Supraleitendes Kabel und Verfahren zur Herstellung desselben

Die Erfindung betrifft ein supraleitendes Hohlkabel mit einem Außentubus, der einen kreisförmigen Innenquerschnitt und damit eine zylindrische Innenwand aufweist. Darüber hinaus hat das supraleitende Hohlkabel einen zentralen Kühlkanal mit kreisför¬ migem Querschnitt, der kleiner ist als der Innenquerschnitt des Außentubus. Zwischen der Innenwand des Außentubus und dem Kühl- kanal sind profilierte supraleitende Drähte angeordnet. Derar¬ tige profilierte supraleitende Drähte weisen mindestens einen Supraleiter (supraleitendes Filament) auf und haben ein Quer¬ schnittsprofil eines Schlusssteines, bzw. Keystones, wie er für römische Steinbrücken oder für Kreuzgewölbe bekannt ist.

Profilierte supraleitende Kabel mit einem Querschnittsprofil eines Schlusssteines sind aus der Druckschrift US 6,675,623 B2 bekannt. Stand der Technik ist ferner US 2003/0024 730. Die be¬ kannten schlusssteinförmigen supraleitenden Kabel bestehen aus supraleitenden, miteinander verseilten Drähten mit rundem Quer¬ schnitt, und haben nach dem Verseilen mithilfe von Profilwalzen eine trapezförmige Form erhalten.

Der Aufbau eines supraleitenden Hohlkabels vom Nuklotron-Typ mit runden (Standartvariante, Figur 16) oder profilierten su¬ praleitenden Drähten (verbessertes Nuklotron-Kabel, Figur 17) ist aus der Druckschrift "Design and test of new hollow high current NbTi cable for fast ramped Synchrotron magnets" Proc. EUCAS 2003, Sorrento, September 2003, H. Khodzhibagiyan et al . bekannt . Bei dem bekannten Hohlkabel wird zunächst ein Kühlka¬ nal dadurch gebildet, dass ein kompakter metallischer Innentu¬ bus aus CuNi bereitgestellt wird. Auf dessen Außenmantel sind in Längsrichtung profilierte supraleitende Drähte mit einem schlusssteinförmigen Querschnitt aufgelegt bzw. gewickelt. Um die supraleitenden Drähte auf dem kompakten Innentubus zu- fi¬ xieren, sind NiCr-Drähte außen um die supraleitende Drähte ra¬ dial bzw. schraubenförmig gewickelt. Ein Kapton-Band, das über die NiCr-Drähte gewickelt ist, bildet einen schützenden Außen¬ mantel . Ein auf den Außenmantel gewickeltes Glasfaserband sorgt für die elektrische Isolation des supraleitenden Hohlkabels.

Ein derart aufgebautes supraleitendes Hohlkabel hat u.a. den Vorteil hohe dynamische Belastungen kompensieren zu können, wie sie durch die Lorentzkräfte in schnellgepulsten Magneten und hohen Magnetfeldern entstehen. Die durch diese Wechselfelder über Wirbelströme, Hysteresezyklen, mechanische Spannungsfeider und weitere, äußere Einflüsse (z.B. Ionenstrahlen) verursachte Wärmequellen können im Dauerbetrieb über den inneren Kühlkanal wegen des kompakten Innentubus sehr effektiv gekühlt werden. Der relativ große Querschnitt des kompakten Innentubus mit glatter Oberfläche ermöglicht einen hohen Kühlmitteldurchsatz bei geringem Reibungswiderstand und somit niedrigem Druckgefäl¬ le im zweiphasigen Heliumstrom. Zudem sind alle supraleitenden Drähte absolut symmetrisch angeordnet und somit unter identi¬ schen Betriebsbedingungen, wodurch eine Degradationdes kriti¬ schen Stroms des Kabels mit steigender elektromagnetischer Be¬ lastung weitestgehend verhindert wird.

Diese Anordnung der supraleitenden Drähte führt weiterhin zu einer geringen Induktivität des Kabels und damit (u.a.) auch zu einer Verringerung der gespeicherten Energie.

Ein anderer Kabeltyp wird in der Regel bevorzugt, wenn das zu erstellende Spulensystem nicht in extrem schnellgepulsten Regime betrieben werden soll, dafür aber eine hohe induktive Energie zu speichern hat, die in kurzzeitigen hohen und stocha- stistischen Wärmeimpulsen abgegeben werden muß. In diesem Fall ist eine kontinuierliche hohe Kühlleistung sekundär, während der schnellstmögliche Wärmeübertrag an die Wärmekapazität des die supraleitenden Drähte kühlende Heliums im Millisekundenbe¬ reich primär angestrebt wird. Für diese Aufgabe wurden die be¬ kannten Hohlkabel vom CICC-Typ entwickelt wie sie Figur 14 zeigt.

Da in der praktischen Anwendung diese Kabel jedoch zunehmend auch höhere mechanische und thermische Belastungen beherrschen müssen führte deren Weiterentwicklung zu einem Hochstromkabel vom CICC-Typ das durch zusätzliche Konstruktion¬ selemente und eine komplizierte Kühlung mit zwei prinzipiell unterschiedlichen Kühlkreisläufen mit superkritischem Helium im äußeren Kühlkreislauf und mit zweiphasigem Helium im zentralen Kühlkanal verfügt. Dieser komplizierte Aufbau hat nicht nur technologische und da¬ mit kostenrelevante Nachteile sondern bedingt automatisch • eine verringerte mittlere Stromdichte des Hohlkabels. Ein derartiges Kabel nach dem aktuellen Stand der Technik ist in Figur 15 dargestellt und als POLO-Kabel bekannt (siehe z.B. "CHATS", FzK, Karlsruhe, September 2002, L. Bottura et al.) . Es stellt den Prototyp für die im weiteren erläuterte Er¬ findung dar.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Tech¬ nik zu überwinden und ein supraleitendes Hohlkabel anzugeben, das eine intensive Kühlung der supraleitenden Komponenten er¬ möglicht und darüber hinaus eine hohe Stromdichte für ein Hohl- kabel des CICC-Typs bei kompaktem und mechanisch stabilem Auf¬ bau des Hohlkabels zur Verfügung stellt. Es sollen Lösungen an¬ gegeben werden, wie die Nachteile des CICC-Kabels gegenüber dem Kabel vom Nuklotron-Typ weitestgehend überwunden und die Vor¬ teile beider Hohlkabeltypen in einem neuen supraleitendem Hohl- kabel möglichst werden können.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprü¬ che gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Hohlkabel geschaffen, das einen Außen¬ tubus mit einem kreisförmigen Innenquerschnitt und zylindri¬ scher Innenwand aufweist. Im Zentrum des supraleitenden Hohlka¬ bels ist ein zentraler Kühlkanal mit polygonalem oder kreisför¬ migem Querschnitt angeordnet, der kleiner ist als der Innen¬ querschnitt des Außentubus. Zwischen der Innenwand und dem Kühlkanal sind profilierte supraleitende Drähte angeordnet. Diese profilierten supraleitende Drähte weisen mindestens ein supraleitendes Filament (gewöhnlich in einer Cu-Matrix) auf. Ferner haben die supraleitende Drähte ein Querschnittsprofil eines Schlusssteines, bzw. Keystones.

Das Querschnittsprofil der profilierten supraleitende Drähte weist einen äußeren Krümmungsabschnitt auf, der dem kreisförmi¬ gen Innenquerschnitt des Außentubus angepasst ist. Ferner weist der Querschnitt der profilierten supraleitende Drähte einen in¬ neren Krümmungsabschnitt auf, der wiederum dem kreisförmigen Querschnitt des Kühlkanals angepasst ist. Schließlich besitzt das Querschnittsprofil Seitenkanten, die profiliert auf den Mittelpunkt des Kühlkanals ausgerichtet sind. Dabei sind die profilierten supraleitende Drähte auf der Innenwand des Außen¬ tubus angeordnet und bilden mit ihren inneren Abschnitten den Kühlkanal des supraleitenden Hohlkabels.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß das supraleitende Kabel drei Hauptelemente aufweist, die nachfolgende Vorteile aufwei¬ sen. Zum ersten sind die supraleitenden Filamente minimisiert, wodurch der Meißner-Effekt und die Wechselstromverluste vermin¬ dert werden. Zum zweiten werden eine möglichst große Anzahl von Filamenten in eine metallische Matrix eingebettet, welche die Filimante mechanisch stabilisiert und eine hohe Wärmeleitung gewährleistet. Zum dritten wird in dem supraleitenden Kabel ei¬ ne Anzahl supraleitender Drähte kombiniert und mechanisch sta¬ bilisiert und der Kontakt zum Kühlmittel realisiert. Elektrisch voneinander isoliert bilden die erfindungsgemäßen supraleiten¬ den Drähte mit Widerstandsbarriere das Rohmaterial zur Herstel¬ lung konkreter Spulenelemente. Da die Drähte nicht miteinander verschmolzen sind, sind die Spulen und/oder Kabel äußerst fexi- bel. Ein derartiges erfindungsgemäßes supraleitendes Hohlkabel hat u.a. folgende Vorteile: Die profilierten supraleitenden Drähte sind derart dicht anein¬ ander angeordnet und an die Innenwand des Außentubus angepasst, dass sie sich ohne den aus dem Stand der Technik bekannten In¬ nentubus formschlüssig und kraftschlüssig in Position halten können und einen zylindrischen Körper ergeben, dessen Innenraum den Kühlkanal bildet. D.h. es werden keine inneren Konstrukti¬ onselemente mehr zur mechanischen Fixierung der supraleitenden Drähte benötigt. Neben der Materialersparnis durch Wegfall ei¬ ner Komponente, hat dieses supraleitende Hohlkabel darüber hin¬ aus den Vorteil, dass durch den grosseren Querschnitt des Kühl- kanals der Strömungswiderstand für das Kühlmedium vermindert ist. Somit kann eine höhere Wirkung erreicht werden. Alternativ kann dieses zusätzliche freie Volumen auch für größere supra¬ leitende Drähte und damit für eine höhere mittlere Stromdichte genutzt werden. Schließlich steht das Kühlmedium, bzw. der Kühlkanal, unmittel¬ bar mit den profilierten supraleitenden Drähten in Kontakt. Dieser Kontakt ist zwar auch bei den oben beschriebenen CICC- Kabeln gegeben, jedoch ist der Strδmungswiderstand in den dor¬ tigen Kühladern beträchtlich, die Wärmekapazität der geringen Menge superkritischen Heliums begrenzt, sodass die mit dem er¬ findungsgemäßen Hohlkabel erreichbaren Kühlwirkungen in allen Zeitintervallen (kurze Wärmeimpulse und Dauerbelastung) deut¬ lich größer sind. Die symmetrische Anordnung aller supraleiten¬ den Drähte gewährleistet eine zusätzliche Stabilität des Ge¬ samtkabels gegen thermische Impulse, wie oben für das Nuklo- tronkabel beschrieben. Aus kryotechnischer Sicht stellt die nunmehr drastisch vereinfachte Kühlung im Vergleich zum Proto¬ typ einen entscheidenden Vorteil dar, da hiermit nicht mehr zwei, zumal auch noch qualitativ unterschiedliche Kühlkreis- lauefe benötigt werden und die Kühlleistungen in allen Zeitska¬ len (ImpulsIeistungen bis konstante Dauerleistung)um Größenord¬ nungen verbessert ist.

Die profilierten supraleitenden Drähte sind derart dicht auf der Innenwand des Außentubus des supraleitenden Hohlkabels mit ihren äußeren Krümmungsabschnitten und ihren radial ausgerich¬ teten Seitenkanten aneinander anstoßend angeordnet, dass sie bei allen Betriebstemperaturen des supraleitenden Hohlkabels einen zentralen Kühlkanal mit ihren inneren Krümmungsabschnit¬ ten aufrechterhalten. Da ein derartiges supraleitendes Hohlka¬ bel extreme Temperaturdifferenzen von Raumtemperatur bis zu we¬ nigen Grad Kelvin in seinem Betrieb durchläuft, wird durch den dichten Aufbau der schlusssteinförmigen profilierten supralei¬ tenden Drähte erreicht, dass trotz der unterschiedlichen Be¬ triebstemperaturen der zentrale Kühlkanal aufrechterhalten bleibt. Dazu ist die Summe von Spaltbreiten, die sich mögli¬ cherweise während des Betriebs zwischen den profilierten Supra¬ leitungen bilden, bei allen Betriebstemperaturen des supralei¬ tenden Hohlkabels kleiner als die Längendifferenz 1 zwischen dem äußeren und dem inneren Krümmungsabschnitt einer einzelnen profilierten Supraleitung. Dabei ist

1 = 2 (ra - ri) /n,

wobei n die Anzahl der auf der Innenwand des Außentubus ver¬ teilten profilierten Supraleitungen, ra der Innenradius des Au¬ ßentubus und n der Innenradius des Strömungskanals ist. Da die Länge lak eines äußeren Krümmungsradius

I-ak = 2 ra/n beträgt und die Länge Ii* des inneren Krümmungsabschnittes einer profilierten Supraleitung

lik = 2 n

ist, müssen bei allen Betriebstemperaturen des supraleitenden Hohlkabels die nachfolgenden Bedingungen erfüllt sein:

n•s < 1 oder

und somit ist die Bedingung

zu gewährleisten, damit der zentrale Kühlkanal aufrechterhalten bleibt. Demnach ist die Anzahl der profilierten supraleitenden Drähte von der Fertigungstoleranz abhängig und muss ggf. so ge¬ ring wie möglich gehalten halten werden, um bei großen Toleran¬ zen die resultierende Spaltbreite s zulassen zu können. Gene¬ rell sollten zur Verringerung des Einflusses der Wirbelströme die beiden Hauptmaße des Querschnitts der profilierten supra¬ leitenden Drähte nicht zu stark voneinander abweichen. Die ebenso ungewünschte Wärmeproduktion aufgrund mechanischer Span- nungs- und Deformationsfelder kann durch formschlüssige Ferti¬ gung, ggf. unter Vorspannung, minimiert werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die pro¬ filierten supraleitenden Drähte ineinander greifende profilier¬ te Seitenkanten auf. Während die obigen Betrachtungen für das Bilden eines zentralen Kühlkanals aus profilierten Supraleitun- gen mit geradlinigen auf die Mitte des Hohlkabels zulaufenden Seitenkanten des Querschnitts der profilierten Supraleitungen vorgesehen und abgeleitet sind, ist mit dieser weiteren Ausfüh¬ rungsform der Erfindung, bei der auch die Seitenkanten profi¬ liert werden und nicht geradlinig zum Mittelpunkt verlaufen, eine weitere Möglichkeit gegeben, die Sicherheit zur Beibehal¬ tung des zentralen Kühlkanals zu erhöhen. Zumal zusätzlich zu der oben erwähnten Längendifferenz 1 für die Summe s-n aller Spaltbreiten s nun noch der Versatz durch die profilierten Sei¬ tenkanten hinzu kommt. Durch diesen Versatz mit einer Größe v ergibt sich als Bedingung für die zulässige Spaltbreite s der Wert

s < ( l+v)/n.

Mit den beigefügten Figuren 2 und 4 werden zwei Ausführungsfor¬ men für profilierte Supraleitungen mit profilierten Seitenkan¬ ten und dem jeweiligen Versatz der Größe v dargestellt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Außen¬ tubus zweilagig. Eine erste Lage weist einen oder mehrere schraubenförmig um eine Bündel supraleitender profilierter Drähte gewickelte Spanndrähte auf. Eine zweite Lage weist eine elektrisch isolierende und hermetisch abdichtende Außenschicht auf. Diese Spanndrahtlösung hat den Vorteil, dass beliebig lan¬ ge supraleitende Hohlkabel kontinuierlich hergestellt werden können.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die pro¬ filierten supraleitenden Drähte verseilte oder verdrillte su¬ praleitende Filamente auf. Ausführungsbeispiele derartiger pro¬ filierter supraleitenden Drähte sind in den weiteren Figuren 6, 7 sowie 8 dargestellt und werden später erläutert. Die supra¬ leitenden Filamente sind mit einem duktilen metallischen Kern und einem duktilen metallischen Mantel versehen so dass die su¬ praleitenden Drähte einer profilierenden Formgebung zugänglich sind. Dazu weisen die profilierten supraleitenden Drähte eine metallische Matrix auf (mit einem metallischen Kern oder metal¬ lischen Seele, gewöhnlich aus Cu) und, zur Reduzierung von Wir¬ belströmen, ggf. zusätzliche hochresistive Zwischenschichten, z.B. aus CuNi-Legierungen. Die supraleitenden Filamente beste¬ hen z.B. aus NbTi-Drähten, die miteinander verdrillt oder ver¬ seilt sind. Der Mantel weist ebenfalls vorzugsweise eine CuNi- Legierung auf.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die profi¬ lierten supraleitenden Drähte keramische oder Hochtemperatur- Supraleiter. Derartige HTSL haben den Vorteil, dass ihre kriti¬ sche Temperatur wesentlich höher ist als bei metallischen Su¬ praleitern. Die kritische Temperatur bei metallischen Supralei¬ tern liegt unterhalb von 20 Grad Kelvin. Bei den HTSL liegen die kritischen Temperaturen teilweise oberhalb von 80 Grad Kel¬ vin , womit der Vorteil verbunden ist, dass wesentlich preis¬ wertere Kühlmittel eingesetzt werden können oder höhere Magnet¬ felder bei tieferen Temperaturen realisiert werden können. Wenn auch die Verarbeitung von HTSL zu profilierten supralei¬ tenden Drähten schwieriger ist, so ist dennoch abzusehen, dass die so genannten YBCO basierenden keramischen Supraleitern auf der Basis von Y3O3, BaCO3 und CuO mit Beimischungen von Silbero¬ xid, Platinoxid oder Ceriumoxid durchaus über entsprechende Schmelz- und Glühprozesse zu profilierten supraleitenden Dräh¬ ten bearbeitet werden können. Auch die so genannten BSCCO- Supraleiter, die aus Wismut-, Strontium-, Kalzium- und Kupfero¬ xiden bestehen und Zugaben von Bleioxiden enthalten können, weisen bis zu 90% supraleitendes orthorhombisches Material auf, das zu profilierten supraleitenden Drähten verarbeitet werden kann.

Der Außentubus des supraleitenden Hohlkabels ist aus einem me¬ tallischen oder nichtmetallischen Material, wie einer CuNi- Legierung,Edelstahl, GFK oder organischem Material aufgebaut und kann eine kreisförmige, quadratische oder trapezförmige Au¬ ßenkontur, oder eine beliebige andere benötigte Form aufweisen. Der jeweilige Außentubus kann mit entsprechenden Kapton-Bändern und/oder Glasfaserbändern zur elektrischen Isolation umwickelt werden. Die quadratische Außenkontur hat den Vorteil, dass in¬ nerhalb des Außentubus in Längsrichtung Kühlkanäle eingebaut werden können, sodass die profilierten schlusssteinförmigen su¬ praleitenden Drähte nicht nur durch den zentralen Kühlkanal, der unmittelbar in Kontakt mit den Supraleitungen steht, ge¬ kühlt werden, sondern zusätzlich auch noch durch den Außentu¬ bus, bzw. durch den Außentubus in Längsrichtung führende Kühl- kanäle zusätzlich gekühlt werden kann. Das Gleiche gilt auch für trapezförmige Außenkonturen, da auch hier beispielsweise vier zusätzliche Kühlkanäle direkt im Außentubusmaterial vorge¬ sehen werden können. Die äußeren Kühlkanäle können längs der Innenwand des Außentu¬ bus über eine endliche Breite ~ I3* offen sein. Die verdrillten profilierten supraleitenden Drähte kreuzen die¬ se Kanäle unter einem nicht zu spitzen Winkel und werden somit nach jeder Vierteldrehung des Schraubenversatzes zusätzlich im direkten Kontakt mit dem Kühlmittel von außen gekühlt. Somit befinden sich auch in dieser Variante alle Drähte in ab¬ solut identischen elektromagnetischen, mechanischen und thermi¬ schen Bedingungen. Je nach Herstellungstechnologie (ohne oder mit mechanischer Vorspannung) und Einsatzbedingung ist es möglich, als Material für den Außentubus ein Material vorzusehen, das einen größeren oder kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, als das Material der profilierten supraleitenden Drähte. Ggf. werden die Eigenschaften des Materials des Außentubus auf die Eigenschaften des supraleitenden Materials abgestimmt, um si¬ cherzustellen, dass die Form und die Beständigkeit des zentra¬ len Kühlkanals erhalten bleibt. Ein weiteres entscheidendes Ma¬ terialauswahlkriterium für den Außentubus ist ein hoher elek¬ trischer Widerstand gegen Wirbelströme bei ausreichend hoher mechanischer Festigkeit.

Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Hohlkabels kön¬ nen mehrere Verfahrensschritte in unterschiedlicher Reihenfolge aufweisen. Ferner ist das Verfahren zur Herstellung eines er¬ findungsgemäßen supraleitenden Hohlkabels auch von den Möglich¬ keiten abhängig, profilierte supraleitende Drähte herzustellen.

Eines der erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines su¬ praleitenden Hohlkabels weist die nachfolgenden Verfahrens¬ schritte auf . Zunächst wird ein kompakter Außentubus mit einem kreisförmigen Innenquerschnitt und mit einer zylindrischen, möglichst glatten, Innenwand hergestellt. Daneben werden profi¬ lierte supraleitende Drähte mit einem Querschnittsprofil eines Schlusssteines, bzw. Keystones, wie er für römische Steinbrük- ken oder für Kreuzgewölbe bekannt ist, hergestellt. Dazu weist das Querschnittsprofil der profilierten supraleitenden Drähte einen äußeren Krümmungsabschnitt auf, der dem kreisförmigen In¬ nenquerschnitt des Außentubus angepasst ist. Ferner weist das Querschnittprofil einen inneren Krümmungsabschnitt auf, der dem kreisförmigen Querschnitt des Kühlkanals angepasst ist. Schließlich weist das Querschnittprofil Seitenkanten auf, die profiliert auf den Mittelpunkt eines zu bildenden Kühlkanals ausgerichtet sind.

Nachdem diese beiden Hauptkomponenten des erfindungsgemäßen Hohlkabels hergestellt sind, werden zunächst die profilierten supraleitenden Drähte zu einem lang gestreckten kreisrunden Bündel um einen zentralen Kühlkanal herum zusammengefügt. Bei diesem Zusammenfügen können auch Hilfsmittel, wie adhesive Stoffe, eingesetzt werden, um eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den profilierten supraleitenden Drähte zu gewährlei¬ sten. Dann wird dieses kreisrunde Bündel aus profilierten su¬ praleitenden Drähten in den kompakten Außentubus des supralei¬ tenden Hohlkabels eingezogen. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das Hohlkabel aus zwei voneinander unabhängig herstellba¬ ren Komponenten zusammengebaut werden kann.

In einer weiteren Verfahrensvariante wird der Außentubus nicht als kompakte Komponente hergestellt, sondern in zwei Halbscha¬ len gefertigt. Beim Zusammenbau des supraleitenden Hohlkabels werden dann die hergestellten profilierten supraleitenden Dräh¬ te in die Halbschalen eingelegt. Anschließend werden die Halb¬ schalen mit innen liegenden profilierten Supraleitungen zusam¬ mengefügt und miteinander verschweißt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass nach dem Schweißprozess eine Kontraktion des Au¬ ßentubus auftreten kann, die gleichzeitig ein verdichtendes Zu¬ sammenpressen der innen liegenden profilierten supraleitenden Drähte bewirkt.

Bei einer weiteren Verfahrensvariante werden um ein Bündel aus profilierten supraleitenden Drähten Spanndrähte schraubenförmig gewickelt, vorzugsweise entgegen der Verdrillungsrichtung der supraleitenden Drähte. Anschließend wird eine elektrisch iso¬ lierende und hermetisch abdichtende Außenschicht auf die Spann¬ drähte aufgebracht. Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, dass unbegrenzt lange supraleitende Hohlkabel mit profilierten supraleitenden Drähten kontinuierlich herstellbar sind.

Eine weitere Verfahrensvariante sieht die Möglichkeit vor, den Außentubus als kompakte Komponente zu erhitzen und ein Bündel aus profilierten supraleitenden Drähten mit zentralem Kühlkanal zu kühlen. Anschließend werden die beiden Komponenten ineinan¬ der geschoben. Danach schrumpft der Außentubus auf das kreis¬ runde Bündel aus lang gestreckten profilierten supraleitenden Drähten auf und bewirkt ein Aufeinanderpressen der supraleiten¬ den Drähte unter Bildung eines zentralen Kühlkanals. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das Einziehen des kreisrunden Bündels aus supraleitenden Drähten mit zentralem Kühlkanal in den kompakten Außentubus erleichtert wird. Dabei ist es auch möglich, nur den massiven Außentubus zu erhitzen oder nur das Bündel aus profilierten supraleitenden Drähten zu kühlen.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen von profilierten su¬ praleitenden Drähten weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst werden im Standardverfahren supraleitende Multi- filamentdrahte mit rundem Querschnitt hergestellt, die entspre¬ chend der beabsichtigten Einsatzbedingungen eine optimale Mi¬ krostruktur, ggf. mit zusätzlichen resistiven Barrieren bein¬ halten. Anschließend wird der runde supraleitende Draht zu profilierten supraleitenden Drähte profiliert. Dieses Profilie¬ ren kann auf unterschiedlichste Weise durchgeführt werden.

Einerseits ist es möglich, entsprechende Profilwalzen einzuset¬ zen, die den inneren Krümmungsabschnitt und den äußeren Krüm- mungsabschnitt, sowie die Schlusssteinform der Seitenflächen realisieren. Ferner ist es möglich, für die Seitenkanten auch Profilwalzen einzusetzen, um einen Versatz in den Seitenkanten vorzusehen, sodass die profilierten supraleitenden Drähte beim Zusammenbau zu einem Bündel mit zentralem Kühlkanal stärker in¬ einander greifen. Anstelle von Profilwalzen ist es auch mög¬ lich, dass ein Profilziehen durch einen entsprechenden Profil- stein vorgesehen wird, durch den der vorbereitete Draht gezogen und dabei im Querschnittsprofil verformt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht in einem sogenannten Umformschmieden, bei dem das gewünschte Profil durch entsprechende Schmiedevorgänge erzeugt wird.

Anstelle eines massiven Außentubus kann das Ummanteln der pro¬ filierten supraleitendes Drähte auch mit schraubenförmig gewik- keltem Spanndraht, z.B. aus NiCr, erfolgen, Figur 13: Die elek¬ trisch isolierende, hermetisch dichte Außenschicht wird an¬ schließend hergestellt z.B. durch Polymerisation.

Gemäß einer Ausführungsform betrifft die Erfindung also ein su¬ praleitendes Hohlkabel, das folgende Merkmale aufweist: einen Außentubus (2) mit einem kreisförmigen Innen¬ querschnitt und zylindrischer Innenwand (3) ; einen zentralen Kühlkanal (4) mit einem polygonalen oder kreisförmigem Querschnitt, der kleiner ist als der Innenguerschnitt des Außentubus (2) , wobei zwi¬ schen Innenwand (3) und Kühlkanal (4) profilierte su¬ praleitende Drähte (5) angeordnet sind; profilierte supraleitende Drähte (5) , die mindestens ein supraleitendes Filament (6) aufweisen und die ein Querschnittsprofil eines Schlusssteines bzw. Keysto- nes wie er für römische Steinbrücken oder für Kreuz¬ gewölbe bekannt ist, besitzen, dadurch gekennzeichnet , dass das Querschnittprofil der profilierten supraleitenden Drähte (5) einen äußeren Krümmungsabschnitt (7) aufweist, der dem polygonalen oder kreisförmigen Innenquerschnitt des Außentubus (2) angepasst ist und einen inneren Krüm¬ mungsabschnitt (8) aufweist, der dem kreisförmigen Quer¬ schnitt des Kühlkanals (4) angepasst ist, und das Quer¬ schnittprofil Seitenkanten (9, 10) aufweist, die profi¬ liert auf den Mittelpunkt (11) des Kühlkanals (4) ausge¬ richtet sind, wobei die profilierten supraleitenden Drähte (5) auf der Innenwand (3) des Außentubus (2) angeordnet sind, und die profilierten supraleitende Drähte (5) mit ihren inneren Abschnitten (8) den Kühlkanal (4) des supra¬ leitenden Hohlkabels (1) bilden.

Das supraleitende Hohlkabel kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die profilierten supraleitenden Drähte (5) der¬ art dicht auf der Innenwand (3) des Außentubus (2) des su¬ praleitenden Hohlkabels (1) mit ihren äußeren Krümmungsab¬ schnitten (7) und ihren radial ausgerichteten Seitenkanten (9, 10) aneinander stoßend angeordnet sind, dass sie bei allen Betriebstemperaturen des supraleitenden Hohlkabels (1) einen zentralen Kühlkanal (4) mit ihren inneren Krüm¬ mungsabschnitten (8) aufrecht erhalten.

Dieses supraleitende Hohlkabel kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die Summe von Spaltbreiten (s) möglicher Radi¬ alspaltbildungen zwischen den profilierten supraleitenden Drähten (5) bei allen Betriebstemperaturen des supralei¬ tenden Hohlkabels (1) kleiner ist als die Längendifferenz ( 1) zwischen dem äußeren (7) und dem inneren Krümmungsab¬ schnitt (8) eines einzelnen profilierten supraleitenden Drahts .

Ferner kann das supraleitende Hohlkabel dadurch gekenn¬ zeichnet sein, dass die profilierten supraleitende Drähte (5) ineinander greifende profilierte Seitenkanten (12, 13) aufweisen.

Ferner kann das supraleitende Hohlkabel dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die profilierten supraleitenden Drähte (5) spezielle Oberflächenbeschichtungen oder partielle hochre- sistive Ummantelungen aufweisen, um Wirbelstromeffekte und thermische Verluste zu vermindern.

Ferner kann das supraleitende Hohlkabel dadurch gekenn¬ zeichnet sein, dass die profilierten supraleitenden Drähte (5) um den zentralen Kühlkanal verdrillt sind.

Ferner kann das supraleitende Hohlkabel, dadurch gekenn¬ zeichnet sein, dass die profilierten supraleitenden Drähte (5) keramische Supraleiter oder Hochtemperatursupraleiter aufweisen.

Ferner kann das supraleitendes Hohlkabel dadurch gekenn¬ zeichnet sein, dass der Außentubus (2) eine kreisförmige, quadratische oder trapezförmige Außenkontur (17) aufweist.

Ferner kann das supraleitende Hohlkabel dadurch gekenn¬ zeichnet sein, dass der Außentubus (2) in seiner Längs¬ richtung Kühlkanäle (18) aufweist. Ferner kann das supraleitende Hohlkabel dadurch gekenn¬ zeichnet sein, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials eines kompakten Außentubus (2) größer ist, als der thermische Ausdehnungskoeffizient der profilierten Supraleitungen (5) .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfin¬ dung auch ein Verfahren zur Herstellung eines supraleiten¬ den Hohlkabels (1) , das folgende Verfahrensschritte auf¬ weist: - Herstellen eines Außentubus (2) mit einem kreisförmigen Innenquerschnitt und zylindrischer Innenwand (3); - Herstellen profilierter supraleitender Drähte (5) mit einem Querschnittsprofil eines Schlusssteines bzw. Key¬ stones wie er für römische Steinbrücken oder für Kreuz¬ gewölbe bekannt ist, wobei das Querschnittsprofil der profilierten supraleitenden Drähte (5) einen äußeren Krümmungsabschnitt (7) aufweist, der dem kreisförmigen Innenquerschnitt des Außentubus (2) angepasst ist und einen inneren Abschnitt (8) aufweist, der dem polygona¬ le oder kreisförmigen Querschnitt eines zentralen Kühl- kanals (4) angepasst ist und wobei das Querschnittpro¬ fil Seitenkanten (9, 10) aufweist, die profiliert auf den Mittelpunkt (11) eines zu bildenden Kühlkanals (4) ausgerichtet sind; - Zusammenfügen der profilierten supraleitenden Drähte (5) zu einem lang gestreckten kreisrunden Bündel (28) um einen zentralen Kühlkanal (4) herum; - Einziehen des kreisrunden Bündels (28) mit zentralem Kühlkanal (4) in den Außentubus (2) . Gemäß einer weiteren Ausführungsform betrifft die Er¬ findung auch ein Verfahren zur Herstellung eines supra¬ leitenden Hohlkabels (1) , das folgende Verfahrens¬ schritte aufweist: - Herstellen profilierter supraleitender Drähte (5) mit einem Querschnittsprofil eines Schlusssteines bzw. Key¬ stones wie er für römische Steinbrücken oder für Kreuz¬ gewölbe bekannt ist, wobei das Querschnittsprofil der profilierten supraleitenden Drähte (5) einen äußeren Krümmungsabschnitt (7) aufweist, der dem kreisförmigen Innenquerschnitt des Außentubus (2) angepasst ist und einen inneren Abschnitt (8) aufweist, der dem polygona¬ le oder kreisförmigen Querschnitt eines zentralen Kühl- kanals (4) angepasst ist und wobei das Querschnittpro¬ fil Seitenkanten (9, 10) aufweist, die profiliert auf den Mittelpunkt (11) eines zu bildenden Kühlkanals. (4) ausgerichtet sind; - Zusammenfügen der profilierten supraleitenden Drähte (5) zu einem lang gestreckten kreisrunden Bündel (28) um einen zentralen Kühlkanal (4) herum; - schraubenförmiges Umwickeln des Bündels mit mindestens einem Spanndraht, - Abdecken des umwickelten Spanndrahts mit einer elek¬ trisch isolierenden und hermetisch abdichtenden Außen¬ schicht des supraleitenden Hohlkabels.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfin¬ dung auch ein Verfahren zur Herstellung eines supraleiten¬ den Hohlkabels (1) , das folgende Verfahrensschritte auf¬ weist: - Herstellen von zwei Halbschalen eines kompakten Außen¬ tubus (2) mit einem kreisförmigen Innenquerschnitt und zylindrischer Innenwand (3) ; Herstellen profilierter supraleitender Drähte (5) mit einem Querschnittsprofil eines Schlusssteines bzw. Key¬ stones wie er für römische Steinbrücken oder für Kreuz¬ gewölbe bekannt ist, wobei das Querschnittsprofil der profilierten supraleitenden Drähte (5) einen äußeren Krümmungsabschnitt (7) aufweist, der dem kreisförmigen Innenquerschnitt des Außentubus (2) angepasst ist und einen inneren Abschnitt (8) aufweist, der dem polygona¬ le oder kreisförmigen Querschnitt eines zentralen Kühl- kanals (4) angepasst ist und wobei das Querschnittpro¬ fil Seitenkanten (9, 10) aufweist, die profiliert auf den Mittelpunkt (11) eines zu bildenden Kühlkanals (4) ausgerichtet sind; Zusammenfügen der profilierten supraleitenden Drähte (5) zu einem lang gestreckten kreisrunden Bündel (28) um einen zentralen Kühlkanal (4) herum; Zusammenfügen der Halbschalen mit innen liegendem Bün¬ del zu einem kompakten Außentubus des supraleitenden Hohlkabels.

Diese Verfahren zur Herstellung profilierter supraleiten¬ der Drähte für ein supraleitendes Hohlkabel können den folgenden Verfahrensschritt aufweisen: - Profilieren der runden Standardform supraleitender Drähte (5) .

Das Profilieren des Drahts kann mittels Profilwalzen er¬ folgen. Ferner kann das Profilieren des Drahts durch einen Profil- stein erfolgen.

Ferner kann das Profilieren des Drahts mittels Umform¬ schmieden erfolgen.

Ferner kann ein zusätzliches, partielles Ummanteln der profilierten supraleitenden Drähte durch Metallbeschichten vorgesehen werden.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren nä¬ her erläutert.

Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein su¬ praleitendes Hohlkabel gemäß einer ersten Ausfüh¬ rungsform der Erfindung;

Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein su¬ praleitendes Hohlkabel gemäß einer zweiten Ausfüh¬ rungsform der Erfindung;

Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein De¬ tail des supraleitenden Hohlkabels gemäß Figur 2;

Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein su¬ praleitendes Hohlkabel gemäß einer dritten Ausfüh¬ rungsform der Erfindung;

Figur 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Aus¬ gangsform eines supraleitenden Drahts vor einer Pro¬ fi1gebung; Figur 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen profilierten supraleitenden Draht nach einer profi¬ lierenden Formgebung für ein supraleitendes Hohlkabel der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 1;

Figur 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine pro¬ filierten supraleitenden Draht nach einer profilie¬ renden Formgebung für ein supraleitendes Kabel der zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 2;

Figur 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine pro¬ filierte Supraleitung nach einer profilierenden Form¬ gebung für ein supraleitendes Hohlleiterkabel der dritten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein su¬ praleitendes Hohlkabel gemäß einer vierten Ausfüh¬ rungsform der Erfindung;

Figur 10 zeigt den schematischen Querschnitt durch zwei Vari¬ anten eines supraleitendes Hohlkabel gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

Figur 11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein su¬ praleitendes Hohlkabel gemäß einer sechsten Ausfüh¬ rungsform der Erfindung;

Figur 12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein su¬ praleitendes Hohlkabel gemäß einer siebten Ausfüh¬ rungsform der Erfindung; Figur 13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein su¬ praleitendes Hohlkabel gemäß einer achten Ausfüh¬ rungsform der Erfindung;

Figur 14 zeigt ein Foto als Figur 14a und eine schematischen Skizze als Figur 14 b eines supraleitendes Hohlkabel des CICC-Typs in Standardausführung

Figur 15 zeigt ein Foto als Figur 15 a und einen schematischen Querschnitt als Figur 15 b durch ein supraleitendes Hohlkabel des CICC-Typs gemäß dem Stand der Technik (POLO-Kabel) .

Figur 16 zeigt ein Foto als Figur 16 a und eine schematische Skizze als Figur 16 b eines supraleitendes Kabels vom Nuklotron-Typ in Standardausfuehrung.

Figur 17 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein su¬ praleitendes Hohlkabel vom Nuklotron-Typ mit verbes¬ serter Konstruktion

Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein supra¬ leitendes Hohlkabel 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dieses Hohlkabel 1 weist einen zentralen Kühlkanal 4 auf, der von profilierten supraleitenden Drähten 5 umgeben wird, die in der Regel verdrillte Multifilamentdrähte sind. Diese profilierten supraleitenden Drähte 5 bilden in dem hier gezeigten Querschnitt einen Ring, der den zentralen Kühlkanal 4 unmittelbar umgibt, sodass diese profilierten supraleitenden Drähte intensiv durch den Kühlmittelström gekühlt werden kön- nen. Die profilierten supraleitenden Drähte 5 werden durch ei¬ nen massiven Außentubus 2 zusammengehalten, der eine Innenwand 3 aufweist, an die sich die profilierten supraleitenden Drähte 5 eng anlehnen. Die profilierten supraleitenden Drähte 5 weisen einen Querschnitt auf, der einem Schlussstein einer römischen Brücke, bzw. eines gotischen Gewölbes, entspricht.

Dieses Profil weist einen äußeren Krümmungsabschnitt 7 auf, der an die Krümmung der Innenwand 3 des Außentubus 2 angepasst ist. Ferner weist der Querschnitt der profilierten supraleitenden Drähte 5 einen inneren Krümmungsabschnitt 8 auf, der an die Krümmung des zentralen Kühlkanals 4 angepasst ist. In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung weisen die profilierten supraleitenden Drähte 5 glatte Seitenkanten 9 und 10 auf, die zum Mittelpunkt 11 des zentralen Kühlkanals 4 ausgerichtet sind. Die Spaltbreite s zwischen Seitenkanten benachbarter su¬ praleitenden Drähte 5 darf nicht beliebig groß werden, da sonst die ringförmige Struktur der profilierten supraleitenden Drähte 5 und damit der Kühlkanal 4 beim Betrieb zerstört wird. Die Summe n-s aller Spaltbreiten s muss deshalb kleiner sein als die Längendifferenz 1 der Krümmungslänge lak des äußeren Krüm¬ mungsabschnitts 7 minus der Krümmungslänge Iu1 des inneren Krüm¬ mungsabschnitts 8 des Profils der profilierten supraleitenden Drähte 5.

Da in dieser ersten Ausführungsform der Erfindung zwanzig pro¬ filierte supraleitenden Drähte 5 vorgesehen sind, ist die tole¬ rierbare Spaltbreite s zwischen den Seitenkanten benachbarter supraleitenden Drähte 5 äußerst begrenzt. Diese Begrenzung hängt nicht zuletzt auch von der Differenz zwischen inneren Ra¬ dius ra des Außentubus 2 und dem Innenradius ri des Kühlkanals 4 ab, wie es in den obigen Formeln erläutert wird. Ein derartiges supraleitendes Hohlkabel 1 hat den Vorteil, dass der Strömungs¬ widerstand innerhalb des Kühlkanals 4 äußerst gering ist und damit eine hohe Kühlrate sowie eine hohe mechanische Stabilität erzielt werden kann Ferner hat es den Vorteil, dass das Kühlme¬ dium unmittelbar die profilierten supraleitenden Drähte 5 be¬ rührt und somit eine intensive Kühlung auch für kurze Wärmeim- pulse gewährleistet ist. Schließlich hat dieses Hohlkabel den Vorteil, dass es im Wesentlichen nur aus zwei Lagen bzw. Kompo¬ nenten aufgebaut ist: nämlich aus dem konzentrischen Bündel aus schlusssteinförmigen profilierten supraleitenden Drähten 5 und dem massiven Außentubus 2. Darüber hinaus kann zwecks (zusätz¬ licher) elektrischer Isolation dieses erfindungsgemäße supra¬ leitende Hohlkabel 1 um die Außenkontur 17 des Außentubus 2 ein aufgewickeltes Kapton-Band aufweisen und, falls erforderlich, weitere elektroisolierende Schichten beispielsweise aus Glasfa¬ serbändern haben. Dies gilt für alle Varianten entsprechend Fig. 1, 2, 4, 9, 10, 11 und 12.

Das Hohlkabel 1 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Hohlkabel 1 der ersten Ausführungsform durch die Profi¬ lierung der profilierten supraleitenden Drähte 5. Zusätzlich zu der Schlusssteinform weisen diese profilierten supraleitenden Drähte 5 einen Versatz der Größe v auf, der zusätzlich das In¬ einandergreifen der profilierten supraleitenden Drähte 5 ver¬ bessert und größere Spaltbreiten s zwischen den benachbarten profilierten Seitenkanten 12 und 13 dieser profilierten supra¬ leitenden Drähte 5 zulässt. Im Detail wurde der Zusammenhang zwischen der möglichen Spaltbreite s, sowie der Längendifferenz 1 zwischen äußeren und inneren Krümmungsabschnitten und der Größe v des Versatzes bereits oben erörtert. Figur 3 zeigt einen schematisehen Querschnitt durch ein Detail des supraleitenden Hohlkabels 1 gemäß Figur 2. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorgehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert . Figur 3 zeigt in größerem Maßstab das Ineinandergreifen der profilierten supraleitenden Drähte 5 durch den Versatz 19,benachbarter profilierter Seitenkanten 12 und 13.

Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein supra¬ leitendes Hohlkabel 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Diese dritte Ausführungsform der Erfindung unter¬ scheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen dadurch, dass die Anzahl der profilierten supraleitenden Drähte 5 von zwanzig in den Figuren 1 und 2 auf zehn in der Figur 4 redu¬ ziert wurde. Das Ineinandergreifen der profilierten supralei¬ tenden Drähte 5 wird dadurch verstärkt, dass die supraleitenden Drähte 5 auf ihren profilierten Seitenkanten 12 und 13 Spitzen¬ profile 20 aufweisen. Diese Spitzenprofile 20 bilden einen Ver¬ satz der Größe v, der im Zusammenwirken mit der Längendifferenz 1 zwischen den äußeren und inneren Krümmungsabschnitten 7 und 8 der Querschnitte der profilierten supraleitenden Drähte 5 die Toleranz für die Spaltbreite s vergrößert, sodass eine höhere Toleranz gegenüber sich bildenden Spaltbreiten s zugelassen werden kann, ohne dass die Struktur der im Inneren des Außentu¬ bus 2 angeordneten supraleitenden Drähte 5 zusammenbricht.

Figur 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen su¬ praleitenden Multifilament-Draht in Standardausführung. Der¬ artige Drähte weisen einen kreisrunden Querschnitt auf und beinhalten wie oben beschrieben verdrillte supraleitende Filamente in einer mehr oder weniger komplexen Cu-Matrix. Figur 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen pro¬ filierten supraleitenden Drähten 5 nach einer profilierenden Formgebung für ein supraleitendes Hohlkabel 1 der ersten Aus¬ führungsform der Erfindung gemäß Figur 1. Bei dieser Formgebung wird ein Draht gemäß Figur 5 mit unterschiedlichen Walzenprofi¬ len gewalzt, sodass einerseits ein äußerer Krümmungsabschnitt 7 entsteht und andererseits ein innerer Krümmungsabschnitt 8. Ferner werden die Seitenkanten 9 und 10 durch entsprechend winklig zueinander eingestellte Walzen gewalzt. Anstelle eines Walzenwerks kann auch ein Strangziehen durch einen entsprechen¬ den formgebenden Ziehschuh eingesetzt werden. Bei diesem Ver¬ fahren wird der in Figur 5 gezeigte runde Draht in einen profi¬ lierten supraleitenden Draht 5 mit einem durch den Ziehschuh vorgegebenen Querschnitt umgeformt.

Figur 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen pro¬ filierten supraleitenden Draht 5 nach einer profilierenden Formgebung für ein supraleitendes Hohlkabel 1 der zweiten Aus¬ führungsform der Erfindung gemäß Figur 2. Anstelle von glatten Seitenkanten, wie sie noch in Figur 6 gezeigt werden, werden bei dieser Profilierung profilierte Seitenkanten 12 und 13 ge¬ formt, bzw. durch einen Ziehstein gezogen. Dabei entstehen Stu¬ fenabsätze 19, die ein Ineinandergreifen der profilierten su¬ praleitenden Drähte 5 beim Zusammenbau des Hohlkabels ermögli¬ chen.

Figur 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen pro¬ filierten supraleitenden Draht 5 nach einer profilierenden Formgebung für ein supraleitendes Hohlkabel 1 der dritten Aus¬ führungsform der Erfindung gemäß Figur 4. Auch dieses Profil mit einem Profilspitze 20 auf der Seitenkante 12 kann durch entsprechende Formgebung eines zunächst kreisrunden Quer- Schnitts, wie es die Figur 5 zeigt, gewonnen werden. Dazu kön¬ nen entweder vier unterschiedlich formende Profilwalzen oder eine entsprechend geformte Ziehdüse eingesetzt werden, um die vier Profilkanten des Querschnitts der profilierten supralei¬ tenden Drähte 5 herzustellen. Ein Vorteil dieser profilierten supraleitenden Drähte 5 der Figur 8 gegenüber Figur 7 ist es, dass eine derartiges Spitzenprofil Auswölbung 20 der profilier¬ ten Seitenkante 12 leichter durch Profilwalzen zu realisieren ist, als dass für das Profil mit einem Stufenabsatz 19 der Fi¬ gur 7 möglich ist, und dass das Ineinandergreifen dieser Formen zur Selbstausrichtung der profilierten supraleitenden Drähte um den Kühlkanal beiträgt.

Figur 9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein supra¬ leitendes Hohlleiterkabel 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorgehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekenn¬ zeichnet und nicht extra erörtert. Der Unterschied zu den vor¬ hergehenden Ausführungsformen besteht darin, dass als massiver Außentubus 2 ein Außentubus gewählt wird, der zwar eine zylin¬ drische Innenwand 3 aufweist, jedoch eine quadratische Außen¬ kontur 17 besitzt, wodurch einerseits die Festigkeit des Außen¬ tubus 2 erhöht und andererseits die Herstellung kompakter Spu¬ len wesentlich vereinfacht werden kann.

Figur 10 zeigt schematische Querschnitte durch zwei Varianten eines supraleitendes Hohlleiterkabel 1 gemäß einer fünften Aus¬ führungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorgehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszei¬ chen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Der Unterschied dieser fünften Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen dadurch, dass der Au- ßentubus 2 mit quadratischer Außenkontur 17 in den Ecken des quadratischen Außentubus 2 zusätzliche Kühlkanäle 18 in Längs¬ richtung des Hohlkabels 1 aufweist. Damit kann die Kühlwirkung, wie bereits oben beschrieben, für dieses Hohlkabel 1 weiter in¬ tensiviert werden.

Figur 11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein supra¬ leitendes Hohlleiterkabel 1 gemäß einer sechsten Ausführungs- form der Erfindung. Wobei das Bezugszeichen 5 profilierte su¬ praleitende Drähte, das Bezugszeichen 2 den Außentubus, und das Bezugszeichen 18 Kühlkanäle im Außentubus 2 in seiner Längser¬ streckung kennzeichnet. Durch diese äußere Kühlkanäle 18, die sich längs der Innenwand des Außentubus erstrecken und zu dem Bündel aus profilierten supraleitenden Drähten eine Öffnung aufweisen, die schmaler als ein äußerer Krümmungsabschnitt des Profils der Drähte ist, werden die verdrillten profilierten su¬ praleitenden Drähte somit nach jeder Vierteldrehung des Schrau¬ benversatzes zusätzlich im direkten Kontakt mit dem Kühlmittel von außen gekühlt. Auch in dieser Variante befinden sich alle Drähte in absolut identischen elektromagnetischen, mechanischen und thermischen Bedingungen.

Figur 12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein supra¬ leitendes Hohlleiterkabel 1 gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung. Die sechste Ausführungsform der Erfindung unter¬ scheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen dadurch, dass der Außentubus 2 eine trapezförmige Außenkontur 17 auf¬ weist. Diese trapezförmige Außenkontur 17 kann dann von Vorteil sein, wenn mehrere dieser supraleitenden Hohlkabel 1 zu einer kreisförmigen Spule zusammengebaut oder spezielle Spulengeome¬ trien mechanisch kompakt und möglichst stabil gefertigt werden sollen. Figur 13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein supra¬ leitendes Hohlkabel 1 gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vor¬ hergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekenn¬ zeichnet, und nicht extra erörtert. Der Außentubus wird hier aus zwei Lagen gebildet, einer ersten Lage mit einem schrauben¬ förmig gewickelter Spanndraht 33, z.B. aus NiCr und einer elek¬ trisch isolierenden, hermetisch dichtenden Außenschicht 34, z.B. hergestellt durch Polymerisation. Wie bereits oben be¬ schrieben, unterscheidet sich diese achte Ausführungsform der Erfindung von den vorhergehenden Ausführungsformen dadurch, dass anstelle eines massiven Außentubus das Ummanteln der pro¬ filierten supraleitende Drähte mit schraubenförmig gewickeltem Spanndraht erfolgt, worauf anschließend eine elektrisch isolie¬ rende, hermetisch dichte Außenschicht aufgebracht wird.

Figur 14 zeigt ein Foto als Figur 14a und eine schematischen Skizze als Figur 14 b eines supraleitendes Hohlkabel des CICC- Typs in Standardausführung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugs- zeichen gekennzeichnet, und nicht extra erörtert. Figur 14 zeigt ein Bündel verdrillter supraleitender Drähte 30, dass in¬ nerhalb eines hermetisch dichten Tubus 32 verläuft.

Figur 15 zeigt ein Foto als Figur 15 a und einen schematischen Querschnitt als Figur 15 b durch ein supraleitendes Hohlkabel des CICC-Typs gemäß dem Stand der Technik (POLO-Kabel) . Kompo¬ nenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figu¬ ren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und nicht extra erörtert. In diesem Fall sind supraleitende Drähte 30 auf einem massiven Innentubus 21 als inneres Stützrohr angeordnet wobei der innere Kühlkanal für einen zweiphasigen Heliumstrom vorgesehen ist und superkritisches Helium direkt zwischen den supraleitenden Drähten 30 bei hohem Strömungswiderstand geführt werden kann..

Figur 16. zeigt ein Foto als Figur 16 a und eine schematische Skizze als Figur 16 b eines supraleitendes Kabels vom Nuklo- tron-Typ in Standardausführung. Komponenten mit gleichen Funk¬ tionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und nicht extra erörtert. Figur 16 zeigt in einem zentralen Kühlkanal, der von einem kompakten Innentubus 21 aus CuNi gebildet wird, ein darin geführtes zwei- phasiges Helium 35. Auf dem Innentubus 21 sind supraleitende Drähte 30 gewickelt, die von einem NiCr-Spanndraht 33 zusammen¬ gehalten werden. Ein Kapton-Band 24 bildet eine elektrisch Iso¬ lierung und ein Glasfaserband 25 dient der Wärmeisolation des supraleitenden Hohlkabels .

Figur 17 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein supra¬ leitendes Hohlkabel 1 vom Nuklotron-Typ mit verbesserter Kon¬ struktion. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vor¬ hergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekenn¬ zeichnet, und nicht extra erörtert. Figur 16 zeigt einen zen¬ tralen Kühlkanal 4, der von einem kompakten Innentubus 21 aus CuNi gebildet wird. Auf dem Innentubus 21 sind profilierte su¬ praleitende Drähte 5 gewickelt, die von einem NiCr-Spanndraht 33 zusammengehalten werden. Eine elektrisch isolierende, herme¬ tisch dichte Außenschicht 34 ist auf dem Spanndraht 33 angeord¬ net. Bezugszeichenliste

1 supraleitendes Hohlkabel 2 Außentubus 3 Innenwand des Außentubus 4 zentraler Kühlkanal 5 profilierter supraleitenden Draht 6 Supraleitendes Filament 7 äußerer Krümmungsabschnitt 8 innerer Krümmungsabschnitt 9 glatte Seitenkante 10 glatte Seitenkante 11 Mittelpunkt des Kühlkanals 12 profilierte Seitenkante 13 profilierte Seitenkante 14 supraleitendes Filament 15 metallischer Kern, bzw. Seele der stabilisie¬ renden Matrix eines Supraleitenden Multifila- mentleiters 16 Mantel der stabilisierenden Matrix eines Supra¬ leitenden Multifilamentleiters einer profiliertes Drahts 17 Außenkontur des Außentubus 18 Kühlkanäle des Außentubus in Längsrichtung 19 Stufenabsatz (Stufenprofil) 20 Spitzenprofil einer Seitenkante 21 kompakter Innentubus 24 Kapton-Band 25 Glasfaserband 26 Außenmantel des Innentubus 27 Innenwand des Innentubus 28 Bündel mit supraleitenden Filamenten 29 Draht aus einem Bündel mit supraleitenden Filamenten und stabilisierender Matrix 30 supraleitende Drähte 31 Bündel verdrillter supraleitender Drähte 32 hermetisch dichter Tubus 33 schraubenförmig gewickelter Spanndraht 34 elektrisch isolierende hermetisch dichtende Außenschicht 35 zweiphasiges Helium

lak Länge des äußeren KrümmungsabSchnitts lik Länge des inneren Krümmungsabschnitts 1 Längendifferenz s Spaltbreite v Größe des Versatzes n Anzahl der profilierten supraleitenden Drähte pro supraleitendem Hohlkabel ra Innenradius des Außentubus ri Radius des zentralen Kühlkanals