DE2334251B2 - Kraftabstuetzungsvorrichtung zwischen zwei magnetspulen in jeweils einem kuehlmittelbehaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftabstützungsvorrichtung zwischen zwei nebeneinander angeordneten, tiefgekühlter Magnetspulen, insbesondere supraleitenden Magnetspulen, auf die Kräfte wirken, welche die Magnetspulen aufeinanderzu zu bewegen versuchen, und die jeweils in einem eigenen Kühlmittelbehäiter angeordnet sind, der von einem Vakuumgehäuse umschlossen ist, das sich auf Normaltemperatur befinde';.

Zur Erzeugung großvolumiger Magnetfelder eignen sich vorzugsweise Magnetspulen mit tiefgekühlten Leitern, insbesondere mit Supraleitern. Solche supraleitenden Magnetspulen werden beispielsweise für Fusionsreaktoren benötigt, deren starke Magnetfelder dazu dienen, ein heißes Plasma mittels magnetischer Kräfte zusammenzuhalten und damit einen Fusionsvorgang in dem Plasma zu ermöglichen. Bei einem bekannten Magnetsystem für einen Fusionsreaktor sind beispielsweise vierzig Einzelmagneten zu einem Torus angeordnet. Eine solche Anordnung zur Einschließung bzw. thermischen Isolierung von heißen Gasen ist in dei Plasmaphysik als Stellarator bekannt. Im störungsfreier Betrieb treten zwischen den Einzelmagneten eine« solchen Stellarators theoretisch keine Kräfte ir Längsrichtung des Magnetsystems, d. h. parallel zui Torusseele auf. Beim Ausfall bzw. bei einem Quencl· eines oder mehrerer Einzelmagnete, oder bei einei ungleichmäßigen Anordnung der Einzelmagnete, d. h beispielsweise bei einer Verschiebung eines Einzelma gneten aus seiner Sollage, kommt es jedoch zu höhet magnetischen Kräften in dieser Richtung auf Grund dei dann asymmetrischen Feldverteilung zwischen der Einzelmagneten. Das übrige vom Strom durchflossene Magnetsystem wird dann mit einer starken axialgerich teten Kraft, d. h. parallel zur Torusseele zusammenge drückt. Bei einer linearen Feldkonfiguration sind die wechselseitigen Kraftverhältnisse zwischen den Einzel magneten entsprechend. Eine solche Anordnung enthäl gleichsinnig erregte Magnetspulen, die sich gegenseitig sehr stark anziehen. Die Kraft wirkt unmittelbar auf du an den Enden der Anordnung liegenden Spulen, setz sich aber bei einer gegenseitigen Abstützung der Spuler über die ganze Länge der Anordnung fort.

Solche Kräfte müssen mittels besonderer Kraftab Stützungsvorrichtungen aufgefangen werden, um ein· gegenseitige Verschiebung der Einzelmagnete zi verhindern, so lange die Einzelmagnete nicht enlreg worden sind.

Bei tiefgekühlten, insbesondere supraleitenden Ein zelmagneten müssen die Wicklungen mit einen Kühlmittel, beispielsweise flüssigem Helium, in direkten Kontakt stehen. Sie müssen daher von einem ode mehreren Kühlmittelbehältern umschlossen sein, ii denen das Kühlmittel zirkulieren kann. Diese Kühlmit

telbehälter werden darüber hinaus im allgemeinen aus Wärmeeinleitungsgründen noch von Vakuumräumen umschlossen.

Als Kraftabstützungsvorrichtungen zwischen zwei oder mehreren solcher erregten Ein7elmagnete werden zwei Typen von Druckstutzen verwendet. Bei der sogenannten »kalten« Abstützung, wie sie beispielsweise aus der Literatursteüe IEEE Pub. No. 72 CHO682-5-TABSC, S. 361 bis 366, bekannt ist, sind die Einzelmagnete jeweils in eigenen Kühlmittelbehältern oder auch in einem gemeinsamen Kühlmittelbehälter angeordnet. Sie werden aber v&n einem einzigen zusammenhängenden Vakuumgehäuse umschlossen. Die Körper dieser Magnetspulen sind innerhalb dieses Vakuumgehäuses untereinander direkt mechanisch verbunden. Solche Verbindungen können auch während des Abkühlungsvorganges ihre Formschlüssigkeit beibehalten. Darüber hinaus bleibt eine Wärmeeinleitung von außen für derartige Abstützungen sehr gering. Jedoch zeichnet sich dieses System durch eine geringe Flexibilität aus.

Für die Montage oder Demontage oder eine Reparatur von Einzelmagneten müssen beispielsweise alle Einzelmagnete erwärmt werden. Darüber hinaus ist es bei der Anordnung der Einzelmagnete in einem gemeinsamen Kühlmittelbehälter nicht ohne weiteres möglich, die Torusanordnung durch Einfügen oder Ausbauen von Einzelmagneten im Durchmesser zu ändern oder in eine lineare Anordnung einzubauen.

Die Forderung nach einer einfacheren und leichten Montierbarkeit der einzelnen Magnetspden einer Magnetanordnung, wie beispielsweise für einen Stellarator, und insbesondere die Forderung nach einer Abänderungsmöglichkeit der Feldgeometrie, führen dazu, das Magnetsystem in einzelne selbständige Magneteinheiten, wie es beispielsweise im Falle wassergekühlter Spulen üblich ist, nut jeweils einem eigenen Vakuumgehäuse aufzuteilen. Ein entsprechendes Magnetsystem ist beispielsweise aus der Literaturstelle »Proc. 3^ri1 Intern. Cryog. Eng. Conf.« Berlin, 25. bis 27. Mai 1970, S. 355 bis 361, bekannt. Eine derartige Unterteilung des Magnetsystems in einzelne Magneteinheiten hat unter anderem zur Folge, daß bei einer Kombination mehrerer solcher Einheiten die magnetischen Kräfte über die äußeren warmen Vakuumgehäusewände übertragen werden müssen. Als Kraftabstützungsvorrichtungen werden hierfür die sogenannten »warmen« Abstützungen verwendet. Sie sind jeweils zwischen den äußeren warmen Vakuumgehäuse und dem inneren, den Spulenkörper umschließenden Kühlmittelbehälter angeordnet. Beim Abkühlen des Kühlmittelbehälters auf die Temperatur eines kryogenen Mediums stellen sie jedoch keine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kühlmittelbehälter und dem jeweiligen Vakuumgehäuse mehr dar, da eine Schrumpfung des Kühlmittelbehälters und im allgemeinen auch der Abstützungen auftritt, während das warme Vakuumgehäuse seine Abmessungen beibehält. Mit solchen »warmen« Abstützungen sind darüber hinaus im allgemeinen auch große Wärmeleitungsverluste verbun- ^o den, insbesondere wenn sie zur Aufnahme von großen Kräften vorgesehen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Kraftabstützungsvorrichtung zwischen zwei derartigen Magneteinheiten zu schaffen, die verhältnismäßig geringe Wärme- (,_s einleitungsverluste bewirkt. Insbesondere soll sie eine sichere Fixierung der beiden Magneteinheiten untereinander auch unter Einwirkung hoher wechselseitiger Kräfte gewährleisten und einen leichten Auf- oder Umbau eines Magnetspulensystems aus mehreren solcher Magneteinheiten ermöglichen.

Diese Aufgabe wird für eine Kraftabstützungsvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kühlmittelbehälter mit mindestens einem Stützkörper und das Vakuumgehäuse mit mindestens einem Stützelement kraftschlüssig verbunden sind und daß der Stützkörper und das Stützelement in wenigstens annähernd paralleler Richtung zu den Kräften beweglich ausgebildet und kraftschlüssig aneinanderfügbar sind.

Die Vorteile dieser Ausbildung einer Kraftabstützungsvorrichtung nach der Erfindung bestehen vorzugsweise darin, daß Schrumpfungsunterschiede auf Grund einer Abkühlung der einzelnen Magnetspulen und ihrer Abstützungsvorrichtungen ausgeglichen werden können. Bei geringer Wärmeaufnahme kann die Abstützungsvorrichtung hohe Kräfte übernehmen. In einem sogenannten »Stand-by«-Zustand, in dem die Magnetspulen zwar tiefgekühlt, aber nicht erregt sind, ist die Wärmeübertragung über die Kraftabstützungsvorrichtung besonders gering.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Es zeigt schematisch

Fig. 1 eine mechanisch einstellbare Kraftabstützungsvorrichtung nach der Erfindung und

Fig.2 eine hydraulisch einstellbare Kraftabstützungsvorrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen in einem äußeren Vakuumgehäuse 2 angeordneten Einzelmagneten 1, der sich beispielsweise in einer Stellarator-Anordnung befindet, teilweise dargestellt. Der Spulenkörper, der in der Figur nicht ausgeführt ist, befindet sich in einem vakuumdichten Kühlmittelbehälter 3 für ein kryogenes Medium, beispielsweise Helium, der von dem Vakuumgehäuse 2 umschlossen ist. Am mittleren Teil 4 des Außenumfangs des Kühlmittelbehälters 3 sind zwei stempelartige Stützkörper 5 und 6 einer Kraftabstützungsvorrichtung nach der Erfindung befestigt. Sie lassen sich parallel zur Richtung der magnetischen Kräfte zwischen dem Einzelmagneten 1 und zwei ihm benachbarten, in der Figur nicht dargestellten Einzelmagneten mittels einer Einstellvorrichtung bewegen. Sie können sich jeweils am Fuße 7 bzw. 8 eines Federbalges 9 bzw. 10 abstützen, der jeweils an der Außenwand 13 bzw. 14 des Vakuumgehäuses 2 befestigt und vakuumdicht ausgebildet ist. Im Innern der Federbälge 9 und 10 ist am Fuße 7 bzw. 8 jewoils ein stempelartiges Stützelement U bzw. 12 befestigt, das die Verlängerung der Stützkörper 5 und 6 senkrecht zu den Außenwänden 13 und 14 des Vakuumgehäuses 2 und parallel zur Kraftrichtung darstellt. Durch entsprechende Bohrungen in den¹ Vakuumgehäusewänden 13 und 14 können die Stützelement^ 11 und 12 aus dem Vakuumgehäuse heraustreten, wenn die Stützkörper 5 und 6 nach Überwindung eines Vakuumspaltes 15 bzw. 16 auf die Füße 7 und 8 drücken, so daß die Federbälge 9 und 10 in Druckrichtung zusammengestaucht werden. Das den Füßen 7 bzw. 8 gegenüberliegende Ende 17 bzw. 18 des Stützelementes U bzw. 12 kann sich dann formschlüssig in eine entsprechende Aussparung in einem Distanzkeil 19 bzw. 20 einpassen. Diese Distanzkeile 19 und 20 sind jeweils zwischen ringförmigen Distanzscheiben 21 bzw. 22 befestigt, die jeweils zwischen dem Vakuumgehäuse 2 und dem Vakuumge-

häuse eines benachbarten Einzelmagneten vakuumdicht angeordnet sind. Zur Abdichtung der Distanzscheiben 2t und 22 dienen beispielsweise O-Ringe, von denen in der Figur nur die der Distanzscheibe 21 zugeordneten O-Ringe 23 und 24 dargestellt sind. Die Stützelemente 11 und 12 sind somit in einem Vakuumraum eingebettet, der von der Distanzscheibe 21 bzw. 22 sowie dem Federbalg 9 bzw. 10 umschlossen wird.

Das Vakuumgehäuse 2 befindet sirh auf Raumtemperatur, der Kühlmittelbehälter 3 auf Tieftemperatur, beispielsweise auf Heliumtemperatur. Um eine Wärmeeinleitung von außen möglichst gering zu halten, ist der Kühlmittelbehälter 3 von einem Vakuum in dem. Vakuumgehäuse 2 umschlossen. Zwischen dem Kühlmittelbehälter 3 und dem Vakuumgehäuse 2 ist zusätzlich ein Strahlungsschild 25 angebracht, der beispielsweise mit Stickstoff gekühlt werden kann.

Im nicht erregten Zustand einer Magnetanordnung, die aus mehreren Einzelmagneten gebildet wird, wirken auf die Magnetspule 1 keine Kräfte, und die beiden Stützkörper 5 und 6 sind dann vorteilhaft zurückgezogen, d. h. sie sind außer Kraftschluß mit den Stützelementen 11 und 12 gebracht. In diesem sogenannten »Stand-by«-Zustand ist eine direkte Wärmeeinleitung über die Federbälge 9 bzw. 10, die zweckmäßig mit dem Strahlungsschild 25 wärmeleitend verbunden sind, in den Kühlmittelbehälter 3 auf Grund der Ausbildung der Vakuumspalte 15 und 16 unterbrochen. Erst wenn das gesamte Magnetsystem, d. h. auch die Magnetspule 1, erregt werden soll, werden die Stützkörper 5 und 6 auseinanderbewegt, bis sie sich jeweils am Fuße 7 und 8 der Federbälge 9 und 10 abstützen und diese erst dann derart stauchen, daß die Stützelemente 11 und 12 in die Aussparungen der Distanzkeile 19 und 20 einrasten, so daß dann ein Kraftschluß mit den zur Magnetspule 1 benachbarten Einzelmagneten besteht.

Eine in der Figur nicht näher dargestellte Einstellvorrichtung für die beiden Stützkörper 5 und 6 kann beispielsweise eine Antriebswelle enthalten, die von außen vakuumdicht durch das Vakuumgehäuse 2 geführt ist. Über ein mit ihr verbundenes Differentialgetriebe können dann zwei Einstellschnecken 26 und 27 betätigt werden, die in eine an den Stützkörpern 5 und 6 angebrachte Zahnung greifen und deren Bewegung in Richtung auf die seitlichen Gehäusewände 13 und 14 bewirken. Nach einer Positionierung des Kühlmittelbehälters 3 mit der Magnetspule 1 in seinem Inneren kann mittels des Differentialgetriebes erreicht werden, daß sich die Stützkörper 5 und 6 zunächst an die Federbälge 9 und 10 mit den Stützelementen 11 und 12 anlegen und dann diese synchron und gleichmäßig zusammenpressen. Die Schneckengetriebe verhindern dabei eine rückwärtige Verstellung der Antriebswelle.

Ein besonderer Vorteil der Kraftabstützungsvorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß sich die Stützelemente 11 und 12 und die ihnen zugeordneten Distanzkeile 19 und 20 nach der Einstellung eines Kraftschlusses zwischen den benachbarten Magneteinheiten auf tiefe Temperaturen abkühlen, im günstigsten Falle bis auf die Temperatur der Stützkörper 5 und 6. Bei Kraftschluß treten somit an den Stützkörpern 5 und 6 im wesentlichen nur noch Wärmeleitungsverluste über die vorteilhaft dünnwandig ausgebildeten Federbälgen 9 und 10 auf. Da deren Querschnittsfläche im Vergleich zur Querschnittsfläche der Stützelemente 11 und 12 sehr klein sein kann und zudem durch die wellenförmige Ausbildung der Wände der Federbälge eine verhältnismäßig große Wärmeleitungsstrecke entsteht, lassen diese Wärmeeinleitungsverluste klein halten.

Die Federbälge 9 und 10 bestehen vorteilhaft aus einem dünnwandigen Metall, beispielsweise Stahlblech. Die Wärmeleitfähigkeit der Stützelement 11 und 12 spielt bei der Kraftabstützungsvorrichtung nach der Erfindung eine verhältnismäßig geringe Rolle. Im Hinblick auf eine mögliche Verschlechterung des Vakuums in den sie umschließenden Vakuumräumen, die in der Figur angedeutet und mit 28 unH 29 bezeichnet

ίο sind, ist es jedoch von Vorteil, für diese Stützelemente 11 und 12 Materialien großer Druckfestigkeit und geringer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kunststoffe die metallisch oder mit Glasfasern verstärkt sein können, zu verwenden.

,₅ Die ortsfeste Halterung der Distanzkeile 19 und 20 ist in der Figur nicht dargestellt. Sie kann beispielsweise über ein Rohr erfolgen, das über eine Schiebedichtung in den Distanzscheiben 21 bzw. 22 nach außen geführt ist.

Die in Fi g. 2 dargestellte weitere Kraftabstützungsvorrichtung nach der Erfindung ist zwischen einem Kühlmittelbehälter 31 und einem äußeren Vakuumgefäß 32 angeordnet, das aus Wärmeeinleitungsgründen ein Vakuum um den Kühlmittelbehälter 31 gewährleistet. Von dem Kühlmittelbehälter 31 und dem Vakuumgehäuse 32 sind in der Figur nur die einander gegenüberliegenden Wände teilweise dargestellt. Zur Positionierung eines solchen Kühlmittelbehälters 31 in ein Vakuumgehäuse 32 sind mindestens zwei Kraftabstützungsvorrichtungen notwendig. An der glatten Wand des Kühlmittelbehälters 31 greift ein entlang dieser Wand gleitbar angeordneter stempelartiger Stützkörper 33 an. Ein den Kühlmittelbehälter 31 in einem vorgegebenen Abstand umschließender Strahlungsschild 34 ist über eine Druckfläche mittels einer Schraube 36 mit dem Stützkörper 33 starr verbunden. Die Druckfläche 35 besteht vorteilhaft aus einem gut wärmeleitenden und hochfesten Material. Sie stellt somit einen Teil des Strahlungsschildes 34 dar. Der Strahlungsschild 34 umschließt somit den oberen Teil des Stützkörpers 33 vollständig, und seine Teile, welche den Stützkörper 33 seitlich umgeben, sind vorteilhaft als Federbalg 37 ausgebildet. Der Strahlungsschild 34 wird beispielsweise von flüssigem Sauerstoff gekühlt, der durch eine an ihm wärmeleitend befestigte Rohrschlange 38 strömt. Gegenüber der Druckfläche 35 auf dem Stützkörper 33 ist ein etwas größeres Stützelement 39 in einem Abstand 40 angeordnet. Der mit einer etwas vergrößerten Grundfläche versehene Fuß 41 dieses Stützelementes 39 ist mit dem Boden 42 eines zylindrischen Kolbens 43 mittels eines hohlzylindrischen, innen am Kolben 43 anliegenden Zwischenstücks 45 und eines in einer Nut des Kolbens angebrachten Sicherungsringes 46 fest verbunden. Der Kolben ragt aus einem ihn konzentrisch umschließenden Druckzylinder 44 heraus. Im Ringspalt zwischen dem Kolben 43 und dessen Druckzylinder 44 ist eine Hochdruckdichtung 47 angeordnet Das äußere, den Druckzylinder 44 radial nach außen überragende Ende des Kolbens 43 ist über einen vakuumdichten Federbalg 48, der beispielsweise aus Metall besteht, mit dem Vakuumgefäß 32 verbunden.

In einen schmalen Raum 49 zwischen dem Boden 42 des Kolbens 43 und dem Druckzylinder 44 kann eine Hochdruckflüssigkeit über eine Anschlußleitung 50 eingepumpt werden. Auf Grund einer solchen Einleitung der Hochdruckflüssigkeit dehnt sich der Raum 49 in Richtung auf den Kühlmittelbehälter 31 aus. Dabei wird das Stützelement 39 mit einer gleitfähigen Hülse

0

51, die beispielsweise aus Metall besteht und an seiner Oberfläche befestigt ist, auf die Druckfläche 35 des Slützkörpers 33 gepreßt, der dann kraftschlüssig mit dem Kühlmittelbehälter 31 verbunden wird. Die Hülse 51 ermöglicht eine leichte gegenseitige Verschiebung des Stützkörpers 33 und des Stützelcmentes 39 senkrecht zur Kraftrichtung. Schrumpl'ungsunterschiede lassen sich somit ausgleichen.

Ein in der Anschlußleitung 50 angebrachtes Rückschlagventil, das in der Figur nicht dargestellt ist, kann zur Aufrechterhaltung des Anpreßdruckes sorgen. Wird der Kolben 43 von dem hydraulischen Druck jedoch entlastet, so bewegt er sich mittels des Federbalgs 48 rückläufig und gibt den Raum 40 zwischen der Druckfläche 35 und der Hülse 51 des Stützelementes 39 wieder frei. Zugleich erfolgt mittels des Federbalgs 37 bzw. aufgrund der sich rückbildenden Verformung des Strahlungsschildes 34 eine Rückstellung des Stützkörpers 33 derart, daß zwischen ihm und dem Kühlmittelbehälter 31 sich ein schmaler Spalt 52 ausbildet. Die wärmeleitende Verbindung zwischen dem Stützkörper

33 und dem Kühlmittelbehälter 31 ist dann unterbrochen.

In dieser Stellung kann vorteilhaft die nicht erregte, im Kühlmittelbehälter 31 angeordnete und nicht dargestellte Magnetspule auf ihre Kryogene Temperatur beispielsweise mit Helium abgekühlt werden und bei geringen Wärmeverlusten in einem solchen »Stand-by«- Zustand gehalten werden. Erst wenn die Magnetspule erregt werden soll und die Kräfte zu benachbarten Magnetspulen oder magnetisierbaren Teilen zu erwarten sind, wird der Raum 49 mit Druck beaufschlagt und eine direkte kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Kühlmittelbehälter 31 auf Tieftemperatur und dem Vakuumgehäuse 32 auf Normaltemperatur erzeugt. Der Stützkörper 33 und das Stützelement 39 werden vorteilhaft zwischen dem Kühlmittelbehälter 31 und' dem ihn umschließenden Vakuumgefäß 32 so angeordnet, daß sie in Richtung der auf die erregte Magnetspule ausgeübten Kraft liegen.

Zur Reduzierung der Wärmcleitungsverluste werden vorteilhaft für das Stützelement 39 wie auch für den Stützkörper 33 hoch belastbare, schlecht wärmeleitende Kunststoffmaterialien verwendet.

Um die Viskosität der Druckflüssigkeit in dem Raum 49 auf Grund der Abkühlung des Stützelementes 39 bei direktem Kontakt mit dem gekühlten Strahlungsschild

34 nicht zu beeinträchtigen, kann zusätzlich im Druckzylinder 44 eine regelbare Heizung 53 vorgesehen sein.

Ferner dient der vakuumdichte Federbalg 48 als Leckageschutz. Eventuell an der Hochdruckdichtung 47 zwischen dem Kolben und der Zylinderwand entweichendes öl gelangt dann nur in den nicht evakuierten Innenraum des Federbalges 48.

Ferner kann es zweckmäßig sein, die auftretende Gegenkraft an der Außenfläche 60 des Druckzylinders 44 abzustützen. Diese Abstützungsweise läßt sich leicht vornehmen, wenn eine weitere Kraftabstützungsvorrichtung spiegelsymmetrisch zu der in der Figur dargestellten seitlich von der Außenfläche 60 angeordnet wird. Sind die dann gegenüberliegenden Druckzylinder in Gegenkraftrichtung eiwas beweglich ausgebildet, so können sich ihre Außenflächen aufeinander zubewegen und kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Der Druckzylinder 44 ist deshalb zweckmäßig an mehreren Stellen mit dem Vakuumgehäuse 32 über

ίο Schrauben und Federn verbunden. In der Figur ist nur eine einzige dieser Befestigungsvorrichtungen dargestellt. Sie enthält eine Schraube 61, die durch eine Bohrung im Druckzylinder 44 durchgeführt und in das Vakuumgehäuse 32 eingeschraubt ist. Zwischen ihrem Kopf und der Oberseite des Druckzylinders 44 ist eine Tellerfeder 63 eingespannt, die bei belasteter Hydraulik eine Verschiebung des Druckzylinders 44 nach außen von der Wand des Vakuumgehäuses 32 weg ermöglicht, bis es zu einem Kraiischluß mit dem in der Figur nicht dargestellten benachbarten Magneten kommt. Die an der Außenfläche 60 dann angrenzende Fläche kann beispielsweise die Außenfläche des entsprechenden Druckzylinders der Kraftabstützungsvorrichtung des benachbarten Magneten sein.

Das Vakuumgefäß 32 wird auf Grund dieser Tellerfedern 63 durch die Abstützungskräfte kaum belastet, und seine Wände können dünn ausgebildet sein. Beim Abkühlen der mit der Kraftabstützungsvorrichtung verbundenen Magnetspule können verschieden starke Schrumpfungen von einzelnen Teilen auftreten. So behält zwar das Vakuumgehäuse seine Größe bei, da es auf Normaltemperatur liegt. Hingegen können der Stützkörper 33, der mit dem Strahlungsschild 34 verbunden ist, und der Kühlmittelbehälter 31 durch Schrumpfungen senkrecht zur Kraftrichtung leicht verschoben werden. Durch die vorteilhafte Ausbildung der Spalte 40 und 52 läßt sich eine Verbiegung der einzelnen Teile der Vorrichtung auf Grund unterschiedlicher Schrumpfungen während einer Abkühlung der Magnetspule vermeiden.

F i g. 1 und 2 entsprechende Kraftabstützungsvorrichtungen nach der Erfindung können beispielsweise zur Distanzierung von jeweils in eigenen Vakuumgehäusen angeordneten Einzelmagneten in Stellaratoran-Ordnungen oder in Tokamak-Anlagen dienen. Neben der toroidalen Geometrie sind im Rahmen der Plasmaphysik auch lineare Anordnungen solcher Einzelmagneten üblich, für die eine Anwendung supraleitender Magnetspulen vorteilhaft ist. Die zwischen den Magnetspulen in diesem Falle wirkenden Kräfte können außerordentlich hoch sein. Die Kraftabstützungsvorrichtungen nach der Erfindung können hierbei vorteilhaft verwendet werden. Darüber hinaus lassen sie siel· überall dort einsetzen, wo große Kräfte zwischen au verschiedenen Temperaturniveaus liegenden Teilei auftreten, ein Wärmetausch zwischen diesen Tempera turniveaus aber möglichst klein bleiben soll.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

609508/Ί

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Claims (10)

Patentansprüche:

1. Kraftabstützungsvorrichtung zwischen zwei nebeneinander angeordneten, tiefgekühlten Magnetspulen, insbesondere supraleitenden Magnetspulen, auf die Kräfte wirken, welche die Magnetspulen aufeinanderzu zu bewegen versuchen, und die jeweils in einem eigenen Kühlmittelbehälter angeordnet sind, der von einem Vakuumgehäuse umschlossen ist, das sich auf Normaltemperatur befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelbehälter (3 bzw. 31) mit mindestens einem Stützkörper (5, 6 bzw. 33) und das Vakuumgehäuse (2 bzw. 32) mit mindestens einem Stützelement (11,12 bzw. 39) kraftschlüssig verbunden sind und daß der Stützkörper (5,6 bzw. 33) und das. Stützelement (11, 12 bzw. 39) in wenigstens annähernd paralleler Richtung zu den Kräften beweglich ausgebildet und kraftschlüssig aneinanderfügbar sind.

2. Kraftabstützungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil einer Wand des Vakuumgehäuses (2) beweglich ausgestaltet ist.

3. Kraftabstützungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beweglich ausgestaltete Teil mindestens einen Federbalg (9 bzw. 10) enthält.

4. Kraftabstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stützkörper (5 und 6) vorgesehen sind, die in Kraftrichtung gegeneinander beweglich ausgebildet sind und denen jeweils ein Stützelement (11 bzw. 12) zugeordnet ist, und daß der Druck der Stützkörper (5 und 6) auf die Stützelemente (11 und 12) gleichmäßig einstellbar ist.

5. Kraftabstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vakuumgehäuse (2) der ersten Magnetspule und dem Vakuumgehäuse der ihr benachbarten Magnetspule ein Distanzelement (IS oder 20) angeordnet ist, in das die ihm zugeordneten Stützelemente (11 bzw. 12) der beiden Magnetspulen formschlüssig einpassen und das sich mit diesen Stützelementen (11 bzw. 12) in einem gemeinsamen Vakuumraum (28 bzw. 29) befindet.

6. Kraftabstützungsvorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (11 und 12) jeweils an einem Fuß (7 bzw. 8) eines sie zumindest teilweise umschließenden Federbalgs (9 bzw. 10) befestigt sind, der an seinem anderen Ende mit dem Vakuumgehäuse (2) verbunden ist, und daß die Federbälge (9 und 10) den Vakuumraum (28 bzw. 29) zumindest teilweise umhüllen.

7. Kraftabstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stützkörper (33) gegenüber einem ihm zugeordneten Stützelement (39) und oder dem Kühlmittelbehälter (31) senkrecht zur Kraftrichtung verschiebbar ausgebildet ist.

8. Kraftabstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftschluß zwischen den benachbarten Magnetspulen hydraulisch oder mechanisch herstellbar ist.

9. Kraftabstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftschluß zwischen den benachbarten Magnetspu-

len mechanisch aufhebbar ist

10. Kraftabstützungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Federn oder Federbälgen (37 und 48) der Kraftschluß aufgehoben werden kann.

ί i. Kraftabstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkörper (5,6 33) und/oder die Stützelemente (11, 12, 39) aus einem Material hoher Druckfestigkeit und geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen.