DE2709300A1 - Verfahren zur impraegnierung einer supraleitenden magnetwicklung sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur impraegnierung einer supraleitenden magnetwicklung sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Verfahren zur Imprägnierung einer supraleitenden Kagnetwicklur^
sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Imprägnioruryr
einer supraleitenden Magnetwicklung, die auf einem Wicklung?- träger mit hohlzylinderförmigem Mittelteil und ringscheiber.-förmlgen
Endflanschen angeordnet ist, bei dem das Imprägniermittel an den Stirnseiten der Magnetwicklung jeweils über
einen ringförmigen» in einer bezüglich der Zylinderachse radialen Ebene angeordneten Sammelkanal in die an ihrem
Außenumfang abgedichtete Magnetwicklung eingespeist bzw. aus dieser wieder abgeleitet wird. Die Erfindung bezieht sich
ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrers.
Zur Erzeugung starker Magnetfelder können vorteilhaft Magnetwicklungen
mit Leitern aus supraleitendem Material verwendet werden. Diese Leiter werden mit Hilfe eines Kühlmittels, im
allgemeinen mit Hilfe von flüssigem Helium, auf eine Temperatur unterhalb der sogenannten kritischen Temperatur des für die
Leiter verwendeten Supraleitermaterials abgekühlt. Der ohmsche Widerstand des Supraleitermaterials verschwindet dann praktisch
vollständig. Infolge des entsprechend verringerten Energiebedarfs bieten deshalb Supraleitungsmagnete gegenüber
konventionellen Magneten mit Wicklungen aus elektrisch normalleitendem Material wie beispielsweise Kupfer den Vorteil, daß
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809836/0299 BAD ORIGINAL
-*- 77P 7 5 08 BRD
man alt Ihnen stärkere Hagnetfelder und soalt auch stärkere
Ua sehr große Magnetfelder bzw. Magnetfeldgradienten zu erhalten»
nüssen die effektiven Stromdichten in den supraleitenden Leitern dieser Magnete im allgemeinen entsprechend hoch gewählt
werden. Es kann dann eine Belastung der Supraleiter bis in die Nähe der für sie kritischen Stromstärke erforderlich
werden. Derartige Leiter müssen gegen mechanische Instabilitäten, die beispielsweise in Leiterbewegungen bestehen, besonders
gesichert sein. Besitzt nämlich ein supraleitender Leiter innerhalb einer Magnetwicklung die Möglichkeit, sich unter
einer äußeren Krafteinwirkung, beispielsweise aufgrund von Lorentz-Kräften zu bewegen, so kann er sich Infolge der damit
verbundenen Reibungswärme oder infolge der in Wärme umgewandelten kinetischen Energie soweit erhitzen, daß seine
kritische Temperatur überschritten wird und er zumindest an
der Stelle der mechanischen Instabilität normalleitend wird.
Um derartige Instabilitäten mechanischer Art und die mit ihnen verbundenen Leitererwärmungen zu verhindern, können die einzelnen
Leiter einer supraleitenden Magnetwicklung in bekannter Weise unter Vakuum mit einem Material imprägniert werden, das anschlleBend
aushärtet und somit die Leiter in ihrer Lage fixiert.
Eine solche Vakuumimprägnierung 1st insbesondere bei Magnetwicklungen
aus dünnen, sehr spröden oder bruchanfälligen Leitern wie beialelsweise Nb.Sn- oder V«Qa-Leitern von sogenannten
"in-eltu"-geglUhten Supraleitungsmagneten zweckmäßig. "In-situ"-geglühte
Supraleitungsmagnete werden zunächst aus Leitern gewickelt, die aus den einzelnen, noch nicht miteinander
reagierten Komponenten der zu bildenden supraleitenden Verbindung bestehen. Die aus diesen Verbundleitern erstellten
Magnetwicklungen werden dann anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei dann erst durch Diffusion der beiden Komponenten
des Verbundleiters die supraleitende Verbindung entsteht. Mit dieser Herstellungstechnik können unzulässige Dehnungen spröder
Supraleiter beim Wickeln der Magnetwicklungen vermieden werden.
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t 27Ü9300
- ? - 77? 7508 BRD
FQr eine Vakuumimprägnierung werden im allgemeinen zwei Verfahren angewendet. Nach dem aus der deutschen Offehlegungsschrlft
22 56 921 bekannten Verfahren sind zusätzliche Formen, die
auch ala Kokillen bezeichnet werden, erforderlich, in denen
die Magnete mit dem Imprägniermittel überflutet werden. Bei diesem Verfahren ist die Ausbildung mehr oder weniger starker
Imprägniermittelschichten an den Stirnseiten und an den Mantelflächen der Magnetwicklung unvermeidbar. Neben einer Verschlechterung
der Kühlung der supraleitenden Magnetwicklung üben vorallem dicke, beim Abkühlen stark kontrahierende Imprägniermittelschichten
auf einzelne Leiter, beispielsweise bei den Zuleitungen zu den erforderlichen Kontakten,Kräfte aus, die
zum Bruch einzelner Filamente oder des gesamten Leiters führen können. Eine nachträgliche Beseitigung dieser überschußschichten
1st zeitaufwendig und darüber hinaus immer mit der Gefahr einer Leiterbeschädigung verbunden. Außerdem ist bei dem bekannten Verfahren eine Änderung der Magnetabmeeeungen verhältnismäßig aufwendig,
da stets neue Kokillen angefertigt werden müssen.
Bei einem weiteren Verfahren zur Vakuumimprägnierung der Leiter eimer supraleitenden Magnetwicklung wird deshalb auf solche
Kokillen verzichtet. Für dieses Verfahren sind besondere Formkörper
mit einem Wicklungsträger erforderlich, auf dem die zu erstellende supraleitende Magnetwicklung aufgewickelt wird.
Bin solcher Formkörper ist beispielsweise aus dem deutschen
Gebrauchsmuster 75 33 199 bekannt. Er enthält einen hohlzylindrischen
Vicklungsträger, der an seinen Stirnseiten jeweils mit einem ringscheibenf5rmigen Endflansch verbunden ist. Die
beiden Endflansch· sind jeweils mit: axialen Bohrungen versehen, über die der eigentliche Wicklungsraum jeweils mit einem außenliegenden,
ringförmigen Sammelkanal verbunden ist. Jeder Sammelkanal 1st durch eine entsprechende Vertiefung in einer
zusätzlich zum Wicklungsträger erforderlichen Abdeckplatte ausgebildet, die an der Stirnfläche des jeweiligen Bndflansches
vakuumdicht anliegt. Nachdem die Leiter der Wicklung auf diesem Wicklungsträger aufgebracht sind und dieses Wickelpaket
dann mit einem für das Imprägniermittel dichten Außenmantel versehen ist, kann über eine entsprechende Zuftthrungs-
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- 77P 7508 BRD leitung ein Imprägniermittel in den einen Sammelkanal eingespeist
und von dort in die zwischen den einzelnen Leitern der Magnetwicklung vorhandenen Zwischenräume über die axialen Bohrungen
des Bndflansch«eingespeist werden. An der gegenüberliegenden
Seite wird dann das Imprägniermittel in entsprechender Weise über axiale Bohrungen und den mit ihnen verbundenen Sammelkanal
sowie eine entsprechende Abführungsleitung durch eine Abdeckplatte wieder abgeführt. Auch bei diesem bekannten Verfahren
ist die Ausbildung einer Imprägniermittelschicht an den Flanschen nicht vermeidbar. Diese Überschuß schichten müssen nachträglich
wieder beseitigt werden. Während sich mit dem Verfahren, bei dem Kokillen verwendet werden, auch kontaktierte Magnetspulen
imprägnieren lassen,ist dies mit dem bekannten Formkörper
zum Herstellen supraleitender Magnete nicht möglich. Die erforderlichen Abdeckplatten auf den Flanschen des Wicklungsträgers lassen nämlich keinen Platz mehr für Kontakte. Eine
Kontaktierung ist also erst nach Beendigung der Imprägnierung und nach Abnahme der Abdeckplatten möglich. Damit scheidet aber
eine Verwendung des bekannten Formkörpers beispielsweise für "in-situ "-geglühte Nb,Sn- oder V^Ga-Magnetwicklungen aus, weil
bei diesen Wicklungen die Kontaktzuleitungen wegen der verhältnismäßig kleinen Biegeradien im allgemeinen bereits vor
einer Diffusionsglühung vorgeformt und verlegt werden müssen und aufgrund der Biegeempfindlichkeit dieser Leitermaterialien
praktisch nicht mehr nachträglich verändert werden können. Darüber hinaus ist bei diesem bekannten Verfahren auch der
Aufwand zur Änderung der Abmessungen der Magnetwicklungen verhältnismäßig hoch, da neue Abdeckplatten erforderlich sind.
Imprägnierung einer supraleitenden Magnetwicklung zu schaffen, bei dem diese Schwierigkeiten der bekannten Herstellungsverfahren
nioht oder nur in unwesentlichem Umfange auftreten. Insbesondere soll dieses Verfahren auch für eine Imprägnierung von Magnetwicklungen
aus dünnen, spröden und bruchanfälligen Leitern wie beispielsweise Nb»Sn- oder V,Ga-Leitern von "in-situ"-geglUhten
Supraleitungsmagneten, die zudem noch fertig kontaktiert sein und unterschiedliche OrOSe haben kennen, geeignet sein, ohne daß
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" V? 7508 BRD aufwendig· Hilfsmittel wie Kokillen oder abgedichtete Abdeckplatten
erforderlich sind. Darüber hinaus sollen dicke Imprägniermittelschichten an den Oberflächen der Magnetwicklung
vermieden werden, so daß nur eine verhältnismäßig geringe Nachbearbeitung der imprägnierten Magnetwicklung erforderlich
1st.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in dem von dem Wicklungsträger begrenzten
Wickelraum an Jeder Stirnseite ein ringförmiger Hohlraum freigehalten wird, der zumindest teilweise als Sammelkanal
dient.
daß der Fertigungsaufwand zur Imprägnierung der Magnetwicklung verhältnismäßig gering 1st. So erfordert beispielsweise bei
einem vorgefertigten Wicklungsträger die Ausbildung der Sammelkanäle, die sich an die vorgesehenen Wicklungedimensionen
anpassen lassen, keine zusätzlichen Arbeitsgänge. Die bei den bekannten Verfahren auftretenden Schwierigkeiten mit dicken
Imprägniermittelschichten entfallen, da das Imprägniermittel
praktisch nur die Hohlräume ausfüllen kann,die in dem Raum
vorhanden sind, der von dem Wicklungeträger und dem Außenumfang der Magnetwicklung begrenzt wird. Da keine Zusätzeinrichtungen
wie beispielsweise Abdeckplatten an den Flanschoberseiten erforderlich sind, lassen sich auch fertig
kontaktierte Magnetwloklungen, insbesondere also auch "in-situ"-geglühte
Nb^Sn-Kegaetwicklungen, imprägnieren. Die Nachbearbeitung
der imprägnierten Magnetwicklung ist im wesentlichen
auf die Entfernung der erforderlichen ZufUhrungs- bzw. Abführungsleitungen
für das Imprägniermittel beschränkt.
Bine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der
Erfindung,die axiale Kanäle enthält, über die das Imprägniermittel
von den Bammelkanälen in die Magnetwicklung eingespeist bzw. aus dieser wieder abgeleitet wird, ist dadurch gekennzeichnet,
daß an jeder Stirnseite zwischen der Magnetwlcklung und dem
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zugeordneten Endflansch des Wicklungsträgers der ringförmige
Hohlraum ausgebildet ist, in dem eine mit axialen Kanälen versehene Scheibe parallel zu dem entsprechenden Endflansch
angeordnet ist, und daß ein zwischen der Scheibe und den Endflansch ausgebildeter Teilraua des Hohlraums der Samnelkanal
ist.
Als Scheiben mit axialen Kanälen können vorteilhaft Lochbleche vorgesehen sein. Geeignete Lochbleche aus verschiedenen
unmagnetischen Materialien wie beispielsweise VA-Stahl sind handelsüblich und können leicht zu den erforderlichen Scheiben
bearbeitet werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteran-Sprüchen
gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, lit deren Figur schematisch ein Querschnitt
durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene gemäß der Erfindung veranschaulicht ist.
Die Vorrichtung besteht aus einem Formkörper, der einen Wicklungsträger 2 mit einem zu einer Achse 3 rotationssymmetrisehen Wickelteil
4 enthält. Das rohrförmige Mittelteil 1st an seinen beiden Stirnseiten jeweils mit einem ringscheibenförmigen Endflansch
5 bzw. 6 verbunden. Das Mittelteil 4 und die Endflansche 5 und können auch als ein einziges Formstück ausgebildet, beispielsweise
aus einem Stück gedreht sein. Auf dem aus den Teilen 4 bis 6 gebildeten Wicklungsträger 2 1st ein Wickelpaket 7 einer Magnetwicklung
8 aufgebracht. Es kann sich dabei beispielsweise um ein Wickelpaket aus "in-situ"-geglUhten Nb*Sn-Leitern handeln.
Das Wickelpaket 7 1st an seinen beiden Stirnseiten duroh eine Schicht 9 abgeschlossen. Diese Schicht, die hauptsächlich
zur Isolation der Wicklung gegenüber anliegenden metallischen Teilen dient, besteht beispielsweise aus einzelnen Textil- oder
Olasgewebestreifen und ist für ein Imprägniermittel transparent.
Die Schicht 9 kann gegebenenfalls auch weggelassen werden. Das Wickelpaket 7 let darüber hinaus an seinem Außenumfang von einem
Spulenmantel, beispielsweise einer Bandage 10, dicht umschlossen. Wie in der Figur angedeutet 1st, kjfen die Bändige 10 nicht nur
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das Yickelpaket 7» sondern auch noch die Endflansche 5 und
umschließen.
Zwischen der aus des Vickelpaket 7, der Schicht 9 und der
Bandage 10 bestehenden Magnetwicklung 8 und den Endflanschen 5 und 6 befindet sich Jeweils ein flacher, ringscheibenförmiger
Hohlraum ,1£ bzw. 22.» Λ·ββ9π QrOBe durch die vorgegebenen
Abmessungen der Magnetwicklung 8 und des Wicklungsträgers 2
festgelegt ist. In Jedem dieser Hohlräume ist eine Scheibe
mit axialen Bohrungen 15» beispielsweise ein Lochblech, in einer radialen Ebene angeordnet. Dieses Lochblech besteht
zweckmäfiig aus einem unmagnetischen Material wie speziellen StShlen oder Kunststoff. Da seine axiale Dicke kleiner als
die axiale Ausdehnung der Hohlräume t2 bzw. IjJ ist und die
Lochbleche jeweils mit einer Seite an den das Vickelpaket 7 begrenzenden Schichten 9 anliegen, entsteht zwischen ihnen
und den Endflanschen 5 und 6 jeweils ein flacher, ringscheibenfOrmiger Sammelkanal. Der dem unteren Endflansch 5 des Wicklungsträgers 2 zugeordnete Sammelkanal ist in der Figur mit 16
und der dem oberen Endflansch 6 zugeordnete Sammelkanal mit 17 bezeichnet.
Die Lochbleche 14 können zweckmäßig auf ihren den Sammelkanäle 16 bzw. 17 zugewandten Seiten mit Stutznippeln 19 versehen
sein, Über die sie an den Endflansehen 5 bzw. 6 anliegen. Es 110t sich so ein Bewegen der Lochbleche 14 in den Sammelkanälen
16 und 17 und insbesondere eine Deformation der im allgemeinen relativ dünnen Bleche durch den Wickeldruck des Wickelpaketes
7 verhindern.
Sobald die zu imprägnierende Magnetwieklung in bekannter Weise,
beispielsweise durch Bandagieren, vakuumfest abgedichtet und auf Dichtheit geprüft ist, kann sie nun im Vakuum mit einem
flüssigen Imprägniermittel, beispielsweise einem aushärtbaren Kunstharz, Imprägniert werden. Hierzu wird, wie in der Figur
durch einen Pfeil 20 angedeutet 1st, durch eine Bohrung 21 in dem unteren Endflansch 5 das Imprägniermittel zunächst in
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- »- 77Ρ 7508 BRD den unteren Saanelkanal 16 eingeleitet. Es strömt dann durch
die axialen Bohrungen 15 des anliegenden Lochbleches 14 und zwischen den Streifen der Schicht 9 in die zwischen den
Leitern des Yickelpaketes 7 vorhandenen Hohlräume. In entsprechender
Weise gelangt dann das Imprägniermittel am oberen Teil des Yickelpaketes über die zwisohen den Streifen der Schicht 9
auegebildeten Spalte und die axialen Bohrungen 15 des oberen Lochbleches 14 in den oberen Sammelkanal 17 und wird von dort
aus, wie durch einen Pfeil 22 angedeutet ist, über eine Auslaufbohrung
23 in dem oberen Endflansch 6 nach außen wieder abgeführt.
Im Gegensatz zu den bekannten Formkörpern zur Herstellung supraleitender
Magnetwicklungen erfolgt somit bei dem Formkörper zur Durchfuhrung des Verfahrens nach der Erfindung die Imprägniermitte
Ieinleitung nicht über besondere Zusatzeinrichtungen wie
Abdeckplatten, die außen an den Flanschen angebracht werden müssen, sondern über direkt in die Spulenflansche integrierte
Zu- und Ableitungssysteme.
Zum Ein- oder Ableiten des Imprägniermittels sind für die erforderlichen ZufUhrungs- bzw. Abfuhrungsleitungen an den
Bohrungen 21 und 23 in den Endflanschen 5 bzw. 6 Tüllen angeschlossen, beispielsweise angeschraubt. In der Figur ist lediglich
eine Auslauftülle 25 der AbfUhrungsleitung für das Imprägniermittel
angedeutet. Nachdem die in der Magnetwicklung vorhandenen Hohlräume mit dem Imprägniermittel ausgefüllt sind und nach
einem Aushärten des Imprägniermittels brauchen dann lediglich diese Zu- und Abfuhrungsleitungen für das Imprägniermittel
wieder entfernt zu werden. Eine weitere Nachbearbeitung der
In der Figur 1st ferner eine auf dem oberen Endflansch 6 angeordnete
Kontaktplatte 26 angedeutet, an der Kontaktelemente zwischen den Leitern der Magnetwicklung 8 und den erforderlichen
Stromzu- oder -abfUhrungsleitern befestigt werden können. In
der Figur ist ein Kontaktelement 27 auf der Kontaktplatte 26 näher veranschaulicht.
6 Patentansprüche
6 Patentansprüche
109836/02«« " 9 "
Claims (6)
1.!Verfahren zur Imprägnierung einer supraleitenden Magnet-
ung, die auf einen Wicklungsträger mit hohlzylinderförmigem
Mittelteil und ringacheibenförmigen Endflanschen angeordnet ist,
bei des das Imprägniermittel an den Stirnseiten der Magnetwicklung
jeweils über einen ringförmigen, bezüglich der Zylinderachse in einer radialen Ebene angeordneten Sammelkanal in
die an ihrem AuBenumfang abgedichtete Magnetwicklung eingespeist
bzw. aus dieser wieder abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem von dem Wicklungsträger (2.) begrenzten Wickelraum
an jeder Stirnseite ein ringförmiger Hohlraum (,12 bzw. 1j5)
freigehalten wird, der zumindest teilweise als Sammelkanal dient.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit axialen Kanälen, über die das Imprägniermittel von den
Sammelkanälen aus in die Magnetwicklung eingespeist bzw. aus dieser wieder abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
an jeder Stirnseite zwischen der Magnetwicklung (8) und dem zugeordneten Endflansch (5 bzw. 6) des Wicklungsträgers (2)
der ringförmige Hohlraum (12 bzw. 1j5) ausgebildet ist, in dem
eine mit axialen Kanälen (15) versehene Scheibe (14) parallel zu dem entsprechenden Endflansch (5 bzw. 6) angeordnet ist,
wobei ein zwischen der Scheibe (14) und dem Endflansch (5 bzw. 6) ausgebildeter Teilraum des Hohlraums (1£ bzw. 1^) der Sammelkanal
(16 bzw. 17) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Scheiben (14) mit axialen Kanälen (15) Lochbleche vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (14) über Stutznippel (19) an dem jeweiligen
Endflansch (5 bzw. 6) anliegen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Wickelpaket (7) der Magnetwicklung (8) an den Stirnseiten von einer für das Imprägniermittel transparenten
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ORIGINAL INSPECTED
Ti? 7508 BRD Schicht (9) abgeschlossen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schichten (9) jeweils eine Scheibe (14) direkt anliegt.
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