CABLE CONNEXION FOR A HIGH-CURRENT SUPERCONDUCTING CABLE AND DEVICE FOR WELDING THE SUPERCONDUCTING WIRES

Abstract: 1. Cable connection for high current superconductor cables the superconductor wires (1) of which are arranged at a specified distance from each other in a rectangular tube (3) on both sides of a carrier band (2) so as to form continuous liquid helium carrying coolant channels (4), characterized by the following features : a) From the carrier band (2) formed on each of the two longitudinal sides from a sheet metal strip by welting of a border of 1/4 of the total width the welted border strips are removed in an overlapping zone of the length L1 of the superconductor wires (1) and the remaining part (5) of the carrier band (2) (remaining carrier band 5) of each superconductor cable to be connected is shortened in length by an amount corresponding to half the length L1 of the overlapping zone, b) The butt jointed ends of the remaining carrier band (5) are filled in the overlapping zone of the superconductor wires (1) with a filler strip (6) the width of which being determined by the width of the superconductor wires (1) laterally contacting each other in the overlapping zone and reinforced through welting in the zone extending beyond the width b3 of the remaining carrier band (5) so as to have the thickness d of the carrier band (2), c) in the overlapping zone the superconductor wires (1) of the superconductor cables to be connected are alternately welded side by side onto the remaining carrier band (5) and the filler strip (6), respectively, d) In the center of the overlapping zone the superconductor wires (1) are surrounded by a common packing consisting of two parts welded so as to be helium tight, e) The end of each rectangular tube (3) is sealed by a rectangular flange (8) welded onto the rectangular tube (3) so as to make it helium tight, f) Between the packing (7) and the rectangular flange (8) a clamping piece (10) is attached onto the superconductor wires (1) which consists of two parts with the edges interconnected by bolts (9) and provided with cooling channels, g) A cover sheet (11) consisting of two welded parts so as to be helium tight surrounds the clamping piece (10) and is welded with the packing (7) and the rectangular flange (8) so as to be helium tight, h) One of the two parts of the cover sheet (11) is provided with a bore (12) into which a coolant carrying tube (13) is welded so as to be helium tight.

Description: Kabelverbindung für ein Hochstrom-Supraleiterkabel und Einrichtung zum Löten der Supraleiterdrähte Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Einrichtung zum Herstellen einer Lötverbindung zwischen den Supraleiterdrähten und dem Trägerband einer Kabelverbindung. Zum Testen von Hochstrom-Supraleiterkabeln, wie sie in grossen Fusionsm#gneten verwendet werden, wird in eine kurzgeschlossene Schleife des Test-Kabels ein Strom von 70 bis 20 kA induktiv eingekoppelt. Die Kühlung des Testkreises erfolgt mit einer Zwangsströmung von superkritischem Helium bei Drucken bis 15 bar in einem geschlossenen Kreislauf. Die kurzgeschlossene Schleife des Test-Rabels ist in einem Hintergrundfeld von 5,3 Tesla angeordnet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung für ein zwangsgekühltes Kabel zu entwickeln, deren elektrischer Widerstand sehr klein und deren mechanische Festigkeit sehr hoch ist und die eine Flüssighelium-Ein- und Ausspeisung aufweist. Diese Aufgabe wird bei einer Kabelverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die in dessen Kennzeichen genannten Merkmale gelöst. Die mit der vorgeschlagenen Kabelverbindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Uber lappungslänge der Supraleiterdrähte sehr klein ist (ca. 3,5 mal Breite des SL-Kabels) und dennoch eine gute Stromverteilung und eine gute Kühlung der Kabelverbindung möglich ist. Ein Ausführungsbeispiel einer Kabelverbindung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 4 und eine Einrichtung zum Herstellen einer Lötverbindung der Supraleiterdrähte und des Trägerbandes ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 Ansicht der Kabelverbindung mit freiliegenden Supraleiterdrähten, Fig. 2 Querschnitt der Kabelverbindung, Fig. 3 Längsschnitt der Kabelverbindung, Fig. 4 Ansicht der Einrichtung zum Herstellen der Lötverbindung. Eine Kabelverbindung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 4 ist in Fig. 4 dargestellt. Eine Vielzahl von Supraleiterdrähten 1 mit Rechteckquerschnitt, die z.B. aus in eine Kupfermatrix eingebetteten Niob-Titan-Filamenten bestehen, ist auf einem Trägerband 2 aus Chrom-Nickel-Stahl verseilt oder verröbelt und bildet von einem Rechteckrohr 3 aus Edelstahl umschlossen ein Supraleiterkabel. Die Supraleiterdrähte 1 sind mit dem Trägerband 2 unter Einhaltung eines Abstandes verlötet, so dass Kühlkanäle 4 für den Transport von Flüssighelium gebildet werden. Beim Herstellen einer Kabelverbindung wird zunächst das Rechteckrohr 3 entfernt und die Supraleiterdrähte 1 von dem Trägerband 2 abgetötet. Die Länge L der freigelegten Supraleiterdrähte 1 ergibt sich aus der Länge L1 eines Uberlappungsbereiches, in dem die Supraleiterdrähte 1 des einen Kabelendes mit den SL-Drähten des anderen Kabelendes alternierend nebeneinander liegen, und aus der Länge L2 eines Ubergangsbereiches, in dem die SL-Drähte aus der Position des Kabels einer Breite b1 des Trägerbandes 2 auf die Position der Kabelverbindung einer grösseren Breite b2 übergeführt sind. Das Trägerband 2 besteht aus einem Blechstreifen, bei dem ein Randstreifen von 1/4 der Gesamtbreite an jeder der beiden Längsseiten gefalzt ist. Dieser Randstreifen wird im Überlappungsbereich entfernt und an jedem der zu verbindenden Kabelenden wird das Restträgerband 5 um eine halbe Länge L1/2 des Uberlappungsbereiches gekürzt, so dass die Trägerbänder 2 in der Mitte der Kabelverbindung stumpf aufeinander stossen. Ein Füllstreifen 6 von der Länge L1 des Uberlappungsbereiches ist im Uberlappungsbereich der Länge L1 auf dem Restträgerband 5 der Kabelenden angeordnet und in dem die Breite b3 des Restträgerbandes 5 überragenden Bereich durch Falzen auf die Dicke d des Trägerbandes 2 verstärkt und auf die Breite b2 des SL Kabels im Überlappungsbereich begrenzt. Im Uberlappungsbereich sind die Supraleiterdrähte 1 der zu verbindenden Supraleiterkabel alternierend nebeneinander auf das Restträgerband 5 oder auf den Füllstreifen 6 aufgelötet. In der Mitte des Uberlappungsbereiches sind die Supraleiterdrähte 1 gemeinsam von einer aus zwei miteinander heliumdicht verschweissten Teilen gebildeten Man- chette 7 umschlossen. Das Ende jedes der Rechteckrohre 3 ist durch einen mit dem Rechteckrohr 3 heliumdicht verschweissten Rechteckflansch 8 abgeschlossen. zwischen Manchette 7 und Rechteckflansch 8 ist auf die Supraleiterdrähte 1 ein aus zwei am Rande durch Schrauben 9 miteinander verbundenen Teilen bestehendes Klemmstück lo aufgesetzt. Jedes der Klemmstücke 1o ist von einem aus zwei heliumdicht miteinander verschweissten Teilen bestehenden Abdeckblech 11 umschlossen, das mit der Manchette 7 und dem Rechteckflansch 8 heliumdicht verschweisst ist. Eines der zwei Teile des Abdeckbleches 11 weist eine Bohrung 12 auf, in die ein Kühlmittel transportierendes Rohr 13 heiliumdicht eingeschweisst ist. Auf diese Weise ist es möglich, z.B. bei einem zu einem Kurzschlussring verbundenen Kabel an dem einen Rohr 13 Flüssighelium zu- und an dem anderen Rohr 13 wieder abzuführen. Damit die Supraleiterdrähte 1 auch im Uberlappungsbereich ausreichend gekühlt werden, weist das Klemmstück 10 an seiner den Supraleiterdrähten 1 zugewandten Seite in Kabellängsrichtung verlaufende erste Kühlkanäle 14 und an den dem Abdeckblech 11 zugewandten Längsseiten in Kabellängsrichtung verlaufende zweite Kühlkanäle 15 auf, die in Kammern 16 einmünden, welche quer zur Kabellängsrichtung verlaufen und zwischen einer Stirnseite des Klemmstückes lo und dem Rechteckflansch 8 oder der Manchette 7 gebildet sind. Das Klemmstück 7 weist ausserdem auf seiner dem Abdeckblech 11 zugewandten Seite quer zur Kabellängsrichtung verlaufende dritte, die zweite Kühlkanäle 15 verbindende Kühlkanäle 17 auf. In dem Bereich zwischen den Rechteckflanschen 8 kann eine aus zwei Teilen bestehende, die Abdeckbleche 11 und die Manchette 7 umschliessende Spannvorrichtung 18 zum Aufnehmen von durch höhere Kühlmitteldrücke verursachten mechanischen Kräften angeordnet werden. An den Längsseiten der Spannvorrichtung 18 sind Verschraubungen 19 und im Bereich der Rohre 13 Bohrungen 20 vorgesehen. In Fig. 2 ist ein Schnitt quer zur Kabel längsrichtung und in Fig. 3 ein Schnitt in Kabellängsrichtung dargestellt. Das Verlöten der alternierend angeordneten Supraleiterdrähte 1 mit dem Restträgerband 5 und dem Füllstreifen 6 wird wesentlich vereinfacht durch die in Fig. 4 gezeigte Einrichtung. Diese besteht im wesentlichen aus zwei einander identischen flachen Klemmbacken 21, die an einer Längsseite einen Anschlag 22 aufweisen und an der anderen Längsseite einen durchgehenden Spalt 23 bilden. Die Klemmbacken 21 werden von beiden Seiten auf die Supraleiterdrähte 1 der zu verbindenden Supraleiterkabel aufgesetzt, die alternierend auf dem Restträgerband 5 und dem Füllstreifen 6 geordnet sind. Die Klemmbacken 21 werden durch an deren Längsseiten angeordnete Spannschrauben 24 senkrecht zur Ebene des Restträgerbandes 5 zusammengeführt und dabei die zwischen den Klemmbacken 21 liegenden Supraleiterdrähte 1 auf das Restträgerband 5 bzw. den Füllstreifen 6 gedrückt. In den seitlichen Spalt 23 ist eine Pressschiene 25 eingeführt, die im Bereich der Spannschrauben 24 Langlöcher 26 aufweist und auf die z.B. mit einer hydraulischen Presse 27 eine-in Richtung der Ebene des Restträgerbandes 5 wirkende Kraft F ausgeübt wird, welche die Supraleiterdrähte 1 zusammendrückt. Jedes der Klemmbacken 21 weist mehrere in Längsrichtung angeordnete Bohrungen 28 auf, in die Heizstäbe 29 eingeführt sind, deren Temperatur mit einem elektronischen Temperaturregler 30 so eingestellt wird, dass ein um des Restträgerband 5 und den Füllstreifen 6 gelegtes Lötband geschmolzen, die Supraleiterdrähte 1 jedoch nicht zerstört werden. Bei schmelzflüssigem Lötband werden durch Anziehen der Spannschrauben 24 und durch entsprechendes Einstellen der Kraft F die zuvor verzinnten Supraleiterdrähte 1 miteinander und mit dem Restträgerband 5 und dem Füllstreifen 6 kompakt und frei von Zwischenräumen fest verlötet. Bezusszeichenliste: Fig. 1 bis 3 1 Supraleiterdrähte 2 Trägerband 3 Rechteckrohr 4 Kabelkanäle 5 Kestträgerband L Länge der freige legten SL-Drähte L1 Länge des Überlap pungsbereiches L2 Länge des Über gangsbereicbes bl Breite von 2 b2 Breite des SL-Kabels im Überlappungsbe- reich d Dicke von 2 6 Füllstreifen b3 Breite von 5 7 Manchette um 1 8 Rechteckflansch 9 Schrauben für lo lo Klemmstück 11 Abdeckblech 12 Bohrung in 11 13 Rohr in 12 14 1.Kühlkanäle in lo 15 2 Kühlkanäle in lo 16 Kammer 17 3 Kühlkanäle in lo 18 Spannvorrichtung 19 Verschraubung von 18 20 Bohrungen in 18 Fig. 4 21 Klemmbacken 22 Anschlag an 21 23 Spalt 24 Spannschrauben 25 Pressschiene 26 Langlöcher 27 hydraulische Presse F Kraft auf 25 28 Bohrungen in 21 29 Heizstäbe in 28 30 Temperaturregler

Claims: Patentansprüche: 1. Kabelverbindung für Hochstrom-Supraleiterkabel, deren Supraleiterdrähte zum Bilden durchgehender Flüssighelium führender Kühlkanäle (4) in einem Rechteckrohr (3) auf den beiden Seiten eines Trä gerbandes (2) in einem vorbestimmten gegenseitigen Abstand angeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale, a) von dem aus einem Blechstreifen durch Falzen eines Randstreifens von 1/4 der Gesamtbreite an jeder der beiden Längsseiten gebildeten Trä gerband (2) sind die gefalzten Randstreifen in einem Überlappungsbereich der Länge L1 der Supra leiterdrähte (1) entfernt und der verbleibende Teil des Trägerbandes (Restträgerband 5) jedes der zu verbindenden Supraleiterkabel ist in seiner Länge um einen der halben Länge L1 des Uberlappungsbereiches entsprechenden Teil ge kürzt, b) die stumpf zusammenstossenden Enden des Rest trägerbandes (5) sind im Uberlappungsbereich der Supraleiterdrähte (1) mit einem Füllstrei- fen (6) aufgefüllt, dessen Breite durch die Breite der im Uberlappungsbereich seitlich ein ander berührenden Supraleiterdrähte (1) bestimmt ist und der in dem über die Breite b3 des Rest trägerbandes (5) überragenden Bereich durch Falzen auf die Dicke d des Trägerbandes (2) ver stärkt ist, c) im Überlappungsbereich sind die Supraleiter drähte (1) der zu verbindenden Supraleiterkabel alternierend nebeneinander auf das Restträger band (5) oder den Füllstreifen (6) gelötet, d) in der Mitte des Uberlappungsbereiches sind die Supraleiterdrähte (1) gemeinsam von einer aus zwei miteinander heliumdicht verschweissten Tei len gebildeten Manchette (7) umschlossen, e) das Ende jedes der Rechteckrohre (3) ist durch einen mit dem Rechteckrohr (3) heliumdicht ver schweissten Rechteckflansch (8) abgeschlossen, f) zwischen Manchette (7) und Rechteckflansch (8) ist auf die Supraleiterdrähte (1) ein Kühlkanäle aufweisendes, aus zwei am Rand durch Schrauben (9) miteinander verbundenen Teilen bestehendes Klemmstück (lo) aufgesetzt, g) ein aus zwei heliumdicht miteinander verschweiss ten Teilen bestehendes Abdeckblech (11) um schliesst das Klemmstück (10) und ist mit der alanchette (7) und mit dem Rechteckflansch (8) heliumdicht verschweisst, h) eines der zwei Teile des Abdeckbleches (11) weist eine Bohrung (12) auf, in die ein Kühl mittel transportierendes Rohr (13) heliumdicht eingeschweisst ist. 2. Kabelverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass in dem Bereich zwischen den Recht eckflanschen (8) eine aus zwei Teilen bestehende, die Abdeckbleche (11) und die Manchette (7) um schliessende, an den Längsseiten Verschraubungen (19) und im Bereich der Rohre (13) Bohrungen (20) aufweisende Spannvorrichtung (18) angeordnet ist. 3. Kabelverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Klemmstück (10) an seiner den Supraleiterdrähten (1) zugewandten Seite in Kabel längsrichtung verlaufende erste Kühlkanäle (14) und an den dem Abdeckblech (11) zugewandten Länas seiten in Kabellängsrichtung verlaufende zweite Kühlkanäle (15) aufweist, und dass das Klemmstück (10) auf der dem Abdeckblech (11) zugewandten Sei te quer zur Kabellängsrichtung verlaufende, die zweiten Kühlkanäle (15) verbindende dritte Kühl kanäle (17) aufweist. 4. Kabelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass zwischen der einen Stirnseite des Klemmstückes (10) und der Manchette (7) und zwi schen der anderen Stirnseite des Klemmstückes (10) und dem Rechteckflansch (8) je eine quer zur Kabel längsrichtung verlaufende Kammer (16) gebildet ist. 5. Einrichtung zum Herstellen einer Lötverbindung zwischen den Supraleiterdrähten (1) und dem Rest trägerband (5) sowie dem Füllstreifen (6) einer Kabelverbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale, a) eine geteilte Klenirrivorrichtung zum Anpressen der Supraleiterdrähte (1) an das Restträger band (2) und den Füllstreifen (6) besteht im wesentlichen aus zwei die Supraleiterdrähte (1) umschliessenden Klemmbacken (21), die seit lich angeordnete Spannschrauben (24) aufweisen unä auf einer Längsseite einen durchgehenden Spalt bilden und an der anderen Längsseite einen Anschlag für die Supraleiterdrähte (1) aufweisen, b) in den Spalt (23) der Klemmvorrichtung ist eine die Supraleiterdrähte (1) in der Ebene des Rest trägerbandes (5) und des Füllstreifens (6) ver dichtende Pressschiene (25) einführbar, die im Bereich der Spannschrauben (24) Langlöcher (26) aufweist, c) jedes der Klemmbacken (21) weist mehrere in Längsrichtung angeordnete Bohrungen (28) auf, in die Heizstäbe (29) eingeführt sind, deren Temperatur mit einem elektronischen Temperatur regler (30) einstellbar ist.

Inventors: REINER, JOHANN
Applicants: KERNFORSCHUNGSZENTRUM KARLSRUHE GMBH
Application year: 1981
Main classification: H01R4
IPC codes: B23K1, H01R4