DE3150294C2 - Kontakteinrichtung zum widerstandsarmen Verbinden der Endstücke zweier Hochstr om-Supraleiter - Google Patents

Abstract

In einer Kontakteinrichtung sind die Endstücke zweier auf eine kryogene Betriebstemperatur abzukühlender stabilisierter Hochstrom-Supraleiter zwischen zwei Klemmstücken anzuordnen, zwischen denen bei der Montagetemperatur eine vorbestimmte Klemmkraft mechanisch einstellbar ist. Um eine widerstandsarme Verbindung zwischen den Supraleiterendstücken auf einfache und kostengünstige Weise zu ermöglichen, weist die Kontakteinrichtung gemäß der Erfindung Klemmstücke (4, 5) mit kreissegmentartigen Querschnitten auf. Diese Klemmstücke (4, 5) enthalten auf ihren den Endstücken (7, 8) der Supraleiter zugewandten Seiten supraleitende Teile, sind kraftschlüssig von einem hohlzylindrischen Rahmenelement (3) umgeben und bestehen aus einem Material mit einem mittleren Dehnungskoeffizienten, der kleiner als der mittlere Dehnungskoeffizient des Materials des Rahmen elements (3) ist, so daß sich beim Temperaturübergang von der Montagetemperatur auf die Betriebstemperatur eine zusätzliche Preßkraft einstellt, die größer als die mechanisch eingestellte Klemmkraft ist.

Description

ä) auf ihren den Endstücken (7,8) der Supraleiter zugewandten Seiten supraleitende Teile (23) enthalten,

p) kraftschlüssig von einem hohlzylindrisch ausgebildeten Rahmenelement (3) umgeben sind und j·) aus einem Material mit einem mittleren ν Dehnungskoeffizienten bestehen, der um ein vorbestimmtes Maß kleiner als der mittlere Dehnungskoef fizien t des Materials des Rahrnenelementes (3) ist so daß sich beim Temperatur-''^₁ übergang von der Montagetemperatur auf die ~^!\ Betriebstemperatur der Supraleiter eine zusatzliehe Preßkraft einstellt die größer als die vorbestimmte, mechanisch eingestellte Klemm-'',Li' kraft ist

.'"/_n 2. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch „gekennzeichnet daß an den den Endstücken (7, 8) "der Supraleiter zugewandten Seiten der Klemmstükke (4,5) in diesen stabilisierte Supraleiterstücke (23) querliegend bezüglich der Längsrichtung der End-,;, '^stücke (7,8) der Supraleiter eingelassen sind.
■' "' 3. Kontakteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch /!gekennzeichnet, daß die Supraleiterstücke (23) als .,","•Kompaktleiter ausgebildet sind.
; 4. Kontakteinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch außenstabilisierte Supraleiterstücke ! , (23), deren Verhältnis von normalleitendem Stabili- ^4<> ! ''sierungsmaterial zu Supraleitermateria! klein ist.

5. Kontakteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch '^'.!'gekennzeichnet, daß das Verhältnis von normalleij, jtendem Stabilisierungsmaterial zu Supraleitermate-' ,rial kleiner als 2, vorzugsweise kleiner als 1,5 ist. '' 6. Kontakteinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Supraleiterstücke (23), deren stabili- '■ 'sierendes Material zumindest weitgehend in dem von dem supraleitenden Material umschlossenen ",., Leiterquerschnitt angeordnet ist.

7. Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche ' . 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (7, X) der Supraleiter nebeneinanderliegend in einem zwischen den Klemmstücken (4, 5) ausgebildeten

. · Zwischenraum (6) anzuordnen sind.

8. Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere

, Dehnungskoeffizient des Materials der Klemmstük-,.,ke (4,5) mindestens um 20% kleiner als der mittlere

Dehnungskoeffizient des Materials des Rahmenele-, mentes (3) ist.

9. Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Rahmenelement (3) aus Aluminium oder, einer Aluminiumlegierung und durch Klemmstücke (4, 5) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.

10. Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Klemmstück (5) aus mehreren Tcilsiücken (11 bis 13) zusammengesetzt ist und zwei gleichgroße, durch einen sich in einer radialen Ebene des Rahmenclementes (3) erstreckenden Längsspalt (14) getrennte Druckstücke (12, 13) enthält die gegeneinander zu spreizen sind.

11. Kontakteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß das zusammengesetzte Klemmstück (5) ein Haltesegment (11) mit kreissegmentartigem Querschnitt enthält das Mittel (15,16) zum Einstellen der über die Druckstücke (12, 13) auszuübenden KSemmkraft aufweist

12. Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß die Oberflächen der zu kontaküerenden Flächen der Kontaktstücke (4, 5) bzw. ihrer supraleitenden Teile (23) laid/oder Endstücke (7,8) der Supraleiter mit einem den Übergangswiderstand mindernden Material versehen sind.

13. Koniakteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß als den Übergangswiderstand minderndes Material Indium oder Gold oder Silber vorgesehen ist

14. Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß die zu kontaktierenden Rächen der Kontaktstücke (4, 5) und der Endstücke (7,8) der Supraleiter zu verlöten sind

15. liontakteinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet daß die Klemmstücke (4, 5) an ihren den Endstücken (7, 8) der Supraleiter zugewandten Seiten auf die Löttemperatur aufheizbar sind

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontakteinrichtung zum widerstandsarmen Verbinden der Endstücke zweier auf eine kryogene Betriebstemperatur abzukühlender stabilisierter Hochstrom-Supraleiter, die zwischen zwei Klemmstücken anzuordnen sind, zwischen denen bei der Montagetemperatur eine vorbestimmte Klemmkraft mechanisch einstellbar ist. Eine derartige Kontakteinrichtung ist beispielsweise aus der DE-AS 16 15 591 bekannt.

Mit Hochstrom-Supraleitern, die Leiterlängen von mehreren Kilometern haben, lassen sich supraleitende Großmagnete aufbauen, wie sie beispielsweise für das sogenannte Large-Coil-Task (LCT)-Projekt zur Entwicklung eines Fusionsreaktors mit toroidalem Magnetfeld erforderlich sind (vgl. z. B. »Kerntechnik«, 20. Jahrgang, 1978, Nr. 6, Seiten 274 bis 281 oder »Proc. 8th. Symp. Engng. Probl. Fusion Research«, IEEE Pub. Nr. 79 CH 1441-5 NPS, 1979, Seiten 1169 bis 1173). Die Fertigungslängen der entsprechenden Supraleiter, die mit einem normalleitenden Material wie z. B. Kupfer oder Aluminium stabilisiert sind, betragen dagegen meist nur wenige Kilometer, so daß mehrere Leiterstükke an Enden miteinander verbunden werden müssen. Die Verbindung zwischen zwei Endstücken kann dabei mit entsprechenden Kontakteinrichtungen durch Zu^ sammenklemmen und gegebenenfalls durch: Verlöten erfolgen. So sind z. B. für den Magneten des genannten LCT-Projektes 13 Kontaktstellen zwischen kupferstabilisierten Hochstrom-Süpraleitern erforderlich.

Die Hochstrom-Supraleiter für derartige Großmagnete müssen Nennströme von z. B. über 10 kA tragen

können. Trotz dieser hohen Ströme wird an den Kontaktstellen ein Kontaktwiderstand in der Größenordnung von 10 ^ Ω gefordert. Ferner sollte der Kontakt auch keinen Alterungsprozessen unterliegen, v» ie sie z. B. durch thermische Zyklen zwischen der kryogenen Betriebstemperatur der Supraleiter und der Raumtemperatur auftreten können.

Aus der DE-AS 16 15 591 ist eine Kontakteinrichtung bekannt, mit der die Endstücke zweier bandförmiger Supraleiter mechanisch aneinanderzufügen sind. Die Kontakteinrichtung enthält hierzu zwei Klemmstücke bzw. Andruckplalten und eine mechanische Einstellvorrichtung. Dies«. Einstellvorrichtung weist eine Welle auf, mit der über Gestänge Nocken zu betätigen sind, welche mittels der Klemmstücke die zu verbindenden Supra- r> leiterendstücke unter einer vorbestimmten Klemmkraft miteinander unmittelbar in Kontakt bringen und in dieser Stellung festhalten. Die entsprechende Mechanik der bekannten Kontakteinrichtung ist jedoch verhältnismäßig aufwendig und erlaubt eine widerstandsarme _, Verbindung nur für Ströme bis einige 100 A. während . z. B. der LCT-Hochstrom-Supraleiter 15 kA zu tragen hat.

Ferner ist aus der DE-PS 12 41 886 eine Klemmvorrichtung zum Verbinden der Endstücke zweier drahtförrniger Supraleiter bekannt. Diese Klemmvorrichtung enthält einen U-förmigen Klemmkörper aus Stahl, Klemmbacken aus Kupfer, die innen mit supraleitenden Schichten überzogen sind, und mehrere Druckschrauben, mittels derer die Klemmbacken zusammenpreßbar sind. Zwischen die Ktemmbacken werden die zu verbindenden Endstücke der Supraleiter idngefügt und zusammengepreßt. Der Preßdruck ist dabei bei alleh Temperaturen infolge der Federwirkung des U-förmigen Klemmkörpers praktisch unverändert. Mit dieser 'Klemmvorrichtung kann der gefordeite geringe Kontaktwiderstand jedoch nur fü, sehr geringe Stromstärken von beispielsweise 40 A erreicht werden.

Kontaktverbindungen zwischen kupferstabilisie-ten tHochstrom-Supraleitern durch Pressen und Verlöten fsind z. B. in der Veröffentlichung »IEEE Transactions on Magnetics«, Vol. MAG-17, Nr. 1, Januar 1981, Seiten 69 'bis 72 allgemein untersucht. Einzelheiten entsprechender Kontakteinrichtungen gehen aus dieser Veröffentlichung nich hervor. A^r> ' Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die (Kontakteinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit ihr die genannten Forderungen 'für supraleitende Großmagnete zu erfüllen sind. Insbesondere soll eine einfache, kostengünstige Herstel- >» lung und Fertigung der widerstandsarmen Verbindung zwischen Hochstrom-Supraleitern ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, . daß Klemmstücke mit kreissegmentartigen Querschnitten vorgesehen werden, weiche auf ihren den Endstükken der Supraleiter zugewandten Seiten supraleitende Teile enthalten, kraftschlüssig von einem hohlzylindrisch ausgebildeten Rahmenelement umgeben sind und •'aus einem Material mit einem mittleren Dehnungskoeffizienten bestehen, der um ein vorbestimmtes Maß kleiner als der mittlere Dehnungskoeffizient des Materials des Rahmenelementes ist, so daß sich beim Temperäturübergang von der Montagetemperatur auf 'die Betriebstemperatur der Supraleiter eine zusätzliche Preßkraft einstellt, die größer als die vorbestimmte, mechanisch eingestellte Klemmkraft ist.

Aus der DE-PS 23 24 371 ist zwar ein Kurzschlußelement.zum Schließen eines supraleitenden Strompfades mil einem beweglichen Klemmstück bekannt, das eine Kontaktplatte mit einer Schicht aus supraleitendem Material enthält (Fig. 3). Bei diesem Kurzschlußelement wird der Kontakt erst bei der kryogenen Betriebstemperatur durch eine hydraulisch oder pneumatisch zu betätigende Schließvorrichtung hervorgerufen. Abgesehen davon, daß die entsprechende Schließvorrichtung konstruktiv verhältnismäßig aufwendig ist. kann mit ihr auch nur eine verhältnismäßig geringe Klemmkraft erzeugt werden, so daß nur entsprechend !deine Ströme widerstandsarm zu übertragen sind.

Die mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der Kontakteinrichtung verbundenen Vorteile sind insbesondere in dem einfach zu fertigenden, segmentierten Aufbau des Kontaktes zu sehen. Zur Montage braucht die Kontakteinrichtung nur über die zu verbindenden Endstücke der Supraleiter geschoben und eine Klemmung mit verhältnismäßig geringer Klemrrtkraft vorgenommen zu werden. Bei einer anschließenden Abkühlung auf die kryogene Betriebstemperatur wird dann aufgrund der unterschiedlichen thermischen Schrumpfung der verschiedenen Materialien eine zusätzliche Preßkraft zur Verbesserung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Kontaktes ausgenutzt

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kontakleinrichtung nach der Erfindung gehen aus den Unteransprücben hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren F i g. 1 bis 3 zwei Querschnitte bzw. ein Längsschnitt durch eine Kontakteinrichtung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.

Der Aufbau einer Hochstrom-Kontakteinrichtung nach der Erfindung ist aus den in F i g. 1 und 2 gezeigten Querschnitten ersichtlich, die in Längsrichtung der zu verbindenden Supraleiterstücke versetzt angelegt sind. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen "ersehen. Die in den Figuren allgemein mit 2 bezeichnete Kontakteinrichtung ist isisbesondere zum widerstandsarmen Verbinden von bandförmigen Hochstrom-Supraleitern geeignet, wie sie z. B. den genannten Veröffentlichungen »Kerntechnik« und »Proc. 8th. Symp. Engng. Probl. Fus. Res.« zu entnehmen sind. Die Kontakteinrichtung 2 weist ein starres, hohlzylindrisches Rahmenelement 3 auf, in dessen Innenraum mit kreisförmigem Querschnitt zwei Klemmstücke 4 und 5 mit jeweils gleichgroßem, kreissegmentartigem Querschnitt angeordnet sind. Zwischen den beiden Klemmstücken ist ein schlitzartiger Zwischenraum 6 mit etwa rechteckigem Querschnitt freigehalten, in dem die zu verbindenden Endstücke 7 und 8 zweier bandförmiger Hochstrom-Supraleiter nebeneinanderliegend anzuordnen sind. Diese beiden Endstücke 7 und 8 des Supraleiters sind zwischen den Klemmstücken 4 und 5 so einzuklemmen, daß die geforderte widerstandsarme Verbindung zwischen den Endstücken über die Klemmstücke erfolgt. Die Klemmstücke sind deshalb auf ihren den Endstücken 7 und 8 zugewandten Seiten mit supraleitenden Teilen versehen, welche die geforderten hohen Ströme zu übertragen in der Lage sind. Die Anordnung dieser Teile geht aus Fig.3 näher hervor. Um eine gate Kühlung dieser in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellten Teile aus supraleitendem Material zu gewährleisten, bestehen die Klemmstücke vorteilhaft aus einem thermisch gut leitenden Material.

Während gemäß den F i g. 1 und 2 das untere

Klemmstück 4 nur aus einem einzigen Bauteil besteht, das formschlüssig an der Innenwand des RahmtaieJementes 3 anliegt und mittels einer Schraube 9 dort gehalten wird, setzt sich das obere Klemmstück 5 aus einem mittels einer Schraube 10 in dem Rahmenelement 3 befestigten Haltesegment 11 mit ebenfalls kreissegmentartigem Querschnitt und zwei gleichgroßen Druckplatten 12 und 13 zusammen, die durch einen parallel zur Längsrichtung der Leiterendstücke 7 und 8 verlaufenden Trennspalt 14 voneinander beabstandet sind Die 'Halteschrauben 9 und 10 haben im wesentlichen nur die Aufgabe, das Herausfallen des Klemmstückes 4 bzw. des Haitesegmentes 11 bei der Montage zu verhindern. Das Haltesegment 11 und die Druckplatten 12 und 13 nehmen einen kreissegmentartigen Querschnitt des Innenraumes des Rahmenelementes 3 ein, der etwa die Größe des einteiligen Klemmstuckes 4 hat Die beiden Druckplatten 12 und 13 werden durch Schrauben 15 und 16, die in dem formschlüssig an der Innenwand des Rahmenelementes 3 anliegenden Haltesegment 11 geführt sind, auf die Endstücke 7 und 8 der Supraleiter mit einer vorbestimmten Kontaktkraft gepreßt Die beiden Druckplatten sind durch zwei quer bezüglich der Leiterlängsrichtung verlaufende Haltestangen 17 geführt, die in zwei ovalen Langlöchern 18 des Rahmenelementes 3 gelagert sind. Diese Konstruktion erlaubt aufgrund des geteilten Druckplattensystems einen großen Freiraum zwischen dem einteiligen Klemmstück 4 und den Druckplatten 12 und 13 des zusammengesetzten Klemmstückes 5. Ein solcher Freiraum ist für eine einfache Montage unerläßlich.

Gemäß der Erfindung sind das hohlzylinderförmige Rahmenelement 3 und die von ihm eingeschlossenen Klemmstücke 4 und 5 aus Werkstoffen gefertigt, die bei einer Abkühlung von der Montagetemperatur, im allgemeinen Raumtemperatur, auf die kryogene Betriebstemperatur der Supraleiter, im allgemeinen Heliumtemperatur, unterschiedlich schrumpfen. Durch die Wahl eines Materials für das Rahmenelement 3, dessen mittlerer Dehnungskoeffizient um ein vorbestimmtes Maß, insbesondere um mindestens 20% größer ist als der mittlere Dehnungskoeffizient des Materials, aus dem die Klemmstücke 4 und 5 gefertigt sind, wird bei einer kraftschlüssigen Verbindung von dem Rahmenelement 3 und den von ihm umfaßten Klemmstücken 4 und 5 ein zusätzlicher Anpreßdruck im Kontaktbereich erzeugt, der vorteilhaft größer als die bei der Montage mittels der Schrauben 15 und 16 hervorgerufene Klemmkraft ist. Durch diese zusätzliche Preßkraft wird bekanntlich der Kontaktwiderstand zwischen den Endstücken 7 und S der Supraleiter und den an ihnen anliegenden supraleitenden Teilen der Klemmstücke 4 und 5 noch weiter verringert Außerdem werden Alterungserscheinungen durch Setzvorgänge bei wiederholtem Aufwärmen und Abkühlen, d. h. bei thermischen Zyklen vermieden.

Als Material für das Rahmenelement 3 ist insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung geeignet, während die Klemmstücke 4 und 5 aus Gründen einer guten Wärmeleitfähigkeit insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt sein können.

Der notwendige Kraftschluß bei der Montage zwischen den Klemmstücken 4 und 5, insbesondere zwischen den Druckplatten 12 und 13 einerseits und dem mechanisch stabilen Rahmeneiement 3 andererseits kann durch eine Keilschraube 19 in Verbindung mit einer konischen Ausfräsung bzw. Bohrung des zwischen den beiden Druckplatten 12 und 13 ausgebildeten Trennspaltes 14 erreicht werden, in den die Keilschraube hineinragt Die Keilschraube 19 ist ebenfalls in dem Haltesegment 11 geführt Die beiden Druckplatten lassen sich dann gegen die Innenwand des hohlzylindrisehen Rahmenelementes 3 pressen, so daß beim Abkühlen die thermisch erzeugte Umfangsspannung in dem Rahmenelement in die zusätzlich wirksame Druckspannung auf den Leiterkontakt umgesetzt wird. Die Montage der Endstücke 7 und 8 denbandförmigen Supraleiter kann noch weiter erleuchtert' werden, indem man zumindest einige der ari den Endstücken anliegenden Flächen der Klemmstücke 4 und 5 rinnenförmig gestaltet So sind gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 in der den Endstücken 7 und 8 zugewandten Seite des einteiligen Klemmstückes 4 der Bandform der Supraleiterendstükke 7 und 8 angepaßte rinnenartige Vertiefungen und stegartige Seitenteile 20 ausgebildet, so daß eine weitgehend unverrückbare Lage der Leiterendstücke

2<j gewährleistet ist Auch bei anderen Leiterformen kann eine entsprechende Anpassung der Flächen der Klemmstücke an die jeweilige Leiterform vorgesehen sein, um so durch einen guten Formschluß zwischen den Klemmstücken und den zu verbindenden Leiterstücken eine gute Klemmung zwischen diesen Teilen zu erhalten.

Die Kontakteinrichtung 2 nach der Erfindung ist insbesondere auch zum widerstandsarmen Verbinden von Leitertypen geeignet die dem für das genannte

jo LCT-Projekt vorgesehenen Leiter entsprechen. Bei diesem Leitertyp handelt es sich um einen kabeiförmigen, etwa rechteckigen Röbelsiableiter mit verseilten NbTi/Cu-Einzeileitersträngen, die auf einem Flachblechkern verlötet sind. Da die Längsausdehnung der Kontakteinrichtung 2 im allgemeinen wesentlich kürzer als die Verseilschlaglänge dieses Röbelstableiters ist und dessen einzelnen Leiterstränge untereinander weitgehend isoliert sind, müssen die einzelnen Leiterstränge sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite des Röbelstableiters miteinander verbunden werden. Nur auf diese Weise ist nämlich eine gleichmäßige Stromverteilung über den gesamten Leiterquerschnitt und somit eine Degradation der aus dem Röbelstableiter gewickelten Spule zu vermeiden. Hierzu ist. insbesondere für derartige Leitertypen, als Maßnahme zur Reduzierung des Kontaktwiderstandes erfindungsgemäß vorgesehen, daß die den Endstücken 7 und 8 der Supraleiter zugewandten Flächen der Klemmstücke 4 und 5 mit supraleitenden Teilen versehen sind. Dies kann beispielsweise durch eine verhältnismäßig dicke Beschichtung der Kontaktflächen mit einem solchen Material erfolgen, wobei gewährleistet sein muß, daß dieses supraleitenden Schichten den geforderten hohen Strom zu übertragen in der Lage sind. Eine weitere besonders vorteilhafte Möglichkeit ist aus dem in F i g. 3 gezeigten Längsschnitt durch die in den F i g. 1 und 2 angedeutete Kontakteinrichtung ersichtlich. Der Längsschnitt ist dabei durch die mit III in F i g. 2 bezeichnete Schnittlinie gelegt. Teile aus Fig.3, die mit Teilen aus F i g. 1 und 2 übereinstimmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Gemäß Fig.3 geschieht die elektrische Verbindung der einzelnen Leiterstränge 22 eines Röbelstableiters, beispielsweise des Endstückes 7 oder 8, durch mehrere quer bezüglich der Ausdehnungsrichtung des Endstückes 7 liegende Verbindungsleiterstücke 23. Bei diesen Leiterstücken handelt es sich um ebenfalls stabilisierte Supraleiter, die jedoch vorteilhaft als Kompaktleiter ausgeführt sind, fm Fall, daß diese

■supraleitenden Verbindungsstücke 23 außenstabilisiert ■rsind, wird vorteilhaft das Verhältnis von Stabilisierungs-ί material zu supraleitendem Material möglichst niedrig gewählt Insbesondere wird ein Verhältnis kleiner als 2, ",vorzugsweise kleiner als 1,5 vorgesehen. Dann sind < nämlich die normalleitenden Bereiche zwischen der jjKontäktfläche und der supraleitenden Schicht in den fcVerbindungsleiterstücken 23 sehr dünn und verursachen [so mir einen entsprechend geringen Spannungsabfall in »der. Kontäktzohe. Besonders geeignet sind auch . supraleitende Verbindungsleiterstücke, die nur eine sehr <* dünne Hülle aus stabilisierendem Material haben und deren stabilisierendes Material sich im wesentlichen in i'.dem von dem supraleitenden Material eingeschlossenen Querschnitt befindet Gegebenenfalls können auch -Leiterstücke vorgesehen werden, bei denen sich das .supraleitende Material außen befindet

Die Verbindungsleiterstücke 23 sind in entsprechend .gestalteten Führungsnuten eingelegt, die in den beiden ■Druckstücken 12 und 13 und dem einteiligen Klemmstück 4 auf den den Endstücken 7 und 8 der zu verbindenden Hochstrom-Supraleiter zugewandten Seiten gegebenenfalls mit geringem Untermaß eingearbeitet sind.

Im Falle eines reinen Klemm- bzw. Preßkontaktes werden die überstehenden, den zu verbindenden Supraleiterendstücken zugewandten Oberflächen der supraleitenden Verbindungsleiterstücke 23 noch mit einem den Kontaktübergangswiderstand vermindernden Material wie z. B. Indium, Silber oder Gold .vorbehandelt Zweckmäßigerweise werden auch beide Oberflächen der zu kontaktierenden Leiterendstücke oder auch nur diese Oberflächen mit entsprechenden Schichten versehen. Anschließend werden mit annähernd gleichmäßiger Betätigung der Schrauben 15, 16 und 19 die Druckplatten 12 und 13 in Position gebracht und wird nachfolgend die Klemmung mittels der Schrauben 15 und 16 mit der vorbestimmten Klemmkraft erzeugt. Durch Abkühlung der Kontakteinrichtung wird dann noch aufgrund der unterschiediichen mittleren Dehnungskoeffizienten des Rahmenelementes 3 und der in ihm eingeschlossenen Klemmstücke 4 und 5 die zusätzliche Preßkraft erzeugt, die vorteilhaft -größer ist a/s die vorbestimmte, bei Raumtemperatur eingestellte Klemmkraft mittels der Schrauben 15 und 16.

Neben der reinen Klemmverbindung kann bei der Kontakteinrichtung nach der Erfindung auch eine Lötverbindung vorgesehen werden. Hierzu werden die Kontaktflächen der Endstücke 7 und 8 der zu verbindenden Supraleiter und die ihnen zugewandten Kontaktflächen der Klemmstücke 4 und 5 einschließlich der in ihnen eventuell vorhandenen supraleitenden Verbindungsleiterstücke 23 zunächst mit einem Lot,

beispielsweise aus Zinn, Indium oder aus einer Süber-Zinn-Legierung, beschichtet und dann verpreßt. Mit der Pressung werden die Klemmstücke aufgeheizt, die gleichzeitig als Lötvorrichtungen wirken können. Hierzu dienen Lötpatronen, die in die aus den Querschnitten der F i g. 1 und 2 ersichtlichen Bohrungen 24 in dem unteren einteiligen Klemmstück 4 sowie in den Druckstücken 12 und 13 des zusammengesetzten Klemmstückes 5 eingeführt werden. Wie aus Fig. 1 ferner hervorgeht, kann ein Knopfthermometer 25 vorgesehen sein, um eine Überhitzung der Supraleiter, beispielsweise über 300" C, zu vermeiden. Die Bohrungen 24, die sich zweckmäßig in unmittelbarer Nähe der Kontaktflächen befinden, werden vorteilhaft im Betriebszustand der Supraleiter und der Kontakteinrichtung von dem die Supraleiter kühlenden Kühlmedium durchströmt. In dieses Medium ist im allgemeinen die gesamte Kontakteinrichtung eingetaucht. In Verbindung mit einer guten Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Werkstoffe garantiert dies eine optimale Abfuhr der ohmschen Verluste aus dem Kontaktbereich.

Um den geforderten geringen Widerstand der Verbindung der supraleitenden Endstücke 7 und 8 zu gewährleisten, kann die Kontakteinrichtung in Längsrichtung der Endstück entsprechend lang gestaltet sein. Daneben ist es auch möglich, mehrere vergleichsweise kürzere Kontakteinrichtungen in Längsrichtung hintereinandergereiht vorzusehen.

Gemäß einem entsprechenden konkreten Ausführungsbeispiel wurde ein verlöteter Kontakt untersucht. Dabei wurden fünf Kontakteinrichtungen mit jeweils etwa 40 mm Länge unmittelbar hintereinander angeordnet. Jede dieser Kontakteinrichtung hatte ein hohlzylindrisches Rahmenelement 3 von 90 mm Durchmesser und 3 mm Wandstärke aus Aluminium. Die Klemmstucke 4 und 5 bestanden aus Kupfer. Als Supraleiterendstücke 7 und 8 wurden Röbelstableiter mit 23 um einen flachen Blechkern aus Stahl verseilten Nb'ri/Cu-Einzelleitern verwendet. Die Querschnittsmaße dieser Endstücke betrugen jeweils 7.6 mm χ 38,5 mm. In die Kontaktflächen des einteiligen Klemmstückes 4 sowie der Druckstücke 12 und 13 waren jeweils 9 unisolierte außenstabilisierte NbTi/Cu-Verbindungsieiiersiücke 23 mit einem Querschnitt von jeweils 3,6 mm χ 1,8 mm eingelassen. Alle Kontaktflächen waren vorverzinnt. Mit fünf derartigen Kontakteinrichtungen wurde nach der Verlötung ein Kontaktwiderstand von 2 χ 10 ^ΙΟΩ bei einem Strom von 15 kA ermittelt. Da der Strom sich nach der Theorie gleichmäßig über die einzelnen Kontakteinrichtungen verteilt, bedeutet dies für eine einzelne Kontakteinrichtung einen Widerstand von etwa 10~⁹Ω. Bezieht man diesen Widerstand auf die Kontaktfläche, so ergab sich ein Oberflächenwiderstand von 1,8 χ 10~⁸ Ω · cm².

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ψ "■ο/Η!
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   Patentansprüche:

   I. Kontakteinrichtung zum widersrandsarmen Verbinden der Endstücke zweier auf eine kryogcne Betriebstemperatur abzukühlender stabilisierter JiochstronvSupralekcr, die zwischen zwei Klcnunslücken anzuordnen sind, zwischen denen bei der Montagetemperatur eine vorbestimmte Klemmkraft mechanisch einstellbar ist gekennzeichnet w d u rch Klemmstücke(4,5)nütkreisiegnienta!tigen Querschnitten, weiche