DE2643217A1

DE2643217A1 - Supraleiter

Info

Publication number: DE2643217A1
Application number: DE19762643217
Authority: DE
Inventors: Imre Horvath; Kurt Dr Kwasnitza; Gundolf Dr Meyer
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1976-08-31
Filing date: 1976-09-25
Publication date: 1978-03-09
Also published as: FR2363901B1; GB1591890A; DE2643217C2; FR2363901A1; CH593542A5; DE7630001U1; US4254299A

Description

PL/dh 94/76

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. , Baden (Schweiz)

Supraleiter

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Supraleiter, zusammengesetzt aus einer Anzahl von Teilleitern und mit wenigstens einer Kühlanordnung und mit wenigstens >einem Stabilisierungsleiter versehen.

Es ist bereits bekannt, Supraleiter aus Teilleitern zusammenzusetzen und mit Kühlanordnungen und Stabilisierungsleitern ζμ versehen. In der CH-PS 508 292 ist ein Supraleiter beschrieben und dargestellt. Er ist als ein aus Supraleitermaterial und aus bei de^· Betriebstemperatur des Supraleitermaterials elektrisch normalleitenden'Metall zusammengesetzter Hohlleiter ausgebildet, bei welchem das Supraleitermaterial an den Aussenseiten eines aus normalleitenden Metall bestehenden Rohres mit praktisch rechteckigem Querschnitt, vorgesehen ist, wobei an wenigstens einer Aussenseite des Rohres ein bandförmiger Leiter angeordnet und mit dem Rohr mechanisch verbunden ist, der aus

80 9810/0535

BBC Baden 911/76

elektrisch normalleitendem Metall und Drähten aus Supraleitermaterial zusammengesetzt ist, die in das normalleitende Metall eingelagert und um die Längsachse des bandförmigen Leiters verdrillt sind. Der bandförmige Leiter kann aus mehreren nebeneinanderliegenden Teilleitern aus elektrisch normalleitendem Metall mit eingelagerten Drähten aus Supralextermaterial zusammengesetzt sein. Dieser Leiter wird in Wechselfeldern hohe Verluste aufweisen.

Eine andere konstruktive Lösung ist in "Studies on Design and Texts of Superconductors for Tokamaks", Institut für Experimentelle Kernphysik, KerhforschungsZentrum Karlsruhe, Kongress in Garnisch-Patenkirchen, Juni 1976, beschrieben und dargestellt. Mehrere Supraleiterelemente sind auf beiden Seiten eines bandförmigen Trägers angeordnet.. Der Träger ist mit Stahlkörpern im Raum eines flachen rechteckigen Kanals distanziert. Die Höhe der Stahlkörper ist grosser als diejenige der Supraleiterelemente, so dass dies.e die Kanalwände nicht berühren. Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, dass sie aufwendig zu realisieren ist und starken magnetischen Kräften wenig mechanischen Widerstand zu leisten vermag.

Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung einen Supraleiter der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Nachteile des Bekannten nicht aufweist, wirtschaftlich herstellbar ist, eine gute Kühlung ermöglicht und kleinere Verluste sichert.

809810/0535

BBC Baden 9^/76

Die vorgenannte Aufgabe wird bei einem Supraleiter, der , aus einer Anzahl von Teilleitern zusammengesetzt und mit wenigstens einer Kühlanordnung und mit wenigstens einem Stabilisierungsleiter versehen ist, erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Supraleiter in mehrere Teilleiter oder Teilleitergruppen unterteilt ist und dass mindestens einige dieser Teilleiter oder Teilleitergruppen mit einer eigenen Kühlanordnung versehen sind oder an dieselbe angrenzen.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass der Supraleiter eine wirksame Kühlung aufweist, wobei er bezüglich der Stromtragfähigkeit nach oben hin nicht begrenzt ist, weil eine Erhöhung der Stromtragfähigkeit nach dem Baukastenprinzip durch Vergrössern der Anzahl der _mit der eigenen Kühlanordnung versehenen Teilleiter oder Teilleitergrüppen möglich .ist.

Nach einer Ausführungsform ist der Stabilisierungsteil auf wenigstens einige Teilleiter oder Teilleitergruppen aufgeteilt. Damit wird jeder Teilleiter oder jede Teilleiter-0 gruppe weitgehend stabilisiert und das Stabilisierungsmaterial befindet sich nahe den Supraleiterfilamenten. Es ist vorteilhaft, wenn die Kühlanordnungen als Kühlkanäle in den Stabilisierungsteilen ausgebildet sind. Damit kann die im Stabilisierungsteil erzeugte Wärme rasch abgeführt werden. Gemäss einer weiteren Ausgestaltung sind die. Kühlanordnungen als .Kühlkanäle ausgebildet, die von den Teil-

809810/0535

BBC Baden 04/76

-H-

leitern oder Teilleitergruppen umgeben sind. Sie unterstützen die Kühlung.

Ferner ist es zweckmässig, wenn die Teilleiter oder Teilleitergruppen gegeneinander isoliert sind. In diesem Fall werden Wirbelströme auf die Teilleiter oder Teilleitergruppen begrenzt.

Mach einer Ausführungsform sind zwischen den Teilleitern und/oder den Teilleitergruppen in bezug auf die Leitfähigkeit des Matrixmaterials hochohmige Zwischenschichten angeordnet, die zweckmässig aus Lot oder aus einer hochohmigen Folie bestehen. Sie erlauben eine gμte Wärmeabfuhr zu den nächst gelegenen Kühlkanälen, schwächen jedoch die Wirbelströme.

Nach einer Ausführungsform sind die Enden der Teilleiter oder der Teilleitergruppen elektrisch hochohmig verbunden oder isoliert angeordnet. Damit wird eine Verdrillung des Supraleiters überflüssig.

■ Es ist vorteilhaft, wenn die Enden der Teilleiter oder der Teilleitergruppen durch Dioden verbunden sind. Auch hier wird eine Verdrillung des Supraleiters überflüssig und der Gesamtleiter kann aus einer einzigen Stromquelle betrieben werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die Teilleiter und/ oder die Teilleitergruppen zu einem Kabel verseilt.

Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in einem festen

809810/0535

BBC Baden 9^/76

Verband und in der Reduktion der Verluste.

Nach einer anderen Ausführungsform ist der Supraleiter in wenigstens einer Stelle um 180 verdreht.

Dadurch werden die elektrischen, durch Wirbelströme entstandenen Spannungen an den Leiterenden reduziert.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht wiedergegeben.

Es zeigt

Fig. 1 eine erste beispielsweise Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 in der linken und der rechten Hälfte zwei Ausführungsbeispiele der Gesammtanordnung des Erfindungsgegenstandes ,

Fig. 3 eine zweite beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes und

Fig. M eine weitere Gesammtanordnung des Erfindungsgegenstandes .

Gemäss Fig. 1 sind Teilleiter mit eingebetteten Filamenten durch die Zahl 1 gekennzeichnet, ein Lot durch die Zahl 2, ein Stabilisierungsteil durch die Zahl 3, ein Kühlkanal im Stabilisierungsteil 3 durch die Zahl 4 und eine Isolation durch die Zahl 5. In Fig. 2 sind Stabilisierungsteile mit der Bezugs ziffer 6 benannt, Kühlkanäle in den Stabilisierungsteilen 6 mit der Bezugsziffer 7, Teilleiter-

809810/0535

BBC Baden 9J4/76

gruppen mit der Bezugsziffer 8, Kühlrohre mit der Bezugsziffer 9, Kühlkanäle in den Kühlrohren 9 mit der Bezugsziffer 10, eine Imprägnierung mit der Bezugsziffer 11, ein Lot mit der Bezugsziffer 11', Teilleitergruppen in der rechten Hälfte der Fig. 1 mit der Bezugsziffer 12, Stabilisierungsteile mit der Bezugsziffer 13, Kühlkanäle in den Stabilisierungsteilen 13 mit der Bezugsziffer 14 und Stabilisierungsteile ohne Kühlkanäle mit der Bezugsziffer 15. Nach Fig. 3 und 4 sind Teilleitergruppen mit der Zahl 16 bezeichnet, Stabilisierungsteile mit der Zahl 17, Kühlkanäle in den Stabilisierungsteilen 17 mit der Zahl 18, eine Isolation (nur. in Fig. 3 dargestellt) mit der Zahl 19, ein Kunstharz in Fig. 4 mit der Zahl 2 0 und ein Stahlträger mit der Zahl 21.

Die in Fig. 1 gezeigten Teilleiter 1 mit eingebetteten Filamenten sind verdrillt und mit dem Lot 2 vergossen. Sie bestehen aus Kupfer und enthalten NbTi-Filamente. Als das Lot 2 wurde eine Pb-Sn-Legierung verwendet. Die verdrillten Teilleiter 1 sind in eine,r Ausnehmung im Stabilisierungs-0 teil 3 angeordnet, der ebenfalls aus Kupfer besteht und den Kühlkanal 4 aufweist. Das· Ganze ist mit der Isolation 5 versehen.

In Fig. 2 in der linken Hälfte ist eine Gesammtanordnung der in Fig. 1 dargestellten Leiterelemente gezeigt. Die 5 gelöteten und verdrillten Teilleiter bilden in Fig. 2 die Teilleitergruppe 8, die in dem mitdem Kühlkanal 7 ver-

809810/0535

BBC Baden 9^/76

sehenen Stabilisierungsteil 6 eingebettet -ist. In der Mitte des in Fig. 2 veranschaulichten Supraleiters sind zwei Kühl rohre 9 angeordnet, die Kühlkanäle 10 bilden. Der Supraleiter ist mit der Imprägnierung 11 versehen, die mit einem Epoxyharz durchgeführt ist. Die rechte Hälfte der Fig. 2 zeigt eine andere beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemässen Supraleiters. Es wurden drei verschiedene Bauelemente verwendet: die Teilleitergruppen 12 mit im Kupfer eingebetteten NbTi-Filamenten, die mit den Kühlkanälen 14 versehenen Stabxlxsierungsleiter 13 und die Stabilisierungsteile 15, die wechselweise angeordnet sind, wobei Stabilisierungsteile 13 und 15 aus Kupfer bestehen. Das Ganze ist mit dem Lot II¹ vergossen.

..Fig. 3 zeigt die Teilleitergruppe '16, die durch zweistufig verdrillte und mit Lot vergossene Teilleiter gebildet ist. Der Stabilisierungsteil 17 besteht aus Kupfer und enthält den Kühlkanal 18. Eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemässen Supraleiters ist in Fig. 4 veranschaulicht. Die in Fig. 3 dargestellten Leiterelemente bilden einen flachen Supraleiter. Sie sind im Stahlträger 21 angeordnet und mit dem Kunstharz 20 (Epoxyharz) vergossen.

Der Erfindungsgegenstand ist auf das in den Ausführungsbei-' spielen beschriebene selbstverständlich nicht beschränkt. Man kann auch andere an sich bekannte supraleitende Mate-5 rialien verwenden, wie z.B. die intermetallischen Verbindungen Nb Sm und V Ga. Die in der rechten Hälfte der Fig. 2

809810/0535

BBC Baden 94/76

dargestellten Stabilisierungsteile 15 ohne Kühlkanäle
können weggelassen werden. Der Stabilisierung«teil 13 mit dem Kühlkanal 14 kann auch aus einem nicht stabilisierenden Material bestehen, z.B. aus Stahl. Statt den beiden
Kühlrohren 9 können auch massive Bänder Verwendung finden oder sie können entfallen. Als Stabilisierungsmaterial
kann auch ein anderes elektrisch bei tiefen Temperaturen hochleitendes Metall Verwendung finden, wie z.B. Al.

809810/0535

• 41-Leerseite

Claims

BBC Baden 94/76 D Patentansprüche

1./ Supraleiter, zusammengesetzt aus einer Anzahl von Teilleitern und mit wenigstens einer Kühlanordnung und mit wenigstens einem Stabilisierungsleiter versehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Supraleiter in mehrere Teilleiter (I)-oder Teilleitergruppen (8, 12, 16) unterteilt ist und dass mindestens einige dieser Teilleiter (1) oder Teilleitergruppen .(8, 12, 16) mit einer eigenen Kühlunordnung ('I, 7, 10, 18) vorsehen sind oder an dieselbe angrenzen.

2. Supraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungsteil (3_S 6, 13* 15* 17) auf wenigstens einige Teilleiter (1) oder Teilleitergruppen (8, 12, 16) aufgeteilt ist.

3. Supraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnungen als Kühlkanäle (4, 7, 14, 18) in den Stabilisierungsteilen (3j 6, 13_} 17) ausgebildet sind.

4. Supraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnungen als Kühlkanäle (10) ausgebildet sind, die von den Teilleitern (1) oder Teilleitergruppen (8, 12) umgeben sind.

5. Supraleiter'nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilleiter (1) oder Teilleitergruppen (8, 12,

16) gegeneinander isoliert sind.

809810/0535

ORfQiNAL INSPECTED

BBC Baden 94/76 D

-γό-

6. Supraleiter nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Teilleitern (1) und/oder den Teilleitergruppen (8, 12) in bezug auf die Leitfähigkeit des Matrixmaterials hochohmige Zwischenschichten angeordnet sind.

7. Supraleiter nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet , dass die hochohmigen Zwischenschichten aus Lot (2, 11') oder aus einer hochohmigen Folie bestehen.

8. Supraleiter nach den Ansprüchen 1 und 5₃ dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Teilleiter (1) oder der Teilleitergruppen (l6) elektrisch hochohmig verbunden oder isoliert angeordnet sind.

9. Supraleiter nach den Ansprüchen 1 und 5₃ dadurch gekennzeichnet j dass die Enden der Teilleiter (1) oder der Teilleitergruppen (16) durch Dioden verbunden sind.

10. Supraleiter nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, dass die Teilleiter (1) und/oder die Teilleitergruppen (8, 12) zu einem Kabel verseilt sind.

11. Supraleiter nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 8 und 93 dadurch gekennzeichnet, dass er in wenigstens einer Stelle um I80 verdreht ist.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

809810/0535