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Dokumentenidentifikation DE69609778T2 28.12.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0750355
Titel Superleiter-Strangpressbolzen
Anmelder Outokumpu Copper Products Oy, Espoo, FI
Erfinder Teuho, Juhani, 28360 Pori, FI
Vertreter Zipse & Habersack, 80639 München
DE-Aktenzeichen 69609778
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.06.1996
EP-Aktenzeichen 961094141
EP-Offenlegungsdatum 27.12.1996
EP date of grant 16.08.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.12.2000
IPC-Hauptklasse H01L 39/14

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte supraleitende Strangelemente, wenn sich der supraleitende Strang aus einer großen Anzahl supraleitender Adern zusammensetzt ist.

In Anwendungen wie beispielsweise bei Beschleunigermagneten werden feinadrige Supraleiter benötigt, um eine in dem Magnetfeld durch Magnetisierung verursachte Verzerrung zu minimieren. Die Magnetisierung hängt von der kritischen Stromdichte, dem Verhältnis der Matrix zum Supraleiter und dem Durchmesser der Supraleitader ab. Im Allgemeinen ist das Verhältnis der Matrix zum Supraleiter als ein bestimmter konstanter Wert bestimmt, der sich aus der Stabilität des Leiters ableitet. Um die Produktionskosten des Leiters zu senken, neigt man dazu, die Menge des teuren Supraleitmaterials zu minimieren. Deshalb muß die kritische Stromdichte so hoch wie möglich sein, jedoch muß gleichzeitig der Durchmesser der Supraleitader - aufgrund der Magnetisierung - so gering wie möglich sein. Ein kleiner Durchmesser der Ader bedeutet jedoch, dass die Anzahl der Supraleitadern erhöht sein muß, um die Eigenschaften des Supraleiters zu erhalten. Normalerweise werden derartige Supraleiter durch mehrstufiges Strangpressen erzeugt, in welchem Fall das Endprodukt heterogene Aderbereiche enthält, die aus den dazwischenliegenden Strangpreßschritten resultieren. In einem zwei- oder dreistufigen Strangpreßverfahren werden mehrere lokale Irregularitäten in dem Verhältnis Matrix zum Supraleiter erzeugt. Darüber hinaus ist jeder Strangpreßschritt teuer und die separaten Strangpreßschritte verschlechtern die Eigenschaften des Supraleiters genauso wie sie den Ausschuß des Materials erhöhen.

Um die Strangpreßschritte zu reduzieren, sind Supraleitpackverfahren entwickelt worden, bei denen ein mehrere tausend Supraleitadern enthaltendes supraleitendes Strangelement zusammengesetzt werden kann, so dass das Strangpressen des Supraleitstrangs in einem einstufigen Strangpressen ausgeführt wird.

In den Veröffentlichungen Kreilick T. S., Gregory E., Wong J: The design and fabrication of strand for SSC magnet applications, ICEC 11, Berlin 1986 und Geometric considerations in the design and fabrication of multifilamentary superconducting composites, IEEE Transactions an magnetics, Vol. MAG-23, No 2, 1987 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem runde Supraleitadern direkt in einen Kupfertopf gepackt werden. In der Veröffentlichung Kanithi H. C., Valaris P., Zeitlin B. A: A novel approach to make fine filament superconductor, Supercollider 4, Edited by Nonte J., 1992, werden die Supraleitadern in ein Kupferrohr gepackt. Dieselbe Produktion von supraleitenden Strangelementen ist ebenso in dem US-Patent 5,088,183 beschrieben, das ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters vorstellt, der aus einer großen Anzahl runder einadriger Adern hergestellt ist. In diesem Verfahren wird eine Vielzahl runder einadriger Adern innerhalb eines dünnwandigen hexagonalen Rohres zusammengesetzt, wonach mehrere ähnlich zusammengesetzte hexagonale Rohre innerhalb des Strangpreßtopfes zusammengesetzt werden und die offen verbleibenden Bereiche mit einzelnen Adern bepackt werden. Dieser supraleitende Strang wird weiter verdichtet, stranggepreßt und auf das gewünschte Leiterformat gezogen. In den oben beschriebenen Packverfahren verbleibt mindestens ein Teil der Adern ohne Unterstützung, was es schwierig macht, einen vorteilhaften Supraleitstrang zu schaffen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einige der Nachteile im Stand der Technik zu eliminieren und verbesserte supraleitende Strangelemente zu erzielen, so dass in dem Herstellungsverfahren solche Supraleitadern vorteilhafterweise verwendet werden können, die im Querschnitt im Wesentlichen rund sind und so gepackt sind, dass die Supraleitadern in der Längsrichtung an mindestens zwei Flächen unterstützt sind, die der Supraleitader benachbart sind, und dass jede einzelne Ader ihren exakten Platz über die gesamte Länge und auch in der Längsrichtung beibehält. Wenn sie zusammengesetzt sind, bilden diese Packungsblöcke zusammen eine gewünschte Querschnittsfläche für den supraleitenden Strang. Die wesentlichen neuen Merkmale der Erfindung gehen aus den beigefügten Ansprüchen hervor.

Gemäß der Erfindung wird die gewünschte Querschnittsfläche des supraleitenden Strangs durch Vereinigen der Blöcke erhalten. Die Blöcke werden vorteilhafterweise so erzeugt, dass ein Teil von ihnen aus einem geschlossenen Metallelement gebildet ist, das ein Teil des Zentralmetalls des supraleitenden Strangs ist. Die Blöcke können vorteilhafterweise eine im Wesentlichen gleiche Gestalt im Querschnitt besitzen, jedoch können die Blöcke ebenso in der Gestalt verschieden sein; Blöcke derselben Gestalt müssen jedoch relativ zu dem Mittelpunkt der Querschnittsfläche des supraleitenden Strangs symmetrisch angeordnet sein. Der Rest der Blöcke, d. h. der Teil außer dem zentralen Metallteil, ist aus Metallprofilen, vorteilhafterweise aus Kupfer- oder Kupferlegierungs-(CuMn, CuNi)profilen hergestellt, in welchen die 1,0 bis 4,0 mm dicken einadrigen Supraleitadern des supraleitenden Strangs gepackt sind, so dass eine einzelne Ader in der Längsrichtung der Ader gegen mindestens zwei Flächen unterstützt wird, die der Ader benachbart sind. Beim Zusammensetzen der Blöcke wird zwischen zwei Blöcken vorteilhafterweise mindestens eine dünne Metallschicht mit einer Dicke von 0,5 bis 2 mm, vorteilhafterweise von 1,0 bis 1,5 mm angeordnet, wie beispielsweise eine Kupfer- oder Kupferlegierungs- (CuMn, CuNi)schicht. Eine dünne Metallschicht unterteilt die Supraleitpackungen in Blöcke, die Schritt für Schritt gepackt werden können. Darüber hinaus werden die Schichten als Träger beim Einrichten der Supraleitadern auf ihre jeweiligen Plätze verwendet.

Mittels der vorliegenden Erfindung wird eine beträchtliche Menge - vorteilhafterweise Tausende von Supraleitadern - in einer wirtschaftlichen wie kostengünstigen Weise gepackt. Die einzelnen Blöcke des Supraleitstrangs werden vorteilhafterweise zu verschiedenen Zeiten gepackt, so dass die Anzahl der Adern im Vergleich mit einem herkömmlichen Packen der Leiter erhöht werden kann. Folglich kann eine größere Anzahl kleinerer Adern in den Supraleiter gepackt werden - wobei zugleich die Vorteile eines einstufigen Packens erhalten bleiben.

Gemäß der Erfindung können die Blöcke des supraleitenden Strangs darüber hinaus senkrecht zum Radius in Bereiche unterteilt sein, wo die Supraleitadern, in der Längsrichtung relativ zueinander auf verschiedenen Ebenen gepackt sind. Wenn die gegebenen Blöcke in der Längsrichtung radial, Bereich für Bereich auf verschiedenen Ebenen gepackt werden, ist der Materialausschuß vorteilhaft reduziert.

Die eingesetzten Supraleitadern sind im Querschnitt kreisförmig, so dass die Adern gegeneinander oder gegen die Blockwand unterstützt sind, in welchem Fall jede einzelne Ader in der Längsrichtung an mindestens zwei benachbarten Flächen unterstützt ist. Folglich verbleiben einzelne Supraleitadern in den verschiedenen Stufen der Supraleiter-Verarbeitung vorteilhafterweise am Platz.

Die im Wesentlichen kompakt, gepackte erfindungsgemäß geschaffene Anordnung wird durch Bestimmung der Blockabmessungen auf der Grundlage des Durchmessers der Supraleitader so exakt erhalten, dass Verlagerungen in der kompakten Packung nicht auftreten können. Demzufolge sind die Adern in dem Endprodukt in der Form gleichmäßig und ein Zusammenschnüren - was bei feinen Adern gewöhnlich ist - kann vermieden werden. Als ein Ergebnis können andere elektrische Eigenschaften des erzeugten Supraleiters, wie beispielsweise der "n"-Wert, und die kritische Stromdichte ebenso verbessert werden.

Gemäß der Erfindung sind die verwendeten Packungsblöcke der Supraleitadern vorteilhafterweise im Wesentlichen regelmäßige Po lygone oder Sektoren. Um einen supraleitenden Strang zu packen, der im Wesentlichen im Querschnitt kreisförmig ist, kann der spitze Winkel der Blöcke relativ zum Mittelpunkt vorteilhafterweise von 30º bis 360º variieren. Beispielsweise werden, wenn der spitze Winkel der Blöcke 60º beträgt, sechs Blöcke benötigt, um einen supraleitenden Strang vorteilhafterweise mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt zu schaffen. Wenn der spitze Winkel der Blöcke relativ zum Mittelpunkt 180º beträgt, werden zwei Blöcke benötigt, und wenn der spitze Winkel der Blöcke 90º beträgt, ist die Anzahl der erforderlichen Blöcke vier. Die Anzahl der Blöcke kann beliebig bis zu zwölf sein, in welchem Fall der spitze Winkel eines jeden Blockes relativ zum Mittelpunkt 30º beträgt - in dem Fall eines kreisförmigen Querschnitts.

Die Erfindung wird nun nachfolgend in größerem Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen

Fig. 1 einen Querschnitt eines supraleitenden Strangblockes zeigt, verbunden mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt des supraleitenden Strangs von Fig. 1 zeigt, und

Fig. 3 einen Längsschnitt des supraleitenden Strangblockes zeigt, der in Fig. 1 dargestellt ist.

Gemäß Fig. 1 ist der Block 1 des supraleitenden Strangs aus einem aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigten Hauptteil 2 gebildet, welcher Teil zu dem Zentralkupfer des supraleitenden Strangs gehört. Die sich dem Hauptteil 2 des Blockes anschließenden Linien 3 und 4 bilden relativ zueinander einen Winkel von 60º. In anderen Teilen ist der Block 1 im Wesentlichen mit runden, einadrigen Supraleitadern 5 mit einem kreis förmigen Querschnitt vollgepackt; in der Zeichnung sind diese nur in der Nähe der Wände des Blockes 1 dargestellt. Darüber hinaus ist für seinen mit Supraleitadern gefüllten Teil, d. h. Teil 5, der Block 1 senkrecht zum Radius mit gestrichelten Linien in Bereiche 6, 7, 8 und 9 unterteilt, welche Bereiche in der Längsrichtung in verschiedenen Ebenen angeordnet sind, wie das in Fig. 3 dargestellt ist.

In Fig. 2 ist der Block 1 gemäß Fig. 1 zusammen mit Blöcken zusammengesetzt, die eine im Wesentlichen gleiche Gestalt haben, um innerhalb des Kupfergehäuses 11 einen supraleitenden Strang 12 mit einer gewünschten Gestalt zu bilden. Die Blöcke 1 sind zumindest hinsichtlich des mit Supraleitadern gefüllten Bereiches 5 mittels einer dünnen Metallschicht, wie beispielsweise einer Kupfer- oder Kupferlegierungsschicht 13, voneinander getrennt. Zusätzlich ist in dem Raum zwischen dem Kupfergehäuse 11 und dem Block 1 mindestens ein Einzelelement Kupfer- oder Kupferlegierungsprofil 14 installiert, um eine vorteilhafte Unterstützung zwischen dem Block 1 und dem Gehäuse 11 zu schaffen.


Anspruch[de]

1. Supraleitender Strang (12), der in einem einstufigen Strangpressverfahren in einen mehradrigen supraleitenden Leiterstrang zu pressen ist,

dadurch gekennzeichnet, dass der supraleitende Strang (12) aus einem aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigten zentralen Metallteil (2) und einer Anzahl separater Packungsblöcke (1) zusammensetzt ist, die den zentralen Metallteil (2) umgeben, wobei jeder Packungsblock (1) einen Metallprofilteil (14) umfaßt, der mit einer Vielzahl einadriger supraleitender Adern (5) von kreisförmigem Querschnitt gefüllt ist.

2. Supraleitender Strang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Packungsblöcke (1) eine im Wesentlichen gleiche Gestalt haben.

3. Supraleitender Strang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Packungsblöcke (1) bezüglich des Mittelpunktes der Querschnittsfläche des supraleitenden Strangs (12) symmetrisch sind.

4. Supraleitender Strang nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Fackungsblöcke (1) 2 bis 12 beträgt.

5. Supraleitender Strang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blöcke (1) zumindest in dem mit supraleitenden Adern gefüllten Bereich (5) durch eine Metallschicht (13) voneinander getrennt sind.

6. Supraleitender Strang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die supraleitenden Adern (5) gegen mindestens zwei benachbarte Flächen abgestützt sind.

7. Supraleitender Strang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Packungsblöcke (1) senkrecht zum Radius des supraleitenden Strangs in Bereiche (6, 7, 8, 9) unterteilt sind, die relativ zueinander in der Längsrichtung des supraleitenden Strangs (12) auf verschiedenen Ebenen angeordnet sind.







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