DE69616928T2

DE69616928T2 - Verfahren zum Herstellen eines umkleideten und verdrillten Hochtemperatur-Supraleiters

Info

Publication number: DE69616928T2
Application number: DE69616928T
Authority: DE
Inventors: Erick Beghin; Gerard Duperray; Peter Friedrich Herrmann; Denis Legat
Original assignee: Nexans France SAS
Current assignee: Nexans France SAS
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1996-09-09
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: EP0763860A1; DE69616928D1; JPH09129052A; FR2738948A1; CA2185578A1; FR2738948B1; US5706571A; EP0763860B1; JP3758759B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines umhüllten verdrillten Leiters aus Supraleitermaterial mit hoher kritischer Temperatur.
Ein solcher verdrillter Leiter ist insbesondere für Anwendungen mit variablem Strom unter starkem Magnetfeld vorgesehen.
Es ist bereits bekannt, einen umhüllten verdrillten Leiter aus Supraleiter-Material aus runden Supraleiter- Einzelsträngen (Monofilamenten), d. h. mit einem kreisförmigen oder ovalen Querschnitt, zu bilden. Es wird ein Bolzen mit kreisförmigem Querschnitt aus einer Anordnung von runden Einzelsträngen in einem zylindrischen Metallrohr gebildet. Der Bolzen wird durch Durchgang durch eine kreisförmige Ziehdüse gestreckt, um einen runden Vielfachstrang zu bilden. Der Vielfachstrang wird verdrillt, und der verdrillte Vielfachstrang wird mit Walzen gewalzt, bis eine gewünschte Abmessung des verdrillten umhüllten Leiters aus Supraleiter erreicht ist. Ein solches Herstellungsverfahren ist in dem Dokument EP 0 638 942 A beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist, ein anderes Verfahren zur Herstellung eines verdrillten umhüllten Leiters aus Supraleiter mit hoher kritischer Temperatur anzugeben.
Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines umhüllten verdrillten Leiters aus Supraleiter mit hoher kritischer. Temperatur, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der umhüllte Leiter aus einem Bolzen hergestellt wird, der durch eine Anordnung von Einzelsträngen von viereckigem Querschnitt in einem Metallrohr von viereckigem Querschnitt gebildet ist.
Man hat festgestellt, dass ein nach dem Ziehen des Bolzens mit viereckigem Querschnitt durch Durchgang durch eine Rollenziehdüse oder eine Reibungsziehdüse erhaltener Vielfachstrang eine Verdrillungsoperation wesentlich besser aushält als ein aus einem Bolzen von kreisförmigem Querschnitt wie oben angegeben erhaltener Vielfachstrang. Insbesondere kann der so erhaltene Vielfachstrang mit einer kürzeren Verdrillungssteigung verdrillt werden, was besonders vorteilhaft für Anwendungen mit variablem Strom ist, wo es notwendig ist, dass nach dem Walzen des verdrillten Vielfachstranges eine Verdrillungssteigung von ein paar Millimetern bestehen bleibt, um Energieverluste so weit wie möglich zu vermeiden. Versuche haben gezeigt, dass ein Vielfachstrang mit viereckigem Querschnitt, der nach dem Ziehen in einer Rollenziehdüse erhalten wurde, mit einer Verdrillungssteigung von weniger als 5 mm verdrillt werden kann, wohingegen ein aus einem Bolzen von kreisförmigem Querschnitt erhaltener Vielfachstrang von kreisförmigem Querschnitt bei einer solchen Verdrillungssteigung Haarrisse aufweist.
Vorteilhafterweise wird der Bolzen gezogen durch Durchgang in einer Rollenziehdüse, um einen Vielfachstrang mit viereckigem Querschnitt zu erhalten, der mit einer bestimmten Steigung verdrillt und mit Walzen gewalzt wird, die einen Durchmesser von wenigstens dem 10fachen der Verdrillungssteigung haben, bis die gewünschte Abmessung des verdrillten umhüllten Leiters erreicht ist. Mit einem solchen Verfahren kann die Herstellungszeit des verdrillten umhüllten Leiters im Verhältnis zum oben dargestellten bekannten Verfahren verkürzt werden, weil der größere Teil der Durchmesserverringerung durch Ziehen in einer Rollenziehdüse durchgeführt wird, die wesentlich leichter gängig ist als eine kreisrunde Reibziehdüse. Das Ziehen in einer Rollenziehdüse ermöglicht ferner im Vergleich zu einer kreisförmigen Düse, das Material des Metallrohres, das zur Herstellung des Bolzens dient, aufgrund der weniger starken Reibungsbelastungen, die sie hervorruft, besser zu erhalten. So ist es möglich, einen Bolzen mit einem Metallrohr einer relativ geringen Dicke herzustellen. Wenn dieses Rohr ein Rohr auf Grundlage von Silberlegierungen ist, erlaubt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine merkliche Verringerung der Herstellungskosten des verdrillten umhüllten Leiters. Außerdem können durch Ziehen in einer Rollenziehdüse relativ ebene Metall-Supraleiter- Grenzschichten erhalten werden. Daraus resultiert eine verbesserte Qualität der Textur des verdrillten umhüllten Leiters aus Supraleitermaterial. Die Supraleiterfilamente mit viereckigem Querschnitt bleiben gut voneinander getrennt und behalten einen konstanten Querschnitt ohne Unterbrechung der Supraleiterseelen unter Wahrung der Proportionen der Anordnung.
Der Bolzen mit viereckigem Querschnitt kann in einer Reibziehdüse gezogen werden, um einen Vielfachstrang mit vieleckigem, insbesondere sechseckigem Querschnitt zu erhalten, wenn die Anwendung dies erfordert, mit dem Nachteil, dass ein Metallrohr von größerer Dicke vorgesehen werden muss. Dennoch weist dieser Vielfachstrang immer noch eine Eignung zur Verdrillung auf, die derjenigen des Vielfachstranges mit viereckigem Querschnitt vergleichbar ist. Als Variante wird der Bolzen zunächst in einer Rollenziehdüse und anschließend in einer Reibziehdüse gezogen, was es insbesondere ermöglicht, von einem viereckigen Querschnitt auf einen Querschnitt mit einer anderen Geometrie überzugehen, wenn die Anwendung dies erfordert, zum Beispiel auf einen vieleckigen und insbesondere sechseckigen Querschnitt oder auf eine kreisförmige Geometrie. In diesem Fall ist der in der Reibziehdüse angewendete Querschnittsverringerungskoeffizient vorzugsweise deutlich kleiner als der in der Rollenziehdüse angewendete, d. h., dass der Querschnitt des Vielfachstranges mit viereckigem Querschnitt, der am Ausgang der Rollenziehdüse erhalten wird, nahe am Endquerschnitt des Vielfachstranges mit vieleckigem oder kreisförmigem Querschnitt ist. In allen Fällen wird unter Bewahrung des Materials des Metallrohres die Eignung des Vielfachstranges zur Verdrillung aufrechterhalten.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen die verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Folgenden soll der Ausdruck viereckig interpretiert werden als im Wesentlichen viereckig.
In Fig. 1 ist eine bestimmte Zahl von Einzelsträngen 1 aus Supraleitermaterial in einem Metallrohr 2 mit viereckigem Querschnitt auf Grundlage einer Silberlegierung oder eines Silber-Legierungsverbundes mit Widerstand gestapelt und zusammengefügt, um einen Bolzen 3 mit viereckigem Querschnitt zu bilden. Die Einzelstränge haben einen viereckigen Querschnitt, in diesem Beispiel von 1,2 · 1,2 mm. Sie werden nach dem in dem Dokument FR-A-2 675620 beschriebenen Verfahren erhalten, mit der Ausnahme, dass kein Formfaktor beim Ziehen angewendet wird. Der Bolzen ist z. B. aufgebaut aus 8 · 8 Einzelsträngen mit den oben angegebenen Abmessungen, und das Rohr 2 hat einen viereckigen Querschnitt von innen 8 mm und außen 10 mm.
In Fig. 2 wird der Bolzen 3 durch Durchgang durch eine Rollenziehdüse 4 (stilisiert dargestellt) gezogen, um einen Vielfachstrang 5 mit viereckigem Querschnitt, in diesem Beispiel von 1,6 · 1,6 mm, zu erhalten. Im Laufe des Ziehens bleibt die innere Geometrie der Einzelstränge erhalten, d. h., dass die Stränge voneinander getrennt bleiben und einen konstanten Querschnitt ohne Unterbrechung der Supraleiterseelen behalten.
In Fig. 3 wird der Vielfachstrang 5 am Ausgang der Rollenziehdüse 4 unter Spannung mit eine bestimmten Steigung (in diesem Beispiel einer Steigung von 5 mm) verdrillt. Diese Verdrillung ist begleitet von einer Verdickung des Vielfachstranges auf Kosten der Länge, die in gewissem Umfang durch die Spannung gesteuert werden kann, die durch Verschiebung des rotierenden End- Spannfutters 6 ausgeübt wird. Im Fall eines Vielfachstranges mit einem Querschnitt von 2,56 mm² wird die Spannung so geregelt, dass eine Durchmesservergrößerung von weniger als 20% erhalten wird. Im Falle dieses Beispiels ist der Enddurchmesser des verdrillten Vielfachstranges ca. 2 mm.
In Fig. 4 wird der verdrillte Vielfachstrang 5 durch Durchgang zwischen zwei Rollen 7 und 8 mit einem Durchmesser von wenigstens dem 10fachen der Verdrillungssteigung p gewalzt, bis die gewünschte Abmessung des verdrillten umhüllten Bandes 9 erreicht ist.
Aussagekräftige Versuche sind für einen verdrillten Vielfachstrang mit einem Durchmesser d von ca. 2,4 mm mit einer Verdrillungssteigung von ca. 5 mm und mit Rollen mit einem Durchmesser von 250 mm in dem betrachteten Beispiel durchgeführt worden. Im Laufe des Walzens dieses Vielfachstranges läßt man den Vielfachstrang sich auf bis 4 mm verbreitern und walzt ihn anschließend bei konstanter Breite, bis ein Querschnitt von 0,5 · 4 mm erhalten wird, also ein Querschnittsverringerungsverhältnis von 36%, entsprechend einer Verlängerung um 1,57 und einer Endsteigung der Verdrillung nach dem Walzen von 9,6 mm. Diese Operation ist nur möglich, wenn der Durchmesser der Walzen groß gegenüber der Verdrillungssteigung p ist, denn anderenfalls würde man eine Entdrillung des Vielfachstranges feststellen. Die Verbreiterung des Vielfachstranges zu Beginn des Walzens erlaubt es, die Verlängerung des verdrillten Leiters und damit die Zunahme der Verdrillungssteigung zu steuern. Bei der Anwendung auf variable Ströme ist es wünschenswert, einen Leiter aus Supraleitermaterial mit einer Verdrillungssteigung von einigen Millimetern zu erhalten.
Zu beachten ist, dass vor dem Schritt des Walzens ein Schritt des Kalibrierens in einer Reibziehdüse (nicht dargestellt) erfolgen kann, um dem Vielfachstrang einen Querschnitt mit einer anderen Geometrie, z. B. vieleckig, insbesondere sechseckig, oder einen kreisförmigen Querschnitt zu verleihen. Der kreisförmige Querschnitt verhindert jede Entdrillung des Vielfachetranges während des Walzens. Der Querschnittsverringerungskoeffizient des Vielfachstranges in der Reibziehdüse muss jedoch eng begrenzt sein, auf ca. 20%, d. h. deutlich kleiner als der in der Rollenziehdüse angewendete. Als Variante kann der Bolzen 3 auch direkt in einer (nicht dargestellten) Reibziehdüse gezogen werden, um einen Vielfachstrang mit vieleckigem, insbesondere sechseckigem Querschnitt zu erhalten, der ebenfalls gute Verdrillungseigenschaften aufweist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines umhüllten verdrillten Leiters aus Supraleiter mit hoher kritischer Temperatur, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Zusammenfügen von Einzelsträngen (1) mit viereckigem Querschnitt in einem Metallrohr (2) mit viereckigem Querschnitt, um einen Bolzen (3) mit viereckigem Querschnitt zu bilden,

- Ziehen des Bolzens (3) durch Durchgang durch eine Ziehdüse, um einen Vielfachstrang (S) mit viereckigem Querschnitt zu bilden,

- Verdrillen des Vielfachstrangs (S) mit einer bestimmten Steigung und

- Walzen des verdrillten Vielfachstrangs, bis die gewünschte Abmessung des umhüllten verdrillten Leiters erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Bolzen in einer Rollenziehdüse (4) gezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Vielfachstrang (5) von viereckigem Querschnitt mit Rollen (7, 8) verdrillt wird, die einen Durchmesser von wenigstens dem Zehnfachen der Verdrillungssteigung haben.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Bolzen zunächst in einer Rollenziehdüse (4) und anschließend in einer Reibziehdüse gezogen wird, wobei der in der Reibziehdüse angewendete Querschnittsverringerungskoeffizient kleiner als der in der Rollenziehdüse angewendete ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der in der Reibdüse angewendete Querschnittsverringerungskoeffizient ca. 20% beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Mehrfachstrang unter Spannung verdrillt wird, um die Querschnittszunahme des Vielfachstrangs auf einen Wert von unter 20% zu begrenzen.

7. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Walzen so durchgeführt wird, dass zunächst eine Verbreiterung des Mehrfachstrangs bis auf eine gegebene Abmessung zugelassen wird und diese Abmessung dann konstant gehalten wird.