DE10231464C1 - Resistive current limiter including superconductive layer, has insulating holding frame with large recess accommodating substrate - Google Patents

Abstract

The insulating holding frame (2), has a recess (10) which is over-sized for the substrate (3). This provides stress-free holding for the substrate and its superconducting layer (4), whether at room temperature or below the superconducting transition temperature.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strombegrenzereinheit zur re­ sistiven Begrenzung eines elektrischen Stromes mit einem plattenförmigen Trägersubstrat, auf dem wenigstens eine Supraleitschicht angeordnet ist, die sich zwischen Anschluss­ mitteln zum Zu- und Abführen des Stromes erstreckt.The invention relates to a current limiter unit for re sistive limitation of an electric current with a plate-shaped carrier substrate on which at least one Superconducting layer is arranged between the connection means for supplying and discharging the current.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Strombegrenzereinrich­ tung mit mehreren miteinander verschalteten Strombegren­ zereinheiten.The invention further relates to a current limiter device with several interconnected current limits zereinheiten.

Eine solche Strombegrenzereinheit und eine solche Strombe­ grenzereinrichtung sind aus der US 5 828 291 A bereits bekannt. Die dort offenbarte Strombegrenzereinheit zeichnet sich durch einen Schichtaufbau aus, der auf einem plattenförmigen Trä­ gersubstrat, das beispielsweise aus einer oxidischen Keramik besteht, aufgebracht ist. Eine dieser aufgebrachten Schichten ist eine aus einem supraleitenden Material gefertigte Supra­ leitschicht in Parallelschaltung zu einer normalleitenden Me­ tallschicht, Kommutierungsschicht genannt, die vorteilhafter­ weise aus Zinn, Zink, Bismut, aus deren Legierungen, Stahl oder Nickel besteht. Zum Halten der Supraleitschicht im supraleitenden Zustand ist das beschichtete Trägersubstrat in einem Kryostaten angeordnet und in flüssigem Stickstoff ein­ getaucht, mit dem der Kryostat befüllt ist. Dabei ist das be­ schichtete Trägersubstrat an einem den Kryostaten durchgrei­ fenden Leiter hängend befestigt.Such a current limiter unit and such a current border devices are already known from US 5 828 291 A. The current limiter unit disclosed there is characterized by a layer structure made on a plate-shaped Trä gersubstrat, for example made of an oxide ceramic exists, is applied. One of those applied layers is a Supra made of a superconducting material conductive layer in parallel to a normal conductive Me tallschicht, called commutation, the more advantageous made of tin, zinc, bismuth, their alloys, steel or nickel. To hold the superconducting layer in the superconducting state is the coated carrier substrate in a cryostat and placed in liquid nitrogen immersed with which the cryostat is filled. This is be layered carrier substrate at one of the cryostats hanging ladder attached.

Der vorbekannten Strombegrenzereinheit haftet der Nachteil an, dass sie insbesondere im Hinblick auf die bei großen Tem­ peraturänderungen stattfindende Volumenkontraktion in dem mit flüssigem Stickstoff befüllten Kryostaten aufwendig gelagert werden muss.The known current limiter unit has the disadvantage that they are particularly important with regard to the large tem  changes in temperature taking place in the with liquid nitrogen-filled cryostats stored in a complex manner must become.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Strombegrenzerein­ heit der eingangs genannten Art bereitzustellen, die auf ein­ fache Art und Weise in einem mit flüssigem Stickstoff gefüll­ ten Kryostat, auch zusammen mit weiteren Strombegrenzerein­ heiten, gehalten werden kann.The object of the invention is therefore a current limiter to provide unit of the type mentioned at the beginning simple way in a filled with liquid nitrogen ten cryostat, also together with other current limiters units can be held.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen aus einem Iso­ liermaterial bestehenden Halterahmen, der eine Aufnahme zum Lagern des Trägersubstrats ausbildet, wobei die Aufnahme be­ züglich des Trägersubstrats mit Übermaß dimensioniert und so konfiguriert ist, dass das Trägersubstrat sowohl bei Raumtem­ peratur als auch bei einer unterhalb einer Sprungtemperatur der Supraleitschicht liegenden Temperatur spannungsfrei in dem Halterahmen gehalten ist.The invention solves this problem by means of an iso liermaterial existing holding frame that a recording for Storage of the carrier substrate forms, the recording be dimensioned in excess of the carrier substrate and so it is configured that the carrier substrate both at room temperature temperature as well as at a below a crack temperature the superconducting layer is stress free the holding frame is held.

Bei der erfindungsgemäßen Strombegrenzereinheit ist das plat­ tenförmige Trägersubstrat mit dem darauf angeordneten Schichtaufbau in einem Halterahmen aus einem elektrisch iso­ lierenden Material angeordnet. Dabei wird das Trägersubstrat mittels der Aufnahme in dem Halteraum gelagert. Der aus Iso­ liermaterial gefertigte Halterahmen kann durch übliche, bei­ spielsweise metallische, Haltegestelle auf einfache Weise gehalten werden. Aufgrund der Lagerung in dem Halterahmen ist durch dessen Halterung gleichzeitig eine Halterung des emp­ findlichen Trägersubstrats bereitgestellt.In the current limiter unit according to the invention, this is plat ten-shaped carrier substrate with the arranged thereon Layer structure in a holding frame made of an electrically iso arranged material. The carrier substrate stored in the holding space by means of the receptacle. The one from Iso liermaterial manufactured holding frame can by usual, at for example metallic, holding frames in a simple way being held. Because of the storage in the holding frame through its holder, a holder of the emp sensitive carrier substrate provided.

Die Strombegrenzereinheit ist zum Betrieb bei tiefen Tempera­ turen und vorteilhafterweise im flüssigen Stickstoff vorgese­ hen. Beim Abkühlen der Strombegrenzereinheit von Raumtempera­ tur auf beispielsweise von 77 Kelvin kommt es jedoch zu mate­ rialabhängigen Volumenkontraktionen, insbesondere des Träger­ materials und des Halterahmens. Um Risse innerhalb der Schichten und beispielsweise in Leiterbahnen zu vermeiden, ist das beispielsweise aus faserverstärkten Kunststoffen, aus Keramik oder auch aus Glas bestehende Trägersubstrat diesbe­ züglich üblicherweise auf seinen Schichtaufbau angepasst. Der Halterahmen hingegen ist aus einem isolierenden Material wie beispielsweise Teflon oder einem Duroplasten hergestellt, das eine vergleichsweise große Volumenkontraktion aufweist. Aus diesem Grunde sind das Trägersubstrat und der Halterahmen er­ findungsgemäß so aufeinander abgestimmt, dass ein Herausfal­ len des Trägersubstrats aus dem Halterahmen bei Raumtempera­ tur vermieden und eine sichere Halterung gewährleistet ist. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch eine Aufnahme, deren zum Trägersubstrat weisende Außenseiten eine Innenfensterfläche begrenzen, die kleiner ist als die beschichtete Oberfläche des in ihr angeordneten Trägersubstrats. Andererseits erzeugt das beim Abkühlen gegenüber dem Trägersubstrat schnellere Schrumpfungsverhalten des Halterahmens aufgrund der Überdi­ mensionierung keine unerwünschten Spannungen oder Beschädi­ gungen. Das Trägersubstrat ist erfindungsgemäß mit anderen Worten bei Raumtemperatur schwimmend in dem Halterahmen gela­ gert. Die erfindungsgemäße Strombegrenzereinheit verfügt da­ her über einen aus einem isolierenden Material bestehenden Halterahmen, der bei hohen und tiefen Temperaturen eine si­ chere Halterung des Trägersubstrats bereitstellt und der darüber hinaus das empfindliche und beschichtete Trägersub­ strat vor mechanischen Beschädigungen bei der Halterung im flüssigen Stickstoff schützt. The current limiter unit is for operation at low temperatures tures and advantageously vorese in liquid nitrogen hen. When the current limiter unit cools down from room temperature  However, for example at 77 Kelvin, mate occurs rial-dependent volume contractions, especially of the carrier materials and the holding frame. To crack within the To avoid layers and, for example, in conductor tracks, for example, made of fiber-reinforced plastics Ceramic or glass carrier substrate this usually adapted to its layer structure. The The holding frame, however, is made of an insulating material such as for example, Teflon or a thermoset made has a comparatively large volume contraction. Out for this reason, the carrier substrate and the holding frame are he according to the invention so coordinated that a fall out len of the carrier substrate from the holding frame at room temperature tur avoided and a secure bracket is guaranteed. This is done according to the invention by a recording, the for Carrier substrate facing outsides an inner window surface limit which is smaller than the coated surface of the carrier substrate arranged in it. On the other hand, generated the faster when cooling compared to the carrier substrate Shrinkage behavior of the holding frame due to the overdi dimensioning no unwanted tensions or damage conditions. The carrier substrate is in accordance with the invention with others Words floating at room temperature in the holding frame siege. The current limiter unit according to the invention has there forth over an existing of an insulating material Holding frame that is safe at high and low temperatures Chere holder of the carrier substrate and provides in addition, the sensitive and coated carrier sub strat from mechanical damage to the bracket in the protects liquid nitrogen.  

Die Supraleitschicht besteht vorteilhafterweise aus einem me­ talloxidischen Hochtemperatursupraleitermaterial, wie z. B. YBa₂Cu₃O₇ und Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀.The superconducting layer advantageously consists of a talloxidic me talloxidic superconductor material such. B. YBa ₂ Cu ₃ O ₇ and Bi ₂ Sr ₂ Ca ₂ Cu ₃ O ₁₀ .

Vorteilhafterweise weist der Halterahmen zwei lösbar mitein­ ander verbundene und aneinander anliegende Teilrahmen auf, wobei das Trägersubstrat zwischen den Teilrahmen angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine einfache Montage der Strom­ begrenzereinheit ermöglicht. Die Teilrahmen weisen beispiels­ weise über ihrem Umfang zweckmäßig verteilte Durchgangsboh­ rungen auf, die im montierten Zustand des Halterahmens ent­ sprechenden Bohrungen des anderen Teilrahmens gegenüberlie­ gend angeordnet sind. Auf diese Art und Weise können die Teilrahmen durch einfaches Verschrauben miteinander verbunden werden.The holding frame advantageously has two detachably other connected and abutting subframes, wherein the carrier substrate is arranged between the subframes is. In this way, the electricity is easy to assemble limiter unit enables. The subframes have, for example appropriately distributed through-hole over its circumference on the ent in the assembled state of the holding frame speaking holes of the other subframe are arranged. In this way, the Subframes connected to each other by simply screwing them together become.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Aufnahme durch eine Haltenut in dem Halterahmen ausgebildet. Dabei ist die Breite der Haltenut so eingestellt, dass eine bequeme Auf­ nahme der Schmalseiten des Trägersubstrats ermöglicht ist. Das Herausfallen des Trägersubstrats ist durch eine zweck­ mäßige Dimensionierung der gesamten Haltenut bezüglich des Trägersubstrats verhindert. So sind beispielsweise das Trä­ gersubstrat und die Haltenut rechteckig ausgestaltet, wobei die Innenabstände gegenüberliegender Seiten der Rahmenteile größer ist als der Außenabstand entsprechender Seiten des Trägersubstrats. Entsprechendes gilt beispielsweise für eine kreisförmige Ausgestaltung, bei der der Außendurchmesser des Trägersubstrats kleiner ist als der Innendurchmesser der kreisförmigen Haltenut. Der Halterahmen kann umfänglich ge­ schlossen sein oder aber einen durchgehenden Öffnungsspalt ausbilden. In a preferred embodiment, the inclusion is through a holding groove is formed in the holding frame. Here is the Width of the holding groove adjusted so that a convenient on Taking the narrow sides of the carrier substrate is made possible. The dropping out of the carrier substrate is one purpose moderate dimensioning of the entire holding groove with respect to the Carrier substrate prevented. For example, the Trä gersubtrat and the holding groove rectangular, wherein the inner clearances of opposite sides of the frame parts is larger than the outer distance of corresponding sides of the Carrier substrate. The same applies, for example, to a circular configuration in which the outer diameter of the Carrier substrate is smaller than the inside diameter of the circular holding groove. The holding frame can be ge be closed or a continuous opening gap form.  

Gemäß einer diesbezüglichen Weiterentwicklung ist in der Hal­ tenut wenigstens ein federelastisches Andruckelement angeord­ net. Durch das Andruckelement ist auch bei Strombegrenzerein­ heiten mit einer materialbedingten hohen Überdimensionierung des Halterahmens gegenüber dem Trägersubstrat ein heftiges Anschlagen des empfindlichen Trägersubstrats an Rahmeninnen­ teile aufgrund der schwimmenden Lagerung vermieden. Das An­ druckelement presst dabei das Trägersubstrat von innen gegen Innenwandungen der Haltenut.According to a further development in the Hal tenut at least one resilient pressure element arranged net. Due to the pressure element, there is also a current limiter units with a material-related high oversizing of the holding frame against the carrier substrate a violent The sensitive carrier substrate strikes the inside of the frame parts avoided due to the floating storage. The To pressure element presses the carrier substrate against the inside Inner walls of the holding groove.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind in dem Halterahmen weiterhin Ausnehmungen zur Aufnahme eines formkomplementären metallischen Anschlussteils vorgesehen. Auf diese Weise ist die Einbindung der erfindungsgemäßen Strombegrenzereinheit in eine Schaltungsanordnung verbessert. Das in die Ausnehmungen des Halterahmens einlegbare An­ schlussteil ist auf einfache Weise, beispielsweise über ein Stromleiterband, mit entsprechenden Anschlussstellen der Lei­ terbahnstruktur des Trägersubstrats zu verbinden. Das An­ schlussteil vereinfacht somit die elektrische Anbindung der Strombegrenzereinheit beispielsweise an ein elektrisches Stromverteilernetz.According to a further embodiment of the invention, in the holding frame further recesses for receiving a Complementary metallic connector part provided. In this way, the integration of the invention Current limiter unit improved in a circuit arrangement. The insertable into the recesses of the holding frame final part is simple, for example via a Current conductor tape, with corresponding connection points of the Lei interconnect structure of the carrier substrate. The To thus simplifies the electrical connection of the Current limiter unit, for example, to an electrical one Power distribution network.

Zweckmäßigerweise weist der Halterahmen Abstandshalter zum Schutz der beschichteten Flächen des Trägersubstrats auf. Dazu überragen die Abstandshalter wenigstens eine Oberfläche des beschichteten Trägersubstrats, wobei ihre vom Trägersub­ strat abgewandten Außenflächen in einer oder zwei Ebenen lie­ gen, die parallel zum Trägersubstrat verlaufen. Durch die Ausbildung der Abstandshalter ist es möglich, mehrere Strom­ begrenzereinheiten aneinander anzulegen, wobei diese an den Abstandshaltern in Kontakt miteinander treten. Die beschich­ teten und empfindlichen Trägersubstrate sind bei Anliegen mehrerer Strombegrenzereinheiten somit voneinander beabstan­ det, parallel zueinander ausgerichtet und durch das isolie­ rende und in der Regel weichelastische Material des Halterah­ mens geschützt. Die beabstandete Anordnung ermöglicht den Eintritt von flüssigem Stickstoff und daher die Kühlung der Supraleitschicht auf dem Trägersubstrat.The holding frame expediently has spacers for Protection of the coated surfaces of the carrier substrate. For this purpose, the spacers protrude beyond at least one surface of the coated carrier substrate, their from the carrier substrate outer surfaces facing away from the street in one or two levels conditions that run parallel to the carrier substrate. Through the Forming the spacers it is possible to use multiple streams limiters to create one another, these at the Spacers come into contact with each other. The inscribe Teten and sensitive carrier substrates are of concern  several current limiter units are thus spaced apart det, aligned parallel to each other and through the isolie rende and usually soft elastic material of the Halterah mens protected. The spaced arrangement allows the Entry of liquid nitrogen and therefore the cooling of the Superconducting layer on the carrier substrate.

Gemäß einer diesbezüglichen Weiterentwicklung sind die Ab­ standshalter als ebene Rahmenfläche des Halterahmens ausge­ bildet. Bei dieser erfindungsgemäßen Weiterentwicklung können mehrere Strombegrenzereinheiten übereinander gestapelt wer­ den, wobei nahezu die gesamte Oberfläche des Halterahmens als Kontaktfläche zwischen benachbarten Strombegrenzereinheiten ausgenutzt werden kann. Durch die auf diese Weise vergrößerte Anlage- und Reibungsfläche ist eine besonders sichere Halte­ rung mehrerer Srombegrenzereinheiten aneinander ermöglicht. Weiterhin ist der Abstand zwischen den Trägersubstraten, die im Innenbereich des Halterahmens angeordnet sind, über ihre gesamte beschichtete Oberfläche hinweg im Wesentlichen gleichbleibend.According to a further development, the Ab stand out as a flat frame surface of the holding frame forms. In this further development according to the invention several current limiter units stacked on top of each other the, with almost the entire surface of the holding frame as Contact area between adjacent current limiter units can be exploited. By enlarged in this way The contact and friction surface is a particularly secure hold tion of several current limiter units together. Furthermore, the distance between the carrier substrates is the are arranged in the interior of the holding frame, via their entire coated surface essentially consistently.

Die Erfindung löst die Aufgabe weiterhin durch eine Strombe­ grenzereinrichtung mit mehreren elektrisch parallel oder in Reihe geschalteten Strombegrenzereinheiten der vorgenannten Art und einem mit flüssigem Stickstoff gefüllten Kryostaten, in dem die Strombegrenzereinheiten angeordnet sind. Erfin­ dungsgemäß kann auf einfache Weise eine elektrisch komplexe Verschaltung einer Vielzahl von Strombegrenzereinheiten be­ reitgestellt werden.The invention solves the problem further by a Strombe border device with several electrically parallel or in Series connected current limiter units of the aforementioned Type and a cryostat filled with liquid nitrogen, in which the current limiter units are arranged. OF INVENTION According to the invention can be an electrically complex in a simple manner Connection of a large number of current limiter units be provided.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin­ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus­ führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei sich entsprechende oder identische Bau­ teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind undOther useful designs and advantages of the Erfin are the subject of the following description of Aus exemplary embodiments of the invention with reference to the figures  the drawing, with corresponding or identical construction parts are provided with the same reference numerals and

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Strombegrenzereinheit in einer perspektivischen An­ sicht, Fig. 1 shows an embodiment of the current limiter unit according to the invention in a perspective view An,

Fig. 2 die Strombegrenzereinheit gemäß Fig. 1 in einer Explosionsansicht, Fig. 2, the current limiting unit of FIG. 1 in an exploded view,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strombegrenzereinrichtung, Fig. 3 shows an embodiment of a current-limiter device according to the invention,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Strombegrenzereinrichtung, Fig. 4 shows another embodiment of a current-limiter device according to the Invention,

Fig. 5 eine elektrische Schaltung mehrerer aneinander an­ liegender Strombegrenzereinheiten und Fig. 5 shows an electrical circuit of several adjacent current limiter units and

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Haltenut in vergrö­ ßerter Ansicht zeigen. Fig. 6 show an embodiment of a holding groove in an enlarged view.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Strombegrenzereinheit 1 in einer perspektivischen Darstel­ lung. Die dort gezeigte Strombegrenzereinheit 1 weist einen Halterahmen 2 zum Halten eines plattenförmigen und daher ebe­ nen Trägersubstrats 3 auf, auf dem ein Verbundleiter 4 mit einer mäanderförmigen Leiterbahnstruktur angeordnet ist und sich zwischen zwei Kontaktierungsstellen 5 erstreckt. Ein flexibles Leiterband 6 ist mittels üblicher Fügeverfahren, beispielsweise durch Verlöten, einerseits mit einer Kontak­ tierungsstelle 5 und andererseits mit einem aus dem Halterah­ men 2 herausragenden Anschlussteil 7 verbunden. Auf diese Weise ist ein Stromfluss zwischen den beidseitig des Halte­ rahmens 2 angeordneten Anschlussteilen 7 über die Leiterbän­ der 6, die Kontaktierungsstellen 5 sowie dem Verbundleiter 4 ermöglicht. Der Verbundleiter 4 weist wenigs­ tens eine Supraleitschicht auf, die bei hinreichend tiefen Temperaturen einen elektrischen Strom nahezu widerstandslos leitet. Fig. 1 shows an embodiment of the current limiter unit 1 according to the invention in a perspective presen- tation. The current limiter unit 1 shown there has a holding frame 2 for holding a plate-shaped and therefore flat carrier substrate 3 , on which a composite conductor 4 is arranged with a meandering conductor track structure and extends between two contacting points 5 . A flexible conductor strip 6 is connected by means of conventional joining methods, for example by soldering, on the one hand to a contacting point 5 and on the other hand to a connector part 7 which projects from the holding frame 2 . In this way, a current flow between the holding frame 2 arranged on both sides of the connector parts 7 via the printed circuit 6 , the contact points 5 and the composite conductor 4 is made possible. The composite conductor 4 has at least one superconducting layer which conducts an electrical current almost without resistance at sufficiently low temperatures.

Der Halterahmen 2 ist erkennbar aus zwei Teilrahmen 8 zusam­ mengesetzt, die lösbar miteinander verbunden sind. Zur lösba­ ren Verbindung dienen nur schematisch angedeutete und in den Eckbereichen der rechteckig ausgestalteten Strombegrenzerein­ heit 1 angeordnete Schraubverbindungen 9. Das Trägersubstrat 3 ist zwischen den Teilrahmen 8 angeordnet und durch die form­ schlüssige Ausgestaltung des Halterahmens 2 zum Trägersub­ strat 3 gegen ein Herausfallen aus dem Halterahmen 2 gesi­ chert.The holding frame 2 is recognizably composed of two sub-frames 8 which are detachably connected to one another. For the detachable connection serve only schematically indicated and in the corner areas of the rectangular current limiter unit 1 arranged screw connections 9 . The carrier substrate 3 is arranged between the sub-frame 8 and strat by the form-fitting design of the holding frame 2 to the carrier substrate 3 against falling out of the holding frame 2 .

Fig. 2 zeigt die Strombegrenzereinheit 1 gemäß Fig. 1 in einer Explosionsansicht, in der insbesondere die Teilrahmen 8 auseinandergeklappt dargestellt sind. Insbesondere in dem rechts dargestellten Teilrahmen ist eine im Rahmeninneren an­ geordnete umlaufende Vertiefung 10 erkennbar, die in einer nicht gezeigten quer geschnittenen Ansicht L-förmig aus­ gestaltet ist. Die Vertiefung weist somit in Fig. 2 figür­ lich dargestellte flache Auflageflächen 11 sowie sich recht­ winklig zu dieser erstreckende Begrenzungsfläche 12 auf. Wie insbesondere im linken Teil der Fig. 2 erkennbar ist, ist der Abstand einander gegenüberliegender Begrenzungsflächen 12 größer als die Breite bzw. die Länge des Trägersubstrats 3. Ein durch die Begrenzungsflächen 12 aufgespanntes Aufnahme­ fenster ist daher größer als die beschichtete Oberfläche des Trägersubstrats 3. Die Auflagefläche 11 ist jedoch so bemes­ sen, dass ein durch sie begrenztes Rahmenfenster 13 kleiner ist als die beschichtete Fläche des Trägersubstrats 3. Da die Tiefe der Vertiefung 10 oder mit anderen Worten die Höhe der Begrenzungsflächen 12 jeweils größer ist als die Hälfte der Dicke des beschichteten Trägersubstrats 3, ist das Trägersub­ strat 3 in dem in Fig. 1 gezeigten zusammenmontierten Zu­ stand bei Raumtemperatur schwimmend in dem Halterahmen 2 ge­ lagert. Mit anderen Worten ist die Vertiefung 10 als Halte­ mittel bezüglich des Trägersubstrats 2 überdimensioniert. Bei einem Abkühlen der dargestellten Strombegrenzereinheit ist die Volumenkontraktion des in diesem Fall aus Teflon herge­ stellten Halterahmens 2 größer als diejenige des Trägersub­ strats 3. Aufgrund der Überdimensionierung der durch die Be­ grenzungsflächen 12 und der Auflageflächen 11 ausgebildeten Haltenut sind jedoch mechanische Spannungen durch die Halte­ rung des Trägersubstrats 3 vermieden. FIG. 2 shows the current limiter unit 1 according to FIG. 1 in an exploded view, in which in particular the subframes 8 are shown unfolded. In particular in the subframe shown on the right, an encircling circumferential depression 10 can be seen in the interior of the frame, which is designed L-shaped in a cross-sectional view, not shown. The depression thus has fig. Lich flat support surfaces 11 shown in Fig. 2 and extending at right angles to this extending boundary surface 12 . As can be seen in particular in the left part of FIG. 2, the spacing of opposing boundary surfaces 12 is greater than the width or the length of the carrier substrate 3 . A receiving window spanned by the boundary surfaces 12 is therefore larger than the coated surface of the carrier substrate 3 . However, the bearing surface 11 is dimensioned such that a frame window 13 delimited by it is smaller than the coated surface of the carrier substrate 3 . Since the depth of the recess 10 or, in other words, the height of the boundary surfaces 12 is in each case greater than half the thickness of the coated carrier substrate 3 , the carrier substrate 3 in the assembled state shown in FIG. 1 is floating at room temperature in the holding frame 2 ge stored. In other words, the recess 10 is oversized as a holding medium with respect to the carrier substrate 2 . When the current limiter unit shown cools down, the volume contraction of the holding frame 2 , which in this case is made of Teflon, is greater than that of the carrier substrate 3 . Due to the oversizing of the boundary surfaces formed by the loading surfaces 12 and the bearing surfaces 11 , however, mechanical stresses are avoided by holding the carrier substrate 3 .

In Fig. 2 sind ferner Ausnehmungen 14 erkennbar, die an Schmalseiten 15 der Teilrahmen 8 ausgebildet sind. Das An­ schlussteil 7 ist formkomplementär zu den Ausnehmungen 14 ausgebildet, so dass durch Einlegen der Anschlussteile 7 in die Ausnehmungen 14 und das Zusammenfügen der Teilrahmen 8 eine formschlüssige Verbindung zwischen den Anschlussteilen 7 und dem Halterahmen 2 erzeugt ist.In FIG. 2, recesses 14 can also be seen, which are formed on narrow sides 15 of the partial frame 8 . At the connecting part 7 is complementary to the recesses 14 , so that a positive connection between the connecting parts 7 and the holding frame 2 is generated by inserting the connecting parts 7 into the recesses 14 and joining the subframes 8 .

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strombegrenzereinrichtung 16, die mehrere aneinander anlie­ gende Strombegrenzereinheiten 1 gemäß Fig. 1 aufweist. Dabei ist erkennbar, dass die Strombegrenzereinheiten 1 an Ab­ standshaltern 17, die in dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel als plane Oberflächen des Halterahmens 2 realisiert sind, aneinander anliegen. Das mechanisch empfindliche be­ schichtete Trägersubstrat 3 ist hingegen im Inneren des Hal­ terahmens 2 geschützt angeordnet, so dass eine über den Kon­ takt mit dem weichelastischen Halterahmen 2 hinausgehende Kontaktierung vermieden ist. Fig. 3 shows an embodiment of a current-limiter device 16 according to the invention, the plurality of mutually anlie constricting current limiter units 1 of FIG. 1 has. It can be seen that the current limiter units 1 abut against each other from spacers 17 , which are realized in the illustrated embodiment as flat surfaces of the holding frame 2 . The mechanically sensitive be coated carrier substrate 3 , on the other hand, is arranged in a protected manner in the interior of the frame 2 , so that contact beyond the contact with the flexible holding frame 2 is avoided.

Die Strombegrenzereinheiten 1 sind mittels einer Modulhalte­ rung 18 aneinander gehalten, die U-förmig ausgestaltet ist und mit ihren freien Schenkeln die Halterahmen 2 der Strom­ begrenzereinheit 1 gegeneinander presst. Dabei ist die Modul­ halterung 18 teleskopartig in ihrer Haltebreite verstellbar und kann durch eine schematisch angedeutete Stellschraube fi­ xiert werden.The current limiter units 1 are held together by means of a module holder 18 , which is U-shaped and with its free legs presses the holding frame 2 of the current limiter unit 1 against one another. The module bracket 18 is telescopically adjustable in its holding width and can be fi xed by a schematically indicated screw.

Die beispielsweise aus Blech oder einem zweckmäßigen Metall hergestellte Modulhalterung 18 ist über zweckmäßige in Fig. 3 nicht dargestellte Halterungen in einem Kryostaten 19 gehalten, der mit flüssigem Stickstoff befüllt ist. Auf diese Weise sind die Strombegrenzereinheiten 1 eines durch die Mo­ dulhalterung 18 zusammengehaltenen Moduls 20 im flüssigen Stickstoff angeordnet, wobei durch die beabstandete Anordnung des Trägersubstrats 3 durch den aus Isolierstoff gefertigten Halterahmen 2, in dem gegebenenfalls Kanäle eingebracht sind, die den Eintritt flüssigen Stickstoffs zwischen die Träger­ substrate 3 vereinfachen, eine verbesserte Kühlung bereitge­ stellt ist.The module holder 18, which is made, for example, of sheet metal or a suitable metal, is held in a cryostat 19 , which is filled with liquid nitrogen, via suitable holders not shown in FIG. 3. In this way, the current limiter units 1 of a module 20 held together by the module holder 18 are arranged in liquid nitrogen, with the spaced arrangement of the carrier substrate 3 through the holding frame made of insulating material 2 , in which, if appropriate, channels are introduced which allow the entry of liquid nitrogen between simplify the carrier substrate 3 , improved cooling is provided.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Strombe­ grenzereinrichtung mit mehreren modulweise zusammengefassten Strombegrenzereinheiten 1. Im Gegensatz zu dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen jedoch die Strom­ begrenzereinheiten 1 nicht aneinander an, sondern werden durch zweckmäßige nicht gezeigte beispielsweise metallische Halterungen einzeln in dem Kryostaten 19 gehalten. Dabei sind die Anschlussteile 7 der Strombegrenzereinheiten 1 über zweckmäßige elektrische Verbindungsleiter 21 miteinander ver­ bunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwi­ schen den Strombegrenzereinheiten 1 vergrößert und somit die Kühlung verbessert. Fig. 4 shows a further embodiment of a limit Strombe device having multiple modular fashion combined current limiter units. 1 In contrast to the exemplary embodiment shown in FIG. 3, however, the current limiter units 1 do not abut one another, but are held individually in the cryostat 19 by means of expedient, for example, metallic holders, not shown. The connection parts 7, the current limiter units 1 via appropriate electrical connecting conductors are connected to one another 21 ver. In this embodiment, the distance between the current limiter units 1 is increased and thus the cooling is improved.

Eine zweckmäßige Schaltung der Strombegrenzereinheiten 1 ist in Fig. 5 gezeigt. Wie deutlich zu erkennen ist, sind die Strombegrenzereinheiten 1 innerhalb eines Moduls 20 parallel zueinander geschaltet, wobei die Module 20 untereinander pa­ rallel oder in Reihe zwischen den Stromanschlüssen 22 ange­ ordnet sind.A suitable circuit for the current limiter units 1 is shown in FIG. 5. As can be clearly seen, the current limiter units 1 are connected in parallel to one another within a module 20 , the modules 20 being arranged parallel to one another or in series between the current connections 22 .

Fig. 6 zeigt die aus den Vertiefungen 10 der Teilrahmen 8 ausgebildete Haltenut in einer vergrößerten Ansicht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein an den Teilrahmen 8 angeformtes federelastisches Andruckelement 23 erkennbar, wo­ durch das in die Haltenut eingelegte Trägersubstrat 3 gegen den aufliegenden Teilrahmen 8 gepresst wird. Das Trägersub­ strat 3 ist somit zusätzlich fixiert. Fig. 6 shows from the recesses 10 of the frame 8 formed retaining groove in an enlarged view. In the illustrated embodiment, a resilient pressure element 23 is formed on the partial frame 8 , where the carrier substrate 3 inserted into the holding groove presses against the partial frame 8 lying thereon. The carrier strat 3 is thus additionally fixed.

Claims (8)

1. Strombegrenzereinheit (1) zur resistiven Begrenzung eines elektrischen Stromes mit einem plattenförmigen Trägersub­ strat (3), auf dem wenigstens eine Supraleitschicht (4) angeordnet ist, die sich zwischen Anschlussmit­ teln (5, 6, 7) zum Zu- und Abführen des Stromes erstreckt, gekennzeichnet durch einen aus einem Isoliermaterial bestehenden Halterah­ men (2), der eine Aufnahme (10) zum Lagern des Trägersub­ strats (3) ausbildet, wobei die Aufnahme (10) bezüglich des Trägersubstrats (3) mit Übermaß dimensioniert und so konfiguriert ist, dass das Trägersubstrat (3) sowohl bei Raumtemperatur als auch bei einer unterhalb einer Sprung­ temperatur der Supraleitschicht (4) liegenden Temperatur spannungsfrei in dem Halterahmen (2) gehalten ist.1. current limiter unit ( 1 ) for resistive limitation of an electric current with a plate-shaped carrier substrate ( 3 ) on which at least one superconducting layer ( 4 ) is arranged, which is between connecting means ( 5 , 6 , 7 ) for supplying and discharging the Current extends, characterized by an insulating material from the holding frame ( 2 ) which forms a receptacle ( 10 ) for storing the carrier substrate ( 3 ), the receptacle ( 10 ) with respect to the carrier substrate ( 3 ) being oversized and configured is that the carrier substrate (3) below a critical temperature of the superconductor layer (4) lying temperature is held free of stress in the holding frame (2) both at room temperature and at a. 2. Strombegrenzereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halterahmen (2) zwei lösbar miteinander verbundene und aneinander anliegende Teilrahmen (8) aufweist, wobei das Trägersubstrat (3) zwischen den Teilrahmen (8) angeordnet ist.2. Current limiter unit ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the holding frame ( 2 ) has two detachably interconnected and abutting partial frames ( 8 ), the carrier substrate ( 3 ) being arranged between the partial frames ( 8 ). 3. Strombegrenzereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme durch eine Haltenut (10) in dem Halterah­ men (2) gebildet ist.3. Current limiter unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the receptacle is formed by a holding groove ( 10 ) in the holding frame ( 2 ). 4. Strombegrenzereinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Haltenut (10) wenigstens ein federelastisches An­ druckelement (23) angeordnet ist.4. Current limiter unit ( 1 ) according to claim 3, characterized in that in the holding groove ( 10 ) at least one resilient pressure element ( 23 ) is arranged. 5. Strombegrenzereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Halterahmen (2) Ausnehmungen (14) zur Aufnahme eines formkomplementären metallischen Anschlussteils (7) vorhanden sind.5. Current limiter unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the holding frame ( 2 ) there are recesses ( 14 ) for receiving a form-complementary metallic connecting part ( 7 ). 6. Strombegrenzereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halterahmen (2) Abstandshalter (17) zum Schutz der be­ schichteten Flächen des Trägersubstrats (3) aufweist.6. Current limiter unit ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the holding frame ( 2 ) has spacers ( 17 ) for protecting the coated surfaces of the carrier substrate ( 3 ). 7. Strombegrenzereinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter als ebene Rahmenflächen (17) des Halte­ rahmens (2) ausgebildet sind.7. current limiter unit ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the spacers are designed as flat frame surfaces ( 17 ) of the holding frame ( 2 ). 8. Strombegrenzereinrichtung (16) mit mehreren elektrisch pa­ rallel oder in Reihe geschalteten Strombegrenzereinhei­ ten (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und einem mit flüssigem Stickstoff gefüllten Kryostaten (19), in dem die Strombegrenzereinheiten (1) angeordnet sind.8. current limiter device ( 16 ) with a plurality of electrically parallel or series-connected current limiter units ( 1 ) according to one of the preceding claims and a cryostat filled with liquid nitrogen ( 19 ) in which the current limiter units ( 1 ) are arranged.