DE1564701B2

DE1564701B2 - Supraleitende Wicklung mit Metallbrücken

Info

Publication number: DE1564701B2
Application number: DE19661564701
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. 8521 Tennenlohe Kafka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-09-03
Filing date: 1966-09-03
Publication date: 1975-01-23
Also published as: DE1564701A1; DE1564701C3

Description

Die Erfindung betrifft eine supraleitende Wicklung, bei der zwischen benachbarten, gegenseitig isolierten Windungen metallische Brücken aus normalleitendem Material vorgesehen sind.

Wicklungen dieser Art sind durch den Aufsatz »A Variabel Composition High Field Superconducting Solenoid« in der Zeitschrift »Journal of Applied Physics«, 1962, Seiten 3 499 bis 3 504, bekanntgeworden. Die Metallbrücken dienen dazu, im Falle einer Transition eine Zerstörung der Spule zu verhindern. Es hat sich herausgestellt, daß solche Brücken auch stabilisierend wirken, d. h., daß sie eine vorzeitige Transition verhindern. Die Transition setzt an einer bestimmten Stelle ein. Es entsteht hier ein Widerstand im supraleitenden Draht. Dieser pflanzt sich auf Grund der Erwärmui an dieser Stelle schnell fort. Werden nun mehrere Brü ken längs des Umfangs einer Windung zu Nachbarwi düngen vorgesehen und diese ausreichend bemesse dann kann bei einer örtlichen Transition der Spule strom über diese Brücken auf benachbarte Windung· ausweichen. Eine übermäßige Erwärmung an der b treffenden Stelle wird verhindert. Wird das betreffen! Stück wieder supraleitend, so fließt der Strom wied über dieses Stück. Voraussetzung hierfür ist eine rieh ge Bemessung der Widerstandsbrücken. Der Wide standswert muß zwischen zwei Grenzwerten liegen, c! durch zwei gegensätzliche Forderungen bestimmt sir Einerseits soll der Widerstandswert möglichst gr< sein, damit die Verluste beim Auferregen möglichst g ring sind — die beim Auferregen entstehende FeI änderungsspannung treibt einen Strom über die Wide Standsbrücken —, und andererseits soll der Wide standswert möglichst klein sein, damit die Brücken st bilisierend wirken können. Es muß im Falle einer ort chen Transition, d. h., wenn sich im Supraleiter an ein Stelle ein ohmscher Widerstand einstellt, der Strc über die Widerstandsbrücken auf Nachbarleiter ai. weichen können, ohne daß eine wesentliche örtlici Erwärmung damit verbunden ist. Die Forderungen 1; sen sich erfüllen, wenn mehrere Widerstandsbrück. pro Windung vorgesehen sind. Bei einer bereits dur die FR-PS 1 423 266 bekannten Spule sind die suprah tenden Windungen in eine Widerstandspaste geeign ten spezifischen Leitwertes eingebettet. Da Wide Standsmaterial keinen so großen Wärmeleitwert h wie Metalle, ist es erwünscht, Metallbrücken vorzus hen, die einen guten Kontaktwiderstand zu den Supr leiterdrähten haben. Diese können auch so angeordn werden, daß eine unmittelbare Berührung der Kühlfli sigkeit sowohl mit den Supraleiterdrähten als auch η den Metallbrücken gegeben ist.

Bei einer aus der Zeitschrift »Rev. Sei. Instrum.«, J (1965), S. 825 bis 830, bekannten Wicklungskonstru tion ist die Wicklung aus einem teilweise isolierten S praleiter hergestellt. Zwischen den Wicklungslag< sind Netze aus rostfreiem Stahl angeordnet, die eine seits den unmittelbaren Kühlmittelzutritt zu den Sp lenwindungen gestatten, andererseits bei Übergang in den normalleitenden Zustand als Widerstandsbrü ken innerhalb der Wicklungslagen wirken. An sich 1;> sen sich mit dieser Wicklungskonstruktion die obeng nannten Forderungen erfüllen, indem durch geeigne Wahl des jeweiligen Netzes der Widerstandswert d von den Netzen gebildeten Widerstandsbrücken geei. net eingestellt wird. Es dürfte jedoch nur in seltene Fällen gelingen, die Auswahl der Netze im Hinblick a einen gewünschten elektrischen Widerstand mit dt anderen, an die Netze zu stellenden Forderungen , vereinen. In erster Linie müssen die Netze nämlich de Kühlmittelzutritt zu den Spulenwindungen gewährle sten, d. h. Kühlmittelwege entsprechenden Querschnit zwischen den Wicklungslagen offenhalten, und fern eine ausreichende Festigkeit besitzen, um die in d Spulenwicklung auftretenden Kräfte aufnehmen ; können, ohne zusammengedrückt zu werden. Auße dem führen Netze, die im Vergleich zu den Supraleite; verhältnismäßig viel Platz beanspruchen, insbesonde bei kleineren Spulen zu einer unerwünschten Verring rung des Packungsfaktors der Spulenwicklung.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer supraleite den Wicklung der eingangs genannten Art metallise! Brücken vorzusehen, die einerseits die obenerwähnt*

Forderungen erfüllen, deren Widerstand andererseits aber möglichst unabhängig von anderen, insbesondere hinsichtlich der Aufrechterhaltung freier Räume zwischen einzelnen Wicklungslagen und, damit verbunden, hinsichtlich der Festigkeit zu stellenden Forderungen frei gewählt werden kann. Außerdem sollen die Brükken möglichst wenig Platz beanspruchen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch geeignete Formgebung bzw. Anordnung die Länge der Brücken vergrößert ist.

Vorzugsweise werden die Brücken serpentienenartig angeordnet oder in Form von Metallbändern, die nahezu parallel zu den Supraleiterdrähten verlaufen und die durch quer dazu liegende Isolierbänder gewebeartig gefaßt sind. Die metallischen Brücken dürfen keine iso-' lierende Oxydschicht bilden. Sie werden deshalb aus Silber, Gold oder deren Legierungen mit z. B. Kupfer, Zinn oder Quecksilber, herzustellen sein.

Die Erfindung wird durch drei Ausführungsbeispiele an Hand von sieben Figuren näher erläutert.Es zeigen die

Fig.) und 2 eine supraleitende Scheibenwicklung in zwei verschiedenen Ansichten, die

Fig.3 bis 5 den Ausschnitt aus einer Zylinderwicklung in drei verschiedenen Ansichten und die

F i g. 6 und 7 den Ausschnitt aus einer Zylinderwicklung in zwei verschiedenen Ansichten.

Die in den Fig. 1 und 2 im Ausschnitt dargestellte supraleitende Wicklung besteht aus mehreren Scheibenwicklungen 1. Es sind jeweils sechs Supraleiterdrähte 2 in ein bandförmiges elektrisch gut leitendes Metall 3 eingebettet, und der so entstandene Stromleiter ist spiralförmig zu einer Scheibenwicklung 1 gewickelt. Aus Gründen der Isolation und der Festigkeit ist beim Wickeln ein Band 4 aus einem Material großer Zugfestigkeit parallel mitgeführt, das wendelförmig mit einem Glasfaserband 5 umwickelt ist, und zwar so, daß zwischen benachbarten Kanten des Glasfaserbandes ein Abstand 6 verbleibt. Hierdurch entstehen Hohlräume, durch die das Kühlmittel fließen kann, so daß eine unmittelbare Berührung der Kühlflüssigkeit mit den Supraleitern gegeben ist. Das Band hoher Zugfestigkeit nimmt die magnetischen Kräfte auf und sorgt dafür, daß der Stromleiter mechanisch nicht belastet wird. Zwischen benachbarten Scheibenwicklungen sind Isolierstege 7 vorgesehen, die auf den den Stromleitern zugewandten Seiten metallische Brücken 8 besitzen. Diese sind, wie die F i g. 2 erkennen läßt, mäanderförmig aufgebracht. Sie können aufgedampft sein. Auch zwischen den Stegen befindet sich so viel Zwischenraum, daß das Kühlmittel ungehindert hindurchtreten kann. Die Spule ist in bekannter Weise von einer gestrichelt angedeuteten Wärmeisolation 9 umgeben.

In den Fig.3 bis 5 ist ein Ausschnitt aus einer zylinderförmigen Wicklung dargestellt. Es sind hier blanke Supraleiterdrähte 10 auf Distanz gewickelt. Dies geschieht in einfacher Weise durch Mitwickeln eines verdrillten, isolierten Drahtes 11. Auf den Drähten einer Lage befindet sich eine Isolierfolie 12, die auf der den Supraleiterdrähten zugewandten Seite eine Metallschicht 13 besitzt. Die Vergrößerung des Widerstandes der Brücken ist durch gegenseitig versetzte Lochreihen 14 bewirkt. Mit Rücksicht auf die Transparenz der Spule ist auch die Isolierfolie gelocht, und zwar so, daß sich ihr Lochmuster mit dem Lochmuster der Metallschicht deckt. Die Löcher sind beispielsweise gestanzt oder geätzt. Das Lochmuster kann bei einem Supraleiterdraht von 0,3 mm Durchmesser die folgenden Abmessungen haben: Länge des Loches 5 mm, Breite 0,1 mm, Abstand zweier Löcher in der gleichen Lochreihe 2 mm. Abstand der Lochreihen 0,2 mm. Die Isolierfolie, die das Lochmuster trägt, ist beispielsweise aus Polyäthylen, auf das die Metallschicht aufgedampft, gespritzt, gedruckt oder geklebt ist. Die Metallschicht hat etwa eine Dicke von 1 μ. Damit beim Wickeln der nächsten Lage die Folie nicht reißt, sind zusätzliche Stege 15 vorgesehen, die etwa quer zu den Windungen liegen. Diese können aus isoliertem Stahl, aus Polyäthylen oder aus Glasfasern bestehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 6 und 7 ist eine Verlängerung der Brücken durch schräge Anordnung bewirkt. Es handelt sich hier wiederum um eine Zylinderwicklung. Zwischen den Lagen ist ein Gewebe aus parallel verlaufenden schmalen Metallbändern 16 und parallel verlaufenden Isolierbändern 17 vorgesehen. Das Gewebe ist so angeordnet, daß die Metallbänder nahezu parallel und die Isolierbänder nahezu senkrecht zu den Supraleiterdrähten verlaufen. Die Bänder sind hierbei nicht miteinander verflochten, sondern aufeinander geklebt, so daß sich Metallbänder und Isolierbänder in getrennten Ebenen befinden. Die Isolierbänder haben eine Stärke von etwa 50 bis 100 μ und schützen das Gewebe vor einer Zerstörung beim Aufwickeln der nächsten Lage. Das Gewebe ist genügend transparent, um die gewünschte Konvektion des Kühlmittels sicherzustellen. Eine ähnliche Konstruktion ist auch bei Scheibenwicklungen anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Supraleitende Wicklung, bei der zwischen benachbarten gegenseitig isolierten Windungen metallische Brücken aus normalleitendem Material vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Formgebung bzw. Anordnung die Länge der Brücken (8, 16) vergrößert ist. ίο

2. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken serpentinenartig verlaufen (F i g. 2 und 3).

3. Suptraleitende Wicklung nach Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Scheibenwicklung an den Stirnseiten der Wicklungen strahlenförmig Isolierstege (7) vorgesehen sind, auf deren den Supraleiterdrähten (2) zugewandten Seite mäanderförmig Metallbrücken (8) aufgebracht sind.

4. Suptraleitende Wicklung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbrücken aufgedampft sind.

5. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zylinderspule zwischen den Lagen Isolierfolien (12) vorgesehen sind, die auf der den Supraleiterdrähten (10) zugewandten Seite eine durch gegenseitig versetzte Lochreihen (14) unterbrochene Metallschicht (13) enthalten (F i g. 3).

6. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierfolie gelocht ist, und zwar so, daß sich ihr Lochmuster wenigstens teilweise mit dem Lochmuster der Metallschicht deckt.

7. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zylinderspule zwischen den Lagen ein Gewebe aus parallel verlaufenden schmalen Isolierbändern (17) und parallel verlaufenden schmalen Metallbändern (16) vorgesehen ist, das so angeordnet ist, daß die Meiallbänder nahezu parallel und die Isolierbänder nahezu senkrecht zu den Supraleiterdrähten (10) verlaufen (F ig. 6).

8. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbänder und die Isolierbänder in getrennten Ebenen liegen.

9. Supraleitende Wicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Brückenmaterial Silber, Gold und Legierungen hiervon dienen.