EP0048880B1 - Verfahren zum Fixieren der Windungen einer supraleitenden Magnetwicklung - Google Patents

Verfahren zum Fixieren der Windungen einer supraleitenden Magnetwicklung Download PDF

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EP0048880B1
EP0048880B1 EP81107230A EP81107230A EP0048880B1 EP 0048880 B1 EP0048880 B1 EP 0048880B1 EP 81107230 A EP81107230 A EP 81107230A EP 81107230 A EP81107230 A EP 81107230A EP 0048880 B1 EP0048880 B1 EP 0048880B1
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winding
cement
annealing
putty
high temperature
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Fritz Dr. Assmus
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/12—Insulating of windings
    • H01F41/122—Insulating between turns or between winding layers

Definitions

  • the invention relates to a method for fixing the turns of a superconducting magnetic winding, which is initially built up from preliminary conductor products and in which the superconducting properties are produced by reaction annealing of the finished winding.
  • Superconducting intermetallic compounds with A15 crystal structure such as the two-component compounds Nb 3 Sn and V 3 Ga or the ternary compound Nb 3 A1 o , 8 Ge 0 , 2 , have good superconducting properties and are distinguished by high critical values, ie by a high step temperature, a high critical current density and a high critical magnetic field.
  • the superconducting intermetallic compounds are generally very brittle, so that their manufacture in a form suitable for solenoids is difficult.
  • the general procedure today is to first of all provide a rod or wire made of the higher-melting element of the connection with a shell made of an alloy, which consists of a carrier metal and the lower-melting element of the connection or, if appropriate, several such elements.
  • a niobium wire is surrounded by a copper-tin-bronze sheath. A large number of these covered wires are then combined into a bundle.
  • a wire or a strip of an alloy matrix is thus obtained, in which a multiplicity of thread-shaped cores from the higher-melting element of the connection is embedded, for example a copper-tin wire with a large number of embedded niobium filaments.
  • a preliminary conductor product is then subjected to an annealing treatment in which the element or elements of the compound contained in the matrix diffuse into the cores of the higher-melting element and react with it to form the intermetallic compound (see e.g. DE-A-2044660).
  • Superconducting magnetic coils from such superconductors have hitherto generally been produced by two different processes (cf. e.g. DE-A-2837199 and 2840526).
  • the preliminary conductor product is wound onto a provisional winding body and then annealed to form the desired superconducting compound.
  • the superconductor produced in this way is unwound again from the provisional winding body and can then be wound, for example, into a magnetic coil.
  • the high brittleness of the superconducting intermetallic compounds there is a risk that cracks will occur in the intermetallic superconducting connections if the bending radius permitted for the completely reacted conductor is undershot and the superconducting properties are impaired accordingly.
  • the wind and react technique Another method is used, which is also referred to as the “wind and react technique”.
  • the coil body of the magnet to be provided with the winding is wound with the as yet unreacted conductor preliminary product and the entire magnet thus wound is then subjected to diffusion annealing. Since the intermetallic connection is only created in situ in the coil or winding, in this case the diffusion annealing is also called “in situ annealing”. This procedure avoids all difficulties in processing a brittle conductor material. However, the materials present in the coil during the diffusion annealing must withstand the required high temperatures for several hours, which, for example in the case of Nb 3 Sn, are around 700 ° C.
  • the conductor pre-product wrapped or wound with an insulation made of glass, ceramic or quartz threads has been wound onto a correspondingly high-temperature-resistant coil body and the coil windings are finally fixed only after the diffusion annealing, by covering the finished winding with suitable curable or solidifying organic materials upon cooling , for example epoxy resins or paraffin, preferably impregnated by vacuum impregnation (cf. DE-A-2546198 and 2837199).
  • the object of the invention is to manufacture of superconducting magnetic windings, the superconducting properties of which are produced by reaction annealing (in-situ annealing) of the finished winding.
  • the method according to the invention leads to a fixed fixation of the individual turns of the coil winding even before the reaction annealing and thus avoids the shape and position changes occurring in unfixed turns due to thermal expansion or contraction and their disadvantageous consequences. It has also been shown that the formation of carbon bridges is also avoided by the putty introduced into the winding. It is therefore no longer necessary to remove the sizes or the binders of the insulating materials from the winding before the annealing treatment.
  • Suitable putties are inorganic materials which, if necessary after prior mixing with water or other suitable inorganic liquids, are curable or otherwise harden or solidify and in the solidified state both at the high temperatures required for reaction annealing of, for example, about 700 ° C. at Nb 3 Sn as well as at the low temperatures required to bring about the superconducting state, for example the temperature of the liquid helium of 4.2 K, are stable.
  • the putties should also have good resistance to temperature changes so that no damage occurs in the winding even when the coil is repeatedly cooled to low temperatures. For similar reasons, the putties should not differ too much from the superconductor material with regard to their thermal expansion. Furthermore, good thermal conductivity of the cement is also advantageous for effective cooling of the coil winding. Unstable connections that release metals during reaction annealing should not be included in the kit, since the insulation of the winding would be impaired by the released metal.
  • a putty made from water glass (sodium silicate solution) and talcum (soapstone powder) has proven to be particularly suitable. This putty solidifies into a hard mass made of double silicates, which very well fulfills the aforementioned requirements.
  • a mixture of about 60% by weight of water glass and 40% by weight of talc is preferably used, which can still be processed well even after a long standing time.
  • the winding is first used to dry the cement of a heat treatment at a. first temperature of preferably 35 to 40 ° C and then to harden the putty a heat treatment at a second higher temperature, preferably about 100 to 120 ° C, subjected.
  • This two-stage heat treatment can be combined with the reaction annealing to a three-stage heat treatment.
  • a particularly stable winding structure can be obtained by first applying an insulating mat made of high-temperature resistant material, for example a glass fiber mat, to a high-temperature-resistant coil former, for example made of stainless steel, and then impregnating it with the putty, then applying the successive layers of the conductor winding and in each case with the putty are coated and finally the finished winding is surrounded by another high-temperature-resistant insulating mat, which is also to be soaked with putty, and finally the putty is cured at elevated temperature.
  • further high-temperature-resistant insulating mats can also be inserted between the individual layers of the winding.
  • a strip-shaped, 1 mm wide and 0.3 mm thick conductor pre-product made of a copper-tin matrix with 1159 embedded niobium filaments was assumed.
  • the preliminary conductor product was provided with a glass fiber covering on which an organic size was applied.
  • a water glass-talcum mixture with about 60% by weight of sparkling water glass and about 40% by weight of talc was used as the putty. If the water glass remains open for a long time before mixing with the talcum powder, it becomes thinner. It is then advisable to increase the proportion of talcum to increase the viscosity of the putty.
  • the bobbin used to wind the bobbin was made of non-magnetic stainless steel and was equipped with two disk-shaped side flanges and a central bore with a diameter of 25 mm.
  • the inner winding diameter was 30 mm, the outer winding diameter 50 mm, the winding length 40 mm.
  • the coil was then first heated to about 37 ° C. for a few hours to dry the putty. This is sufficient if the water vapor can escape from the winding, for example through holes provided in the disk-shaped side flanges or in other ways. This drying step prevents cracks from appearing in the putty during subsequent curing. A second heat treatment at about 117 ° C for several hours then gave the putty the required strength. After appropriate determination of the conductor ends for later assembly of the contacts, the coil was finally wrapped in a zirconium foil serving as getter and subjected to reaction annealing at about 700 ° C. under argon for about two days. After cooling, the coil was cast with casting resin in a protective trough. Instead of the casting resin, an inorganic putty can also be used.
  • the finished coil was then inserted into the bore of a larger superconducting magnet and tested in its magnetic field. With a magnetic induction of 7 Tesla generated by the outer coil, a magnetic induction of 9 Tesla was achieved in the bore of the inner coil.
  • the critical current density of the Nb 3 Sn conductor of the inner coil was approximately 90,000 A / cm 2 in an external field of 2 Tesla, and approximately 45,000 A / cm 2 in an external field of 7 Tesla .
  • the method according to the application has proven itself in the same way for larger coils of up to 177 mm winding length and 119 mm outer winding diameter.
  • the packing density of the winding could be increased even further by omitting the insulating mats between the individual winding layers. In this case, putty is applied to each winding layer and the next winding layer is wound directly over it. However, omitting the layer insulation is only recommended if the actual conductor insulation consists of a fiber wound. If the pre-products for insulation are only wrapped with glass fiber, for example, then the insulating mats should be retained to insulate the winding layers from each other.
  • the putty applied to the previous winding layer is not sufficient to impregnate the insulation mat, putty is expediently applied to it again before the next winding layer is applied.
  • organic binders for example with polyvinyl butyral
  • the carbon released during the thermal decomposition of the polyvinyl butyral during the heating of the winding for reaction annealing is prevented by the putty from forming conductive bridges between the turns. Carbon-releasing substances therefore do not need to be removed or at least not completely removed before the reaction annealing when winding the coil.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fixieren der Windungen einer supraleitenden Magnetwicklung, die zunächst aus Leitervorprodukten aufgebaut wird und bei der die supraleitenden Eigenschaften durch eine Reaktionsglühung der fertigen Wicklung erzeugt werden.
  • Supraleitende intermetallische Verbindungen mit A15-Kristallstruktur, wie beispielsweise die zweikomponentigen Verbindungen Nb3Sn und V3Ga oder die ternäre Verbindung Nb3A1o,8Ge0,2, haben gute Supraleitungseigenschaften und zeichnen sich durch hohe kritische Werte aus, d. h. durch eine hohe Sprungtemperatur, eine hohe kritische Stromdichte und ein hohes kritisches Magnetfeld.
  • Sie eignen sich daher besonders als Leitermaterialien für Supraleitungsmagnetspulen zum Erzeugen starker Magnetfelder.
  • Die supraleitenden intermetallischen Verbindungen sind jedoch im allgemeinen sehr spröde, so dass ihre Herstellung in einerfür Magnetspulen geeigneten Form mit Schwierigkeiten verbunden ist. Man geht heute im allgemeinen derart vor, dass zunächst ein Stab oder Draht aus dem höherschmelzenden Element der Verbindung mit einer Hülle aus einer Legierung versehen wird, die aus einem Trägermetall und dem niedrigerschmelzenden Element der Verbindung bzw. gegebenenfalls mehreren solchen Elementen besteht. Beispielsweise wird ein Niob-Draht mit einer Hülle aus Cu-Zinn-Bronze umgeben. Eine Vielzahl dieser umhüllten Drähte wird dann zu einem Bündel zusammengefasst. Man kann aber beispielsweise auch mehrere Drähte in einen mit Bohrungen versehenen Block aus der Bronze einlagern. Der so gewonnene Aufbau wird dann einer querschnittsverringernden Bearbeitung unterzogen. Man erhält so einen Draht oder ein Band aus einer Legierungsmatrix, in die eine Vielzahl von fadenförmigen Kernen aus dem höherschmelzenden Element der Verbindung eingelagert ist, also beispielsweise einen Kupfer-Zinn-Draht mit einer Vielzahl von eingelagerten Niob-Filamenten. Zur Erzeugung der intermetallischen supraleitenden Verbindung wird dann ein solches Leitervorprodukt einer Glühbehandlung unterzogen, bei der das in der Matrix enthaltene Element bzw. die in der Matrix enthaltenen Elemente der Verbindung in die Kerne aus dem höherschmelzenden Element eindiffundieren und mit diesem unter Bildung der intermetallischen Verbindung reagieren (vgl. z. B. DE-A-2044660).
  • Supraleitende Magnetspulen aus solchen Supraleitern werden bisher im allgemeinen nach zwei verschiedenen Verfahren hergestellt (vgl. z.B. DE-A-2837199 und 2840526).
  • Bei dem ersten Verfahren, das auch als «react first-wind then-Verfahren» bezeichnet wird, wikkelt man das Leitervorprodukt auf einen provisorischen Wickelkörper auf und glüht es dann zur Bildung der gewünschten supraleitenden Verbindung. Im Anschluss an die Glühbehandlung wird der so hergestellte Supraleiter wieder von dem provisorischen Wickelkörper abgewickelt und kann dann beispielsweise zu einer Magnetspule gewickelt werden. Wegen der hohen Sprödigkeit der supraleitenden intermetallischen Verbindungen besteht dabei jedoch die Gefahr, dass durch unbeabsichtigtes Unterschreiten des für den fertig reagierten Leiter zulässigen Biegeradiusses in den intermetallischen supraleitenden Verbindungen Risse auftreten und die Supraleitungseigenschaften dementsprechend beeinträchtigt werden.
  • Um diese Gefahr zu umgehen, wendet man ein anderes Verfahren an, das auch als «wind and react-Technik» bezeichnet wird. Dabei bewickelt man den Spulenkörper des mit der Wicklung zu versehenden Magneten mit dem noch nicht reagierten Leitervorprodukt und setzt dann den gesamten so bewickelten Magneten der Diffusionsglühung aus. Da dabei die intermetallische Verbindung erst in situ in der Spule oder Wicklung erzeugt wird, nennt man in diesem Fall die Diffusionsglühung auch «in situ-Glühung». Bei dieser Verfahrensweise werden alle Schwierigkeiten der Verarbeitung eines spröden Leitermaterials vermieden. Jedoch müssen die bei der Diffusionsglühung in der Spule vorhandenen Materialien mehrere Stunden lang die erforderlichen hohen Temperaturen aushalten, die beispielsweise im Falle von Nb3Sn bei etwa 700°C liegen.
  • Man wickelt daher bisher das mit einer Isolation aus Glas-, Keramik- oder Quarzfäden umwickelte oder umsponnene Leitervorprodukt auf einen entsprechend hochtemperaturbeständigen Spulenkörper auf und fixiert die Spulenwindungen endgültig erst nach der Diffusionsglühung, indem man die fertige Wicklung mit geeigneten aushärtbaren oder bei Abkühlung erstarrenden organischen Materialien, beispielsweise Epoxidharzen oder Paraffin, vorzugsweise durch Vakuumtränken imprägniert (vgl. DE-A-2546198 und 2837199).
  • Auch diese Verfahrensweise ist jedoch nicht frei von Problemen. Es besteht einmal die Schwierigkeit, dass sich bei der Diffusionsglühung Kohlenstoff zwischen den Spulenwindungen abscheidet und dadurch die Isolation der Spule verschlechtert wird. Die in der Spulenwicklung üblicherweise verwendeten Isolationsmaterialien aus Glas-, Keramik- oder Quarzfäden sind nämlich zur Erleichterung ihrer Handhabung in der Regel mit organischen Schlichten oder Bindemitteln versehen, die sich bei den hohen Temperaturen zersetzen. Man wendet daher spezielle Verfahren an, um die Schlichten oder Bindemittel vor der Reaktionsglühung aus der Spule zu entfernen (DE-A-2837199). Derartige Verfahren erfordern aber einen gewissen Aufwand. Da die erwähnten Isolationsmaterialien mit steigender Temperatur an Festigkeit verlieren, besteht ferner die Gefahr, dass die bei der Glühbehandlung nicht weiter fixierten Windungen ihre Lage oder Form ändern. Auch dies kann eine Verschlechterung der Isolation zwischen den Windungen zur Folge haben und ausserdem zu nicht vorhersehbaren Änderungen der Feldverteilung in der Wicklung führen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung von supraleitenden Magnetwicklungen, deren supraleitende Eigenschaften durch eine Reaktionsglühung (in-situ-Glühung) der fertigen Wicklung erzeugt werden, weiter zu verbessern.
  • Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass beim Wickeln der Leitervorprodukte ein Kitt aus isolierendem anorganischem Material, der im verfestigten Zustand bei den zur Herbeiführung des supraleitenden Zustandes erforderlichen tiefen Temperaturen und bei den zur Reaktionsglühung erforderlichen hohen Temperaturen beständig ist, in die Wicklung eingebracht und nach Fertigstellung der Wicklung vor Durchführung der Reaktionsglühung verfestigt wird.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren führt zu einer festen Fixierung der einzelnen Windungen der Spulenwicklung bereits vor der Reaktionsglühung und vermeidet so die bei unfixierten Windungen infolge der thermischen Dehnung bzw. Kontraktion auftretenden Form- und Lageänderungen und deren nachteilige Folgen. ferner hat sich gezeigt, dass durch den in die Wicklung eingebrachten Kitt auch die Bildung von Kohlenstoffbrücken vermieden wird. Es ist daher nicht mehr nötig, die Schlichten bzw. die Bindemittel der Isolatronsmaterialien vor der Glühbehandlung aus der Wicklung zu entfernen.
  • Als Kitte eignen sich anorganische Materialien, die, gegebenenfalls nach vorheriger Vermischung mit Wasser oder anderen geeigneten anorganischen Flüssigkeiten, aushärtbar sind oder sich anderweitig erhärten oder verfestigen und im verfestigten Zustand sowohl bei den zur Reaktionsglühung erforderlichen hohen Temperaturen von z.B. etwa 700°C bei Nb3Sn als auch bei den zur Herbeiführung des supraleitenden Zustandes erforderlichen tiefen Temperaturen, beispielsweise der Temperatur des flüssigen Heliums von 4,2 K, beständig sind. Die Kitte sollen ferner eine gute Temperaturwechselbeständigkeit besitzen, damit auch bei wiederholter Abkühlung der Spule auf tiefe Temperaturen keine Schäden in der Wicklung auftreten. Aus ähnlichen Gründen sollen sich die Kitte auch hinsichtlich ihrer thermischen Ausdehnung nicht zu stark vom Supraleitermaterial unterscheiden. Ferner ist für eine effektive Kühlung der Spulenwicklung auch eine gute Wärmeleitfähigkeit des Kitts vorteilhaft. Instabile Verbindungen, die bei der Reaktionsglühung Metalle freisetzen, sollen in den Kitten nicht enthalten sein, da durch das freigesetzte Metall die Isolation der Wicklung verschlechtert würde.
  • Als besonders geeignet hat sich ein Kitt aus Wasserglas (Natriumsilikatlösung) und Talcum (Specksteinpulver) erwiesen. Dieser Kitt verfestigt sich zu einer harten Masse aus Doppelsilikaten, welche die vorerwähnten Anforderungen sehr gut erfüllt. Bevorzugt wird ein Gemisch aus etwa 60 Gew.-% Wasserglas und 40 Gew.-% Talcum verwendet, das sich auch nach längerer Stehzeit noch gut verarbeiten lässt.
  • Insbesondere bei der Verwendung von Wasserglas-Talcum-Kitt hat sich eine zweistufige Wärmebehandlung der Wicklung vor der Reaktionsglühung bewährt
  • Dabei wird die Wicklung zunächst zum Trocknen des Kitts einer Wärmebehandlung bei einer . ersten Temperatur von vorzugsweise 35 bis 40°C und dann zum Aushärten des Kitts einer Wärmebehandlung bei einer zweiten höheren Temperatur, vorzugsweise etwa 100 bis 120°C, unterzogen. Diese zweistufige Wärmebehandlung kann mit der Reaktionsglühung zu einer dreistufigen Wärmebehandlung zusammengefasst werden.
  • Neben dem bevorzugten Gemisch aus Wasserglas und Talcum eignen sich als Kitte auch andere Zemente auf mineralischer Basis, soweit sie die bereits erläuterten Anforderungen an den Kitt erfüllen.
  • Einen besonders stabilen Wicklungsaufbau kann man dadurch erhalten, dass auf einen hochtemperaturbeständigen Spulenkörper, beispielsweise aus Edelstahl, zunächst eine Isoliermatte aus hochtemperaturbeständigem Material, beispielsweise eine Glasfasermatte, aufgebracht und mit dem Kitt getränkt wird, anschliessend die aufeinanderfolgenden Lagen der Leiterwicklung aufgebracht und jeweils mit dem Kitt bestrichen werden und schliesslich die fertige Wicklung mit einer weiteren hochtemperaturbeständigen, ebenfalls mit Kitt zu tränkenden Isoliermatte umgeben und schliesslich der Kitt bei erhöhter Temperatur ausgehärtet wird. Zusätzlich können ferner zwischen die einzelnen Lagen der Wicklung weitere hochtemperaturbeständige Isoliermatten eingelegt werden.
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
  • Zur Herstellung einer Magnetspule mit Nb3Sn als Supraleitermaterial wurde von einem bandförmigen, 1 mm breiten und 0,3 mm dicken Leitervorprodukt aus einer Kupfer-Zinn-Matrix mit 1159 eingelagerten Niob-Filamenten ausgegangen. Zur Isolation war das Leitervorprodukt mit einer Glasfaserumspinnung versehen, auf die eine organische Schlichte aufgetragen war.
  • Als Kitt wurde eine Wasserglas-Talcum-Mischung mit etwa 60 Gewichts-% firschem Wasserglas und etwa 40 Gewichts-% Talcum verwendet. Wenn das Wasserglas vor dem Vermischen mit dem Talcumpulver längere Zeit offen stehen bleibt, wird es dünnflüssiger. Es empfiehlt sich dann, zur Erhöhung des Viskosität des Kitts den Talcumanteil zu erhöhen.
  • Der zum Aufwickeln der Spule dienende Spulenkörper bestand aus unmagnetischem Edelstahl und war mit zwei scheibenförmigen Seitenflanschen sowie mit einer zentralen Bohrung von 25 mm Durchmesser versehen. Der innere Wickeldurchmesser betrug 30 mm, der äussere Wickeldurchmesser 50 mm, die Wickellänge 40 mm.
  • Auf den Wickelkern des Spulenkörpers und die Seitenflansche wurden zur Isolation gegen die aufzubringende Wicklung zunächst jeweils 90 flm dicke Glasfasermatten aufgelegt und mit Kitt bestrichen. Dann wurde auf die den Wickelkern umgebende Glasfasermatte die erste Wicklungslage auf dem bandförmigen Leitervorprodukt gewikkelt und Kitt auf diese Lage aufgetragen. Auf den Kitt wurde dann eine 30 flm dicke Glasfasermatte zur Lagenisolation aufgelegt, darauf die zweite Wicklungslage gewickelt und auf diese erneut Kitt aufgetragen. Dies wurde fortgesetzt, bis nach 22 Lagen der äussere Wickeldurchmesser erreicht war. Die letzte Wicklungslage wurde nach Auftragen einer Kittschicht nochmals mit einer Bandage aus mehreren Lagen Glasfasermatten umgeben. Dabei wurde auf jede Lage nochmals Kitt aufgetragen. Insgesamt hatte die so hergestellte Spule 637 Windungen. Die Länge des verarbeiteten Leitervorproduktes betrug 81 m.
  • Zur Trocknung des Kitts wurde die Spule dann zunächst einige Stunden lang auf etwa 37°C erhitzt. Dies ist ausreichend, wenn der Wasserdampf beispielsweise durch in den scheibenförmigen Seitenflanschen vorgesehene Löcher oder auf sonstigen Wegen aus der Wicklung entweichen kann. Durch diesen Trocknungsschritt wird das Entstehen von Sprüngen im Kitt beim späteren Aushärten vermieden. Durch eine zweite mehrstündige Wärmebehandlung bei etwa 117°C erhielt der Kitt dann die erforderliche Festigkeit. Nach entsprechender Festlegung der Leiterenden zur späteren Montage der Kontakte wurde die Spule schliesslich in eine als Getter dienende Zirkonfolie eingewickelt und etwa zwei Tage lang unter Argon der Reaktionsglühung bei etwa 700°C unterzogen. Nach der Abkühlung wurde die Spule mit Giessharz in einen Schutztrog eingegossen. Anstelle des Giessharzes kann man aber auch einen anorganischen Kitt verwenden.
  • Die fertige Spule wurde dann in die Bohrung eines grösseren Supraleitungsmagneten eingesetzt und in dessen Magnetfeld getestet. Bei einer durch die äussere Spule erzeugten magnetischen Induktion von 7 Tesla wurde in der Bohrung der inneren Spule eine magnetische Induktion von 9 Tesla erreicht.
  • Ein Trainingsverhalten der nach dem anmeldungsgemässen Verfahren hergestellten Spule konnte nicht festgestellt werden. In einem Aussenfeid von 2 Tesla betrug die kritische Stromdichte des Nb3Sn-Leiters der inneren Spule etwa 90 000 A/cm2, in einem Aussenfeld von 7 Tesla etwa 45 000 A/cm2.
  • Das anmeldungsgemässe Verfahren bewährte sich in gleicher Weise bei grösseren Spulen von bislang bis zu 177mm Wicklungslänge und 119 mm äusserem Wicklungsdurchmesser. Dabei konnte die Packungsdichte der Wicklung durch Weglassen der Isoliermatten zwischen den einzelnen Wicklungslagen noch weiter erhöht werden. Man trägt in diesem Fall auf jede Wicklungslage Kitt auf und wickelt die nächste Wicklungslage unmittelbar darüber. Allerdings empfiehlt sich das Weglassen der Lagenisolation nur, wenn die eigentliche Leiterisolation aus einer Faserumspinnung besteht. Sind die Leitervorprodukte zur Isolation beispielsweise mit Glasfaser lediglich umwickelt, so sollten die Isoliermatten zur Isolation der Wicklungslagen gegeneinander beibehalten werden. Wenn insbesondere bei dickeren Isoliermatten der auf die vorhergehende Wicklungslage aufgetragene Kitt nicht zur Durchtränkung der Isoliermatte ausreicht, wird auf diese zweckmässigerweise vor dem Aufbringen der nächsten Wicklungslage nochmals Kitt aufgetragen. Auch bei Verwendung von Glasfaserumspinnungen oder -umwicklungen, die mit organischen Bindemitteln, beispielsweise mit Polyvinylbutyral, getränkt sind, ergaben sich beim anmeldungsgemässen Verfahren keine Schwierigkeiten. Offenbar wird der bei der thermischen Zersetzung des Polyvinylbutyrals während des Aufheizens der Wicklung zur Reaktionsglühung freigesetzte Kohlenstoff durch den Kitt an der Ausbildung leitender Brükken zwischen den Windungen gehindert. Kohlenstoff-freisetzende Substanzen brauchen also beim Wickeln der Spule nicht oder zumindest nicht vollständig vor der Reaktionsglühung entfernt zu werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Fixieren der Windungen einer supraleitenden Magnetwicklung, die zunächst aus Leitervorprodukten aufgebaut wird und bei der die supraleitenden Eigenschaften durch eine Reaktionsglühung der fertigen Wicklung erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass beim Wikkein der Leitervorprodukte ein Kitt aus isolierendem anorganischem Material, der im verfestigten Zustand bei den zur Herbeiführung des supraleitenden Zustandes erforderlichen tiefen Temperatur und bei den zur Reaktionsglühung erforderlichen hohen Temperaturen beständig ist, in die Wicklung eingebracht und nach Fertigstellung der Wicklung vor Durchführung der Reaktionsglühung verfestigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kitt ein Gemisch aus Wasserglas und Talcum verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus etwa 60 Gewichts- % Wasserglas und 40 Gewichts-% Talcum verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung vor der Reaktionsglühung zunächst zum Trocknen des Kitts einer Wärmebehandlung bei einer ersten Temperatur und dann zum Aushärten des Kitts einer weiteren Wärmebehandlung bei einer zweiten, höheren Temperatur unterzogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen hochtemperaturbeständigen Spulenkörper zunächst eine Isoliermatte aus hochtemperaturbeständigem Material aufgebracht und dann mit dem Kitt getränkt wird, anschliessend die aufeinanderfolgenden Lagen der Leiterwicklung aufgebracht und jeweils mit dem Kitt bestrichen werden und schliesslich die fertige Wicklung mit einer weiteren hochtemperaturbeständigen, mit Kitt zu tränkenden Isoliermatte umgeben und schliesslich der Kitt bei erhöhter Temperatur ausgehärtet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich weitere hochtemperaturbeständige Isoliermatten zwischen die einzelnen Lagen der Wicklung eingelegt werden.
EP81107230A 1980-09-27 1981-09-14 Verfahren zum Fixieren der Windungen einer supraleitenden Magnetwicklung Expired EP0048880B1 (de)

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