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Supraleitende Spule Bekanntlich -hängt der übergang vom supraleiten- den in den normalleitenden Zustand einer supralei- tenden Spule nicht nur von der Temperatur, sondern auch von der Stromdichte im Supraleiter und dem magnetischen Feld, dem er ausgesetzt ist, ab. Bei der Bemessung einer Magnetspule ist der Grenzwert der Belastung theoretisch nicht exakt zu bestimmen. Man ist deshalb zur Ermittlung dieses Grenzwertes, dessen Kenntnis für eine wirtschaftliche Ausnutzung der Spule von Interesse ist, auf einen Versuch angewiesen.
Zu diesem Zweck wird die Strombelastung der Spule so weit gesteigert, bis Transition, das ist der übergang vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand, eintritt. Die Transition beginnt an einer Stelle und breitet sich über die gesamte Spule aus. Damit die örtliche Erhitzung nicht allzu gross wird, kann man, wie bereits vorgeschlagen worden ist, Mittel vorsehen, die die Ausbreitung der Transition über die gesamte Spule beschleunigen.
Solche Mittel bestehen entweder darin, einen guten Wärmeübergang zwischen den einzelnen Windungen und Wicklungen zu schaffen oder durch überbrückung von Spulentei- len mittels Widerständen die magnetische Durchflu- tung auf die noch nicht in Transition gegangenen Spulenteile abzuschieben. Trotz dieser Massnahmen kann es vorkommen und hat es sich bereits bei praktischen Versuchen gezeigt, dass eine einmal in Transition gegangene Spule nur noch mit beispielsweise 80 % der vorherigen Grenzleistung belastet werden kann, dass also bei der ersten Transition grössere Schäden auftreten.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine supra- leitende Spule vorgestellt, mit der sich der Grenzwert der zulässigen Belastung so ermitteln lässt, dass danach ein Betrieb ohne grössere Einbusse an Belastbarkeit möglich ist. Bei einer supraleitenden Spule, deren Wicklung in mehrere durch Wärmeisolation voneinander getrennte Teilwicklungen unterteilt ist, wird dies erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass an den elektrischen Verbindungsstellen der Teilwicklungen Widerstände für die Weiterleitung der Wärme und nach aussen geführte elektrische Abgriffe vorgesehen sind.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die bei der praktischen Ermittlung des Grenzwertes der Erregung auftretende Transition in ihrer Wirkung nicht abzuschwächen, sondern zu lokalisieren. Es wird also bewusst eine Schädigung in Kauf genommen. Der beschädigte Teil kann aber durch überbrücken von an der Spule bereits vorgesehenen Abgriffen, ohne mechanischen Eingriff in die Spule leicht unschädlich gemacht werden. Das Lokalisieren der Beschädigung wird dadurch erreicht, dass die gesamte Wicklung der Spule in viele Teilwicklungen, die wärmemässig voneinander getrennt sind, aufgeteilt wird und dass die elektrischen Verbindungsstellen der Teilwicklungen durch Widerstände für die Weiterleitung der Wärme entkoppelt werden.
Die Schädigung der zu opfernden Teilwicklung darf allerdings kein solches Ausmass annehmen, dass sie, beispielsweise durch Lichtbogenbildung, auch die benachbarten Teilwicklungen in Mitleidenschaft zieht. Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung werden deshalb noch Mittel vorgesehen, um die in einer Teilwicklung auftretende Transition möglichst schnell über die betreffende Teilwicklung zu verbreiten. Hierbei ist zu beachten, dass bei Verwendung von Mitteln, die durch eine Abwälzung der magnetischen Durchflutung von in Transition gegangenen Windungen auf benachbarte Windungen eine Beschleunigung der Verbreitung der Transition bewirken, diese Wirkung auf den zu opfernden Wicklungs-
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teil beschränkt bleibt.
Es muss deshalb in diesem Fall eine Kurzschlusswindung vorgesehen werden, die anstelle der übrigen Teilwicklungen die magnetische Durchflutung übernimmt.
Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbei- spiel anhand einer Figur erläutert.
In der Figur ist eine supraleitende Spule dargestellt, deren Wicklung 1 in Teilwicklungen 2, 3, 4 und 5 unterteilt ist, die durch Wärmeisolationen 6, 7 und 8 voneinander getrennt sind. An den elektrischen Verbindungsstellen der Teilwicklungen sind Wärmewiderstände 9, 10 und 11 vorgesehen. Diese bestehen aus einem Metallmantel grosser Wärmekapazität mit gutem Wärmeübergang zum Supraleiter. Ausserdem sind die Verbindungsstellen mit nach aussen geführ- ten Abgriffen 12, 13, und 14 versehen.
Die Kontaktstellen zwischen den Abgriffen und dem Spulendraht werden zweckmässig in einen Raum mit geringerem Magnetfeld gelegt, da durch die Kontaktierung die supraleitenden Eigenschaften des Spulendrahtes im allgemeinen etwas verschlechtert werden und es dann besser ist, wenn sie einem kleineren Magnetfeld ausgesetzt werden. Man ordnet die Kontaktstellen beispielsweise am Aussenmantel der Spule innerhalb der Wärmeisolation an. Der Spulenanfang 15 und das Spulenende 16 sind ebenso wie die Abgriffe durch die Wärmeisolation 17 nach aussen geführt.
Mit den Symbolen 18 und 19 sind die Zu- und Ableitung der Kühlflüssigkeit angedeutet.
Wird die supraleitende Spule in Betrieb genommen und die Stromzufuhr über die Spulenenden langsam gesteigert, so wird an irgendeiner Stelle beim überschreiten der kritischen Stromdichte und der kritischen Feldstärke die Spule vom supraleitendeu in den normalleitenden Zustand übergehen. Es sei angenommen, dass diese Transition in der Teilwicklung 5 auftritt. Sie breitet sich vom Entstehungsort innerhalb der Teilwicklung bis zum Wärmewiderstand 11 aus.
Der Weg unmittelbar zur benachbarten Teilwicklung 4 ist durch die Wärmeisolation 8 gesperrt, der Weg über die galvanische Verbindung zwischen den Teilwicklungen 4 und 5 durch den Wärmewiderstand 11. Die Auswirkung der Transition wird infolgedessen auf den Bereich der Teilwicklung 5 beschränkt. Durch die Abgriffe 12 bis 14 hat man bereits während des ersten Einschaltens die Möglichkeit, die Teilwicklung zu erkennen, in der die Transition eintritt. Man braucht zu diesem Zweck nur die Spannungen zwischen den Abgriffen oszillo- graphisch zu erfassen.
Auch später besteht die Mög- lichkeit, anhand einer Widerstandsmessung die schlecht gewordene Teilwicklung ohne Eingriff in die Spule zu ermitteln. Man kann mit einer solchen Spule, also einfach den Grenzwert der Belastung und die Stelle der Beschädigung feststellen. Für den weiteren Betrieb braucht man nur noch dafür zu sorgen, dass der Grenzwert nicht mehr erreicht und der beschädigte Spulenteil über die herausgeführten Ab- griffe überbrückt wird. Dies kann ebenfalls ohne mechanischen Eingriff in die Spule geschehen.
Bei Magnetspulen mit sehr grossem Energieinhalt besteht, wie bereits erwähnt, die Gefahr, dass bei der Transition die örtliche Erhitzung so stark wird, dass die Isolation zur benachbarten Teilwicklung beschädigt und damit ein grösserer Teil, vielleicht sogar die gesamte Spule in Mitleidenschaft gezogen wird. Deshalb sind vorteilhafterweise noch weitere Massnah- men vorgesehen, die die Ausbreitung der Transition über die betreffende Teilwicklung beschleunigen. Diesem Zweck dienen bei dem Ausführungsbeispiel die Metallstücke 20, die folienförmig ausgebildet sind und die Teilwicklungen umgeben.
Sie leiten die örtliche Erhitzung infolge ihres geringen Wärmewiderstandes schnell auf benachbarte Windungen der gleichen Teilwicklungen ab und bewirken einerseits eine Kühlung am Ort der Transition und andererseits eine Erwärmung der benachbarten Windungen, d. h. eine schnellere Ausbreitung der Transition. Welcher Effekt hierbei überwiegt, hängt von der Bemessung der Metallstücke ab. Sind sie mit sehr grosser Wärmekapazität ausgestattet, beispielsweise dadurch, dass sie mit Hohlräumen versehen sind, durch die Kühlflüssigkeit geleitet wird, so werden sie sich selbst nur geringfügig erwärmen; es überwiegt also der erste Effekt.
Besitzen sie eine kleinere Wärmekapazität und eine sehr grosse Wärmeleitfähigkeit, dann breitet sich die Wärme vom Entstehungsort schnell über die gesamte Teilwicklung aus. Es überwiegt also der zweite Effekt. Einer Beschleunigung der Ausbreitung der Transition dient auch das Anbringen von Widerstandsbrücken zwischen den Windungen oder das Einbetten des Spulendrahtes in einen Leitlack 21.
Als Material muss hierfür ein Stoff ausgewählt werden, der bewirkt, dass im supraleitenden Zustand der Strom durch den Spulendraht und im normalleitenden Zustand der Strom im wesentlichen über den Leitlack fliesst. Bei dieser Voraussetzung wird im Falle der Transition einer Windung die magnetische Durchflu- tung auf die anderen Windungen abgeschoben.
Damit diese Durchflutung nicht von den übrigen Teilwick- lungen aufgenommen wird - diese sollen möglichst lang im supraleitenden Zustand bleiben und ihre Stromstärke nicht erhöhen -, sondern praktisch in der zu opfernden Teilwicklung bleibt, ist es bei der Verwendung von Widerstandsbrücken oder Leitlack erforderlich, die Metallstücke 20 als Kurzschlussringe auszubilden. Diese übernehmen dann aufgrund der wesentlich längeren Zeitkonstante praktisch den gesamten Energieinhalt.