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Schubelement zur Erzeugung eines Schubes in einem
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Magnetfeld Die Erfindung bezieht sich auf ein Schubelement zur Erzeugung
eines Schubes in einem Magnetfeld mit einem mit dem Magnetfeld wechselwirkenden
stromdurchflossenen Leiter.
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Es ist bekannt, die Wechselwirkung des magnetischen Feldes eines stromdurchflossenen
Leiters mit einem Magnetfeld zur Schub- bzw. allgemein Krafterzeugung auszunutzen.
Sn ist z.B. vorgeschlagen worden, ein in der Magnetosphäre fase~ gendes Flugobjekt
unter Ausnutzung dieser Wechselwirkuza zu steuern bzw. dessen Lage zu regeln.
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Es hat auch nicht an Vorschlägen gefehlt, die durch die Wechselwirkung
eines stromdurchflossenen Leiters mit dem schwachen Magnetfeld der Erde entstehende
Kraft etwa zur Fortbewegung von Flugobjekten zu benutzen. Da das Magnet feld der
Erde nur schwach ist, mit den zur Zeit zur Ver fügung stehenden elektrischen Strömen
in Leitern selbst bei Supraleitung die verlangten Kräfte nicht aufgebracht werden
können und außerdem die benötigten elektrischen Anlagen umfangreich und sehr schwer
sind, konnten alle diese Vorschläge bisher nicht realisiert werden.
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So wurde die erwähnte Wechselwirkung außer bei einigen physikalischen
Meßinstrumenten im wesentlichen nur bei Elektromotoren bzw. Generatoren wirtschaftlich
angewendet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schubelement der eingangs
genannten Art so zu gestalten, daß die Schubkraft auch bei relativ schwachen Magnetfeldern,
wie bei dem Erdmagnetfeld, mit ausreichendem Wirkungsgrad ausnutzbar ist.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß dem stromdurchflossenen
elektrischen Leiter ein die Feldlinien des Magnetfeldes in der Umgebung des Leiters
konzentrierender Magnetverstarkungskörper zugeordnet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Magnetverstärkungskörper
direkt auf dem Leiter angeordnet und vorzugsweise als Beschichtung des Leiters mit
einem Magnetmaterial ausgebildet. Der MagnetverstArkungskörper kann aber auch eine
vom elektrischen Leiter getrennte Baueinheit sein.
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Die Erfindung geht danach von der Tatsache aus, daß ein stromdurchflossener
Leiter, der senkrecht zu den Magnetfeldlinien eines Magnetfeldes bzw. senkrecht
zu einer Magnetfeldkomponente verläuft, eine Kraft erfährt, die senkrecht zu den
Magnetfeldlinien bzw. der Magnetfeldkomponente und der Stromrichtung in dem elektrischen
Leiter ist. Damit diese Kraft effektiv genutzt werden kann, ist es notwendig, daß
sie zumindest das Gewicht des elektrischen Leiters und der mit diesem verbundenen
Einrichtungen übersteigt. Berücksichtigt man lediglich das Gewicht des elektrischen
Leiters
und will man mit einem schwachen Magnetfeld, z.B. dem Erdmagnetfeld eine Kraft erzeugen,
die dem Gewicht des Leiters gleich ist oder dieses übersteigt, so schmelzen metallische
Stromleiter üblicher Ausführung allein durch die Entwicklung der Widerstandsstromwärme
bereits, bevor diese.Kraft erreicht wird. Diese Kraft kann nun um ein Vielfaches
verstärkt werden, wenn gemäß der Erfindung ein Magnetverstärkungskörper verwendet
wird, der in der Umgebung des elektrischen Leiters die Feldlinien des vorhandenen
Magnetfeldes konzentriert. Außerdem kann zur Verringerung der Belastung des elektrischen
Leiters durch die Widerstandsstromwärme der Leiter als Folienleiter ausgebildet
werden; die Oberfläche des Folienleiters ist gegenüber einem üblichen Leiter vergrößert,
so daß mehr Wärme abgestrahlt werden kann und größere Stromstärken in dem Leiter
erzielt werden können. Die Stromfolienleiter können zur besseren Wärmeableitung
mit zusätzlichen Abkiilflächen verbunden werden, wobei diese Abkühlflächen gleichztitig
mit einer sehr dünnen Schicht eines Magnetmaterials beleg werden, um eine begrenzte
magnetische Konzentration des srdfeldes zu erreichen. Anstelle von ebenen Folienleitern
wnnnen auch Rohrleiter verwendet werden, die aus Gründen des Gewichtes mit einem
elektrisch leitenden Material geringen spezifischen Gewichtes, wie Natrium oder
Lithium gefüllt sind. Bei den anliegenden Stromstärken in dem elektrischer Leiter
sind diese Materialien flüssig. Auch derartige Rohrleiter werden mit radial sich
erstreckenden Kühlblechci ersehen; außerdem ist die Außenkontur des elektrischen
Leiters mit einem Magnetmaterial dünn beschichtet, um die Magnetfeldlinien des umgebenden
Magnetfeldes in der Nähe des Leiters zu konzentrieren. Der Magnetverstärkungskörper,
in diesem Falle die Beschichtung des Rohr- oder Folienleiters mit Magnetmaterial,
weist einzelne Segmente auf, die etwa in Richtung der Magnetfeldlinien durch Trennspalte
magnetisch getrennt
sind. Damit werden die Magnetfeldlinien in
dem Magnetverstärkungskörper gerichtet geleitet und Querströme vermieden. Es ist
auch möglich, daß der Folien- bzw.
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Rohrleiter und die magnetisch leitende Dünnschicht aus demselben Material
bestehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der elektrische
Leiter als astatische Spule ausgebildet.
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Als astatische Spule wird eine Spule bezeichnet, die so gewickelt
ist, daß sie in einem Magnetfeld bei Stromdurchfluß kein Drehmoment erhält. Der
Strom in den äußeren Leiterteilen einer solchen Spule hat jeweils gleiche Richtung,
so daß die Kraft auf die Spule senkrecht zu den Magnetfeldlinien durch den Strom
in diesen Außenleitern bestimmt wird.
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Die Leiter der astatischen Spule können wit oben als Folienleiter
oder Rohrleiter ausgebildet werden. Im letzteren Fall kann der Magnetverstärkungskörper
als Beschichtung auf dem Rohrleiter ausgebildet sein; ist der Magnetverstärker eine
von der astatischen Spule getrennte Einheit, so wird er formmäßig an den Verlauf
der zur Erzeugung eines Schubes beitragenden Leiterteile angepaßt und in deren unmittelbarer
Nachbarschaft angeordnet. Der Magnetverstärkungskörper weist vorzugsweise einen
zu den zur Schuberzeugung beitragenden äußeren Leiterteile der astatischen Spule
etwa konzentrischen Magnetverstärkungsring auf, der mit einem Magnetfeldleitkörper
aus Magnetmaterial in Art eines Kegelstumpfmantels an dessen Rand mit dem kleineren
Durchmesser verbunden ist.
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Durch den Kegelstumpfmantel, der zur Magnetfeldleitung auch lediglich
mit Magnetmaterial beschichtet sein muß, dient zur Sammlung und Konzentration der
Magnetfeldlinien des umgebenden Magnetfeldes, während der Magnetverstärkungsring
für die Führung und Ableitung der Magnetfeldlinien in unmittelbarer Nachbarschaft
der astatischen Spule dient.
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Die astatische Spule kann z.B. aus einem Aluminium-Folienleiter gewickelt
sein; derartige Aluminium-Folienleiter können etwa mit 10 000 Ampere pro Quadratzentimeter
(A/cm2).
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Ein entsprechender Folienleiter aus Kupfer kann mit 12 500 2 2 A/cm2,
ein Eisenfolienleiter etwa mit 4 000 A/cm2 belastet werden. Diese Belastung kann
durch zusätzliche Kühl flächen und Luftkühlung noch vergrößert werden. Der vom Magnetfeld
auf den elektrischen Leiter ausgeübte Schub in Newton wird nach folgender Formel
bestimmt: S = i x w x l x B x 10 6 (N) (1) f Hierbei ist i der Strom in Ampere,
w die Anzahl der Stromwindungen, 1 die Länge des zu einem Schub beitragenden elektrischen
Leiters und B die Induktion des Magnetfeldes in Gauß; hierbei entspricht 1 Gauß
(G) 10 4 Tesla (T).
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Soll der auf den elektrischen Leiter ausgeübte Scnub zumindest gleich
dessen Gewicht sein, d.h. daß der elektrische Leiter in einem Magnetfeld schwebend
gehalten wird, sc errechnet sich für einen Aluminium-Folienleiter mit der an9tgebenen
Strombelastung von 10 000 A/cm2 eine hierzu notwendige magnetische Induktion bzw.
Flußdichte B von 2,6 Gauß Da das Erdmagnetfeld eine Flußdichte von 0,46 Gauß aufweist,
müßte das Magnetfeld etwa 6fach verstärkt werden1 um den elektrischen Leiter schwebend
zu halten. Verläuft das Magnetfeld nicht senkrecht zu dem elektrischen Leiter, so
muß noch der Inklinationswinkel berücksichtigt werden, so daß etwa am 50. Breitengrad
die notwendige magnetische Flußdichte 5,2 G betragen und damit die notwendige trgnetische
Verstärkung etwa den Wert 12 annehmen müßte. Bei einer astatischen Flachspule, deren
Außenleiter in einem Kreis verlaufen, tragen nur diese Außenleiter zum Schub bei,
und zwar belastet werden
mit einer dem Durchmesser der Spule entsprechenden
Länge.
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Bei einer einfachen kreisförmigen astatischen Flachspule entsprechend
etwa der Fig. 4a ist die effektive zum Schub beitragende Länge der Außenleiter lediglich
ein Fünftel der gesamten Leiterlänge, so daß die oben angegebenen Werte nochmals
mit dem Faktor 5 multipliziert werden; müßten.
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Für Kupferfolien-Leiter ergeben sich aufgrund des höheren spezifischen
Gewichtes notwendige Verstärkungsfaktoren von 16 bzw. 32 am Äquator bzw. am 50.
Breitengrad für einfache elektrische Leiter, während diese Werte für kreisförmige
astatische Flachspulen 80 bzw. 160 betragen.
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Die notwendigen Verstärkungsfaktoren können wesentlich verringert
werden, wenn der Leiter in dem Zustand der Supraleitung gehalten wird. Derartige
Supraleiter können je nach Ausfertigung mit bis zu 1 000 000 A/cm2 belastet werden.
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Hiermit ergeben sich Verstärkungsfaktoren von 0,14 und 0,28 für das
Magnetfeld am Äquator bzw. am 50. Breitengrad, wenn der elektrische Leiter vollständig
aus Supraleitungsmaterial hergestellt ist. Für eine kreisförmige astatische Flachspule
ergeben sich entsprechend Werte von 0,74 bzw. 1,5.
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Dies bedeutet, daß der auf einen einfachen elektrischen Leiter ausgeübte
Schub am Äquator und am 50. Breitengrad sowie derjenige auf eine kreisförmige astatische
Flachspule am Äquator ausgeübte Schub bereits größer als das Gewicht des Leiters,
bzw. der Spule ist. Der Leiter bzw. die Spule könnten unter diesen Umständen bereits
schwebend gehalten werden; allerdings ist hierbei noch nicht das Gewicht der für
die Stroovversorgungç notwendigen Einrichtungen sowie sonstiger mit der Spule verbundener
Vorrichtungen, etwa des Magnetverstärkungskörpers
berücksichtigt.
Ublicherweise sollten auch aus Gründen der Festigkeit Supraleiter mit einem Kupfermantel
umgeben sein; derartige Verbundleiter sind mit heute erhältlichen Materialien etwa
bis 500 000 A/cm2 belastbar.
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Hiermit ergeben sich für einen einfachen elektrischen Leiter Verstärkungsfaktoren
von 0,73 bzw. 1,5 am Äquator bzw. am 50. Breitengrad und für eine kreisförmige astatische
Flachspule Verstärkungsfaktoren von 4 bzw. 8 ebenfalls für den Äquator bzw. den
50. Breitengrad. Durch Reduktion des Gewichts des Kupfermantels können diese Werte
etwa um den Faktor 3 verringert werden.
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Zusammengefaßt kann gesagt werden, daß für supraleitende kreisförmige
astatische Flachspulen für den 50. Breitengrad im Erdmagnetfeld Verstärkungsfaktoren
zwischen 1,5 und 10 notwendig sind.
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Eine Alternative sind auch Rohrleiter, die mit einem Metall geringen
spezifischen Gewichtes, z.B. Lithium gefüllt sind, 2 das bei einer Strombelastung
von 10 000 A/cm2 bereits flüssig ist. Hierbei sind ohne Supraleitung für eine kreisfQrmige
astatische Flachspule Verstärkungsfaktoren von etwa 10 bzw. 20 am Äquator bzw. am
50. Breitengrad notwendig.
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Diese Werte können durch entsprechende Supraleiter noch verbessert
werden.
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Die angegebenen Verstärkungsfaktoren können durch entr.pr-chend ausgebildete
Magnetverstärkungskörper erreicht werien, wie dies in Versuchen nachgewiesen worden
ist. Als günstig hat sich hierbei ein Magnetverstärkungskörper heraugestellt, der
wie oben ausgeführt, einen Magnetverstärkungsring und einen Magnetfeldleitkörper
in Form eines Kegelstumpfmantels aufweist.
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Schubelemente gemäß der Erfindung können zur Erzeugung eines Schubes
in einem konstanten Magnetfeld, aber auch in einem Wechselfeld verwendet werden;
hierzu muß der Strom in der Spule synchron mit dem Wechsel des Magnetfeldes umgepolt
werden; außerdem muß die Länge des Leiters an die Phasenlänge des Wechselfeldes
angepaßt werden, damit durch Welleninterferenz keine Schubschwächung auftritt.Schubelemente
gemäß der Erfindung können z.B. in Flugzeugen eingesetzt werden und dort etwa den
gesamten Vortrieb liefern oder auch nur zur Unterstützung der normalen Triebwerke
bei Start und Landung dienen.
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Auch für Landfahrzeuge können ein oder mehrere hintereinander angeordnete
Schubelemente zum Vortrieb verwendet werden, wobei dann jeweils die astatische Spule
in Bodennähe und der Konzentrationskegel oberhalb der Spule gelegen ist und sich
nach oben erweitert. Ähnliches gilt für Schienenfahrzeuge.
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
in Verbindung mit der Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert sind. In der Zeichnung stellen dar: Fig. 1
eine Seitenansicht eines Teiles eines als Rohr leiter ausgebildeten Schubelementes
gemäß der Erfindung; Fig. 1a einen Querschnitt durch den Rohrleiter gemäß Fig. 1;
Fig. 2 eine Ansicht einer rechteckigen astatischen Flach spule für ein Schubelement
gemäß der Erfindung; Fig. 2a eine Aufsicht auf die astatische Flachspule in Fig.
2; Fig. 3 eine Aufsicht auf ein aus mehreren astatischen Flachspulen zusammengesetztes
Schubelement
gemäß der Erfindung; Fig. 4a bis 4f verschiedene
Ausgestaltungen für astatische Flachspulen, die für ein Schubelement gemäß der Erfindung
verwendet werden können; Fig. 5 eine Seitenansicht eines Schubelementes gemäß der
Erfindung aus einer kreisförmigen astatischen Flachspule und einem in Art eines
Kegelstumpfmantels ausgebildeten Magnet.verstärkungskörperst Fig. 6 eine Aufsicht
auf das Schubelement gemäß Fig. 5.
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In Fig. 1 ist ein Teil eines metallischen Rohrleiters 1 dargestellt,
der senkrecht zu den Feldlinien eines Magnetfeldes B gelegen ist. Der Rohrleiter
wird von einem Strom 1 in der in Fig. 1 angegebenen Richtung durchflossen. Zur Abfb.rung
der Stromwärme sind auf dem Rohrleiter radiale KUhlblectlç 2 befestigt. Zwischen
jeweils zwei benachbarten Kühlflächem ist der Rohrleiter mit Magnetmaterial 3 beschichtet.
Die Beschichtung ist jeweils zu beiden Seiten eines Kühlbleches 2 durch einen Trennspalt
4 unterbrochen, so daß benachbarte Beschichtungen magnetisch nicht miteinander verbunden
sind.
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Der Rohrleiter ist mit einem hier nur angedeuteten Mes 5, z.B. Lithium
gefüllt und an eine nicht dargestellte opannungsquelle angeschlossen. Die Stromstärke
ist so groß, daß das Lithium flüssig ist. Der Rohrleiter selbst kenn z.B. aus Kupfer
bestehen, ebenso wie die Kühlbleche, wohingegen die Beschichtung 3 etwa aus nichtrostendem
Chrom oder einem ähnlichen Magnetmaterial besteht. Unter Magnetmaterial soll ein
Material
verstanden werden, das fähig ist, Magnetfeldlinien zu konzentrieren, d.h. ein Material,
dessen relative Permeabilität wesentlich größer ist als die des umliegenden Raumes.
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Wie aus Fig. la hervorgeht, werden die Magnetfeldlinien des Magnetfeldes
B in der Umgebung des Rohrleiters 1 durch die Beschichtung 3 aus Magnetmaterial
konzentriert, so daß das effektive Magnetfeld wesentlich größer als das Magnetfeld
in einiger Entfernung von dem Rohrleiter ist. Bei derartigen runden Rohrleitern
ist der durch die Beschichtung 3 bewirkte VerstärkUngsfaktor des Magnet feldes bei
jedem In inationswinkel des Magnetfeldes gleich groß. Das Gesamtgewicht eines Schubelementes,
das aus einem derartigen Rohrleiter zusammengesetzt ist, und das spezifische Gewicht
der für den Leiter verwendeten Materialien soll sehr niedrig sein; dies wird durch
die angegebene Konstruktion mittels einer dünnen Wand des Rohrleiters und Füllung
durch ein bei Stromdurchfluß flüssiges Metall erfüllt. Es ist auch möglich,wie in
Fig. la nur angedeutet, den Rohrleiter 5 mit einem weiteren Folienleiter 6 auszukleiden,
wobei dann der Folienleiter aus einem supraleitfähigen Metall besteht.
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Aus einem derartigen Rohrleiter kann z.B. eine astatische Flachspule
11 gemäß Fig. 2 hergestellt werden. Die an den Längsseiten des Rechteckes liegenden
Außenleiter 12 sind entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Rohrleiter ausgebildet,
sind demnach mit Magnetmaterial 3 beschichtet und tragen Kühlbleche 2. Die Außenleiter
werden in gleicher Richtung von Strom durchflossen, wie dies durch Pfeile angedeutet
ist. Hierfür ist ein Stromanschluß 13 vorgesehen.
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Die beiden Außenleiter 12 werden nahe der Mittellinie der rechteckigen
Flachspule als Innenleiter 14 über die gesamte Länge der Flachspule zurückgeführt
und sind mit einem weiteren Stromanschluß 15 verbunden. Auch der Strom in den
Innenleitern
fließt jeweils in gleicher, dem Strom in den Außenleitern entgegengesetzter Richtung.
Diese Innenleiter brauchen nicht beschichtet zu sein, sind jedoch mit Kühlblechen
2 ausgestattet. Das Magnetfeld B durchsetzt die Fläche der Spule senkrecht, wie
dies deutlich in Fig. 2a gezeigt ist. Der Strom in den Außen- und Innenleitern 12
und 14 erzeugt ein kreisförmiges Magnetfeld Bs, das für die beiden Außenleiter 12
das äußere Magnetfeld B in der Figur gesehen rechts von den Außenleitern verstärkt
und links von-den Außenleitern schwächt. Die Magnetfelder der Innenleiter sind zwischen
den Innenleitern einander entgegengerichtet. Hieraus ergibt sich, daß die Kraft
auf die Innenleiter sich nahezu aufhebt, während die Kraft auf die Außenleiter gleichgerichtet
und senkrecht zu dem Magnetfeld B ist, und der Flachspule einen Schub S verleiht,
der in der Ebene der Flachspule senkrecht zu dem Magnetfeld B ist.
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In Fig. 3 sind mehrere derartiger Flachspulen geräß Fig. 2 winkelmäßig
gegeneinander versetzt; in dem dargesteilten Ausführungsbeispiel sind vier derartige
Flachspulen li bis 114 vorgesehen, so daß eine räumliche astatische SPLLC in Form
eines Zylinders geschaffen wird. Auch hier heben sich die Kräfte auf die Innenleiter
annähernd auf, während die Außenleiter sämtlich zu einem Schub S beitragen, der
senkrecht zu den Feldlinien des Magnetfeldes B ist.
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Die Figuren 4a bis 4f zeigen einige Beispiele von asta+S-sehen Flachspulen.
Die Fig. 4a zeigt eine kreisförinig astatische Flachspule 11a, die aus einem Folienleiter
21 gewickelt ist. Die Anschlußpunkte für die Stromversorgung sind mit A und E bezeichnet,
wie dies auch für die übrigen Figuren 4b bis 4f gilt.
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Die in den Fig. 4b bis 4f gezeigten Flachspulen sind jeweils mit lib
bis lif bezeichnet. In Fig. 4b ist eine kreisförmige
aufgeschnittene
Flachspule 17b dargestellt,derenaus jeweils einem halbkreisförmigen Außenleiter
12 und einem eine Sekante des Kreises bildenden Innenleiter 14 gebildet sind.
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Auch hier sind die Stromrichtungen so, daß die Ströme in den Innenleitern
und in den Außenleitern jeweils gleich, jedoch der Strom in den Innenleitern dem
des Stromes in den Außenleitern entgegengerichtet ist. In Fig. 4c ist eine astatische
Spiral-Flachspule 11c dargestellt die aus zwei spiralförmig, jedoch entgegengesetzt
gewickelten Hälften besteht. Die Anschlußpunkte für die Stromversorgung liegen jeweils
in den Mittelpunkten der Wicklungshälften und sind mit A und bezeichnet.
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In Fig. 4d ist eine astatische symmetrische Doppelspiral-Flachspule
dargestellt, die aus zwei um 900 versetzten Spiral-Flachspulen gemäß Fig. 4 c zusammengesetzt
ist.
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Die Leiterzweige der Spule sind in sich geschlossen, so daß bei Supraleitung
ein Kreisstrom aufrechterhalten wird.
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In Fig. 4e ist eine doppelt gekreuzte Spiralflachspule 11e gezeigt,
wobei die Leitung des in der Spiralmitte gelegenen Stromanschlusses E sich in die
Spiralhälften verzweigt.
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In Fig. 4f ist eine symmetrische Doppelspiral-Flachspule lif dargestellt,
die aus zwei Spulen gemäß Fig. 4e zusammengesetzt ist, deren innere und äußere Spiralenden
jeweils zusammengeschlossen sind. Auch hierdurch ergibt sich bei Supraleitung ein
Kreisstrom.
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In Fig. 5 ist ein Schubelement dargestellt, das aus einer kreisförmigen
astatischen Flachspule 11 und einem separaten Magnetverstärkungskörper 30 aufgebaut
ist. Der Magnetverstärkungskörper 30 besteht aus einem Magnetverstärkungsring 31
aus Magnetmaterial, der konzentrisch zur kreisförmigen Flachspule 11 direkt unterhalb
dieser angeordnet ist.
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Der Magnetverstärkungsring 31 ist mit einem Magnetfeldleit-Hälften
H&lften
körper 32 verbunden, der in Art eines Kegelstumpfmantels
ausgebildet ist, dessen Achse mit der Mittelachse des Magnetverstärkungsringes und
der Flachspule 11 zusammenfällt. Der Kegelstumpfmantel 32 erweitert sich ausgehend
von dem Magnetverstärkungsring und liegt auf der der Flachspule 11 gegenüberliegenden
Seite des MagnetverstGrkungsringes 31. Die Flachspule 11 ist in einem Behälter 33
angeordnet, der z.B. mit flüssigem Helium 34 gefüllt ist, welches die Temperatur
der Flachspule 11 so weit absenkt, daß die Spule 11 supraleitend ist. Die Flachspule
11 kann eine Ausführung haben, wie sie oben beschrieben ist, so z.B. aus einem Rohrleiter
aus Kupfer, der mit einem supraleitenden Material ausgefüllt ist.
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Der Magnetfeldleitkörper 32 ist in einzelne Segmente 35 unterteilt,
die durch längs einer Mantellinie verlaufende Trennspalte 36 magnetisch voneinander
getrennt sind.
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Die einzelnen Segmente sind wiederum mit einer dünnen Beschichtung
3 aus Magnetmaterial versehen, wobei dicse Beschichtung entsprechend der Verengung
des Kegelstumpfmantels in Richtung auf den Magnetverstärkungsring zune*-mend dicker
wird. Die Schichtstärken der magnetischen Dünnschicht reichen etwa von 0,02 bis
0,25 mm. Durch die Unterteilung des Magnetfeldleitkörpers in einzelne Segmente werden
die Magnetfeldlinien geführt und unkontrollierte Querströme vermieden. Bei astatischen
Flachspulen können durch eintretende magnetische Feldlinien keine gegenelektromrtorischen
Spannungen entstehen, weil diese sich aufheben.
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Die magnetischen Feldlinien werden durch den magnetischleitenden Magnetverstärkungsring
31 von der astatischen Flachspule abgeschirmt und in der Zeichnung gesehen links
und rechts an dieser vorbeigeführt. Durch einen solchen Magnetverstärkungskörper
30 kann die außerhalb des dargestellten
Schubelementes herrschende
Feldstärke B so weit verstärkt werden, daß der auf das Schubelement wirkende Schub
S das Gewicht des Schubelementes übertrifft.
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Ein derartiges Schubelement kann selbstverständlich auch Spulen aus
mehreren Wicklungen aufweisen. Werden etwa die Wicklungen der Flachspulen aus einem
Supraleiter mit einem Quadratzentimeter Querschnitt und einer Kupferummantlung mit
ebenfalls einem Quadratzentimeter Querschnitt und mit einem Durchmesser von 1 Meter
gefertigt, so beträgt das Gewicht einer Spulenwicklung etwa 8 Kilo und dasjenige
aller 40 Wicklungen demnach 320 Kilo. Auf diese Spulenanordnung wirkt bei einer
Strombelastung von 500 000 A/cm2 eine Schubkraft von 10 000 kg, was etwa dem 30fachen
Gewicht der Spulenanordnung entspricht. Nimmt man an, daß für die Herstellung des
Magnetverstärkungskörpers und für das zur Kühlung notwendige Helium Material in
einem Gewicht von etwa 680 kg erforderlich ist , so hat das gesamte Schubelement
ein Gewicht von etwa 1000 kg. Der Schub im Erdmagnetfeld ist demnach um rund 9 000
kg höher als das Eigengewicht des Schubelementes. Damit kann das Schubelement etwa
zum Vortrieb eines Flugkörpers genutzt werden. Bei der Berechnung des Gewichtes
des Schubelementes sind Einrichtungen zur Stromversorgung der Spulen nicht berücksichtigt
worden, da diese supraleitend sind und nach Inbetriebsetzung für gewisse Zeit von
einer Stromversorgung getrennt werden können. Der Betrag des Schubes wird durch
Regelung der Stromstärke und durch die Lage des Schubelementes hinsichtlich des
äußeren Magnetfeldes geregelt.
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Selbstverständlich können anstelle der beschriebenen Kreisspulen auch
Rechteckspulen oder die in den Fig. 4a bis 4f gezeigten astatischen Spulen verwendet
werden. Der Magnetverstärkungsring wird in diesen Fällen an die Außenkontur der
Flachspulen angepaßt und über ein Zwischenstück mit dem Konzentrationskegel verbunden.
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Mit einem Schubelement gemäß der Erfindung können auch in relativ
schwachen Magnetfeldern, z.B. dem Erdmagnetfeld Kräfte entwickelt werden, die das
Eigengewicht des Schubelementes bei weitem übersteigen. Damit sind für ein 501-ches
Schubelement vielfältige Anwendungen etwa in'Flugobjekten möglich.
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Der Magnetfeldleitkörper 32 bzw. allgemein der Magnetverstärkungskörper
eines beschriebenen Schubelementes kann mit dem elektrischen Leiter bzw. der astatischen
Spule wärmeleitend verbunden werden, um etwaige ohmsche StromwArme abzuführen, die
allerdings bei Supraleitung nicht auftritt.
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