeordnet sind.

6. Supraleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Baueinheit ein Kühlrohr (9) angeordnet ist.