DE1614582C

DE1614582C - Superconducting coil

Info

Publication number: DE1614582C
Application number: DE19671614582
Authority: DE
Inventors: Cord Dipl Ing 8520 Erlangen Albrecht
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-08-17
Filing date: 1967-08-17
Publication date: 1973-02-01

Description

Die Erfindung betrifft eine Supraleitungsspule mit einer Wicklung aus gegeneinander isolierten Windungen aus einem bandförmigen mit einer Armierung aus Material hoher Zugfestigkeit versehenen, schichtförmig aufgebauten Leiter mit drei Schichten, von denen die beiden äußeren aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Metall und die mittlere aus dem Material hoher Zugfestigkeit bestehen.The invention relates to a superconducting coil with a winding made of turns isolated from one another from a strip-like layered layer provided with a reinforcement made of material of high tensile strength constructed conductor with three layers, of which the two outer layers are made of superconductor material and electrical normal conductive metal and the middle one made of the material of high tensile strength.

Für den Bau von Supraleitungsspulen, insbesondere von supraleitenden Großmagneten, haben sich sogenannte stabilisierte Leiter, die aus supraleitenden und bei der Betriebstemperatur der Spule gut elektrisch leitenden, normalleitenden Metallen zusammengesetzt sind, als vorteilhaft erwiesen. Ein bekannter stabilisierter Leiter besteht aus einem Band aus gut elektrisch normalleitendem Metall, in das mehrere supraleitende Drähte eingelagert sind (Bull. SEV, Bd. 58 (1967), S. 175). Auf einer Breitseite eines solchen bandförmigen Leiters können quer zur Längsrichtung des Leiters verlaufende Streifen im Abstand voneinander angeordnet sein, während die andere Breitseite mit einer Isolationsschicht bedeckt ist. Beim Wickeln eines solchen Leiters zu einer Spulenwicklung entstehen Kühlkanäle zwischen der einen Breitseite des Leiters und der Isolation zur nächsten Wicklungslage (USA.-Patentschrift 3 332047). Ferner sind litzenförmig ausgebildete, aus supraleitenden und gut elektrisch normalleitenden Drähten bestehende stabilisierte Leiter bekannt. Als Isolation kann um einen derartigen litzenförmigen Leiter ein isolierendes Band mit Abstand zwischen den Bandkanten herumgewickelt sein (BUIl. SEV, Bd. 58 (1967), S. 175; The Review of Scientific Instruments, Bd. 36 (1965), S. 825 bis 830). Ferner ist es bekannt, zur Herstellung eines bandförmigen stabilisierten Leiters mehrere Bänder aus gut elektrisch normalleitendem Metall und aus Supraleitermaterial wechselweise aufeinanderzustapeln und den Stapel durch Umwickeln mit einem elektrisch normalleitenden Band, dessen Bandkanten einander überlappen, zu einem bandförmigen stabilisierten Leiter zusammenzufügen (französische Patentschrift 1479 481). Querschnitt und Tieftemperaturleitfähigkeit des normalleitenden Metalls sind bei derartigen stabilisierten Leitern so bemessen, daß beim Übergang des Supraleitermaterials in den kritischen Zustand durch Überschreiten des kritischen Stromes der das Supraleitermaterial durchfließende Strom ganz oder teilweise von dem normalleitenden Metall übernommen werden kann, so daß der Übergang des Supraleitermaterials vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand kontinuierlich und reversibel erfolgt und durch eine geringfügige Verkleinerung des Stromes der supraleitende Zustand wieder hergestellt werden kann. Da die Temperatur eines solchen Leiters auch beim Übergang des Supra-For the construction of superconducting coils, in particular of superconducting large magnets, have so-called stabilized conductors, which are made of superconducting and good electrical at the operating temperature of the coil conductive, normally conductive metals are composed, proven to be advantageous. A friend stabilized conductor consists of a band of metal with good normal electrical conductivity into which several superconducting wires are embedded (Bull. SEV, Vol. 58 (1967), p. 175). On a broadside such a band-shaped conductor can be transverse to the longitudinal direction of the conductor strips in the Be spaced from each other, while the other broad side covered with an insulation layer is. When winding such a conductor into a coil winding, cooling channels are created between the one Broad side of the conductor and the insulation to the next winding layer (USA.-Patent 3 332047). Further are litz-shaped, made up of superconducting wires with good normal electrical conductivity stabilized ladder known. An insulating conductor can be used as insulation around such a stranded conductor Tape wrapped around with a gap between the tape edges (BUIl. SEV, Vol. 58 (1967), P. 175; The Review of Scientific Instruments, 36: 825-830 (1965)). It is also known to Manufacture of a strip-shaped, stabilized conductor, several strips of good normal electrical conductivity Metal and superconductor material are alternately stacked on top of one another and the stack is wrapped around it with an electrically normally conductive band, the band edges of which overlap one another, to form a band-shaped one assemble stabilized conductor (French patent 1479 481). Cross-section and low-temperature conductivity of the normally conductive metal are dimensioned in such stabilized ladders, that when the superconductor material passes into the critical state by exceeding the critical The current flowing through the superconductor material is completely or partially different from the normally conducting current Metal can be taken over, so that the transition of the superconducting material from the superconducting in the normal conducting state takes place continuously and reversibly and by a minor By reducing the current, the superconducting state can be restored. Because the temperature of such a conductor also at the transition of the supra-

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leitermaterials in den kritischen Zustand die Sprung- aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleiten-conductor material in the critical state the jump from superconductor material and electrically normal conductors

temperatur des Supraleitermaterials nicht überschrei- dem Metall zusammengesetzt ist, daß der Leiter mittemperature of the superconductor material does not exceed the metal that the conductor with

ten darf, muß ein solcher Leiter möglichst gut gekühlt einer Isolation aus einem oder mehreren mit Abstän-such a conductor must be cooled as well as possible with an insulation made up of one or more spaced

werden. den zwischen den Bandkanten um den Leiter gewik-will. wrapped around the conductor between the tape edges

Da ferner, insbesondere in großen Magnetspulen, '5 kelten isolierenden Bändern versehen ist und daßSince furthermore, especially in large magnet coils, '5 celtic insulating tapes are provided and that

erhebliche Radialkräfte auftreten, die zu starken Zug- zwischen den äußeren Schichten des Leiters und die-considerable radial forces occur, which lead to strong tensile forces between the outer layers of the conductor and the

beanspruchungen der die Wicklung bildenden Leiter ser Isolation und/oder zwischen den äußeren Schich-stresses on the conductors forming the winding, water insulation and / or between the outer layers

führen, ist es oft erforderlich, die Leiter mit einer Ar- ten und der mittleren Schicht Kühlkanäle vorgesehenlead, it is often necessary to provide the conductors with one type and the middle layer of cooling ducts

mierung aus Material hoher Zugfestigkeit, beispiels- sind.mation made of material with high tensile strength, for example.

weise aus Edelstahl, zu versehen. Bei einem bekann- *° Die einzelnen Teile des derart ausgebildeten bandten schichtförmig aufgebauten, stabilisierten, armier- förmigen Leiters der erfindungsgemäßen Supraleiten Leiter ist ein Band mit einer Oberflächenschicht tungsspule wirken in vorteilhafter Weise zusammen, aus der supraleitenden Verbindung Niob-Zinn auf Durch die mittlere, aus dem Material hoher Zugfebeiden Seiten mit je einem Kupferband belegt. Auf stigkeit bestehende Schicht ist einerseits eine hohe jedes Kupferband ist wiederum zur Armierung ein 15 Zugfestigkeit des gesamten Leiters gewährleistet und Edelstahlband aufgelegt. Alle fünf Bänder sind durch andererseits eine feste Unterlage für die Einzelleiter Verlöten mechanisch fest miteinander verbunden. der beiden äußeren Schichten gesichert. Auch die mit Ein derartiger Leiter hat jedoch bei der Verwendung Abstand zwischen den Bandkanten um den Leiter gein der Wicklung einer Supraleitungsspule den Nacbr wickelten isolierenden Bänder erfüllen gleichzeitig teil, daß die Oberflächen des stabilisierenden normal- 20 mehrere Funktionen. Sie dienen zur gegenseitigen leitenden Metalls nicht unmittelbar von dem die Isolation der einzelnen Windungen des bandförmigen Spule kühlenden Kühlmittel umspült werden können. Leiters innerhalb der Spulenwicklung, sichern eine Dies kann sich ungünstig auf die stabilisierende Wir- feste mechanische Verbindung der Einzelleiter und kung des normalleitenden Metalls auswirken. der mittleren Schicht aus dem Material hoher Zugfe-wise made of stainless steel. With a known- * ° The individual parts of the so-formed bandten Layered, stabilized, armor-shaped conductor of the superconductors according to the invention Conductor is a tape with a surface layer processing coil cooperate in an advantageous manner, from the superconducting compound niobium-tin on through the middle, from the material of high tensile strength Each side covered with a copper band. On the one hand, the existing layer is a high one Each copper tape is in turn guaranteed to reinforce a tensile strength of the entire conductor and Stainless steel band applied. On the other hand, all five bands are a solid base for the individual conductors Soldered mechanically firmly connected to one another. of the two outer layers secured. Even those with However, such a conductor has, in use, a gap between the tape edges around the conductor the winding of a superconducting coil fulfill the Nacbr-wound insulating tapes at the same time part that the surfaces of the stabilizing normal 20 several functions. They serve for mutual conductive metal not directly from which the insulation of the individual turns of the ribbon-shaped Coil cooling coolant can be washed around. Conductor within the coil winding, secure a This can have an unfavorable effect on the stabilizing permanent mechanical connection of the individual conductors and effect of the normal conductive metal. the middle layer made of high tensile strength material

Ein weitere bekannter bandförmiger Leiter, der zur 25 stigkeit zu einem kompakten bandförmigen Leiter Herstellung einer Supraleitungsspule mit einer Wick- und gestatten, da sie mit Abständen zwischen den lung aus gegeneinander isolierten Windungen be- Bandkanten gewickelt sind, den Zutritt von Kühlmitstimmt ist, weist drei Schichten auf, von denen die tel zu den Kühlkanälen, die zwischen den äußeren beiden äußeren aus Supraleitermaterial und elek- Schichten des Leiters und der Isolation und/oder irisch normalleitendem Metall zusammengesetzt sind 30 zwischen den äußeren Schichten und der mittleren und die mittlere aus einem Material hoher Zugfestig- Schicht vorgesehen sind. Außerdem kann das Kühlkeit besteht (Bull. SEV, B.d 58 (1967), S. 174 und mittel die Isolation durchströmen. Durch die Kühlka-176). Bei diesem Leiter ist das Supraleitermaterial näle wird schließlich eine gute Kühlung der Leiter-Nb₃Sn der äußeren Schichten durch Abscheidung aus oberfläche auch an solchen Stellen erreicht, die von der Gasphase auf ein Band aus rostfreiem Stahl auf- 35 dem isolierenden Band bedeckt sind. Da ferner die gebracht und in Form einer Oberflächenschicht un- Armierung in der Mitte des bandförmigen Leiters mittelbar mit diesem verbunden. Das normalleitende liegt, können insbesondere die äußeren Oberflächen Metall Silber ist wiederum auf die Nb._{Sn-Schicht fest der aus Supraleitermaterial und elektrisch gut noraufplattiert. Die mittlere, aus rostfreiem Stahl beste- malleitendem Metall bestehenden Schichten für den hende, im übrigen nur Bruchteile von Millimetern 40 Kühlmittelzutritt freigehalten werden. Dadurch ergibt starke Schicht dient in erster Linie als Träger für die sich eine große an der Wärmeabfuhr beteiligte Ober-Nb_sSn-Schicht, ist daneben aber auch für die Zugfe- fläche.Another known ribbon-shaped conductor, which allows the production of a superconducting coil with a winding and, since they are wound with spacings between the windings from mutually insulated turns, the access of cooling, has three Layers of which the tel to the cooling channels, which are composed between the outer two outer layers of superconductor material and elek- layers of the conductor and the insulation and / or Irish normal conducting metal 30 between the outer layers and the middle and middle made of one material high tensile strength layer are provided. In addition, the coolness can exist (Bull. SEV, vol. 58 (1967), p. 174 and medium flow through the insulation. Through the cooling ka-176). In the case of this conductor, the superconductor material is finally good cooling of the conductor-Nb ₃ Sn of the outer layers by deposition from the surface even in those places that are covered by the gas phase on a stainless steel tape on the insulating tape. Since furthermore the brought and in the form of a surface layer un- reinforcement in the middle of the band-shaped conductor indirectly connected to this. The normally conductive lies, in particular the outer metal surfaces can turn silver on the Nb. _{ Sn layer solidly made of superconductor material and electrically well plated. The middle layer, made of stainless steel, with excellent conductive metal, is kept free of coolant, otherwise only fractions of a millimeter. This results in a strong layer primarily serves as a carrier for the large upper Nb _s Sn layer involved in heat dissipation, but is also used for the tension surface.

stigkeit des bandförmigen Leiters bestimmend und Als isolierende Bänder, die vor dem Wickeln derstigkeit of the ribbon-shaped conductor determining and As insulating tapes, which are before winding the

erfüllt daher in eingeschränktem Ausmaß auch eine Spule um den bandförmigen Leiter gelegt werden,therefore, to a limited extent, a coil can also be placed around the ribbon-shaped conductor,

gewisse Armierungsfunktion. Die Eigenschaften die- 45 können beispielsweise glasfaserverstärkte Kunststoff-certain reinforcement function. The properties of the 45 can, for example, glass fiber reinforced plastic

ses bandförmigen Leiters sind jedoch vollständig bänder oder mit Epoxydharz getränkte Glasfaserbän-This ribbon-shaped conductor is, however, completely ribbons or fiberglass ribbons impregnated with epoxy resin.

durch den Herstellungsprozeß vorgegeben und kön- der vorgesehen sein.predetermined by the manufacturing process and can be provided.

nen nicht den Erfordernissen der jeweils aus dem Der erfindungsgemäße Leiteraufbau bietet dieNEN does not meet the requirements of each of the The conductor structure according to the invention offers the

Leiter herzustellenden Spulenwicklung angepaßt wer- Möglichkeit, aus vorgefertigten GrundelementenConductor to be produced coil winding can be adapted from prefabricated basic elements

den. 50 bandförmige Leiter unterschiedlicher Abmessungenthe. 50 ribbon-shaped conductors of different dimensions

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zusammenzusetzen und Wicklungen für Supralei-The invention is based on the object to assemble and windings for superconductivity

Supraleitungsspule mit einer Wicklung aus gegenein- tungsspulen mit verschiedenen Abmessungen ausSuperconducting coil with a winding made of opposing coils with different dimensions

ander isolierten Windungen aus einem bandförmigen gleichen Grundelementen aufzubauen,to build other isolated windings from a band-shaped identical basic element,

mit einer Armierung aus Material hoher Zugfestigkeit Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Spulewith a reinforcement made of material of high tensile strength. In an advantageous embodiment of the coil

versehenen, schichtförmig aufgebauten Leiter mit 55 sind die Einzelleiter, aus denen die beiden äußerenprovided, layered conductors with 55 are the individual conductors that make up the two outer

drei Schichten, von denen die beiden äußeren aus Su- Schichten des bandförmigen Leiters bestehen, band-three layers, of which the two outer layers consist of Su layers of the ribbon-shaped conductor, ribbon-

praleitermaterial und elektrisch normalleitendem Me- förmig ausgebildet, wobei wenigstens ein Einzelleiterpre-conductor material and electrically normal conducting Me-shaped, with at least one individual conductor

tall und die mittlere aus dem Material hoher Zugfe- einen oder mehrere eingelagerte Supraleiter enthält,tall and the middle one, made from the material of high tensile strength, contains one or more embedded superconductors,

stigkeit bestehen, derart auszugestalten, daß gleich- Dabei kann innerhalb des bandförmigen Leiters dieStigkeit exist to design in such a way that the same can be within the ribbon-shaped conductor

zeitig eine hohe mechanische Festigkeit und eine gute 60 Anzahl der eingelagerte Supraleiter enthaltendenAt the same time, it had high mechanical strength and contained a good 60 number of embedded superconductors

Kühlung des Leiters und damit auch der Spule er- Einzelleiter variiert werden, indem solche EinzelleiterCooling of the conductor and thus also of the coil can be varied by adding such individual conductors

reicht wird. Darüber hinaus soll ein Aufbau des gegen Einzelleiter ausgetauscht werden, die keine Su-is enough. In addition, a structure is to be exchanged for individual conductors that do not have a sup-

bandförmigen Leiters aus vorgefertigten Komponen- praleiter enthalten. Auf Grund dieser Austauschmög-Ribbon-shaped conductor made from prefabricated component conductors included. Due to this exchange

ten ermöglicht werden. lichkeit kann die Zusammensetzung des Leiters demth are made possible. The composition of the head can change the likelihood of this

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 65 örtlichen Magnetfeldverlauf innerhalb der aus dem löst, daß die beiden äußeren Schichten des bandför- Leiter hergestellten Spulenwicklung in einfacher migen Leiters aus mehreren nebeneinanderliegenden Weise angepaßt werden. Die bandförmigen Einzellei-Einzelleitern bestehen, von denen wenigstens einer ter können beispielsweise aus insbesondere hochrei-According to the invention, this object is achieved by the local magnetic field profile within the from the solves that the two outer layers of the bandför- conductor made coil winding in a simple migen conductor can be adapted from several adjacent ways. The ribbon-shaped single-line single ladders consist, of which at least one ter can, for example, consist of, in particular, high-speed

nem Kupfer oder Aluminium bestehen, während als Supraleiter insbesondere Drähte aus supraleitenden Niob-Zirkon- und Niob-Titan-Legierungen geeignet sind.Nem copper or aluminum are made, while as superconductors in particular wires made of superconducting Niobium-zirconium and niobium-titanium alloys are suitable.

Als Kühlkanäle können vorteilhaft an den der Isolation zugewandten Oberflächen oder an den der mittleren armierenden Schicht zugewandten Oberflächen oder auch an beiden Oberflächen der Einzelleiter quer zur Längsrichtung des bandförmigen Leiters verlaufende Rillen vorgesehen sein, die in das elektrisch normalleitende Metall eingeprägt sein können. Bei normalleitenden Spulen sind bandförmige Leiter mit eingeprägten Kühlkanälen bereits bekannt (USA.-Patentschrift3 056 071).The insulation can be used as cooling channels facing surfaces or on the surfaces facing the middle reinforcing layer or on both surfaces of the individual conductors transversely to the longitudinal direction of the strip-shaped conductor extending grooves can be provided, which can be embossed into the normally electrically conductive metal. In the case of normally conducting coils, ribbon-shaped conductors with embossed cooling channels are already known (U.S. Patent 3 056 071).

Zur Verbesserung des elektrischen Kontaktes zwisehen den Einzelleitern kann der bandförmige Leiter unterhalb der Isolation mit einem gegensinnig zur Isolation gewickelten Band aus elektrisch normalleitendem Metall, beispielsweise aus Kupfer, derart umwickelt sein, daß zwischen den Bandkanten frefe Räume verbleiben. Diese können wiederum als Kühlkanäle ausgenutzt werden.Zwisehen to improve the electrical contact the single conductors can be the ribbon-shaped conductor underneath the insulation with an opposite direction Insulation wound tape made of electrically normal conducting metal, for example made of copper, wrapped in this way be that free spaces remain between the belt edges. These, in turn, can be used as cooling channels be exploited.

Ferner besteht die Möglichkeit, die Einzelleiter der beiden äußeren Schichten des bandförmigen Leiters für die Wicklung der erfindungsgemäßen Spule litzenförmig auszubilden. Die Iitzenförmigen Einzelleiter können dabei aus mehreren Drähten aus Hochfeldsupraleitermaterial mit elektrisch normalleitenden Metallüberzügen und gegebenenfalls weiteren Drähten aus elektrisch normalleitendem Metall bestehen. Bei dieser Ausführungsform des Leiters können handelsübliche supraleitende Drähte bzw. supraleitende Litzen zum Aufbau des bandförmigen Leiters verwendet werden.It is also possible to use the individual conductors of the two outer layers of the strip-shaped conductor for the winding of the coil according to the invention to form a stranded wire. The strand-shaped single conductors can consist of several wires made of high-field superconductor material with normal electrical conductivity Metal coatings and possibly other wires are made of normally electrically conductive metal. In this embodiment of the conductor, commercially available superconducting wires or superconducting wires can be used Litz wires can be used to build the ribbon-shaped conductor.

Das um den bandförmigen Leiter gewickelte isolierende Band kann an der den äußeren Schichten des bandförmigen Leiters zugewandten Oberfläche einen Überzug aus elektrisch gut normalleitendem Metall tragen. Durch einen solchen Überzug wird die elektrische Verbindung zwischen den nebeneinanderliegenden Einzelleitern verbessert. Als solches Band ist beispielsweise ein kupferkaschiertes, glasfaserverstärktes Kunststoffband geeignet.The insulating tape wound around the tape-shaped conductor can be attached to the outer layers of the strip-shaped conductor facing surface a coating of electrically good normal conducting metal carry. Such a coating establishes the electrical connection between the adjacent Single ladders improved. Such a tape is, for example, a copper-clad, glass fiber reinforced one Suitable for plastic tape.

Ferner können zwischen den äußeren Schichten des bandförmigen Leiters und der mittleren, aus Material hoher Zugfestigkeit bestehenden Schicht Folien aus gut elektrisch normalleitendem Metall, beispielsweise aus Kupfer, eingelegt sein. Auch diese Folien dienen zur Verbesserung der elektrischen Verbindung zwischen den nebeneinanderliegenden Einzelleitern.Furthermore, between the outer layers of the strip-shaped conductor and the middle, made of material high tensile strength existing layer foils made of metal with good normal electrical conductivity, for example made of copper. These foils are also used to improve the electrical connection between the individual conductors lying next to one another.

Die mittlere, aus Material hoher Zugfestigkeit bestehende Schicht des bandförmigen Leiters kann auch mit einem Band derart umwickelt sein, daß zwischen den Bandkanten freie Räume verbleiben. Bei dieser Ausführungsform können die freien Räume als Kühlkanäle ausgenutzt werden. Das Band kann aus einem mechanisch hochfesten Material bestehen, beispielsweise ein Edelstahl- oder Glasfaserband sein. Falls das Band auch zur elektrischen Querverbindung zwischen nebeneinanderliegenden Einzelleitern dienen soll, kann es aus gut elektrisch normalleitendem Material, beispielsweise Kupfer, bestehen. Die mittlere Schicht des bandförmigen Leiters aus Material hoher Zugfestigkeit kann insbesondere aus einem Edelstahlband oder aus einem Glasfaserband bestehen.The middle layer of the strip-shaped conductor consisting of material of high tensile strength can also be wrapped with a tape in such a way that free spaces remain between the tape edges. At this Embodiment, the free spaces can be used as cooling channels. The tape can consist of one mechanically high-strength material exist, for example a stainless steel or fiberglass tape. If the tape can also be used for electrical cross-connection between adjacent individual conductors should, it can consist of a material with good normal electrical conductivity, for example copper. The middle The layer of the strip-shaped conductor made of material with high tensile strength can, in particular, consist of a stainless steel strip or consist of a fiberglass tape.

Die Kühlkanäle zwischen der Isolation und den Einzelleitern können auch aus quer zur Längsrichtung des bandförmigen Leiters verlaufenden Rillen bestehen, die in der den äußeren Schichten des Leiters zugewandten Oberfläche der Isolation vorgesehen sind. In diesem Fall können die der Isolation zugewandten Seiten der äußeren Schichten des bandförmigen Leiters glatt ausgebildet sein. Die Rillen können beispielsweise in die Isolation eingeprägt sein, oder es können auf einem isolierenden Band zur Erzeugung der Rillen Stege oder Stollen aus isolierendem Material befestigt sein.The cooling channels between the insulation and the individual conductors can also be made transversely to the longitudinal direction of the band-shaped conductor extending grooves exist in the outer layers of the conductor facing surface of the insulation are provided. In this case, those facing the isolation Sides of the outer layers of the tape-shaped conductor can be made smooth. The grooves can for example, be embossed in the insulation, or it can be produced on an insulating tape the grooves webs or cleats made of insulating material be attached.

An Hand einiger Figuren und Beispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail using a few figures and examples.

Fig. 1 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsformen von bandförmigen Leitern für Supraleitungsspulen gemäß der Erfindung.1 to 6 show different embodiments of ribbon-shaped conductors for superconducting coils according to the invention.

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform eines bandförmigen Leiters für eine Spule gemäß der Erfindung, bei der die beiden äußeren Schichten aus mehreren nebeneinanderliegenden bandförmigen Einzelleitern 10 aus elektrisch gut normalleitendem Metall bestehen, von denen jeder beispielsweise zwei eingelagerte supraleitende Drähte 11 enthält. Auf dem mittleren armierenden Band 12 sind Stege 13 angebracht, die zwischen die Einzelleiter 10 eingreifen und diese gegen Verrutschen sichern. Um den bandförmigen Leiter ist ein isolierendes Band 14 gewickelt, das gleichzeitig die einzelnen Teile des Leiters mechanisch zusammenhält. Auf der dem Leiter zugekehrten Seite ist das Band 14 mit einer Kupferschicht 15 versehen, die als gut leitende Querverbindung zwischen den nebeneinanderliegenden Einzelleitern 10 dient. Die der Isolation zugewandten Oberflächen der Einzelleiter 10, die etwas über die Stege 13 hinausragen, sind mit Querrillen 16 verseilen. Falls das Band 14 die Einzelleiter 10 fest genug zusammenhält, können die Stege 13 auch weggelassen werden.F i g. 1 shows an embodiment of a ribbon-shaped conductor for a coil according to the invention, in which the two outer layers are made up of several strip-shaped individual conductors lying next to one another 10 consist of electrically good normal conducting metal, each of which, for example, two embedded contains superconducting wires 11. On the middle reinforcing band 12 webs 13 are attached, the Intervene between the individual conductors 10 and secure them against slipping. Around the ribbon-shaped conductor an insulating tape 14 is wound, which at the same time mechanically holds the individual parts of the conductor together. On the side facing the conductor, the tape 14 is provided with a copper layer 15, which serves as a conductive cross connection between the individual conductors 10 lying next to one another. That of isolation facing surfaces of the individual conductors 10, which protrude slightly beyond the webs 13, are with Strand transverse grooves 16. If the tape 14 holds the individual conductors 10 together tightly enough, the webs 13 can also be omitted.

F i g. 2 zeigt einen bandförmigen Leiter in Draufsicht, der ähnlich aufgebaut ist wie der Leiter nach Fig. 1. Jedoch ist an Stelle des kupferkaschierten Bandes 14 zunächst eine Umwicklung aus Kupferbändern 17 und darüber eine gegensinnig gewickelte Umwicklung aus isolierenden Bändern 18 vorgesehen. Als Kühlkanäle wirken neben den Rillen 16 in der Oberfläche der Einzelleiter 10 auch die Zwischenräume zwischen den nebeneinanderliegenden Windungen der Kupferbänder 17. Das isolierende Band 18 soll breiter sein als die Kupferbänder 17, damit es sich nicht in die freien Räume zwischen den Kupferbändern legt.F i g. FIG. 2 shows a band-shaped conductor in plan view, which is constructed similarly to the conductor according to FIG 1. However, instead of the copper-clad tape 14, there is initially a wrapping of copper tapes 17 and above a reverse winding of insulating tapes 18 is provided. In addition to the grooves 16 in the surface of the individual conductors 10, the intermediate spaces also act as cooling channels between the adjacent turns of the copper strips 17. The insulating Band 18 should be wider than the copper bands 17 so that it does not get into the free spaces between the Sets copper bands.

Auch bei dem in Fig. 3 dargestellten bandförmigen Leiter bestehen die beiden äußeren Schichten aus nebeneinanderliegenden bandförmigen Leitern 20, die eingelagerte supraleitende Drähte 21 enthalten und an ihrer dem isolierenden Band 22 zugewandten Oberfläche mit Querrillen 23 versehen sind. Zwischen die Einzelleiter 20 und das mittlere armierende Band 24 sind Kupferfolien 25 eingelegt, die eine elektrisch gut leitende Querverbindung zwischen den nebeneinanderliegenden Einzelleitern 20 bewirken und die an ihrer Oberfläche mit Stegen 26 versehen sind. Als Stege können beispielsweise Kupferdrähte dienen, die auf die bandförmigen Kupferfolien 25 aufgelötet sind. Beim Verbiegen des bandförmigen Leiters zur Herstellung der Spulenwicklung können sich, wie auch bei den in den anderen Figuren dargestellten Leitern, die einzelnen Elemente des bandförmigen Leiters gegeneinander verschieben, so daß die mechanische Beanspruchung der Leiterelemente beim Wikkeln der Spule stark herabgesetzt wird.In the case of the strip-shaped conductor shown in FIG. 3, the two outer layers also consist of Adjacent strip-shaped conductors 20 which contain embedded superconducting wires 21 and are provided with transverse grooves 23 on their surface facing the insulating tape 22. Between the individual conductors 20 and the central reinforcing band 24 are copper foils 25 inserted, the one electrically Cause good conductive cross connection between the adjacent individual conductors 20 and which are provided with webs 26 on their surface. Copper wires, for example, can serve as bridges, which are soldered onto the band-shaped copper foils 25. When bending the ribbon-shaped conductor to produce the coil winding can, as in the case of those shown in the other figures Ladders, move the individual elements of the ribbon-shaped conductor against each other, so that the mechanical Stress on the conductor elements when winding the coil is greatly reduced.

F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines bandförmigen Leiters für die Wicklung einer Spule gemäß der Erfindung. Die beiden äußeren Schichten des Leiters bestehen aus nebeneinanderliegenden litzenförmigen Einzelleitern 30. Diese litzenförmigen Leiter bestehen wiederum aus supraleitenden, mit Überzügen aus elektrisch normalleitendem Metall versehenen Drähten, die miteinander verseilt sind. Ferner können die Einzelleiter 30 zusätzliche, ebenfalls mitverseilte Drähte aus gut elektrisch normalleitendem Metall enthalten, durch welche die elektrische Stabilisierung verbessert wird. Zwischen den nebeneinanderliegenden litzenförmigen Leitern 30 und dem die mittlere Schicht des bandförmigen Leiters bildenden Armierungsband 31 sind bandförmige Kupferfolien 32 eingelegt, die eine gut elektrisch leitende Querverbindung zwischen den Leitern 30 bewirken. Als Isolation ist eine Umwicklung aus einem isolierenden Band 33 vorgesehen. Die Kühlkanäle werden bei dieser Ausführungsform durch die freien Zwickel zwischen den litzenförmigen Leitern 30 und zwischen den verseilten Drähten der Leiter 30 gebildet. Zusätzlich kann das isolierende Band 33, ähnlich wie in Fig. 6, mit Rillen versehen sein. An Stelle der elektrisch gut leitenden Folien 32 kann beispielsweise auch an der Innenseite des Bandes 33 eine Kupferkaschierung vorgesehen sein.F i g. 4 shows a further embodiment of a ribbon-shaped conductor for winding a coil according to the invention. The two outer layers of the conductor consist of stranded individual conductors 30 lying next to one another. These stranded conductors in turn consist of superconducting wires, provided with coatings of normally electrically conductive metal, which are stranded with one another. Furthermore, the individual conductors 30 can contain additional, also stranded wires made of metal with good normal electrical conductivity, by means of which the electrical stabilization is improved. Between the adjacent stranded conductors 30 and the reinforcement tape 31 forming the middle layer of the tape-shaped conductor, tape-shaped copper foils 32 are inserted, which produce a highly electrically conductive cross connection between the conductors 30. A wrapping of an insulating tape 33 is provided as insulation. In this embodiment, the cooling channels are formed by the free interstices between the stranded conductors 30 and between the stranded wires of the conductors 30. In addition, similar to FIG. 6, the insulating tape 33 may be provided with grooves. Instead of the electrically conductive foils 32, a copper lamination can also be provided on the inside of the strip 33, for example.

F i g. 5 zeigt ein Teilstück eines bandförmigen Leiters, der im wesentlichen gleichartig wie der in F i g. 4 dargestellte Leiter aufgebaut ist. An Stelle der bandförmigen Kupferfolien 32 sind jedoch zwischen den litzenförmigen Einzelleitern 30 und der Armierung 31 Kupferbänder 34 vorgesehen, die um das armierende Band gewickelt sind. Durch die freien Räume zwischen den Rändern der nebeneinanderliegenden Windungen der Bänder. 34 werden Kühlkanäle zwischen den äußeren aus den litzenförmigen Leitern 30 bestehenden Schichten des bandförmigen Leiters und der dazwischenliegenden Armierung 31 gebildet. Auch bei den in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen des bandförmigen Leiters können derartige Bänder um das armierende Band gewickelt sein, so daß Kühlkanäle zwischen den beiden äußeren Schichten und der mittleren Schicht der bandförmigen Leiter entstehen.F i g. FIG. 5 shows a section of a ribbon-shaped conductor which is essentially similar to that in FIG. 4th The ladder shown is constructed. Instead of the band-shaped copper foils 32, however, are between the Stranded individual conductors 30 and the armoring 31 copper strips 34 are provided around the armoring Tape are wrapped. Due to the free spaces between the edges of the adjacent Turns of the ligaments. 34 are cooling channels between the outer stranded conductors 30 existing layers of the strip-shaped conductor and the reinforcement 31 therebetween. Even with the in the F i g. 1 to 4 illustrated embodiments of the strip-shaped conductor can such tapes are wrapped around the reinforcing tape, so that cooling channels between the two outer ones Layers and the middle layer of the ribbon-shaped conductor arise.

Statt an den der Isolation zugekehrten Oberflächen der bandförmigen Einzelleiter, wie dies in den F i g. 1 bis 3 dargestellt ist, können die Rillen für die Kühlkanäle auch in den isolierenden Bändern vorgesehen sein. Ein solches isolierendes Band 41, das mit Querrillen 42 versehen ist und auf der in diesem Falle glatten Oberfläche 43 eines bandförmigen Leiters aufliegt, ist in F i g. 6 schematisch dargestellt. Instead of on the surfaces of the strip-shaped individual conductors facing the insulation, as shown in FIGS. 1 to 3 is shown, the grooves for the cooling channels can also be provided in the insulating strips being. Such an insulating tape 41, which is provided with transverse grooves 42 and on which, in this case, is smooth Surface 43 of a strip-shaped conductor rests, is shown in FIG. 6 shown schematically.

Eine Supraleitungsspule kann beispielsweise aus den in den F i g. 1 bis 6 beispielhaft dargestellten bandförmigen Leitern dadurch hergestellt werden, daß dieser Leiter in Form einer Scheibenwicklung spiralig auf einen zylinderförmigen Spulenkörper aufgewickelt werden, dessen Längsachse vertikal gerichtet sein kann. Die Wicklung wird ferner in einem Gehäuse angeordnet und ist beim Betrieb der Spule von einem Kühlmittel, im allgemeinen flüssigem Helium, umgeben. Die gesamte Spule besteht vorzugsweise aus mehreren solchen Scheibenwicklungen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und beispielsweise übereinander auf einem gemeinsamen Spulenkörper angeordnet sein können. Die Kühlmittelströmung in den bei vertikaler Längsachse des Spulenkörpers im wesentlichen vertikal gerichteten Kühlkanälen innerhalb der Scheibenwicklungen kann auf Grund des natürlichen Auftriebs erfolgen. Bei erzwungener Kühlmittelströmung können auch andere Richtungen für die Spulenachse und die Kühlkanäle vorgesehen werden. Beispielsweise können diese horizontal gerichtet sein.A superconducting coil can, for example, consist of the structures shown in FIGS. 1 to 6 shown as an example, band-shaped conductors are produced in that this conductor in the form of a disc winding is spirally wound onto a cylindrical bobbin, the longitudinal axis of which can be directed vertically. The winding is also arranged in a housing and is surrounded by a coolant, generally liquid helium, when the coil is in operation. The entire coil preferably consists of several such disc windings, which are electrically connected in series and can be arranged, for example, one above the other on a common bobbin. The flow of coolant in the cooling channels within the disc windings, which are oriented essentially vertically when the longitudinal axis of the coil body is vertical, can take place on the basis of the natural buoyancy. In the case of a forced flow of coolant, other directions can also be provided for the coil axis and the cooling channels. For example, these can be directed horizontally.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 209 526/3481 sheet of drawings 209 526/348

Claims

Patent claims:

1. Superconducting coil with a winding made of mutually insulated turns of one band-shaped with a reinforcement made of material of high tensile strength, layered constructed conductor with three layers, of which the two outer layers are made of superconductor material and electrically normal conductive metal and the middle one made of the material of high tensile strength, characterized in that the two outer layers of the strip-shaped conductor consist of several adjacent individual conductors (10), of which at least one of superconductor material and normally electrically conductive metal is composed that the conductor with an insulation of one or more with spaces between the tape edges around the conductor wound insulating tapes (14) is provided and that between the outer Layers of the conductor and this insulation and / or between the outer layers and the middle layer cooling channels (16) are provided.

2. Siipraleitungsspule according to claim 1, characterized characterized in that the individual conductors (10) are strip-shaped and that at least one individual conductor contains one or more embedded superconductors (11).

3. superconducting coil according to claim 1 or 2, characterized in that the insulation and / or the surfaces of the individual conductors facing the middle layer with transverse to the longitudinal direction of the band-shaped conductor extending grooves (16) are provided.

4. superconducting coil according to claim 2 or 3, characterized in that the band-shaped Head below the insulation with a tape (17) wound in the opposite direction to the insulation normal electrically conductive metal is wrapped in such a way that free between the strip edges Spaces remain.

5. superconducting coil according to claim I _5, characterized in that the individual conductors (30) are strand-shaped and consist of several superconducting wires with electrically normal conductive metal coatings and optionally further wires made of electrically normal conductive metal.

6. superconducting coil according to one of claims 1 to 5, characterized in that the insulating tape (14) wound around the tape-shaped conductor on the outer layers of the surface facing the strip-shaped conductor has a coating (15) made of normally good electrical conductivity Metal wears.

7. Superconducting coil according to one of claims 1 to 6, characterized in that between the outer layers of the ribbon-shaped conductor and the middle layer made of high material Tensile strength existing layer (31) foils (32) made of metal with good normal electrical conductivity are inserted.

8. superconducting coil according to one of the claims 1 to 7, characterized in that the middle layer (31) consisting of material of high tensile strength with a band (34) of this type is wrapped so that free spaces remain between the edges of the tape.

9. superconducting coil according to one of claims 1 to 8, characterized in that the with the surface of the insulation (41) facing the outer layers of the strip-shaped conductor transversely to the longitudinal direction of the strip-shaped conductor extending grooves (42) is provided.