Die US 5 482 919 A offenbart eine Einrichtung, die einen um eine Rotationsachse rotierbaren Rotor mit wenigstens einer supraleitenden Wicklung (Feldspule) für einen elektrischen Motor und einen Kryokühler zum Kühlen der supraleitenden Wicklung umfaßt. Die supraleitende Wicklung kann aus einem konventionellen, metallischen Supraleitermaterial (Niedrig- temperatur-Supraleiter) mit einer niedrigen Sprungtemperatur (kritische Temperatur) Tc unterhalb 35 K wie einer Niob-Zinn- Legierung oder einem keramischen metalloxidischen Supralei- termaterial (Hochtemperatur-Supraleiter) mit einer hohen Sprungtemperatur Tc oberhalb von 35 K wie einem Wismut- Strontium-Calcium-Kupfer-Oxid, einem Yttrium-Barium-Kupfer- Oxid oder einer Quecksilber-oder Thallium-Verbindung beste- hen. Der Kryokühler kühlt durch schnelle Ausdehnung eines mittels eines Kompressors komprimierte Arbeitsfluids wie He- lium, Neon, Stickstoff, Wasserstoff oder Sauerstoff in ther- modynamischen Zyklen (Prozessen) wie einem Gifford-McMahon- Zyklus, einem Stirling-Zyklus oder einem Pulsröhren-Zyklus.

Die supraleitende Wicklung steht mit einem mit dem Rotor mit- rotierenden Kaltkopf des Kryokühlers über mehrere ringförmige Stützelemente aus einem Material mit einem hohen Wärmeleitko- effizienten, die über Wärmerohre (Heat pipes) oder wärmelei- tende Stangen verbunden sind, in wärmeleitender Verbindung.

Dadurch wird Wärme von der supraleitenden Wicklung über Wär- meleitung durch Festkörper zum Kaltkopf abgeführt. Ein flüs- siges Kühlmittel wie flüssiges Helium oder flüssiger Stick- stoff ist bei diesem bekannten Kühlsystem nicht erforderlich,

so daß auch keine Beeinflussung der Rotation des Rotors durch Kälteflüssigkeit auftritt. Der Kompressor des Kryokühlers kann mitrotieren oder ortsfest zum Rotor und über eine Rota- tionskupplung mit dem Kaltkopf verbunden sein. Über die Lage- rung des Rotors ist in der US 5 482 919 A nichts weiter aus- geführt.

Allgemein sind zur Lagerung von Rotoren Magnetlager bekannt, die eine berührungslose (kontaktlose) und damit verschleiß- freie Lagerung ermöglichen. Es sind sowohl aktive Magnetlager mit Elektromagneten und Lageregelung als auch passive Magnet- lager mit selbsttätiger Lagestabilisierung bekannt.

Aus der DE 44 36 831 C2 ist ein passives Magnetlager zum La- gern einer Rotorwelle gegen einen Stator bekannt, das ein erstes Lagerteil, das mit der Rotorwelle verbunden ist, und ein zweites Lagerteil, das am Stator angeordnet ist und das erste Lagerteil umgibt, umfaßt. Eines der beiden Lagerteile weist einen Hochtemperatur-Supraleiter auf. Das andere Lager- teil umfaßt eine Anordnung von nebeneinander angeordneten permanentmagnetischen Elementen aus einer Neodym (Nd)- Eisen (Fe)-Bor (B)-Legierung oder einer Samarium (Sm)-Co- balt (Co)-Legierung. Die Magnetisierung benachbarter perma- nentmagnetischer Elemente ist entgegengesetzt zueinander. Die permanentmagnetischen Elemente induzieren bei einer Lageände- rung als Folge von Feldänderungen in dem Supraleiter Ab- schirmströme. Die resultierenden Kräfte können abstoßend oder anziehend sein, sind aber immer so gerichtet, daß sie der Auslenkung aus der Soll-Lage entgegenwirken. Im Gegensatz zu konventionellen aktiven Magnetlagern kann dabei eine inhärent stabile Lagerung erreicht werden, und eine aufwendige und störanfällige Regelung kann entfallen. Die Zwischenräume zwi- schen jeweils zwei permanentmagnetischen Elementen sind mit ferromagnetischem Material ausgefüllt zur Konzentration des aus den permanentmagnetischen Elementen austretenden Magnet- flusses an der dem anderen Lagerteil zugewandten Seite. Man erhält dadurch eine hohe Lagersteifigkeit (Stabilität). Die

permanentmagnetischen Elemente mit den ferromagnetischen Zwi- schenelementen können axial zur Rotorwellenachse hintereinan- der in Form von dünnen Ringen angeordnet sein oder auch axial langgestreckt sein und in Umfangsrichtung hintereinander an- geordnet sein.

In einer Ausgestaltung dieses bekannten Magnetlagers sind die Permanentmagnete in hohlzylindrischer Anordnung am inneren Lagerteil vorgesehen und der Supraleiter ist als hohlzylind- rische Struktur an der Innenseite eines hohlzylindrischen Trägerkörpers des äußeren Lagerteils angeordnet. Im Träger- körper sind Kühlkanäle zum Durchleiten von flüssigem Stick- stoff zur Kühlung des Supraleiters ausgebildet.

In einer anderen Ausgestaltung gemäß der DE 44 36 831 C2 ist der Hochtemperatur-Supraleiter am inneren Lagerteil an der Rotorwelle angeordnet, wobei zur Kühlung des Hochtemperatur- Supraleiters ein Kühlmittelkanal in der Rotorwelle für den flüssigen Stickstoff vorgesehen wird. Diese Ausführungsform mit einem kalten Rotorkörper wird als Teil eines Generators oder Motors mit einer tiefgekühlten normalleitenden oder sup- raleitenden Wicklung vorgeschlagen.

Aus der Druckschrift US 5, 214, 981 A ist eine Einrichtung zum Speichern von Energie bekannt. Diese Einrichtung umfaßt ein rotierendes Schwungrad, das zur Energieübertragung an seinem Umfang Permanentmagnete aufweist, die mit feststehenden Elektromagneten wechselwirken. Das Schwungrad ist über zwei Rotorwellen an entgegengesetzten Seiten in jeweils einem Mag- netlager gelagert. In einer Ausführungsform (FIG 1) sind an den Enden der beiden Rotorwellen jeweils einer oder mehrere Permanentmagnete in zylindrischer Anordnung vorgesehen. Diese Enden ragen als erste Lagerteile in jeweils einen topfförmi- gen Supraleiter als zweites Lagerteil des jeweiligen Magnet- lagers. Die Supraleiter sind zur Kühlung jeweils in einem Kältebad aus flüssigem Stickstoff angeordnet. In einer ande- ren Ausführungsform (FIG 3) weist jede Rotorwelle als erstes

Magnetlagerteil an ihrer vom Schwungrad abgewandten Stirnsei- te eine Ausnehmung auf, die mit einem Supraleiter ausgeklei- det ist. Der Supraleiter wird ausschließlich durch die Wärme- strahlung vom Supraleiter zum in einem Flüssigkeitsbad mit flüssigem Stickstoff gehaltenen Vakuumgefäß gekühlt. Ferner umfassen die Magnetlager zylindrische zweite Lagerteile, de- ren Enden in die Ausnehmungen in den Rotorwellen hineinragen und einen oder mehrere Permanentmagneten in zylindrischer An- ordnung umfassen. Das Schwungrad ist zusammen mit den beiden Magnetlagern in einem Vakuumgefäß eingeschlossen, das auf einen Druck von weniger als 10-4 Torr evakuiert ist, um die Reibung der drehenden Teile und die damit verbundenen Ener- gieverluste zu vermeiden. Die Lagerspalte der beiden Magnet- lager bilden durchgehende Verbindungen zwischen den angren- zenden evakuierten Bereichen des Vakuumgefäßes.

Die JP 04370417 A und das zugehörige Abstract aus Patent Ab- stracts of Japan offenbaren eine weitere Einrichtung zum Speichern von Energie mit einem in zwei Magnetlagern gelager- ten Schwungrad, das zusammen mit den Magnetlagern in einer gemeinsamen evakuierten Vakuumkammer angeordnet ist. Jedes Magnetlager umfaßt einen zentralen Permanentmagnetring am Schwungrad und zwei davon axial beabstandete Supraleiterrin- ge, die auf von flüssigem Kältemittel durchflossenen,'fest- stehenden Trägerscheiben angeordnet sind.

In der DE 197 10 501 A1 schließlich ist eine elektrische Ma- schine beschrieben mit einem Stator mit einer mehrphasigen Wicklung zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes und ei- nem sich mit dem Drehfeld drehenden Rotor oder Läufer. Der Stator weist ein Rückflussjoch auf, das ein Gehäuse für den Rotor bildet. Der Rotor weist eine Welle auf, die durch eine nicht abgedichtete Offnung im Gehäuse und Rückflussjoch ge- führt ist. Der Rotor besteht nun ganz oder zumindest an sei- ner Außenseite aus einem Hochtemperatur-Supraleiter. Mit dem Supraleiter und an zwei Stellen vorgesehenen ringförmigen Permanentmagneten sind Magnetlager zur berührungslosen Lage-

rung des Läufers gebildet. Zur Kühlung des Supraleiters des -Rotors wird die gesamte Maschine mit einer kleinen Baugröße ausgebildet und komplett in einem aus Flüssigstickstoff aus- gebildeten Tiefkühlbad betrieben.

Die bekannten Magnetlager weisen wegen der berührungslosen Lagerung immer einen durchgehenden Lagerspalt auf und sind somit zwischen den beiden Seiten, die durch den Lagerspalt verbunden werden, gas-und dampfdurchlässig. Dadurch kann Um- gebungsluft und darin enthaltene Feuchtigkeit in den Lager- spalt oder durch den Lagerspalt zum Rotor gelangen. Dies birgt die Gefahr, daß die Luftfeuchtigkeit an den kalten Bau- teilen des Magnetlagers oder auch des Rotors, wenn dieser ge- kühlt wird, ausfriert und es durch eine solche Vereisung zu einer Funktionseinschränkung oder gar Beschädigung des Mag- netlagers kommt. Außerdem verursachen die für die Supraleiter der beschriebenen Magnetlager nach dem Stand der Technik aus- schließlich verwendeten Kühlungen mit flüssigem Kühlmittel (Kryomittel), im allgemeinen flüssigem Stickstoff, neben dem Problem des Ausgefrierens von eingedrungener Feuchtigkeit an den erforderlichen Kryomittelzuführungen generell auch Ab- dichtungsprobleme im Bereich der sensiblen Magnetlager, wo- durch wiederum die Gefahr des Vereisens oder sonstiger Funk- tionsstörungen des Magnetlagers erhöht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das oder die Mag- netlager zur Lagerung eines Rotors vor einer solchen Beein- trächtigung der Funktion oder einer Beschädigung zu schützen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkma- len des Anspruchs 1.

Die Einrichtung umfaßt demnach einen um eine Rotationsachse rotierbaren oder rotierenden Rotor und wenigstens ein Magnet- lager, in dem der Rotor berührungslos (oder : kontaktlos, ver- schleißfrei) lagerbar oder gelagert ist und das wenigstens einen Supraleiter (oder : eine supraleitende Struktur) auf-

weist.

Der Rotor ist gemäß der Erfindung zusammen mit dem oder den zugehörigen Magnetlagern in einem gemeinsamen Gasraum (oder gasgefüllte Kammer) angeordnet, der von einer gasdichten Wan- dung umschlossen ist. Rotor und Magnetlager befinden sich al- so, mit anderen Worten, in der gleichen Gasatmosphäre, die durch die gasundurchlässige Wandung von der Umgebungsluft ge- trennt und abgeschirmt ist. Durch diese Maßnahmen ist der La- gerspalt jedes Magnetlagers mit dem im Gasraum eingefüllten Gas gefüllt und durch die Gasraumwandung vor dem Eindringen von Umgebungsfeuchtigkeit geschützt. Außerdem sind Druck- schwankungen, beispielsweise infolge von Gasverlusten in ge- wissen Grenzen tolerierbar, weil sie alle Komponenten im Gas- raum gleich betreffen.

Als weitere Maßnahme gemäß der Erfindung ist nun zur Kühlung des Supraleiters des oder jedes Magnetlagers eine Kühlein- richtung mit wenigstens einem Kaltkopf, der thermisch mit dem Supraleiter gekoppelt ist und Wärme vom Supraleiter haupt- schlich durch Wärmeleitung als Wärmetransportmechanismus ab- führt, vorgesehen. Der gemäß der Erfindung vorgeschlagene Einsatz eines, an sich prinzipiell bekannten, Kaltkopfes zur indirekten Kühlung des Magnetlagers ist eine konstruktiv und in der Handhabung wesentlich einfachere Lösung als die beim Stand der Technik vorgesehene direkte Kühlung über ein flüs- siges Kühlmedium. Ein Kaltkopf ist als Anschlussstück zur Wärmeübertragung leicht am Magnetlager montierbar. Außerdem stellt die Verwendung eines oder mehrerer Kaltköpfe eine ge- zielte Kühlung des Supraleiters im Magnetlager sicher und vermeidet die Probleme des nie ganz zu vermeidenden Austre- tens von Kryoflüssigkeit und der dadurch resultierenden un- kontrollierten thermischen Verhältnisse mit der Gefahr des Vereisens der Magnetlager durch Gefrieren von Restfeuchtig- keit in der Gasatmosphäre oder von im verdampften Kryomittel enthaltener Feuchtigkeit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Einrich- tung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.

Vorzugsweise weist die Kühleinrichtung zur Kühlung des Kalt- kopfes und damit zur indirekten Kühlung des oder der Magnet- lager (s) ein Kryokühler-System auf, das insbesondere elekt- risch betrieben wird und in Verbindung mit dem Kaltkopf keine Handhabung von kryotechnischen Flüssiggasen erfordert. Ver- schiedene Kaltköpfe können jeweils mit einem eigenen Kryoküh- ler oder auch in beliebigen Kombinationen an gemeinsame Kryo- kühler angeschlossen sein. Jeder Kaltkopf ist vorzugsweise von außen in einer im wesentlichen senkrecht zur Rotations- achse verlaufenden Richtung zur supraleitenden Struktur des Magnetlagers geführt.

Das oder die Magnetlager der Einrichtung umfassen im allge- meinen wenigstens ein inneres Lagerteil und wenigstens ein äußeres Lagerteil, wobei das äußere Lagerteil das innere La- gerteil umgibt und zwischen den beiden Lagerteilen ein um die Rotationsachse verlaufender Lagerspalt gebildet ist sowie ei- nes der beiden Lagerteile mit dem Rotor, insbesondere mit dessen Rotorwelle, verbindbar oder verbunden ist.

Eines der beiden Lagerteile des Magnetlagers weist nun vor- zugsweise wenigstens einen Permanentmagneten auf, während das andere Lagerteil die supraleitende Struktur umfaßt, die mit dem oder den Permanentmagneten derart elektromagnetisch (durch Induktion) wechselwirken, daß der Lagerspalt zwischen dem inneren Lagerteil und dem äußeren Lagerteil gebildet oder aufrechterhalten wird. Bei mehreren Permanentmagneten sind diese im allgemeinen nebeneinander angeordnet, insbesondere axial zur Rotationsachse hintereinander und vorzugsweise je- weils die Rotationsachse in einer ringsum geschlossenen Ges- talt umgeben, insbesondere in Gestalt eines Ringes, oder auch in einer die Rotationsachse umlaufenden Anordnung nebeneinan- der. Der oder die Permanentmagneten umgeben in einer vorteil-

haften Ausgestaltung die Rotationsachse in einer (ringsum) geschlossenen Gestalt, vorzugsweise in Gestalt eines Ringes.

Der Ringquerschnitt kann dabei insbesondere kreisförmig, scheibenförmig oder rechteckig sein entsprechend einer hohl- zylindrischen bzw. torusförmigen Ringgestalt. Der Ringlängs- schnitt senkrecht zur Rotationsachse kann also insbesondere kreisringförmig sein. Die Magnetisierungen unmittelbar be- nachbarte Permanentmagnete sind vorzugsweise zueinander im wesentlichen entgegengesetzt gerichtet, zumindest im Mittel über eventuell vorhandene Domänen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Magnetlagers ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen wenigstens zwei der Permanent- magneten jeweils ein Flussleitelement und/oder in axialer Richtung an den äußeren Permanentmagneten außen jeweils ein Flussleitelement angeordnet ist. Jedes Flussleitelement dient zum Leiten des magnetischen Flusses der Permanentmagnete so- wie im allgemeinen auch zu dessen Konzentration und Verstär- kung im Lagerspalt und besteht dazu zumindest teilweise aus einem magnetisch leitfähigen Material, insbesondere einem ferromagnetischen Material, beispielsweise Eisen (Fe).

Die supraleitende Struktur umgibt vorzugsweise die Rotations- achse in einer geschlossenen Gestalt, insbesondere in Gestalt eines Ringes, und/oder sind zumindest an der dem Lagerspalt zugewandten Seite im wesentlichen zylindrisch geformt. Ferner ist es vorteilhaft, die supraleitende Struktur an der dem La- gerspalt zugewandten Seite des Lagerteils anzuordnen, um ei- nen guten Wirkungsgrad der Kopplung zu erreichen.

Es ist im allgemeinen jeweils wenigstens ein Kaltkopf für je- des Magnetlager zur Kühlung der supraleitenden Strukturen und zweckmäßigerweise auch der Permanentmagnete zur Erzielung ei- ner höheren Koerzitivfeldstärke vorgesehen.

Der Lagerspalt wenigstens eines der berührungslosen Magnetla- ger steht nun vorzugsweise mit dem Gasraum in einer Verbin-

dung, die einen Gasaustausch zulässt. Dadurch befindet sich der Lagerspalt in der gleichen Gasatmosphäre, die auch im Gasraum herrscht.

Im allgemeinen ist die Wandung des Gasraumes gegenüber dem Rotor ortsfest, bleibt also bei Drehung des Rotors unverän- derlich in ihrer Position relativ zur Rotationsachse des Ro- tors.

Der Rotor ist vorzugsweise über eine mit dem Rotor verbundene oder verbindbare Rotorwelle in dem Magnetlager gelagert. Die Rotorwelle ist vorzugsweise durch eine mit einer Rotations- dichtung abgedichtete Öffnung in der Wandung des Gasraumes nach außen geführt.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Einrich- tung ist der Rotor, vorzugsweise über jeweils eine Rotorwel- le, in wenigstens zwei Magnetlagern gelagert ist, die an axi- al zur Rotationsachse entgegengesetzten Seiten des Rotors an- geordnet sind. Dadurch ist der Rotor beidseitig und damit be- sonders stabil gelagert.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Rotors ist durch wenig- stens eine Wicklung (Spule) gekennzeichnet, die im allgemei- nen um die Rotationsachse verläuft und vorzugsweise mit einem Supraleiter gebildet ist.

Als Supraleiter für die Magnetlager und/oder die Wicklung am Rotor kommen alle Niedrigtemperatur-Supraleiter wie Hochtem- peratur-Supraleiter in Betracht. Der Supraleiter kann ein klassischer Niedrigtemperatur-Supraleiter mit einer Sprung- temperatur bis 35 K sein, beispielsweise eine metallische Le- gierung wie Niob-Zinn-Legierung, oder vorzugsweise ein Hoch- temperatur-Supraleiter mit einer Sprungtemperatur oberhalb 35 K, vorzugsweise oberhalb 77 K (i. e. der Siedetemperatur von Stickstoff), beispielsweise metalloxidische oder keramische Hochtemperatur-Supraleiter wie Wismut-Strontium-Calcium-

Kupfer-Oxid, Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid oder eine Verbindung mit Quecksilber oder Thallium. Je höher die Sprungtemperatur des Supraleiters ist, desto geringer ist der Energiebedarf für die Kühlung.

Nachdem vor allem Hochtemperatur-Supraleiter nur in be- schränktem Maße selbsttragend sind, bietet es sich in einer vorteilhaften Weiterbildung an, die supraleitende Struktur des Magnetlagers oder die supraleitende Wicklung des Rotors auf oder in einem Träger bzw. Wicklungsträger anzuordnen. Zur Kühlung des Supraleiters weist der Träger bzw. Wicklungsträ- ger vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, beispiels- weise durch Ausbildung aus Metall.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der Wicklungsträger des Rotors einen axial zur Rotationsachse sich erstreckenden Hohlraum (Innenraum) auf. Die Kühlung der Wicklung kann nun vorteilhaft in platzsparender Weise über diesen Hohlraum erfolgen, indem im Hohlraum oder am Hohlraum eine Wärmeübertragungseinheit thermisch an den Wicklungsträ- ger, vorzugsweise über ein Kontaktgas im Hohlraum, angekop- pelt wird.

Die Wärmeübertragungseinheit ist nun vorzugsweise mit einer Kühleinrichtung für den Rotor thermisch koppelbar oder gekop- pelt. Diese Kühleinrichtung kann in an sich bekannter Weise ausgebildet sein, beispielsweise gemäß der eingangs genannten US 5 482 919 A, deren gesamter Offenbarungsgehalt in die vor- liegende Anmeldung mit einbezogen wird. Die Kühleinrichtung und/oder Wärmeübertragungseinheit für den Rotor kann auch mit einem flüssigen Kühlmittel wie flüssigem Helium oder flüssi- gem Stickstoff arbeiten oder auch ein Kryokühler-System mit wenigstens einem Kaltkopf aufweisen ebenso wie das Kühlsystem für das Magnetlager.

Gemäß einer besonderen Ausbildung weist die Wärmeübertra- gungseinheit einen in den Hohlraum des Wicklungsträgers ra-

genden, vorzugsweise zylindrisch ausgebildeten, Wärmeübertra- gungskörper auf, zwischen dem und dem Wicklungsträger ein um die Rotationsachse verlaufender, mit einem Kontaktgas gefüll- ter Zwischenspalt gebildet ist. Die Wärmeübertragung von der oder Kühlung der Wicklung geschieht nun im wesentlichen durch Wärmeleitung durch die Festkörper und über das Kontaktgas.

Es kann aber auch alternativ oder zusätzlich als Wärmetrans- portmechanismus die zyklische Verdampfung und Kondensation eines Wärmetransportgases mit einer entsprechend gewählten Verdampfungsenthalpie ausgenutzt werden. Die Wärmeübertra- gungseinheit kann dann insbesondere ein Wärmerohr (heat pipe) umfassen.

In einer beide Wärmetransportmechanismen Wärmeleitung und Verdampfung nutzenden Ausführungsform ist der Hohlraum des Wicklungsträgers wenigstens teilweise mit dem Wärmetransport- gas gefüllt, so daß das Wärmetransportgas auch als wärmelei- tendes Kontaktgas dient.

Der Hohlraum des Wicklungsträgers bzw. der Zwischenspalt zwi- schen Wärmeübertragungskörper und Wicklungsträger kann auch mit dem Gasraum in einen Gasaustausch zulassender Verbindung stehen. Es stellt sich dann eine einheitliche Gasatmosphäre innerhalb und außerhalb des Rotors ein und besondere Maßnah- men zur Abdichtung dieser Gasräume müssen nicht mehr getrof- fen werden.

Die berührungslose Anordnung der Wärmeübertragungseinheit in dem Wicklungsträger ist besonders dann vorteilhaft, wenn die beiden Komponenten mechanisch voneinander entkoppelt sein sollen, also die Wärmeübertragungseinheit feststehend sein soll bei Rotation des Rotors. Eine solche feststehende, nicht-mitrotierende Ausbildung der Wärmeübertragungseinheit und ggf. des angeschlossenen Kaltkopfes ist zweckmäßig, weil keine rotierenden Teile des Kühlsystems gegeneinander abge- dichtet werden müssen.

In einer besonderen konstruktiven Weiterbildung ist wenig- stens eine in dem zugehörigen Magnetlager gelagerte Rotorwel- le als Hohlwelle ausgebildet. Die Hohlwelle kann nun wenigs- tens teilweise die Wärmeübertragungseinheit und/oder einen Verbindung zwischen Gasraum und einem Innenraum des Rotors, insbesondere dem Hohlraum im Wicklungsträger, aufnehmen.

Zum Schutz der Wicklung wird diese vorzugsweise in einem, In- nenraum eines Behältnisses des Rotors angeordnet, der vor- zugsweise evakuiert und gegenüber dem übrigen Gasraum und Hohlraum des Wicklungsträgers abgedichtet ist.

Der Gasraum der Einrichtung, in dem Rotor und Magnetlager an- geordnet sind, ist im allgemeinen mit einem Gas oder einem Gasgemisch gefüllt, das zur Wärmeleitung bei der Kühlung der kühlungsbedürftigen Komponenten dient und dazu mit diesen in Kontakt steht und deshalb auch als Kontaktgas bezeichnet wird. Dieses Gas verbleibt in der Regel während der Betriebs- dauer der Einrichtung im Gasraum. Das Kontaktgas ist deshalb in einer vorteilhaften Ausführungsform ein Inertgas oder ein Gemisch aus Inertgasen, wobei Helium oder Neon bevorzugt ist, aber auch, bei entsprechend hohen Arbeitstemperaturen, Stick- stoff verwendet werden kann. Ferner sind auch Wasserstoff o- der Sauerstoff grundsätzlich geeignet, wenn auch in der Hand- habung problematischer.

Das in den Gasraum eingefüllte Gas enthält vorzugsweise prak- tisch keinen Wasseranteil oder einen unterhalb eines kriti- schen Wertes liegenden Wasseranteil, so daß kein Gefrieren von Wasser an kalten Teilen im Gasraum möglich ist. Dazu wird das Gas in einer entsprechenden Reinheit bereitgestellt und/oder getrocknet.

Der Gasdruck des Gases im Gasraum wird in einer vorteilhaften Ausführungsform vorzugsweise wenigstens so hoch wie, vorzugs- weise höher als, der im die Wandung des Gasraumes umgebenden

Außenraum herrschende Gasdruck, im allgemeinen Atmosphären- druck, eingestellt. Dadurch wird auch bei Dichtungsproblemen oder Leckagen im Bereich der Gasraumwandung ein Zutritt von feuchter Luft und die dadurch mögliche Eisbildung im Kaltbe- reich zuverlässig verhindert.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung wird bevorzugt für elekt- rische Maschinen wie Motoren und Generatoren eingesetzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei- spielen weiter erläutert. Dabei wird auf die Zeichnungen Be- zug genommen, in deren FIG 1 eine Einrichtung mit einem in zwei Magnetlagern ge- lagerten Rotor in einem Längsschnitt in einer die Rotationsachse des Rotors enthaltenden Ebene, FIG 2 eine Ausführungsform eines Magnetlagers der Ein- richtung in einer perspektivischen und teilweise geschnittenen Ansicht, FIG 3 eine andere Ausführungsform eines Magnetlagers der Einrichtung in einem Längsschnitt, FIG 4 eine weitere Ausführungsform eines Magnetlagers der Einrichtung in einem Querschnitt in einer orthogo- nal zur Rotationsachse gerichteten Ebene und FIG 5 eine Einrichtung mit einem in zwei Magnetlagern ge- lagerten Rotor und einem Wärmerohr in einem Längs- schnitt jeweils schematisch veranschaulicht sind. Einander entspre- chende Teile sind in den FIG 1 bis 5 mit denselben Bezugszei- chen versehen.

FIG 1 zeigt eine Einrichtung mit einem Rotor 20, der axial zu seiner Rotationsachse (Drehachse) A an beiden Seiten (Stirn- seiten) in jeweils einem Magnetlager 2 und 3 drehbar gelagert ist. An dem Rotor 20 ist dazu an der in FIG 1 links liegenden Seite eine als Hohlwelle (Halsrohr) 34 ausgebildete erste Ro- torwelle ausgebildet oder befestigt, die in dem Magnetlager 2

berührungsfrei gelagert ist. Die Hohlwelle 34 weist in der dargestellten Ausführungsform ferner einen Längenkompensator 36, insbesondere einen Dehnungsbalg, zur Längenkompensation auf. An der in FIG 1 rechts liegenden, entgegengesetzten Sei- te ist eine beispielsweise massive zweite Rotorwelle 4 am Ro- tor 20 ausgebildet oder befestigt und in dem Magnetlager 3 berührungsfrei gelagert. Beide Wellen, die Hohlwelle 34 und die Rotorwelle 4, sind vorzugsweise rotationssymmetrisch zur Rotationsachse A, insbesondere hohlzylindrisch bzw. zylind- risch oder auch zumindest leicht konisch, ausgebildet.

Jedes der vorzugsweise im wesentlichen gleich ausgebildeten Magnetlager 2 und 3 weist ein mit der zugehörigen Hohlwelle 34 bzw. Rotorwelle 4 verbundenes Lagerinnenteil 5 auf und ein das Lagerinnenteil 5 unter Bildung eines Lagerspaltes 10 um- gebendes Lageraußenteil 11. Das Lagerinnenteil 5 weist an seiner dem Lagerspalt 10 zugewandten Außenseite mehrere in FIG 1 nicht näher bezeichnete Permanentmagnete auf. Den Per- manentmagneten gegenüberliegend weist das Lageraußenteil 11 an seiner dem Lagerspalt 10 zugewandten Innenseite eine sup- raleitende Struktur 12 auf, die außen auf einem Trägerkörper 13 abgestützt ist. Die supraleitende Struktur 12 ist jeweils mit einem von außen durch den Trägerkörper 13 ragenden Kalt- kopf 22 bzw. 23 zur Kühlung kontaktiert. Auf den Aufbau der Magnetlager 2 und 3 wird noch anhand der detaillierteren FIG 2 bis 4 eingegangen. Nun sollen zunächst die weiteren Teile der Einrichtung gemäß FIG 1 noch weiter beschrieben werden.

Der Rotor 20 weist wenigstens eine Wicklung (Spule) 25 auf, die aus einem supraleitenden Material besteht und, vorzugs- weise in im wesentlichen gleichem Radius, um die Rotations- achse A in einer oder mehreren Windungen verläuft. Die Wick- lung 25 ist auf oder in einem Wicklungsträger 26 getragen, der die Rotationsachse A in Gestalt eines Hohlkörpers, vor- zugsweise in hohlzylindrischer Gestalt, umgibt. Der Wick- lungsträger 26 besteht aus einem thermisch gut leitfähigen Material wie einem Metall.

Im Innern des Wicklungsträgers 26 ist ein zentraler Hohlraum 30 gebildet, durch den die Rotationsachse A verläuft. Der Hohlraum 30 ist an der zur Rotorwelle 4 hin gerichteten Seite vom Wicklungsträger 26 abgeschlossen und an der zur Hohlwelle 34 zeigenden Seite offen. Durch die Öffnung im Wicklungsträ- ger 26 ragt an dieser Seite ein zylinderförmiger Wärmeüber- tragungskörper 35 in den Hohlraum 30 und erstreckt sich bis kurz vor dessen Ende an der entgegengesetzten Seite. Der Wär- meübertragungskörper 35 besteht aus einem thermisch gut leit- fähigen Material, beispielsweise einem Metall wie Aluminium oder Kupfer oder, zur Vermeidung von Wirbelströmen, auch aus einem dielektrischen, thermisch leitfähigen Material wie ei- ner Keramik, beispielsweise Aluminiumoxid (Al203) oder Alumi- niumnitrid (AlN), oder aus einkristallinem Saphir.

Zwischen dem Wärmeübertragungskörper 35 und der Innenfläche des Wicklungsträgers 26 ist ringsum ein Zwischenraum 39 ge- bildet. Im Anschluss an den Wicklungsträger 26 ist der Wärme- übertragungskörper 35 nach außen durch einen zentralen Hohl- raum im an dieser Seite befindlichen Aufhängeelement 48 bis in den Hohlraum der Hohlwelle 34 geführt jeweils unter Bil- dung eines Zwischenraumes 38 bzw. 37. Durch die Zwischenräume (Spalte) 37 zur Hohlwelle 34,38 zum Aufhängeelement 48 und 39 zum Wicklungsträger 26 kann der Wärmeübertragungskörper 35 gegenüber diesen rotierenden Teilen und dem Rotor 20 insge- samt ortsfest, also nicht mitrotierend, angeordnet werden.

Zumindest im Zwischenraum 39 zwischen Wärmeübertragungskörper 35 und Wicklungsträger 26 ist ein Kontaktgas eingebracht, das eine thermische Kopplung zwischen dem Wicklungsträger 26 und dem Wärmeübertragungskörper 35 herstellt. Vorzugsweise sind die Zwischenräume 39,38 und 37 miteinander verbunden wie dargestellt, so daß das Kontaktgas sich in allen Zwischenräu- men 37 bis 39 befindet. Als Kontaktgas ist vorzugsweise Heli- um oder Neon vorgesehen.

An seinem vom im Hohlraum 30 des Wicklungsträger 26 befindli- chen Ende abgewandten Ende ist der Wärmeübertragungskörper 35 in thermischer Kopplung mit einem Ende eines Kaltkopfes 24 verbunden, der sich axial zur Rotationsachse A von der entge- gengesetzten Seite in die Hohlwelle 34 erstreckt. Über den an eine nicht weiter dargestellte Kühleinrichtung, insbesondere einen an sich bekannten Kryokühler, angeschlossenen Kaltkopf 24 wird der Wärmeübertragungskörper 35 gekühlt. Dadurch wird durch Wärmeleitung über das Kontaktgas auch indirekt der Wicklungsträger 26 und wegen dessen gutem Wärmeleitvermögen schließlich die eigentlich zu kühlende supraleitende Wicklung 25 gekühlt. So ist eine Kühlung eines rotierenden Teils, der Wicklung 25, über ein feststehendes Teil, den Wärmeübertra- gungskörper 35, realisiert.

Der Wicklungsträger 26 mit der Wicklung 25 ist im Innenraum eines Behältnisses 21 angeordnet und an beiden Stirnseiten über jeweils ein Aufhängeelement 48 mit einer Metallhülse und einem Hohlkern aus wärmeisolierendem Material an der Wandung des Behältnisses 21 aufgehängt. An der Außenseite (Mantelflä- che) ist der Wicklungsträger 26 von der Wandung des Behält- nisses 21 beabstandet. Der im Innenraum des Behältnisses 21 gebildete Zwischenraum zwischen Wicklungsträger 26 und Be- hältniswand ist vorzugsweise evakuiert auf einen gewünschten Restdruck, um eine möglichst gute thermische Isolierung des Wicklungsträgers 26 nach außen zu erreichen. Dieser evakuier- te Bereich im Behältnis 21 ist durch den Wicklungsträger 26 selbst sowie die beiden Aufhängeelemente 48 von den Zwischen- räumen 39 und 38 um den Wärmeübertragungskörper 35 gasdicht getrennt.

Es sind nun der Rotor 20 mit den beiden Rotorwellen 34 und 4 und die beiden Magnetlager 2 und 3 gemeinsam in einem von ei- ner gasundurchlässigen Wandung 61 gasdicht umschlossenen Gas- raum 60 angeordnet. Dieser Gasraum 60 ist mit einem Gas 50 mit einer vorgegebenen Zusammensetzung gefüllt, insbesondere einem chemisch resistenten (inerten) Gas wie Neon oder Helium

oder einem Gemisch daraus.

Die Hohlwelle 34 am Rotor 20 mündet nun vorzugsweise wie dar- gestellt am vom Rotor 20 angewandten Ende in den Gasraum 60, so daß eine Gasverbindung zwischen dem außerhalb liegenden Bereich des Gasraumes 60 und den Zwischenräumen 37,38 und 39 besteht. Ferner sind auch die Lagerspalte 10 der Magnetlager 2 und 3 jeweils an beiden Seiten offen zum Gasraum 60. Die Zwischenräume 37,38 und 39, die Lagerspalte 10 und der übri- ge Gasraum 60 sind also mit demselben Gas 50 gefüllt. Das Gas 50 ist somit zugleich das Kontaktgas zur Kühlung der Wicklung 25 und ein Schutzgas für die Magnetlager 2 und 3, erfüllt al- so mehrere Funktionen.

An der Wandung 61 des Gasraumes 60 sind der Kaltkopf 24 für die Wicklung 2 und die Kaltköpfe 22 und 23 für die Magnetla- ger 2 und 3 durchgeführt und zweckmäßigerweise auch gehalten oder befestigt. Ferner sind an der Wandung 61 die Lageraußen- teile 11 der Magnetlager 2 und 3 befestigt über Halteelemente 52 bzw. 53. Die Wandung 61 und die daran befestigten Kompo- nenten sind vorzugsweise ortsfest und drehen sich nicht mit dem Rotor 20 mit.

Die im Magnetlager 3 gelagerte Rotorwelle 4 ist an der vom Kaltkopf 24 entgegengesetzten Stirnseite der Wandung 61 des Gasraumes 60 durch eine Öffnung durchgeführt. Diese Durchfüh- rung für die Rotorwelle 4 durch die Wandung 61 des Gasraumes 60 ist mit einer außenliegenden Rotationsdichtung 40, insbe- sondere einer Gleitring-oder Simmerring-Dichtung, einer Ra- dialwellendichtung, einer Stopfbuchsendichtung oder einer Ferrofluiddichtung gegen Lufteintritt von außen oder Entwei- chen des Kontaktgases 50 von innen abgedichtet.

Der Druck des Gases 50 im Gasraum 60 wird im allgemeinen auf wenigstens Atmosphärendruck (ca. 1 bar) und vorzugsweise auf einen darüber liegenden Überdruck eingestellt. Dadurch erhält man eine gegenüber Druckschwankungen unempfindliche und vor

dem Eintritt von Luftfeuchtigkeit von außen auch bei einer Leckage besonders gut geschützte Einrichtung.

Das Gas 50 ist im außerhalb des Rotors 20 und der Magnetlager 2 und 3 liegenden Bereich des Gasraumes 60 (Außenraum) in der Regel zumindest annähernd auf Umgebungstemperatur. Der Tempe- raturgradient zwischen den kryotechnischen Temperaturen in- nerhalb des Rotors 20 und der Magnetlager 2 und 3 einerseits und der wesentlich höheren Temperatur im Außenraum des Gas- raumes 60 andererseits wird in den relativ schmalen mit dem Gas 50 gefüllten Spalten aufrechterhalten, die durch die Zwi- schenräume 37 bis 39 und die Lagerspalte 10 gebildet werden.

Um den Temperaturgradienten im aus dem Zwischenraum 37 zwi- schen Hohlwelle 34 und Kaltkopf 24 gebildeten Gasspalt zu er- halten, können zusätzlich nicht gezeigte ringförmige Bürsten, beispielsweise drei bis fünf Bürsten, in axialer Richtung ge- staffelt im Gasspalt angeordnet werden, um Wärmeeintrag durch Konvektion zu vermeiden oder zu reduzieren.

Außerhalb des Behältnisses 21 umgibt die Wicklung 26 eine Ständerwicklung 45 auf einem Ständerträger 46. Ständerwick- lung 45 und Ständerträger 46 bilden zusammen mit einem beide einschließenden Außengehäuse den Stator eines Elektromotors, insbesondere Synchronmotors, oder Generators. Dies sind die bevorzugten, aber nicht die einzige Anwendungen der Einrich- tung gemäß der Erfindung.

FIG 2 zeigt ein Magnetlager, das insbesondere als Magnetlager 3 gemäß FIG 1 verwendet werden kann, in einer vergrößerten perspektivischen Darstellung. Das Lagerinnenteil 5 ist mit mehreren, beispielsweise sechs, ringscheibenförmigen perma- nentmagnetischen Elementen (Permanentmagnete) 6a bis 6f ver- sehen. Diese permanentmagnetischen Elemente 6a bis 6f sind jeweils so polarisiert, daß axial, also in Richtung der Rota- tionsachse A gesehen, die Polarisation von Element zu Element entgegengesetzt ist. Die einzelnen Polarisationsrichtungen sind in der Figur durch gepfeilte Linien 7 angedeutet. Zwi-

schen den permanentmagnetischen Elementen 6a bis 6f sind ringscheibenförmige Elemente (Zwischenelemente) 8a bis 8e aus einem ferromagnetischen Material wie z. B. Eisen angeordnet.

Außerdem sind an den stirnseitigen Außenflächen der äußeren permanentmagnetischen Elemente 6a bis 6f den Elementen 8a bis 8e entsprechende ferromagnetische Elemente 8f und 8g vorgese- hen. Das ferromagnetische Material dieser ferromagnetischen Elemente 8a bis 8g dient zur Konzentration und Homogenisie- rung des Magnetflusses an der zylinderförmigen Außenfläche des Lagerinnenteils 5 und erhöht dadurch die Tragkraft des Lagers 2. Zugleich verstärken die ferromagnetischen Elemente 8a bis 8g auch mechanisch das Lagerinnenteil 5 mit den im allgemeinen aus sprödem Material bestehenden permanentmagne- tischen Elementen 6a bis 6f. Alle Elemente 6a bis 6f und 8a bis 8g sind stapelförmig axial hintereinander an der Rotor- welle 4 befestigt. Die Rotorwelle 4 besteht vorteilhaft aus einem nicht-magnetischen oder nicht magnetisierbaren Material wie z. B. aus einem besonderen Stahl.

Das Lagerinnenteil 5 ist durch einen Lagerspalt 10 getrennt von einem hohlzylinderförmigen, ortsfesten Lageraußenteil 11 umgeben. Die Spaltweite (radiale Abmessung) w des Lagerspal- tes 10 zwischen Lagerinnenteil 5 und Lageraußenteil 11 liegt vorzugsweise in der Größenordnung der axialen Dicke d2 der ferromagnetischen Zwischenelemente 8a bis 8g und typischer- weise zwischen 0,1 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 1,5 mm.

Das einen Stator bildende Lageraußenteil 11 weist auf seiner dem Lagerinnenteil 5 zugewandten Innenseite eine supraleiten- de Struktur 12 auf, die außen auf einem Trägerkörper 13 abge- stützt ist, der beispielsweise aus Metall, insbesondere Kup- fer (Cu) besteht. Als Supraleitermaterial für die supralei- tende Struktur 12 kommt jedes bekante Supraleitermaterial, insbesondere texturiertes YBa2Cu307x in Frage. Vorteilhaft sind dabei die kristallinen a-b-Ebenen von mindestens einem großen Teil des Supraleitermaterials im wesentlichen parallel

zur Außenfläche des Lagerinnenteils 5 ausgerichtet. Die mitt- lere Korngröße (Korndurchmesser) der Kristallite (Körner) des Supraleiters sollte dabei größer als die axiale Dicke dl der permanentmagnetischen Elemente 6a bis 6f sein, wobei die Korngröße in den kristallinen a-b-Ebenen betrachtet wird.

Der von benachbarten permanentmagnetischen Elementen (z. B.

6d, 6e) am Lagerinnenteil 5 hervorgerufene Magnetfluß wird weitgehend in dem gemeinsamen ferromagnetischen Zwischenele- ment (8d) konzentriert und tritt so mit hoher Flussdichte ü- ber dieses Zwischenelement in den Lagerspalt 10 aus. In dem Lagerspalt 10 schließt sich der Fluss zu jeweils benachbarten Zwischenelementen (8c bzw. 8e) hin. In der das Lagerinnenteil 5 umschließenden, den Lagerspalt 10 begrenzenden und ortsfes- ten supraleitenden Struktur 12 induziert der von den einzel- nen Magnetpolen erzeugte Magnetfluß entsprechende Ströme, die wiederum eine magnetische Kopplung oder Gegenkopplung bewir- ken. Auf der Seite der Rotorwelle 4 schließt sich der magne- tische Fluss im Bereich des nicht-magnetischen Materials der Rotorwelle 4. Damit wird dort vorteilhaft ein magnetischer Kurzschluss vermieden, der zu einer Reduzierung des in den Lagerspalt 10 austretenden Magnetflusses führen würde.

Das permanentmagnetische Material der Elemente 6a bis 6f soll ein maximales Energieprodukt (B * H) ma von wenigstens 20 MGOe aufweisen, um die erforderlichen Lagerkräfte und Lagerstabi- lität aufzubringen. Geeignete Materialien mit einem solch ho- hen Energieprodukt sind insbesondere eine Neodym (Nd)- Eisen (Fe)-Bor (B)-Legierung oder eine Samarium (Sm)-Cobalt (Co)- Legierung. Das permanentmagnetische Material kann zur Erhö- hung von dessen Koerzitivfeldstärke auch gegebenenfalls ge- kühlt werden.

Außerhalb des Bereichs des Lagerinnenteils 5 weist das Mag- netlager 3 eine absenkbare Halte-und Zentriervorrichtung 15 auf, die die Lagerkraft bei Stillstand aufnimmt, solange das supraleitende Material über seiner Betriebstemperatur liegt.

Gleichzeitig wird die Lagerposition axial und lateral zent- riert durch eine Nut 17 in der Rotorwelle 4 und eine schnei- denförmige Auflage 18 an der Einrichtung 15. Durch elektro- magnetische Induktion entstehen elektromagnetische Kräfte zwischen Lagerinnenteil 5 und dem es umgebenden Lageraußen- teil 11 (Stator), die der Bewegungsrichtung entgegengesetzt wirken und dazu führen, daß das Lagerinnenteil 5 und die Ro- torwelle 4 etwa in der Mitte des Lagerspalts 10 frei schwe- ben. Mit dieser Lagerung sind Lagerdrücke von bis zu 10 bar und eine erhebliche Steifigkeit der Lagerung gegen Verschie- bungen der Rotorwelle 4 und des Rotors 20 in radialer und a- xialer Richtung zu erreichen.

In FIG 3 ist eine weitere Ausführungsform eines Magnetlagers veranschaulicht, die zweckmäßigerweise als Magnetlager 3 (oder 2) gemäß FIG 1 verwendet wird. Es ist wieder am Lager- innenteil 5 ein Stapel von permanentmagnetischen Elementen 6j im Wechsel mit ferromagnetischen Elementen 8i vorgesehen.

Dieser Stapel der Elemente 6j und 8i ist gemäß FIG 3 auf ei- nem Trägerkörper 54 befestigt, der durch Haltescheiben 57 aus wärmeisolierendem, mechanisch stabilem Material, beispiels- weise einem faserverstärkten, insbesondere glasfaserverstärk- ten, Kunststoff, und dazwischen liegendes Wärmeisolationsma- terial 55 von der Rotorwelle 4 beabstandet ist. Das Lagerau- ßenteil 11 weist ebenfalls wieder eine supraleitende Struktur 12 und einen Trägerkörper 13 für die supraleitende Struktur 12 auf.

An den Trägerkörper 13 ist wieder ein Kaltkopf 23 senkrecht von außen nach innen verlaufend angeschlossen und damit ther- misch angekoppelt, der an einer Außenhülse 19 des Magnetla- gers 3 anliegt oder befestigt ist. Der Trägerkörper 13 ist mit der Außenhülse 19 über Haltescheiben 57 und dazwischen angeordnetes Wärmeisolationsmaterial 56 verbunden.

In der besonderen Ausgestaltung gemäß FIG 3 ist nun den Stirnseiten von supraleitender Struktur 12 mit Trägerkörper

13 und dem inneren Lagerteil 5 mit dem Magnetstapel an beiden Seiten axial zur Rotationsachse jeweils ein von der Außenhül- se 19 nach innen zur Rotationswelle 4 gerichteter Wärmeisola- tionskörper 14 bzw. 14'vorgelagert. Zwischen dem Wärmeisola- tionskörper 14 und der Rotationswelle 4 ist ein parallel zur Rotationsachse A verlaufender erster Lagerteilspalt 41 gebil- det. Zwischen einer nach innen zum Lagerinnenteil 5 gewandten Seite des Wärmeisolationskörpers 14 und dem Lagerinnenteil 5 ist ein zweiter Lagerteilspalt 42 gebildet, der senkrecht zur Rotationsachse A verläuft. Analog ist zwischen einer nach in- nen zum Lagerinnenteil 5 gewandten Seite des weiteren Wärme- isolationskörpers 14'und dem Lagerinnenteil 5 ein dritter Lagerteilspalt 43 gebildet, der senkrecht zur Rotationsachse A verläuft, und zwischen dem Wärmeisolationskörper 14'und der Rotationswelle 4 ein wieder parallel zur Rotationsachse A verlaufender vierter Lagerteilspalt 44. Die Hintereinander- schaltung des ersten Lagerteilspaltes 41, des zweiten Lager- teilspaltes, des Lagerspaltes 10, der dritten Lagerteilspal- tes 43 und des vierten Lagerteilspaltes 44 bildet eine Gas- Xs ; passage durch das Magnetlager 3 für das Gas 50. Der Vorteil dieser speziellen Ausbildung der Lagerspalte besteht darin, daß der erste Lagerteilspalt 41 und der vierte Lagerteilspalt 44, die an den vergleichsweise warmen Endbereichen des Mag- netlagers 3 liegen, gegenüber dem Lagerspalt 10 näher zur Ro- tationsachse A liegen und das Gas 50 in den beiden Lagerteil- spalten 41 und 44 einer entsprechend geringeren Zentrifugal- kraft bei Drehung der Rotorwelle 4 mit dem Lagerinnenteil 5 ausgesetzt ist. Dies hat wiederum zur Folge, daß bei Rotation des Lagerinnenteils 5 auf der Rotorwelle 4 die Dichte des mitrotierenden Gases 50 in den achsennäheren Lagerteilspalten 41 und 44 (sowie 42 und 43) kleiner und in dem achsenferneren Lagerspalt 10 größer wird. Da sich andererseits die Dichte des Gases 50 infolge der zum Lagerspalt 10 hin stark abneh- menden Temperatur wieder erhöht, gleichen sich diese beiden gegenläufigen Effekte bis zu einem gewissen Grad aus. Man er- hält somit in dieser Ausbildung des Magnetlagers 3 eine homo- genere Dichteverteilung und stabilere Schichtung des Gases 50

innerhalb des Magnetlagers 3.

FIG 4 zeigt eine Abwandlung eines Magnetlagers 2 für die Ein- richtung gemäß FIG 1 in einem Querschnitt. Es sind nun die permanentmagnetischen Elemente am mit 29 bezeichneten äußeren Lagerteil des Magnetlagers 2 und eine mit 32 bezeichnete, auf der Außenseite der Hohlwelle 34 aufgebrachte hohlzylindri- sche supraleitende Struktur als inneres Lagerteil 31 vorgese- hen. Weiterhin sind die Permanentmagnete des Magnetlagers 2 nicht axial gestapelt, sondern es sind hohlzylindersegmentar- tige, axial ausgedehnte permanentmagnetische Elemente 27i, 27j (mit 1 < i < j ; 1 < j < n) vorgesehen. Die permanentmag- netischen Elemente 27i, 27j sind jeweils über streifenartige, ebenfalls hohlzylindersegmentförmige ferromagnetische Elemen- te 28k (mit 1 < k < 2n) beabstandet und bilden zusammen mit diesen eine geschlossene hohlzylindrische Anordnung für das äußere Lagerteil 29. Das ortsfeste äußere Lagerteil 29 um- schließt das rotierbare innere Lagerteil 31 im durch die Spaltweite w des Lagerspaltes 10 definierten Abstand w. Die Hohlwelle 34 wiederum umschließt unter Bildung des Zwischen- raumes 37 der Spaltweite x den Wärmeübertragungskörper 35. In dem dargestellten Querschnitt ist gut zu erkennen, daß beide konzentrisch zueinander angeordnete Spalte, der Lagerspalt 10 und der Zwischenraum 37 jeweils mit demselben Gas 50 gefüllt sind.

FIG 5 zeigt eine gegenüber FIG 1 abgewandelte Ausführungsform einer Einrichtung gemäß der Erfindung, bei der die aus Wärme- übertragungskörper 35 und Kaltkopf 24 gebildete Wärmeübertra- gungseinheit gemäß FIG 1 durch eine nach dem Wärmerohr (heat pipe)-Prinzip arbeitende Wärmeübertragungseinheit in FIG 5 ersetzt ist. Uber ein, vorzugsweise vakuumisoliertes, Wärme- rohr 70 wird Arbeitsflüssigkeit 50', die vorzugsweise dem verflüssigten Kontaktgas 50 entspricht, über einen konisch vom hinteren Teil der Hohlwelle 34 durch das Aufhängeelement 48 zum Hohlraum 30 des Wicklungsträgers 26 sich aufweitenden Innenraum 38'in den Hohlraum 30 eingebracht. Durch die Er-

wärmung verdampft die Arbeitsflüssigkeit und führt in Form der Verdampfungswärme Wärme vom Wicklungsträger 26 ab. Das verdampfte, als Arbeitsgas des Wärmerohrs 70 dienende Gas 50 wird auf umgekehrtem Weg durch den Innenraum 38'und das Wär- merohr 70 zu einem außerhalb der gasdichten Wandung 61 be- findlichen Kondenser 71 transportiert und dort über den Kalt- kopf 72 so weit heruntergekühlt, bis es sich wieder zur Ar- beitsflüssigkeit 50'verflüssigt (kondensiert). Dann beginnt der Kreislauf (Arbeitszyklus) im Wärmerohr 70 von neuem. In dieser Ausführungsform dient das Gas 50 nicht nur als Kon- taktgas, sondern zusätzlich auch als Arbeitsgas für die Küh- lung mittels Wärmerohr. Es ist zwischen dem Wärmerohr 70 und der Hohlwelle 34 ein schmaler Zwischenspalt 37'gebildet, der mit dem übrigen Gasraum 60 in Verbindung steht und eine me- chanische Entkopplung von Wärmerohr 70 und rotierenden Teilen wie der Hohlwelle 34 ermöglicht.

Bezüglich weiterer Einzelheiten der Materialien, Ausgestal- tung, Bemessung und Funktion der Magnetlager, insbesondere gemäß den FIG 1 bis 5, wird auf die DE 44 36 831 C2 verwie- sen, deren Inhalt in die Offenbarung der vorliegenden Anmel- dung miteinbezogen wird.