EP0008431B1 - Verfahren zur Isolation von Supraleitern in einer Magnetwicklung - Google Patents

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EP0008431B1
EP0008431B1 EP79102948A EP79102948A EP0008431B1 EP 0008431 B1 EP0008431 B1 EP 0008431B1 EP 79102948 A EP79102948 A EP 79102948A EP 79102948 A EP79102948 A EP 79102948A EP 0008431 B1 EP0008431 B1 EP 0008431B1
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EP
European Patent Office
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insulation
winding
protective material
sizing
threads
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EP79102948A
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EP0008431A3 (en
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Hanns-Jörg Weisse
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
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    • Y10T29/49071—Electromagnet, transformer or inductor by winding or coiling

Definitions

  • the invention relates to a method for isolating superconductors in a magnetic winding, in which sizes and / or binders containing organic substances which have been deposited on heat-resistant insulating agents are eliminated prior to in-situ annealing of conductor precursors intended to form the superconducting properties of the conductors.
  • Superconducting intermetallic compounds of type A 3 B with an A15 crystal structure, such as Nb 3 Sn or V 3 Ga, have good superconducting properties and are distinguished by high critical values. Conductors with these materials are therefore particularly suitable for superconducting magnet coils for generating strong magnetic fields.
  • ternary connections such as niobium-aluminum-germanium Nb 3 from 0.8 Ge 0.2 are particularly interesting for conductors of such magnets.
  • a first component which is a wire-shaped ductile element of the intermetallic compound to be produced, is generally surrounded by a sheath which consists of a ductile carrier metal and an alloy containing the other elements of the compound consists.
  • a niobium or vanadium wire is surrounded by a sheath made of a copper-tin bronze or a copper-gallium-bronze.
  • a large number of such wires can also be embedded in a matrix made of the alloy.
  • the structure obtained from these two components is then subjected to a cross-sectional machining. This gives a long wire-shaped structure, as is required for coils, without reactions that would embrittle the conductor.
  • the super conductor of a superconductor consisting of one or more wire cores and the surrounding matrix material is then subjected to an annealing treatment in such a way that the desired superconducting compound having an A15 crystal structure is subjected to a. Reaction of the core material with the further element of the compound contained in the surrounding matrix is formed. The element contained in the matrix diffuses into the core material consisting of the other element of the compound (cf. DE-A-20 44 660).
  • Superconducting magnetic coils made from such superconductors are generally produced by two different processes.
  • the first process which is also referred to as the "react first then wind process”
  • the preliminary conductor product of the superconductor to be produced is wound onto a provisional winding body and then subjected to the annealing treatment required to form the desired superconducting compound.
  • the superconductor thus produced is then unwound again from the provisional winding body and can be processed further.
  • Sizing for fibers made from the insulating materials mentioned can consist of an adhesive and film former, a lubricant and a wetting agent. If necessary, additives for adhesives can also be provided. These sizes contain, for example, starch, dextrin or polyvinyl acetate (PVAC) as adhesives and film formers, usually vegetable fats or oils as lubricants and surface-active substances as wetting agents. Binder for fabrics or nonwovens from the insulating materials mentioned ent generally hold organic substances based on paint or wax.
  • PVAC polyvinyl acetate
  • Such binders are, for example, polyurethane or polyvinyl butyral.
  • the pre-products are generally braided or wound with glass or quartz threads.
  • the insulations produced in this way are generally still impregnated with a binder based on paint or wax. Even so, simple wrapping does not offer sufficient security against interturn turns.
  • Multiple braidings or braids are therefore provided, which, however, entail a substantial increase in thickness and therefore, in particular in the case of thin conductors, a corresponding reduction in the winding density in the winding. Due to the higher induction voltage between the layers of a winding and for winding reasons, layer insulation made of glass fabrics is generally used.
  • the magnetic windings are generally subjected to a cleaning annealing at temperatures between, for example, 250 ° C. and 400 ° C. before the diffusion annealing of the conductor preliminary products. Carried out in a vacuum or in air, losses of the more volatile fractions of the intermediate conductor product, for example of tin, can occur, which deteriorate the current carrying capacity of the subsequently annealed superconductor.
  • oxides can form on the matrix material, which diffuse into the glass material at higher temperatures, for example above 700 ° C., and lead to complete embrittlement and a decrease in the melting point of the glass. There is a risk of mechanical destruction of the insulation.
  • the cleaning annealing is carried out under a protective gas such as argon, the organic substances are only partially driven out of the winding; the rest decomposes to graphite in the subsequent diffusion annealing. This worsens the insulation and can lead to short circuits in the winding.
  • a protective gas such as argon
  • This object is achieved for the above-mentioned method in that first the sizes and / or binders are completely removed from the insulation means and instead at least a part of the insulation means is provided with a protective material of predetermined composition, then the magnetic winding with the conductor preliminary products and Insulation means is built up and that the protective material is then removed from the magnetic winding without residue before the in situ annealing.
  • parts for winding insulation and parts for layer insulation are provided as insulation means and after removal of the sizes and / or binders only the parts for layer insulation are provided with the protective material.
  • glass, ceramic or quartz threads can be provided as parts for the winding insulation, which are arranged parallel to the conductor preliminary products.
  • the loss of strength associated with the desizing process of the glass, ceramic or quartz threads is in fact of only minor importance, since the quartz, ceramic or glass threads placed in parallel are hardly subjected to any mechanical stress. In this way, the parts for winding insulation can be excluded from the outset as the cause of any deterioration in the insulation.
  • a protective material with a dye additive can advantageously be used.
  • the complete removal of the protective material from the wound, not yet annealed magnet coil can be determined optically by means of a solvent.
  • a preliminary conductor product is used, as described, for example, in DE-A-2044660.
  • a niobium wire is first surrounded with a sheath made of a copper-tin bronze.
  • a large number of such wires can also be embedded in a matrix made of bronze.
  • This structure is then subjected to a cross-sectional machining. This results in a long wire that is sufficiently ductile as a preliminary conductor product.
  • This wire-shaped pre-product is then applied to the winding body of the magnet winding together with the pre-product using a glass thread, the thickness of which corresponds to the thickness of the pre-product.
  • the glass filament has been thermally desized beforehand by annealing for about 30 minutes at about 500 ° C. in air.
  • the associated loss of strength of the glass thread is of minor importance, since the glass thread placed parallel to the preliminary conductor product is hardly subjected to any mechanical stress. In addition, any that may occur easily repair cracks in the glass thread by simply laying such threads together without loss of insulation.
  • an adaptation can be carried out by connecting several conductors of the same or different type in parallel.
  • the conductor preliminary products can therefore run into the winding next to one another without being insulated, multiple turns being insulated from one another by a glass thread. It can thus be in addition to the current adjustment increase the aspect ratios of the ladder without the higke to impaired Stromtragfä- i t the head due to come anisotropy effects. A favorable winding density is achieved.
  • the tissue stability is therefore significantly increased by impregnating the tissue with a small amount of a suitable lacquer or wax.
  • Suitable paints are e.g. Those that cover the quartz with a protective film and can then be removed again with a solvent or by thermal treatment without leaving any residue.
  • Mowital B60H registered trademark of Farbwerke Hoechst AG, Frankfurt-Hoechst
  • Victoria blue 4R registered trademark of E. Merck, Darmstadt
  • the bobbin assembly finished with the preliminary conductor product and the parallel, stripped threads and with the prepared quartz fabrics is then covered with a few layers of plastic film, e.g. made of Hostaphan (registered trademark of Farbwerke Hoechst AG, Frankfurt-Hoechst) and provisionally bandaged with a self-sealing winding tape.
  • the impregnant can then be extracted using a solvent.
  • Suitable solvents of the impregnating agent mentioned are, for example, ketones such as e.g. Acetone, alcohols such as e.g. Methanol or ether such as Methylglycol.
  • the leaching is very easy with a special construction of a coil former, which is known from DE-A-2709300.
  • This coil body has an integrated inlet and outlet system for form-free pressure impregnation.
  • the solvent only has to be introduced through a lower hose nozzle and discharged through an upper hose nozzle when the coil body is at an angle or vertically.
  • the washing-out process of the impregnating agent can expediently be carried out continuously with a special extraction apparatus. The extraction is complete when the solvent no longer contains any dye, i.e. colorless comes out of the coil.
  • the washout process can take, for example, 10 to 15 hours.
  • the coil is then dried, for example under vacuum or in a gas stream.
  • the reaction annealing can then be carried out, in which the niobium of the wire cores is reacted with the tin from the bronze by diffusion to form the intermetallic compound Nb 3 Sn.
  • a graphite formation in the winding and thus a deterioration in insulation is excluded because all organic constituents of the impregnating agent of the quartz fabric have been washed out by the previous washing process and glass threads that have already been completely desized from the conductor preliminary product have been applied to the winding body.
  • the coil can be impregnated.
  • Low molecular weight polyethylenes with mol weights between 1,000 and 8,000 can advantageously be used as the impregnating agent. These polyethylenes have sufficiently high solidification temperatures between 100 ° C and 120 ° C, are mechanically relatively strong even at room temperature and do not impair the training behavior of the coils. At processing temperatures between 120 ° C and 160 ° C, their viscosities are between about 0.03 and 3 Pas low enough for vacuum impregnation of tightly wound magnets.
  • the protective material for the insulating fabrics is completely removed from the magnetic winding by washing with a suitable solvent.
  • a thermal treatment for driving these materials out of the winding can optionally also be provided.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Isolation von Supraleitern in einer Magnetwicklung, bei dem auf hitzebeständigen Isolationsmitteln abgeschiedene, organische Substanzen enthaltende Schlichten und/oder Bindemittel vor einer zur Bildung der supraleitenden Eigenschaften der Leiter vorgesehenen in situ-Glühung von Leitervorprodukten beseitigt werden.
  • Supraleitende intermetallische Verbindungen vom Typ A3B mit A15-Kristallstruktur wie beispielsweise Nb3Sn oder V3Ga haben gute Supraleitungseigenschaften und zeichnen sich durch hohe kritische Werte aus. Leiter mit diesen Materialien sind deshalb besonders für Supraleitungsmagnetspulen zum Erzeugen starker Magnetfelder geeignet. Neben diesen Binärverbindungen sind auch Ternärverbindungen wie beispielsweise Niob-Aluminium-Germanium Nb3Ab0,8Ge0,2 für Leiter solcher Magnete besonders interessant.
  • Diese intermetallischen Verbindungen sind jedoch im allgemeinen sehr spröde, so daß ihre Herstellung in einer beispielsweise für Magnetspulen geeigneten Form mit Schwierigkeiten verbunden ist. Es sind deshalb besondere Verfahren entwickelt worden, mit denen Supraleiter mit dieser A15-Kristallstruktur in Form langer Drähte oder Bänder hergestellt werden können. Bei diesen Verfahren, die insbesondere eine Herstellung von sogenannten Vielkernleitern ermöglichen, wird im allgemeinen eine erste Komponente, die ein drahtförmiges duktiles Element der herzustellenden intermetallischen Verbindung ist, mit einer Hülle umgeben, die aus einem duktilen Trägermetall und einer die übrigen Elemente der Verbindung enthaltenden Legierung besteht. Beispielsweise wird ein Niob- oder Vanadium-Draht mit einer Hülle aus einer Kupfer-ZinnBronze bzw. einer Kupfer-Gallium-Bronze umgeben. Man kann auch eine Vielzahl solcher Drähte in eine Matrix aus der Legierung einlagern. Der so gewonnene Aufbau aus diesen beiden Komponenten wird dann einer querschnittsverringernden Bearbeitung unterzogen. Dadurch erhält man ein langes drahtförmiges Gebilde, wie es für Spulen benötigt wird, ohne daß Reaktionen auftreten, die den Leiter verspröden würden. Nach der Querschnittsverringerung wird dann das aus einem oder mehreren Drahtkernen und dem umgebenden Matrixmaterial bestehende Leitervorprodukt eines Supraleiters einer Glühbehandlung derart unterzogen, daß die gewünschte supraleitende Verbindung mit A15-Kristallstruktur durch eine. Reaktion des Kernmaterials mit dem in der umgebenden Matrix enthaltenen weiteren Element der Verbindung gebildet wird. Das in der Matrix enthaltene Element diffundiert dabei in das aus dem anderen Element der Verbindung bestehende Kernmaterial ein (vgl. DE-A-20 44 660).
  • Supraleitende Magnetspulen aus solchen Supraleitern werden im allgemeinen nach zwei verschiedenen Verfahren hergestellt. Bei dem ersten Verfahren, das auch als « react first thenwind-Verfahren bezeichnet wird, wickelt man auf einen provisorischen Wickelkörper das Leitervorprodukt des herzustellenden Supraleiters auf und setzt es dann der erforderlichen Glühbehandlung zur Bildung der gewünschten supraleitenden Verbindung aus. Daran anschließend wird der so hergestellte Supraleiter wieder von dem provisorischen Wickelkörper abgewickelt und kann weiterverarbeitet werden. Dabei besteht, insbesondere beim Wickeln von Magnetwicklungen, allgemein die Gefahr, daß die spröden intermetallischen Verbindungen des Leiters aufgrund unzulässiger Verformung des Leiters beschädigt und ihre supraleitenden Eigenschaften dementsprechend beeinträchtigt werden.
  • Diese Gefahren bestehen bei dem zweiten Verfahren zur Herstellung der supraleitenden Verbindung aus dem Leitervorprodukt nicht. Bei diesem Verfahren, das auch als « wind-and-react-Technik bezeichnet wird, bewickelt man zunächst den Spulenkörper des mit der Wicklung zu versehenden Magneten mit dem noch nicht durchreagierten Leitervorprodukt des Supraleiters und setzt dann den gesamten so bewickelten Magneten der Diffusionsglühung aus. Diese Glühung wird auch als « in situ »-Glühung bezeichnet. Bei dieser Verfahrensweise werden alle Schwierigkeiten der Verarbeitung eines spröden Leitermaterials vermieden. Auch ist es so möglich, Spulen mit kleinen Innendurchmessern mit noch verhältnismäßig dicken Leitern zu fertigen. Bei diesem Verfahren müssen jedoch alle zum Bau der Spule verwendeten Materialien die für die Diffusionsglühung erforderlichen hohen Temperaturen, die beispielsweise im Falle von Niob-Zinn bei 700 °C liegen können, mehrere Stunden lang aushalten.
  • Aufgrund dieser Forderungen kommen als Isolationsmaterialien, die zur Isolation der Windungen und Lagen der Magnetwicklung dienen, praktisch nur Keramiken, Glas oder Quarz in Form von Fäden, Geweben oder Vliesen in Frage. Um diese im allgemeinen sehr spröden Materialien überhaupt handhaben zu können, sind auf ihnen schon bei der Herstellung sogenannte Schlichten und/oder spezielle Bindemittel aufgetragen, welche die Kerbempfindlichkeit herabsetzen und den Zusammenhalt dieser Isolationsmittel verbessern sollen.
  • Schlichten für Fasern aus den genannten Isoliermaterialien können aus einem Klebe- und Filmbildner, einem Gleitmittel und einem Netzmittel bestehen. Gegebenenfalls können noch Haftmittelzusätze vorgesehen sein. Diese Schlichten enthalten beispielsweise Stärke, Dextrin oder Polyvinylacetat (PVAC) als Klebe- und Filmbildner, in der Regel pflanzliche Fette oder Öle als Gleitmittel sowie oberflächenaktive Substanzen als Netzmittel. Bindemittel für Gewebe oder Vliese aus den genannten Isoliermaterialien enthalten im allgemeinen organische Substanzen auf Lack- oder Wachsbasis.
  • Solche Bindemittel sind beispielsweise Polyurethan oder Polyvinylbutyral.
  • Die Leitervorprodukte werden im allgemeinen mit Glas- oder Quarzfäden umflochten oder umsponnen. Um die Widerstandsfähigkeit solcher Isolierungen gegen mechanische Beanspruchung zu vergrößern, werden die so erstellten Isolationen im allgemeinen noch mit einem Bindemittel auf Lack- oder Wachsbasis imprägniert. Trotzdem bieten einfache Umspinnungen keine ausreichende Sicherheit gegen Windungsschlüsse. Es werden deshalb mehrfache Umspinnungen oder Umflechtungen vorgesehen, die jedoch eine wesentliche Dickenzunahme und damit, insbesondere bei dünnen Leitern, eine entsprechende Verminderung der Windungsdichte in der Wicklung mit sich bringen. Wegen der höheren Induktionsspannung zwischen den Lagen einer Wicklung sowie aus wickeltechnischen Gründen werden zusätzlich im allgemeinen Lagenisolationen aus Glasgeweben eingesetzt.
  • Um die organischen Bestandteile in der Wicklung, die von den Schlichten und Bindemitteln herrühren, auszutreiben, werden die Magnetwicklungen im allgemeinen vor der Diffusionsglühung der Leitervorprodukte einer Reinigungsglühung bei Temperaturen zwischen beispielsweise 250 °C und 400 °C unterzogen. Im Vakuum oder unter Luft ausgeführt, können hierbei Verluste der leichter flüchtigen Anteile des Leitervorproduktes, beispielsweise an Zinn, auftreten, die die Stromtragfähigkeit des anschließend geglühten Supraleiters verschlechtern. Zusätzlich können sich auf dem Matrixmaterial Oxide bilden, die bei höheren Temperaturen, beispielsweise über 700 °C, in das Glasmaterial diffundieren und zu einer völligen Versprödung sowie zu einer Schmelzpunktabnahme des Glases führen. Dabei besteht die Gefahr einer mechanischen Zerstörung der Isolation. Wird die Reinigungsglühung hingegen unter Schutzgas wie beispielsweise Argon vorgenommen, so werden die organischen Substanzen nur teilweise aus der Wicklung ausgetrieben ; der Rest zersetzt sich bei der anschließenden Diffusionsglühung zu Graphit. Dadurch wird die Isolation verschlechtert und es kann so zu Kurzschlüssen in der Wicklung kommen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Isolation von in situzuglühenden Supraleitern einer Magnetwicklung zu schaffen, bei dem diese Gefahren nicht auftreten.
  • Diese Aufgabe wird für das eingangs genannte Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst die Schlichten und/oder Bindemittel von den Isolationsmitteln vollständig entfernt werden und stattdessen zumindest ein Teil der Isolationsmittel mit einem Schutzmaterial vorbestimmter Zusammensetzung versehen wird, daß dann die Magnetwicklung mit den Leitervorprodukten und den Isolationsmitteln aufgebaut wird und daß anschließend vor der in situ-Glühung das Schutzmaterial rückstandslos aus der Magnetwicklung wieder entfernt wird.
  • Die Vorteile dieses Verfahrens bestehen insbesondere darin, daß bei geeigneter Wahl der Schutzmaterialien eine Graphitbildung aus den organischen Substanzen der Schlichten und Bindemittel bei der in situ-Glühung und damit eine Isolationsverschlechterung praktisch ausgeschlossen ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung sind als Isolationsmittel Teile zur Windungsisolation und Teile zur Lagenisolation vorgesehen und werden nach dem Entfernen der Schlichten und/oder Bindemittel nur die Teile zur Lagenisolation mit dem Schutzmaterial versehen. Insbesondere können als Teile zur Windungsisolation Glas-, Keramik- oder Quarzfäden vorgesehen werden, die parallel zu den Leitervorprodukten angeordnet werden. Der mit dem Entschlichtungsvorgang einhergehende Festigkeitsverlust der Glas-, Keramik- oder Quarzfäden ist nämlich nur von untergeordneter Bedeutung, da die parallelgelegten Quartz-, Keramik- oder Glasfäden mechanisch kaum belastet werden. Auf diese Weise lassen sich die Teile zur Windungsisolation von vornherein als Ursache für eine eventuelle Isolationsverschlechterung ausschließen.
  • Ferner kann vorteilhaft ein Schutzmaterial mit einem Farbstoffzusatz verwendet werden. Es läßt sich so auf einfache Weise die völlige Entfernung des Schutzmaterials aus der gewickelten, noch nicht geglühten Magnetspule mittels eines Lösungsmittels optisch feststellen.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf das nachfolgende Ausführungsbeispiel verwiesen.
  • Zur Herstellung von Magneten mit Supraleitern des A15-Typs, beispielsweise aus der intermetallischen Verbindung Nb3Sn, wird von einem Leitervorprodukt ausgegangen, wie es z.B. in der DE-A-2044660 beschrieben ist. Zur Bildung dieses Leitervorproduktes wird zunächst ein Niobdraht mit einer Hülle aus einer Kupfer-ZinnBronze umgeben. Man kann auch eine Vielzahl solcher Drähte in eine Matrix aus der Bronze einlagern. Dieser Aufbau wird dann einer querschnittsverringernden Bearbeitung unterzogen. Dadurch erhält man als Leitervorprodukt einen langen Draht, der ausreichend duktil ist.
  • Dieses drahtförmige Leitervorprodukt wird dann mit einem Glasfaden, dessen Stärke der Dicke des Leitervorproduktes entspricht, zusammen mit dem Leitervorprodukt auf den Wickelkörper der Magnetwicklung aufgebracht. Um eine Graphitbildung bei einer späteren Reaktionsglühung zu unterbinden, ist der Glasfaden zuvor durch ein etwa 30 minütiges Glühen bei etwa 500 °C unter Luft thermisch entschlichtet worden. Der damit einhergehende Festigkeitsverlust des Glasfadens ist von untergeordneter Bedeutung, da der zu dem Leitervorprodukt parallel gelegte Glasfaden mechanisch kaum belastet wird. Außerdem lassen sich eventuell auftretende Risse des Glasfadens durch ein einfaches Aneinanderlegen solcher Fäden ohne Isolationsverlust leicht reparieren.
  • Die Vorteile einer solchen Windungsisolation bestehen insbesondere darin, daß ein Umflechten bzw. Umspinnen und damit ein zusätzlicher Fabrikationsgang entfallen kann. Außerdem entfällt ein Bindemittelauftrag und damit eine Quelle für eine Graphitbildung in der Wicklung bei einem späteren Glühprozeß. Außerdem werden mit der Glasfadentechnik, insbesondere bei Profilleitern, günstige Windungsdichten erreicht.
  • Zur Stromanpassung der Supraleiter kann neben der bekannten Anpassung mit unterschiedlichen Leiterquerschnitten bzw. mit Leitern unterschiedlicher Stromtragfähigkeit eine Anpassung durch Parallelschaltung mehrerer Leiter gleichen oder verschiedenen Typs vorgenommen werden. Die Leitervorprodukte können deshalb unisoliert nebeneinander in die Wicklung einlaufen, wobei Mehrfachwindungen durch einen Glasfaden voneinander isoliert werden. Es lassen sich so zusätzlich zur Stromanpassung die Seitenverhältnisse der Leiter vergrößern, ohne daß es zu einer Beeinträchtigung der Stromtragfä- higkeit der Leiter aufgrund von Anisotropieeffekten kommt. Dabei wird eine günstige Wickeldichte erreicht.
  • Neben der Isolation der einzelnen Windungen ist in der Magnetspule eine Lagenisolation erforderlich. Aufgrund ihrer verhältnismäßig geringen Glühversprödung werden vorteilhaft Quarz- oder Glasgewebe verwendet, die zuvor entweder thermisch oder auch mit Hilfe von Enzymen entschlichtet wurden. Die enzymatische Entschlichtung hat insbesondere den Vorteil einer geringeren Versprödung des Quarzes oder Glases. Trotzdem ist die Kerbanfälligkeit dieser so entschlichteten Quarz- oder Glasgewebe noch zu hoch, um beispielsweise dünne Rundleitervorprodukte mit einem Durchmesser unter 0,9 mm ohne Gefahr eines Isolationsdefektes auf dem Spulenträger der Magnetspule aufwickeln zu können. Gemäß der Erfindung wird deshalb die Gewebestabilität durch eine Tränkung des Gewebes mit einer geringen Menge eines geeigneten Lackes oder Wachses wesentlich erhöht. Geeignete Lacke sind z.B. solche, die das Quarz mit einem schützenden Film überziehen und sich anschließend wieder mit einem Lösungsmittel oder durch eine thermische Behandlung rückstandslos beseitigen lassen. Als Tränkungsmittel kann vorteilhaft eine Lösung vorgesehen werden, die 5 bis 20 g eines Polyvinylbutyrales wie z.B. Mowital B60H (eingetragenes Warenzeichen der Firma Farbwerke Hoechst AG, Frankfurt-Hoechst) im Liter Aceton enthält. Durch einen Farbstoffzusatz wie z.B. Victoriablau 4R (eingetragenes Warenzeichen der Firma E. Merck, Darmstadt) können die Tränkung und eine spätere Extraktion leicht kontrolliert werden. Das entschlichtete Gewebe wird also durch eine Lösung gezogen und anschließend, beispielsweise an Luft, getrocknet. Nach wenigen Minuten sind die so behandelten Quarzgewebe formstabil und werden selbst von Leitern mit 0,4 mm Durchmesser nicht mehr durchgedrückt.
  • Der mit dem Leitervorprodukt und den parallelgelegten, entschichteten Fäden sowie mit den präparierten Quarzgeweben fertiggestellte Spulenaufbau wird dann mit einigen Lagen einer Kunststoffolie wie z.B. aus Hostaphan (eingetragenes Warenzeichen der Firma Farbwerke Hoechst AG, Frankfurt-Hoechst) umwickelt und mit einem biespielsweise selbstverschweißenden Wickelband provisorisch flüssigkeitsdicht bandagiert. Daran anschließend kann die Extraktion des Tränkungsmittels mit Hilfe eines Lösungsmittels vorgenommen werden. Geeignete Lösungsmittel des genannten Tränkungsmittels sind beispielsweise Ketone wie z.B. Aceton, Alkohole wie z.B. Methanol oder Äther wie z.B. Methylglykol. Die Auswaschung ist sehr erleichtert bei einem besonderen Aufbau eines Spulenkörpers, der aus der DE-A-2709300 bekannt ist. Dieser Spulenkörper hat ein integriertes Ein- und Auslaßsystem für eine formfreie Druckimprägnierung. Bei ihm muß das Lösungsmittel bei schräg- oder senkrechtstehendem Spulenkörper nur durch eine untere Schlauchtülle ein- und durch eine obere Schlauchtülle wieder abgeleitet werden. Mit einer besonderen Extraktionsapparatur läßt sich der Auswaschvorgang des Tränkungsmittels zweckmäßig kontinuierlich durchführen. Die Extraktion ist beendet, wenn das Lösungsmittel keinen Farbstoffzusatz mehr enthält, d.h. farblos aus der Spule wieder herauskommt. Der Auswaschvorgang kann beispielsweise 10, bis 15 Stunden in Anspruch nehmen.
  • Daran anschließend wird die Spule, beispielsweise unter Vakuum oder in einem Gasstrom, getrocknet. Nach einer Entfernung der provisorischen Bandage kann dann die Reaktionsglühung vorgenommen werden, bei der das Niob der Drahtkerne mit dem Zinn aus der Bronze durch Diffusion zu der intermetallischen Verbindung Nb3Sn umgesetzt wird. Eine Graphitbildung in der Wicklung und damit eine Isolationsverschlechterung ist dabei ausgeschlossen, weil durch den vorherigen Auswaschvorgang alle organischen Bestandteile des Tränkungsmittels des Quarzgewebes ausgewaschen und mit dem Leitervorprodukt bereits vollständig entschlichtete Glasfäden auf den Wickelkörper aufgebracht wurden.
  • Schließlich kann die Spule noch imprägniert werden. Als Imprägniermittel können vorteilhaft niedermolekulare Polyäthylene mit Mol-Gewichten zwischen 1 000 und 8 000 verwendet werden. Diese Polyäthylene haben ausreichend hohe Erstarrungstemperaturen zwischen 100°C und 120°C, sind schon bei Raumtemperatur mechanisch verhältnismäßig fest und verschlechtern das Trainingsverhalten der Spulen nicht. Bei Verarbeitungstemperaturen zwischen 120°C und 160°C liegen ihre Viskositäten zwischen etwa 0,03 und 3 Pas niedrig genug für eine Vakuumimprägnierung dicht gewickelter Magnete.
  • Im Ausführungsbeispiel wurde angenommen, daß das Schutzmaterial für die Isoliergewebe durch Auswaschen mit einem geeigneten Lösungsmittel aus der Magnetwicklung vollständig entfernt wird. Bei Verwendung besonderer Schutzmaterialien, die organische Substanzen enthalten, welche sich leicht und vollständig zu niedermolekularen, niedrig siedenden Bestandteilen zersetzen lassen, kann gegebenenfalls auch eine thermische Behandlung zum Austreiben dieser Materialien aus der Wicklung vorgesehen werden.

Claims (14)

1. Verfahren zur Isolation von Supraleitern in einer Magnetwicklung, bei dem auf hitzebeständigen Isolationsmitteln abgeschiedene, organische Substanzen enthaltende Schlichten und/oder Bindemittel vor einer zur Bildung der supraleitenden Eigenschaften der Leiter vorgesehenen in situ-Glühung von Leitervorprodukten beseitigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Schlichten und/oder Bindemittel von den Isolationsmitteln vollständig entfernt werden und stattdessen zumindest ein Teil der Isolationsmittel mit einem Schutzmaterial vorbestimmter Zusammensetzung versehen wird, daß dann die Magnetwicklung mit den Leitervorprodukten. und den Isolationsmitteln aufgebaut wird und daß anschließend vor der in situ-Glühung das Schutzmaterial rückstandslos aus der Magnetwicklung wieder entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Isolationsmittel Teile zur windungsisolation und Teile zur Lagenisolation vorgesehen und nach dem Entfernen der Schlichten und/oder Bindemittel nur die Teile zur Lagenisolation mit dem Schutzmaterial versehen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Teile zur Windungsisolation Glas-, Keramik- oder Quarzfäden vorgesehen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glas-, Keramik- oder Quarzfäden parallel zu den Leitervorprodukten angeordnet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Teile zur Lagenisolation Glas- oder Quarzgewebe vorgesehen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine thermische Behandlung zum Entfernen der Schlichten und/oder Bindemittel.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine enzymatische Behandlung zum Entfernen der Schlichten und/oder Bindemittel.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Schlichten und/oder Bindemitteln befreiten Isolationsmittel zumindest teilweise durch Tränkung mit dem Schutzmaterial versehen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Tränkungsmittel eine Lösung eines Polyvinylbutyrales in Aceton vorgesehen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzmaterial durch Lösung in Aceton oder Methanol aus der Magnetwicklung rückstandslos entfernt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzmaterial mit einem Farbstoffzusatz verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzmaterial durch thermische Behandlung aus der Magnetwicklung rückstandslos entfernt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetwicklung nach der in situ-Glühung mit einem lmprägniermittel versehen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Imprägniermittel ein niedermolekulares Polyäthylen verwendet wird.
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