DE1219118B - Haltevorrichtung fuer eine supraleitende Wicklung - Google Patents

Description

• Haltevorrichtung für eine supraleitende Wicklung Supraleitende Wicklungen arbeiten bei sehr niedrigen Temperaturen, z. B. 4,21 K. Sie müssen daher gegenüber ihrer Umgebung wärmeisoliert sein. Dafür verwendet man evakuierte Doppelmäntel, die häufig mit reflektierenden, geknitterten Folien ausgefüllt sind.
• Diese Wärmeisolation kann nur sehr geringe Kräfte in Querrichtung übertragen. Die Wicklungen erzeugen bei Erregung auf hohe magnetische Feldstärken jedoch starke Kräfte. Sollen diese Kräfte auf äußere Stützen übertragen werden, so sind mechanische übertragungsglieder notwendig, die die Wärmeisolation verschlechtern.
• Ziel der Erfindung ist eine Haltevorrichtung für eine supraleitende Wicklung, die möglichst wenig Wärmeverluste verursacht.
• Gemäß der - Erfindung werden die auf Wicklungsteile von anderenWicklungsteilen ausgeübten magnetischen Kräfte durch geeignete konstruktive Ausg estaltung bereits vorhandener und/oder geeignete Anordnung zusätzlicher Körper aus magnetischem Material weitgehend aufgehoben.
• Es werden also in der Nachbarschaft der Teilwicklungen weich- oder hartmagnetische Konstruktionsteile so angeordnet, daß die Anziehungskräfte zwischen Wicklungsteilen durch Anziehungskräfte zwischen einzelnen Wicklungsteilen und den im Raum feststehenden Eisenteilen auf nahezu Null vermindert werden. Dadurch brauchen die mechanischen übertragungsglieder nur noch sehr kleine Kräfte aufzunehmen. Durch Verringerung ihrer Anzahl und ihres Querschnitts werden infolgedessen die durch sie verursachten Wärineverluste erheblich vermindert. Sind die Kräfte zwischen benachbarten Wicklungsteilen an sich abstoßend, aber sehr groß, so werden im Raum fest verankerte Eisenteile so angeordnet, daß die Abstoßung zwischen den Wicklungsteilen bis auf einen geringen Wert vermindert wird, so daß weniger und leichtere Zuganker ausreichen. Für die Verspannung können Nylonfäden oder Drähte aus unmagnetischein, gegebenenfalls rostfreiem Stahl verwendet werden. Diese werden zweckmäßig durch eine wärmeisolierende Umhüllung daran gehindert, der Wicklung größere Wärmemengen von außen zuzuführen.
• Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.
• F i g. 1 zeigt eine Haltevorrichtung, bei der Anziehungskräfte zwischen Spulenteilen in abstoßende Kräfte umgewandelt werden; F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung, bei der zu große abstoßende Kräfte vermindert werden; und die F i g. 3 und 4 zeigen die Anwendung bei einem magnetohydrodynamischen Generator.
• In F i g. 1 ist eine Haltevorrichtung für eine supraleitende Wickhing mit zwei ebenen, in gleicher Richtung durchflossenen Rechteckspulen 1 und 2 dargestellt. Zwei derartige Spulen ziehen sich ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen stark an und müßten durch eine größere Anzahl kräftiger Abstandhalter gegeneinander abgestützt werden. Dies ist über die Wärmeisolation 3, beispielsweise eine geknitterte Folie, nicht möglich. Die Abstandhalter müßten also an der Wicklung selbst angreifen, die Wärmeisolation durchdringen und selbst wieder wärmeisoliert sein. Wegen des aus Festigkeitsgründen großen Querschnitts der Abstandhalter sind diese gut wärmeleitend und haben eine große Oberfläche, über die Wärme von außen zufließen kann. Deshalb und auch wegen der erforderlichen großen Anzahl an Abstandhaltern ergibt sich trotz Wärmeisolation im Dauerbetrieb ein großer Kühlmittelbedarf. Die um die Wicklung gelegten U-förmigen Eisenträger 4, die gegeneinander abgestützt sind und ein starres Gerüst bilden, verändern die magnetischen Kräfte auf die Wicklungsteile in der Weise, daß statt der starken Anziehung zwischen der oberen und unteren Spule eine geringe Abstoßung stattfindet. Die Teilspulen ziehen sich in die Eisenträger hinein. Die Teilwicklungen können dann durch wenige Zuganker 5 mit sehr kleinem Querschnitt, die an einigen Stellen längs der Wicklung vorgesehen sind, zusammengehalten werden. Solange die Spulen nicht erregt sind, drückt das Gewicht der Wicklung über die Wärmeisolation auf die äußere Begrenzung der Wärmeisolation. Diese Beanspruchung ist verhältnismäßig klein, so daß sie häuft in Kauf genommen werden kann. Andernfalls muß das Gewicht der "vVicklungen durch besondere Zuganker, wie sie in F i g. 2 dargestellt sind, aufgefangen werden. Wird die Spule erregt, so kann das Gewicht der Wicklung durch unsyminetrische, magnetische Kräfte zwischen Wicklung und Eisenträgem zum großen Teil aufgehoben werden. Bei Verwendung von geknitterten Folien als Wärmeisolation wird dabei die Wärmedämmung wieder auf den ursprünglichen guten Wert ohne Kraftübertragung ansteigen.
• Die Zuganker greifen bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 nicht unmittelbar an der Wicklung an, sondern an einer metallischen Umhüllung bzw. einem Tragteil 6 der Wicklung. In dieser Umhüllung können Kanäle für die Kühlflüssigkeit vorgesehen sein.
• Die Kühlung kann aber auch durch um die Umhüllung gewickelte Kühlrohre erfolgen. Da sich die Umhüllung und:damit die Lagerstellen der Zuganker auf etwa der gleichen Temperatur wie die supraleitende Wicklung befinden, sind die Zuganker in evakuierten Metallhülsen 7, die mit geknitterten Folien als Wärmeisolation 8 ausgefüllt sind, untergebracht.
• Statt der U-förmigen Eisenträger können die weichmagnetischen Trägerteile auch andere Form haben, z. B. aus einem Stab oder mehreren Stäben bzw. Platten bestehen, oder es können die Wicklungsteile in massive Joche eingelegt werden, die gleichzeitig den Magnetfluß außerhalb des Nutzvolumens schließen und dadurch die Streuung des Magnetfeldes in die Umgebung verhindern und die erforderliche Durchflutung auf einen Mindestwert herabsetzen.
• In F i g. 2 ist eine Wicklung zur Erzeugung eines 4-Pol-Feldes gezeigt. Die Methode der magnetischen Anziehung zwischen weichmagnetischen, im Raum feststehenden Konstruktionsteilen 9 und >den Wicklungsteilen wird -hier dazu verwendet, die magnetischen Abstoßungskräfte zwischen vier Wicklungsteilen so weit aufzuheben, daß nur noch eine geringe Restabstoßung verbleibt, die von wenigen Zugankern übernommen werden kann. Zur übernahme des Gewichtes aller vier Wicklungsteile sind an vier Stellen der oberen Wicklung Aufhänger vorgesehen. Diese bestehen aus Zugankem 10 in evakuierten Metallhülsen 11. Diese Zuganker sind am äußeren Trägergerüst 12 befestigt. Sie sollen deshalb schlecht wärmeleitend sein. An ihrer Stelle können auch Nylonfäden verwendet werden.
• Die F i g. 3 und 4 zeigen in zwei Schnittansichten einen magnetohydrodynamischen Generator mitvollständigem Eisenrückschluß. Der MHD-Kanal 13 befindet sich zwischen zwei Polschuhen 14 und 15, die etwas verschieden ausgebildet sind, um ein überwiegen des magnetischen Zuges nach oben zu sichern und damit das Gewicht der Wicklungen zum großen Teil aufzuheben. Der Abgleich der magnetischen Kräfte kann durch Löcher 16 im Eisen erleichtert werden, die je nach Bedarf durch Eisenstäbe 17 ausgefüllt werden. Die Löcher bewirken eine Veränderung der Sättigung des Eisens und damit der Streuungslinien, die die magnetischen Kräfte auf die Wicklungen hervorrufen. Um auch an den Stirnseiten 18 (vgl. F i g. 4) Anziehungskräfte zwischen Wicklungsteilen zu verhindern, wird das Jocheisen über den Wickelköpfen überstehen gelassen (s. Bezugszeichen 19). Auch diese Eisenteile werden sorgfältig abgeglichen, so daß die Stiraverbindungen praktisch überhaupt keine magnetische Anziehung oder Ab- stoßung erleiden. Man kann dann an der Stirnseite auf Zuganker verzichten.
• Die Wicklungen in ihrer festen Umhüllung 6 und die Zuganker sind gemeinsam in Wärmeisolation eingebettet. Der evakuierte Raum ist als ganzes verlötet oder verschweißt. Die elektrischen Zuführungen zur Wicklung und die Zuführungen von Helium und eventuell Stickstoff werden mit den bei den tiefen Temperaturen erforderlichen bekannten Abdichtungsmaßnahmenin dieseWänneisolation eingeführt. Der Eisenkörper 20 ist zweckmäßig aus Platten aufgebaut. Der MED-Kanal mit seinen Elektroden, Strom- und Wasserzuführungen wird außerhalb des Magnetkörpers fertiggebaut und dann der Länge, nach wie in einen Backofen eingeschoben. Dazu kann eine Gleit- oder Rollbahn zweckmäßig sein.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Haltevorrichtung für eine supraleitende Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Wicklungsteile von anderen Wicklungsteilen ausgeübten magnetischen Kräfte durch geeignete konstruktive Ausgestaltung bereits vorhandener und/oder geeignete Anordnung zusätzlicher Körper (4 bzw. 9) aus magnetischem Material weitgehend aufgehoben werden.
2. 2. Haltevorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper aus magnetischem Material so angeordnet und bemessen sind, daß zwischen allen Wicklungsteilen nur abstoßende Kräfte kleiner Größe übrigbleiben, die durch Zuganker (5) aufgenommen werden, die an Tragteilen (6) der Wicklung angreifen. 3. Haltevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wicklungen für hohe Feldstärken ein magnetisches Material besonders hoher Sättigungsinduktion, vorzugsweise Kobalt-Eisen, verwendet ist. 4. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper aus magnetischem Material als dickwandige Rohrsogmente (9) ausgebildet sind, die so nahe wie möglich an die Seite der Wicklung gebracht sind, an der eine Zusatzzugkraft auf den betreffenden Wicklungsteil ausgeübt werden soll. 5. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitenden Wicklungen von einem geschlossenen Körper (2) aus magnetischem Material umgeben sind und die Pole (14, 15, 19) dieses Körpers derartig ausgebildet sind, daß zwischen den Wicklungsteilen nur abstoßende Kräfte übrig bleiben. 6. Haltevorrichtuno, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abgleich der magnetischen Kräfte in dem magnetischen Körper Löcher (16) vorgesehen sind, die bedarfsweise durch Stäbe (17) aus magnetischem Material ausgefüllt sind. 7. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker in evakuierten Metallhülsen (7), die mit wärmedämmendem Material(8) ausgefüllt sind, untergebracht sind. 8. Haltevorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einem. magnetohydrodynamischen Generator. In Betracht gezogene Druckschriften: »Forschung und Fortschritte«, 1961, H. 5, S. 138 bis 141.