DE1241886B - Klemmvorrichtung zum Verbinden zweier Drahtenden, von denen wenigstens eines ein harter Supraleiter ist - Google Patents

Description

• Klemmvorrichtung zum Verbinden zweier Drahtenden, von denen wenigstens eines ein harter Supraleiter ist Große supraleitende Spulen oderWicklungen haben eine Drahtlänge von mehreren Kilometern. Die Fertigungslängen der Drähte betragen dagegen meist nur wenige Kilometer, so daß mehrere Leiterstücke miteinander verbunden werden müssen. DieVerbindung zwischen zwei supraleitenden Drähten erfolgt bisher durch Schweißen oder Zusammenklemmen.
• Schweißverbindungen von harten Supraleitern haben den Nachteil, daß der Supraleiter beim Schweißvorgang lokal erhitzt und dadurch in seinem Gefüge verändert wird. Es sinken an der Verbindungsstelle die kritische Stromdichte und die kritische Feldstärke. Die Belastbarkeit der Spule wird hierdurch also vermindert.
• Bei den bekannten Klemmvorrichtungen werden Kupferklemmbacken verwendet, die mit einem weichen Supraleiter überzogen sind. Die Klemmbacken werden mittels Klemmschrauben zusammengepreßt; als Schrauben dienen hierbei vorwiegend Messingschrauben, die sich bei Abkühlung stärker zusammenziehen als Kupfer. Es wird damit beim Abkühlen der Preßdruck erhöht. Die bekannten Klemmverbindungen haben bei Stromstärken über 20 Ampere, selbst wenn die Magnetfeldstärke klein ist, Widerstandswerte von 10-6 Ohm, die bei mehrrnalicrem Anwärmen und Abkühlen noch ansteigen. DerWiderstandswert ist unerwünscht groß. Hierdurch wird nicht nur die Verlustwärme und damit die Kühlleistung erhöht, sondern bei einer Hintereinanderschaltung mehrerer Verbindungen ein allmählicher Abfall der Magnetfeldstärke und der Stromstärke bewirkt, sobald man dieWicklung supraleitend kurzschließt. Man wünscht aber gerade durch Kurzschließen einer Wicklung eine vollkommen konstante, von äußeren Einflüssen unabhängige Feldstärke zu sichern.
• Aufgabe der Erfindung ist, eineVerbindung zweier Drahtenden zu schaffen, von denen wenigstens eines ein harter Supraleiter ist, die nicht mit den Nachteilen der bekannten Verbindungen behaftet ist.
• Diese Aufgabe wird durch eine Klemmvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Form und Material des Klemmkörpers so gewählt sind, daß der zwischen den Spannbacken vorgesehene Klemmdruck eine elastische Änderung des Spannbackenabstandes hervorruft, die wenigstens fünfzigmal größer ist als die Änderung der Dicke des harten Supraleiters bei einem Temperaturunterschied von etwa 3001 K, und daß wenigstens ein Klemmbacken auf der dem Supraleiter zugewandten Seite aus hartem Supraleitungsmaterial besteht.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei den bekannten Klemmvorrichtungen der Preßdruck bei der ersten Abkühlung so weit erhöht wird, daß eine plastische Verformung eintritt. Beim Wiedererwärmen geht der Preßdruck dann so weit zurück, daß zwischen Supraleiter und Klemmbacken Luft und Feuchtigkeit eindringen können, die eine Erhöhung des Kontaktwiderstandes zur Folge haben. Außerdem wird offenbar bei den Stromstärken, die man dem harten Supraleiter zumuten kann, der aus weichem Supraleitungsmaterial bestehende Klemmbacken infolge des Eigenfeldes des Drahtes normalleitend, so daß sich der einleitend genannte große Widerstandswert ergibt. Die erfindungsgemäße Klenunvorrichtung nimmt durch eine entsprechend weiche Federung die Dickenänderung des supraleitenden Drahtes zwischen Betriebs- und Zimmertemperatur so auf, daß sich der Kontaktdruck praktisch nicht ändert. Dies geschieht vorzugsweise durch eine U-förmige Gestalt des Klemmkörpers. Außerdem erfolgt die Stromleitung zwischen den Drahtenden durch eine Schicht aus hartem Supraleitungsmaterial, das eine ausreichend große kritische Feldstärke besitzt.
• Bei U-förmiger Gestalt des Klemmkörpers wird für diesen vorzugsweise ferromagnetisches Material beispielsweise Stahl, verwendet. Dann schirmt der Klemmkörper die supraleitende Verbindungsstelle magnetisch ab und erniedrigt so die an dieser Stelle wirksame magnetische Feldstärke. Außerdem ist es vorteilhaft, bei U-förmiger Gestalt des Klemmkörpers und einem Draht mit kreisförmigem Querschnitt die Klemmbacken keilförinig anzuordnen und die Druckschrauben außerhalb der Mitte des Drahtsitzes angreifen zu lassen. Hierdurch läßt sich der Draht leicht einziehen und sicher festklemmen.
• Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand von vier Figuren erläutert.
• F i g. 1 und 2 zeigen in verschiedenen Ansichten eine Klemmvorrichtung für Drähte mit kreisförmigern Querschnitt und F i g. 3 und 4 eine Klenunvorrichtung für Drähte mit rechteckigem Querschnitt, d. h. für bandförmige Supraleiter.
• Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Klemmvorrichtung enthält einen U-förmigen Klemmkörper 1 aus Stahl, Klemmbacken 2 und 3 aus Kupfer, die innen mit Schichten 4 und 5 aus einem harten Supraleiterinaterial, z. B. Niob-Zirkon, Niob-Titan oder Niob-Zinn, überzogen sind, und eine Anzahl Schrauben 6, mittels derer die Klemmbacken zusammenpreßbar sind. Zwischen den Klenunbacken befinden sich zwei Drahtenden 7 und 8 aus hartem Supraleitungsmaterial. Die supraleitenden Drähte sind mit einem Kupfermantel 9 bzw. 10 überzogen. Die elektrische Verbindung zwischen den beiden Kupfermänteln erfolgt durch ein Kupferband 11, das mit den Kupfermänteln verlötet und unterhalb des Klemmbackens 2 durch die Klemmvorrichtung geführt und in dieser gehalten ist. Die Drahtenden sind vor dem Einführen in die Klemmvorrichtung auf mechanischem oder chemischem Wege von isolierenden oder nonnalleitenden Oberflächenschichten befreit worden. Wie aus den beiden Figuren ersichtlich ist, werden die Klenunbacken durch die in Längsrichtung der Drahtenden angeordneten Druckschrauben an mehreren Punkten zusammengepreßt. Es kommt hierbei an diesen Punkten zu einem Preßdruck zwischen harten Supraleitern - nämlich zwischen dem Draht und den Klemmbacken -, der bei allen Temperaturen infolge der Federwirkung des Klemmkörpers praktisch unverändert aufrechterhalten bleibt. Da der Klemmkörper aus Stahl, also aus einem ferromagnetischen Material besteht, ist die magnetische Feldstärke in der Nähe des Stromüberganges von Supraleiter zu Supraleiter kleiner als in der sonstigen Umgebung des harten Supraleiters. Die Belastung des Supraleiters durch das Magnetfeld wird an dieser Stelle verringert.
• Der elektrische Widerstand zwischen den beiden Drahtenden war bei einer Stromstärke von 40 Ampere und einer magnetischen Feldstärke von mehreren kOe < 10-9 Ohm. Auch nach mehrmaligem Anwärmen und Wiederabkühlen trat hierin keine Änderung ein. Damit ist die Zeitkonstante einer Spule mit einer derartigen Verbindung wenigstens tausendmal größer als bei den bisher bekannten Klemmvorrichtungen und beträgt mindestens einige Jahre. Die Feldänderung pro Stunde ist < 10-5 und bei Spulen großer Induktivität < 10-6.
• Ein Vergleich der kritischen Stromstärke der Verbindungsstelle mit der kritischen Stromstärke des Drahtes ergab keinen meßbaren Unterschied.
• Soll ein Drahtende aus einem harten Supraleiter mit einem Drahtende aus normalleitendem Material verbunden werden, so wird das unter dem Klemmbacken 2 eingezogene Kupferband 11 entsprechend verstärkt.
• In den F i g. 3 und 4 ist die Verbindung zweier bandförmiger Drahtenden 12 und 13 dargestellt. Die Bänder sind nach Beseitigung von Oberflächenschichten aufeinandergelegt in die Vorrichtung gebracht worden und werden durch die Schrauben 6 mittels eines Klemmbackens 14 an mehreren Stellen zusammengepreßt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Klemmvorrichtung zum Verbinden zweier Drahtenden, von denen wenigstens eines ein harter Supraleiter ist, dadurch gekennzeichn e t, daß Form und Material des Klemmkörpers (1) so gewählt sind, daß der zwischen den Spannbacken vorgesehene Klemmdruck eine elastische Änderung des Spannbackenabstandes hervorruft, die wenigstens fünfzigmal größer ist als die Änderung der Dicke des harten Supraleiters bei einem Temperaturunterschied von etwa 3000 K, und daß wenigstens ein Klemmbacken (2 bzw. 3) auf der dem Supraleiter (7 bzw. 8) zugewandten Seite aus hartem Supraleitungsmaterial (4 bzw. 5) besteht.
2. 2. Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkörper U-förmig ausgebildet ist. 3. Klemmvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacken mittels mehrerer in Längsrichtung der Drahtenden angeordneter Druckschrauben zusammenpreßbar sind. 4. Klemmvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacken keilförmig angeordnet sind und die Druckschrauben (6) außerhalb der Mitte des Drahtsitzes, angreifen (F i g. 1 und 2). 5. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein im Klemmkörper befestigtes normalleitendes Drahtstück (11) vorgesehen ist. 6. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkörper aus ferromagnetischem Material besteht.