Elektrische Spulenwicklung Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Spulen ^¬ wicklung mit einem elektrischen Leiter, einem nichtleitenden Element und wenigstens einem ersten Halteelement, wobei der elektrische Leiter und das nichtleitende Element parallel zu ^¬ einander in einer Mehrzahl von Windungen gewickelt sind.

Bei vielen bekannten Spulenwicklungen sind elektrische Leiter im Wechsel mit nichtleitenden Elementen in einer Abfolge von aufeinanderliegenden Windungen aufgewickelt. Dabei isolieren die zwischen den Leiterwindungen liegenden nichtleitenden Elemente die einzelnen Leiterwindungen voneinander. Grundsätzlich kann es sich bei den elektrischen Leitern dabei um supraleitende oder auch um normalleitende Leiterelemente han ^¬ deln. Bei den supraleitenden Leiterelementen können zusätzlich zu dem supraleitenden Material auch ein oder mehrere normalleitende Leiterbahnen vorhanden sein. Bei herkömmlichen nass gewickelten Spulenwicklungen werden die einzelnen Windungen bereits beim Aufwickeln mit einem Klebe- und/oder Imprägniermittel versehen, und dieses wird nach dem eigentli ^¬ chen Wicklungsprozess ausgehärtet, so dass ein mechanisch formstabiler Spulenkörper gebildet wird. Auch trocken gewickelte Spulen, das heißt Spulen ohne ein solches Klebe- oder Imprägniermittel, können nach dem Wicklungsprozess vergossen, verklebt oder imprägniert werden, um einen solchen formstabi ^¬ len Spulenkörper zu erhalten. Es gibt aber auch trocken gewi- ekelte Spulen, bei denen die Windungen nicht, nur teilweise oder nur locker miteinander verbunden werden. Bei dieser Art von trockenen Spulenwicklungen besteht das Risiko, dass sich nach der Wicklung der Spule die einzelnen Windungslagen des elektrischen Leiters und des nichtleitenden Elements nach der Herstellung der Spule gegeneinander verschieben können. Insbesondere können durch den elektrischen Betrieb einer solchen Spulenwicklung oder auch durch Temperaturänderungen bei Abkühlen oder Erwärmen auf eine von der Herstellungstemperatur unterschiedliche Betriebstemperatur Kräfte ausgebildet wer ^¬ den, die die einzelnen Wicklungslagen gegeneinander verschieben können. Um das Problem des möglichen Verschiebens des elektrischen Leiters und/oder des nichtleitenden Elements aus der fertig gewickelten Spulenwicklung zu lösen, wird bei herkömmlichen Spulenwicklungen typischerweise das nichtleitende Element an den Enden der Spulenwicklung mechanisch fixiert. Beispiels- weise kann das nichtleitende Element mit den beiden Kontakt ^¬ elementen verschraubt werden, die zur elektrischen Kontaktie- rung des elektrischen Leiters verwendet werden. Hierbei handelt es sich häufig um Kupferblöcke, die in radial innenlie ^¬ genden und/oder außenliegenden Bereichen der Spulenwicklung angeordnet sind und an den beiden Endbereichen des Leiters elektrisch mit diesem verbunden sind. Wenn Leiter und nichtleitendes Element beide an diesen Kontaktelementen mechanisch fixiert werden, kann ein gegenseitiges Verschieben dieser beiden Elemente manchmal verhindert werden, aber nur solange es nicht zur Einwirkung zusätzlicher Kräfte oder zu einer

Ausdehnung oder Schrumpfung dieser Elemente kommt. Problematisch ist es aber vor allem, wenn benachbarte Leiterzweige sich beim Betrieb abstoßen oder wenn Leiter und nichtleitendes Element sich beim Betrieb und/oder bei einer Temperatur- Veränderung unterschiedlich in der Länge verändern. In diesen Fällen kann es bei der herkömmlichen Fixierung der Wicklungselemente leicht zu einem gegenseitigen Verschieben der unterschiedlichen Elemente kommen. Nachteilig ist dann vor allem, dass dann der kompakte mechanisch stabile Verbund der Spulen- wicklung verlorengehen kann. Gerade bei trocken gewickelten und nicht nachträglich vergossenen oder verklebten Flachspulen besteht dann das Problem, dass der Leiter und oder das nichtleitende Element in axialer Richtung, also senkrecht zur Wicklungsebene der Spule, aus der Spulenebene herausrutschen können. Solche Spulen sind dann im Betrieb nicht mechanisch stabil . Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Spulen ^¬ wicklung anzugeben, welche die genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll eine Spulenwicklung zur Verfügung ge ^¬ stellt werden, welche auch ohne Verkleben oder Vergießen mit einem Fixierungsmittel im Betrieb mechanisch stabil ist. Es soll also im Betrieb der Wicklungsverbund erhalten bleiben, ohne dass der elektrische Leiter und das nichtleitende Ele ^¬ ment gegeneinander verrutschen und ihren mechanischen Halt in der Spulenwicklung verlieren.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beschriebene elektrische Spulenwicklung gelöst. Die erfindungsgemäße Spu ^¬ lenwicklung weist wenigstens einen elektrischen Leiter, wenigstens ein nichtleitendes Element und wenigstens ein erstes Halteelement auf. Der elektrische Leiter und das nichtleiten ^¬ de Element sind parallel zueinander in einer Mehrzahl von Windungen gewickelt, wobei das erste Halteelement in einem ersten Endbereich der Spulenwicklung angeordnet ist und wobei das nichtleitende Element mittels wenigstens eines elasti- sehen Zugelements an dem Halteelement mechanisch fixiert ist.

Das elastische Zugelement kann beispielsweise eine Zugfeder oder aber auch ein anderes elastisches Element sein, mit dem das nichtleitende Element unter Ausübung einer Zugspannung an dem Halteelement fixiert ist. Beispielsweise kann es sich um ein Gummiband oder ein Element aus einem ähnlich elastischen Material wie Gummi handeln. Durch die erfindungsgemäße Ausge ^¬ staltung der elastischen Fixierung des nichtleitenden Elements an dem Halteelement wird erreicht, dass das nichtlei- tende Element getrennt von dem elektrischen Leiter unter

Spannung gehalten werden kann. Insbesondere ist die Spulenwicklung also so ausgestaltet, dass der elektrische Leiter mechanisch von der Zugkraft des elastischen Zugelements entkoppelt ist. Beispielsweise kann der elektrische Leiter starr an dem Haltelement oder auch an einem beliebigen anderen Element mechanisch fixiert sein. Hierdurch wird erreicht, dass das nichtleitende Element getrennt von dem elektrischen Lei ^¬ ter unter mechanischer Spannung gehalten wird. Bei einem Be- trieb der Spulenwicklung und/oder bei einer Abkühlung oder auch Erwärmung auf eine Betriebstemperatur kann so erreicht werden, dass auftretende Kräfte abgefedert und differentiell Längenänderungen zwischen elektrischem Leiter und nichtleitendem Element ausgeglichen werden können. So kommt es dann trotz einer Krafteinwirkung nicht zu einer unerwünschten Ver Schiebung des elektrischen Leiters und/oder des nichtleitenden Elements aus der lokalen Wicklungsebene heraus.

Vorteilhaft bleibt mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der mechanischen Fixierung die Spulenwicklung auch als trockene Spule mechanisch stabil, da das auf Zug gehaltene nichtleitende Element auch den parallel dazu geführten elekt ^¬ rischen Leiter innerhalb der einzelnen Windungen der Wicklung fixiert. Auch in den Endbereichen der Spulenwicklung kommt es nicht zu einem Herausrutschen der leitenden und nichtleitenden Elemente aus der Wicklungsebene, da Längenänderungen durch das elastische Zugelement ausgeglichen werden können und nicht durch eine Verschiebung aus der Wicklungsebene her ^¬ aus ausgeglichen werden müssen. Dies gilt insbesondere auch für die äußersten Windungen der Wicklung, also beispielsweise für die radial am weitesten innen liegende und die radial am weitesten außen liegende Wicklung einer Flachspule. Bei einer starren Fixierung von elektrischem Leiter und nichtleitendem Element kommt es gerade in diesen Endbereichen besonders leicht zu einem Verrutschen der Wicklungselemente durch deren Längenänderungen oder durch elektrische Abstoßung zwischen den Leiterwindungen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor.

So kann bei der elektrischen Spulenwicklung sowohl der elektrische Leiter als auch das nichtleitende Element bandförmig sein. Hierbei kann die Spulenwicklung als Flachspule mit übereinanderliegenden Lagen der bandförmigen Elemente ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann die Spule eine feste Wicklungsebene aufweisen, innerhalb derer alle Windungen ge ^¬ wickelt sind. Der bandförmige Leiter und das bandförmige nichtleitende Element können dann so innerhalb dieser Wick ^¬ lungsebene gewickelt sein, dass die Hauptflächen der Bänder jeweils senkrecht zur Wicklungsebene liegen. Die bandförmigen Elemente der aufeinanderfolgenden Windungen können dann jeweils flächig übereinander liegen.

Im vorliegenden Zusammenhang sollen unter den genannten band- förmigen Elementen allerdings nicht nur Flachbänder verstanden werden, sondern die bandförmigen Elemente können auch in Form anderer Geometrien vorliegen: Insbesondere kann das nichtleitende Element auch vorteilhaft in Form eines dreidi ^¬ mensional strukturierten Bandes vorliegen. Eine flache Band- geometrie ist jedoch ebenfalls möglich und prinzipiell vor ^¬ teilhaft, sowohl für das nichtleitende Element als auch für den elektrischen Leiter.

Unabhängig von der genauen Ausgestaltung haben Flachspulen mit bandförmigem elektrischem Leiter und bandförmigem nichtleitendem Element allgemein den Vorteil, dass diese Wicklungselemente radial so übereinanderliegen, dass die Elemente in den einzelnen aufeinanderfolgenden Windungen sich gegenseitig mechanisch fixieren und die gesamte Spulenwicklung auch in trockener Form mechanisch stabil ist. Durch die erfindungsgemäße Zugspannung auf dem nichtleitenden Element wird dann eine besonders gute mechanische Stabilität er ^¬ reicht . Vorteilhaft kann der elektrische Leiter ein supraleitendes

Material umfassen. Insbesondere kann es sich um einen supra ^¬ leitenden Bandleiter handeln, bei dem eine supraleitende Schicht auf einem normalleitenden oder nichtleitenden Substrat aufgebracht ist. Bei dem supraleitenden Material kann es sich um einen Hochtemperatursupraleiter handeln. Hochtemperatursupraleiter (HTS) sind supraleitende Materialien mit einer Sprungtemperatur oberhalb von 25 K und bei einigen Materialklassen, beispielsweise den Cuprat-Supraleitern, ober- halb von 77 K, bei denen die Betriebstemperatur durch Kühlung mit anderen kryogenen Materialien als flüssigem Helium erreicht werden kann. HTS-Materialien sind auch deshalb besonders attraktiv, da diese Materialien abhängig von der Wahl der Betriebstemperatur hohe obere kritische Magnetfelder sowie hohe kritische Stromdichten aufweisen können.

Der Hochtemperatursupraleiter kann beispielsweise

Magnesiumdiborid oder einen oxidkeramischen Supraleiter, bei- spielsweise eine Verbindung des Typs REBa ₂ Cu30 _x (kurz REBCO) aufweisen, wobei RE für ein Element der seltenen Erden oder eine Mischung solcher Elemente steht.

Bei Spulenwicklungen mit supraleitenden Leitern ist die me- chanische Stabilität von trocken gewickelten Spulen besonders wichtig, da in manchen Fällen ein Verguss oder ein Verkleben der Spule nicht gewünscht ist, beispielsweise um eine offene Struktur zu erhalten, in der der supraleitende Leiter in engem Kontakt mit einem fluiden Kühlmittel stehen kann. So kann leichter eine Kühlung des Supraleiters auf eine Temperatur unterhalb seiner Sprungtemperatur erreicht werden.

Der erste Endbereich kann vorteilhaft radial außenliegend an ^¬ geordnet sein. In einem solchen radial außenliegenden Be- reich, insbesondere einer Flachspule, ist es besonders wich ^¬ tig, ein seitliches Verrutschen der Wicklungselemente durch elektrostatische Kräfte oder durch Längenänderungen zu vermeiden, da die außen liegenden Windungen nicht durch weitere Windungen mechanisch gestützt werden und so besonders anfäl- lig für ein seitliches Verschieben sind.

Alternativ kann der erste Endbereich prinzipiell jedoch auch radial innenliegend angeordnet sein. Besonders vorteilhaft können sowohl ein radial innenliegender Endbereich als auch ein radial außenliegender Endbereich einer Spulenwicklung auf die beschriebene Weise ausgestaltet sein. Mit anderen Worten kann das nichtleitende Element sowohl innen als auch außen mittels eines elastischen Zugelements an einem Halteelement fixiert sein. Diese Fixierung kann vorteilhaft auf beiden Seiten mechanisch von einer Fixierung des elektrischen Leiters entkoppelt sein. Dabei kann radial innen und radial au ^¬ ßen jeweils ein separates Halteelement vorliegen, an dem das nichtleitende Element in seinen beiden Endbereichen mecha ^¬ nisch fixiert ist. Es können jedoch auch beide Endbereiche des Leiters und somit beide Halteelemente radial außenliegend sein, wie dies beispielsweise bei Strombegrenzerspulen häufig zu finden ist.

Das Halteelement kann vorteilhaft als elektrisches Kontakt ^¬ element ausgebildet sein, mit dem der elektrische Leiter elektrisch leitend verbunden ist. Mit anderen Worten kann der elektrische Leiter mit demselben Halteelement verbunden sein wie das nichtleitende Element. Dabei kann der Leiter starr mit diesem Halteelement mechanisch verbunden sein und ist somit mechanisch entkoppelt von dem elastisch fixierten nichtleitenden Element. Besonders vorteilhaft kann das erste Hal ^¬ teelement ein radial außenliegendes elektrisches Kontaktele- ment sein. Zusätzlich kann ein zweites Halteelement vorlie ^¬ gen, welches ein radial innenliegendes oder radial außenlie ^¬ gendes Kontaktelement darstellt, und mit welchem das nicht ^¬ leitende Element in seinem zweiten Endbereich ebenfalls mit ^¬ tels eines elastischen Zugelements fixiert ist. Bei dem we- nigstens einen Kontaktelement kann es sich beispielsweise um ein Kupferkontaktstück handeln.

Das nichtleitende Element kann als Abstandshalter zwischen einzelnen, übereinanderliegenden Windungen des elektrischen Leiters ausgebildet sein. Insbesondere kann der hierdurch er ^¬ reichte Abstand zwischen den aufeinanderliegenden Windungen größer sein als die Dicke des elektrischen Leiters. Der Ab ^¬ standshalter kann insbesondere ein radialer Abstandshalter zwischen radial übereinanderliegenden Windungen einer Flach- spule sein. Besonders vorteilhaft kann hiermit ein radialer Abstand der einzelnen Windungen von wenigstens 1 mm realisiert sein. Das als Abstandshalter ausgestaltete nichtleitende Element kann einen oder mehrere Hohlräume aufweisen, welche von einem fluiden Kühlmittel durchströmbar sind. Diese Ausgestaltung ist besonders in Verbindung mit einem supraleitenden Leiter vorteilhaft, da dann mit dem Kühlmittel besonders wirksam ei ^¬ ne Kühlung auf eine Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur bewirkt werden kann. Besonders in supraleitenden Spulenwicklungen ist es allgemein vorteilhaft, die einzelnen Windungen mit einem dazwischen angeordneten Abstandshalter zu

beabstanden, um die gebildete Lücke für den Durchfluss von Kühlmittel zu nutzen.

Das nichtleitende Element kann allgemein ein Wellband umfas ^¬ sen. Ein Wellband ist im vorliegenden Zusammenhang ein bandförmiges Element mit einem wellenartigen Profil. Dabei kann es sich prinzipiell um regelmäßige oder unregelmäßige Wellen handeln. Es kann sich um sinusartige Wellen oder auch um nur annähernd wellenförmige Anordnungen von Polygonzügen handeln. Wesentlich ist nur, dass das Wellband eine Abfolge von in Längsrichtung aufeinander folgenden Wellenbergen und Wellentälern aufweist. Über eine solche Struktur kann erreicht wer ^¬ den, dass das nichtleitende Element als Abstandshalter zwi ^¬ schen den benachbarten Windungen des elektrischen Leiters wirkt. Wahlweise kann dabei das nichtleitende Element aus ei ^¬ nem Wellband bestehen, oder aber es kann zusätzlich zu dem Wellband ein oder mehrere weitere Bestandteile umfassen. Bei ^¬ spielsweise kann das nichtleitende Element durch Kombination von wenigstens einem solchen Wellband mit einem oder mehreren Flachbändern gebildet sein. Dabei können die einzelnen Bestandteile entweder lose übereinandergelegt oder auch fest mechanisch verbunden sein, beispielsweise durch Verkleben oder Verschweißen der einzelnen Bestandteile.

Das nichtleitende Element kann zumindest teilweise aus einem Kunststoff gebildet sein. Kunststoffe eignen sich allgemein gut zur elektrischen Isolation und sind gleichzeitig verformbar genug, um in Form dünner Bänder in eine Spulenwicklung eingewickelt zu werden. Zur elektrischen Isolation zwischen den benachbarten Windungen des elektrischen Leiters können beispielsweise Flachbänder aus Kunststoffen wie beispielswei ^¬ se Polyester, Polyethylenterephthalat (PET), Polyimid (PI) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) , insbesondere Hostaphan, Kapton oder Teflon, zum Einsatz kommen. Auch für ein als Abstandshalter wirkendes nichtleitendes Element eigenen sich Kunststoffe besonders. Für den Einsatz in Verbindung mit sup ^¬ raleitenden elektrischen Leitern ist es allgemein besonders vorteilhaft, wenn der Kunststoff für den Einsatz in einem kryogenen Temperaturbereich unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters ausgelegt ist. Insbesondere kann der Kunst ^¬ stoff dazu geeignet sein, von dem für die Kühlung eingesetzten Kühlfluid, wie beispielsweise flüssigem Stickstoff, flüs ^¬ sigem Wasserstoff, flüssigem Helium oder flüssigem Neon, um- spült zu werden, ohne seine mechanische Festigkeit zu verlie ^¬ ren .

Das nichtleitende Element kann breiter als der elektrische Leiter ausgebildet sein. Unter der Breite dieser Elemente soll allgemein eine Ausdehnung in einer Raumrichtung senkrecht zu ihrer Längsausdehnung verstanden werden, insbesondere die größte Ausdehnung senkrecht zur Längsausdehnung. Vor allem bei bandförmigen Wicklungselementen ist es vorteilhaft, wenn das nichtleitende Element breiter ist als der elektri- sehe Leiter, da dann der elektrische Leiter zwischen den umgebenden Windungen des nichtleitenden Elements so eingebettet sein kann, dass er in einer axialen Richtung der Spulenwicklung vor äußeren mechanischen Einflüssen geschützt wird. Ein weiterer Vorteil eines im Vergleich zum Leiter breiteren nichtleitenden Elements ist, dass die Strecke für einen mög ^¬ lichen elektrischen Überschlag von einer Windung des Leiters zur nächsten deutlich verlängert wird. Auf diese Weise sinkt die Gefahr für unerwünschte elektrische Überschläge zwischen den Windungen der Spulenwicklung.

Das derartig breit ausgelegte nichtleitende Element kann in einem auf seine Breite bezogen innenliegenden Bereich eine Aussparung oder eine Reihe von Aussparungen aufweisen, in de- nen der elektrische Leiter geführt ist. Bei einer solchen Ausführungsform ist dann der Leiter - insbesondere bei der Geometrie einer Flachspule - nicht nur radial zwischen den benachbarten Windungen des nichtleitenden Elements eingebet- tet, sondern wird auch in axialer Richtung der Spulenwicklung zwischen Teilen des nichtleitenden Elements gehalten. Durch eine solche Anordnung wird die mechanische Stabilität der ge ^¬ samten Wicklung erhöht, denn der elektrische Leiter wird von dem nichtleitenden Element festgehalten und ein seitliches Verrutschen in axialer Richtung wird vermieden, solange das nichtleitende Element unter Spannung bleibt. Eine solche Zug ^¬ spannung wird aber gerade durch die erfindungsgemäße mechani ^¬ sche Fixierung gewährleistet. Allgemein kann das nichtleitende Element aus mehreren Teilen aufgebaut sein. Insbesondere kann wenigstens ein gewelltes nichtleitendes Band mit ein oder mehreren flachen nichtlei ^¬ tenden Bändern kombiniert sein. Insbesondere bei einer Aus ^¬ führungsform, bei denen das nichtleitende Element zumindest teilweise aus einem Kunststoff gebildet ist, können kunst- stoffhaltige Teilelemente durch thermisches Verschweißen ab ^¬ schnittsweise miteinander verbunden sein, um eine übergeord ^¬ nete dreidimensionale Struktur auszubilden. So kann auf be ^¬ sonders einfache Weise ein Abstandshalter für die Windungen des elektrischen Leiters zur Verfügung gestellt werden.

Das elastische Zugelement kann allgemein so ausgestaltet sein, dass es eine Zugkraft von wenigstens 5 N auf das nicht ^¬ leitende Element ausüben kann. Diese Zugkraft kann insbeson- dere entlang einer Längsrichtung des nichtleitenden Elements auf dieses einwirken. Bei einer derart ausgestalteten Zugkraft kann vorteilhaft ein zuverlässiges Nachspannen des nichtleitenden Elements erreicht werden, mit dem eine gute Halterung bewirkt und somit ein axiales Verrutschen der ein- zelnen Windungen vermieden werden kann. Bei einer Ausgestaltung des Zugelements als Zugfeder kann diese beispielsweise eine Federkonstante von wenigstens 5 N/mm aufweisen. Der elektrische Leiter kann wenigstens zwei Leiterzweige auf ^¬ weisen, wobei zumindest zwei in der Wicklung benachbart lie ^¬ gende Leiterzweige für gegenläufige Stromflussrichtungen aus ^¬ gestaltet sind. Besonders vorteilhaft ist eine solche Ausge- staltung für eine Anwendung der Spulenwicklung in einem

Strombegrenzer, da sich bei einem derartigen Wechsel der Stromflussrichtungen die Induktivitäten der beiden Wicklungsteile gegenseitig kompensieren. Im normalen Betriebszustand des Strombegrenzers können dadurch die Wechselstromverluste vorteilhaft gering gehalten werden. Bei einer Anordnung mit nur zwei Leiterzweigen kann die Spulenwicklung insbesondere in Form einer sogenannten bifilaren Spulenwicklung ausgestaltet sein. Bei Anordnungen mit mehr als zwei Leiterzweigen können die Stromflussrichtungen entweder zwischen jedem be- nachbarten Paar an Leiterzweigen variieren, oder aber es können sowohl in gleicher Richtung bestrombare als auch in unterschiedlicher Richtung bestrombare Nachbarn von Leiterzweigen vorliegen. Wesentlich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist, dass zumindest ein Paar von in der Wick- lung benachbarten Leiterzweigen vorliegt, bei denen die im Betrieb vorgesehenen Stromflussrichtungen entgegengesetzt sind. Bei einer derartigen Spulenwicklung ist die erfindungsgemäße Zugspannung auf dem wenigstens einen nichtleitenden Element besonders relevant, da sich die benachbarten Leiter- zweige im Betrieb gegenseitig abstoßen und es somit besonders leicht zu einem Lockern des Wicklungsverbundes kommen kann. Ein solches elektrisch bedingtes Lockern des Wicklungsverbundes wird durch die erfindungsgemäße Lösung vorteilhaft ver ^¬ mieden, da das nichtleitende Element dauerhaft gespannt ist. Die vorliegende Zugspannung kann wie oben angegeben so stark ausgebildet sein, dass der mechanische Zusammenhalt der Wick ^¬ lung so hoch ist, dass auch im elektrischen Betrieb ein seitliches Verrutschen der Windungen vermieden wird. Die Spulenwicklung kann also zur Verwendung in einem Fehlerstrombegrenzer ausgebildet sein. Es wird daher auch ein

Strombegrenzer mit einer erfindungsgemäßen Spulenwicklung beansprucht. Insbesondere kann es sich dabei um eine supralei- tende Fehlerstrombegrenzereinrichtung handeln. Der Strombegrenzer kann als resistiver, induktiver oder induktiv- resistiver Strombegrenzer ausgebildet sein. Der Strombegrenzer kann dabei eine oder mehrere erfindungsgemäße Spulenwick- lungen aufweisen. Im Falle mehrere Spulenwicklungen können diese insbesondere in axialer Richtung gestapelt sein.

Alternativ kann die Spulenwicklung aber auch zum Betrieb in einer rotierenden Maschine, also beispielsweise in den Rotor- oder Ständerwicklungen eines Rotors oder Generators vorgese ^¬ hen sein. In einer weiteren Alternative kann die Spulenwicklung aber auch als Magnetspule zur Erzeugung von Magnetfeldern vorgesehen sein, insbesondere als supraleitende Magnet ^¬ spule für die Magnetresonanz-Bildgebung oder Magnetresonanz- Spektroskopie.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Figur 1 eine schematische Aufsicht einer bifilar gewickelten

Flachspule eines Fehlerstrombegrenzers zeigt,

Figur 2 ein als Abstandshalter ausgestaltetes nichtleitendes

Element der Spulenwicklung mit einem darin eingelegten elektrischen Leiter in schematischer Schrägsicht zeigt,

Figur 3 den ersten Endbereich 9a aus Figur 1 in schematischer

Seitenansicht für eine Ausgestaltung nach dem Stand der Technik zeigt und

Figur 4 den ersten Endbereich 9a aus Figur 1 in schematischer

Seitenansicht für eine Ausgestaltung gemäß der Erfin- dung zeigt.

In Figur 1 ist eine Spulenwicklung 1 eines Fehlerstrombegrenzers in schematischer Aufsicht gezeigt. Gezeigt ist eine Flachspule, bei der ein elektrischer Leiter 3 in einer Mehrzahl von Windungen innerhalb einer festen Wicklungsebene um eine zentrale Wicklungsachse A gewickelt ist. Der elektrische Leiter weist hier zwei Leiterzweige 3a und 3b auf, welche im gezeigten Beispiel im Zentrum der Wicklung miteinander verbunden sind und in Form einer sogenannten bifilaren Wicklung derart angeordnet sind, dass die Stromflussrichtungen Ia und Ib der in der Wicklung benachbart angeordneten Leiterzweige 3a und 3b entgegengesetzt sind. Zwischen den benachbart lie- genden Windungen der beiden Leiterzweige 3a und 3b ist je ^¬ weils ein nichtleitendes Element 5 angeordnet. Die hier ins ^¬ gesamt zwei vorhandenen nichtleitenden Elemente 5 trennen dabei die benachbarten Windungen des elektrischen Leiters 3 über die gesamte Länge der Wicklung. Die benachbarten Windun- gen sind dabei aufgrund der isolierenden Eigenschaften der

Elemente 5 zum einen elektrisch getrennt, und sie werden zum anderen aufgrund der Dicke der Elemente 5 auf einem vorgege ^¬ benen Abstand d gehalten. Die Elemente 5 sind dabei nur sche ^¬ matisch als flache Linie wiedergegeben. Sie haben jedoch in diesem Beispiel auch in radialer Richtung eine signifikante Ausdehnung und eine insgesamt dreidimensionale Struktur, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.

Die beiden Enden des elektrischen Leiters 3 liegen aufgrund der gezeigten Faltung des Leiters im Zentrum der Spulenwicklung hier beide in radial außenliegenden Bereichen der Wicklung. Im ersten Endbereich 9a ist der erste Leiterzweig 3a mit einem ersten Halteelement 7a verbunden, welches gleichzeitig für diesen Leiterzweig 3a als Kontaktelement dient. Es kann beispielsweise als massiver Kupferblock ausgestaltet sein. Analog ist im zweiten Endbereich 9b der zweite Leiterzweig 3b mit einem entsprechenden zweiten Halteelement 7b verbunden, welches ebenfalls als Kontaktelement dient. In den Endbereichen 9a und 9b sind die beiden dort kontaktierten Leiterzweige 3a und 3b jeweils etwa bis zum jeweiligen Halte ^¬ element auf der radial außenliegenden Seite von einem der nichtleitenden Elemente 5 abgedeckt und so nach außen hin me ^¬ chanisch geschützt. Die nichtleitenden Elemente 5 sind mecha- nisch mit den jeweiligen Halteelementen 7a und 7b verbunden. Die weiter unten im Zusammenhang mit Figur 4 näher beschriebene erfindungsgemäße Ausführung der Spulenwicklung 1 unterscheidet sich vom Stand der Technik durch die genaue Art der mechanischen Fixierung der nichtleitenden Elemente 5 an den Halteelementen 7a und 7b.

Zum besseren Verständnis des Ausführungsbeispiels ist in Fi ^¬ gur 2 eine detailliertere Ansicht des in Figur 1 dargestell- ten nichtleitenden Elements 5 gezeigt. Gezeigt ist ein Ab ^¬ schnitt des als Abstandshalter ausgestalteten nichtleitenden Elements 5 der Spulenwicklung 1 mit einem darin eingelegten elektrischen Leiter 3 in schematischer Schrägsicht. Die Breite des Abstandshalters ist hier mit B bezeichnet und die Richtung seiner Längsausdehnung mit L.

Der elektrische Leiter 3 ist hier als supraleitender Bandleiter ausgebildet, beispielsweise als Bandleiter mit einer hochtemperatursupraleitenden Schicht auf einem normalleiten- den Substrat. Solche für supraleitende Strombegrenzer beson ^¬ ders geeignete Bandleiter sind in der DE 10 2004 048 646 AI näher beschrieben. Das nichtleitende Element 5 ist dazu aus ^¬ gestaltet, als Abstandshalter zwischen benachbarten Windungen des Leiters 3 zu wirken. Hierzu ist das nichtleitende Element 5 im gezeigten Beispiel aus zwei Teilen aufgebaut, nämlich aus einem Flachband 18 und einem Wellband 17. Beide Bänder können in den einander enger benachbarten Bereichen - also in den Bereichen der Wellentäler in Figur 2 - mechanisch miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Verschweißen oder Verkleben. Das Wellband 17 weist im Bereich der Wellenberge Aussparungen 21 auf, in die in der fertigen Spulenwicklung 1 der bandförmige Leiter 3 eingelegt werden kann, wie im rechten Teil der Figur 2 beispielhaft gezeigt. Mit einem solchen nichtleitenden Abstandshalter, wie er beispielhaft in Figur 2 gezeigt ist, kann erreicht werden, dass zum einen die Windungen des supraleitenden Leiters 3 auf einem definierten Abstand gehalten werden und dass zum anderen durch die offene Struktur Hohlräume 13 zwischen den Windungen ausgebildet werden, durch die ein fluides Kühlmittel strömen kann. Der Aufbau des nichtleitenden Elements gemäß der Figur 2 ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung aber nur beispielhaft zu verstehen. Weitere vorteilhafte Ausführungs ^¬ formen des Abstandshalters können so wie in der EP 2041808 Bl beschrieben ausgeführt sein.

Nach dem Stand der Technik sind derartige Spulenwicklungen, wie sie mit Bezug auf Figur 1 und Figur 2 beschrieben wurden, durch eine starre Verbindung des elektrischen Leiters 3 und des nichtleitenden Elements 5 mit den jeweiligen Halteelementen 7a und 7b fixiert. Figur 3 zeigt eine derartige herkömm ^¬ liche Ausgestaltung der mechanischen Verbindung im Endbereich 9a nach dem Stand der Technik. Figur 3 zeigt eine seitliche

Ansicht des Endbereichs 9a von radial außen auf das Halteele ^¬ ment 7a der Figur 1. Gezeigt ist das radial außenliegende nichtleitende Element 5, das im linken Teil der Zeichnung den darunterliegenden Leiter 3 überdeckt. Dieser Leiter 3 ist hier nur durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Die Aus ^¬ sparungen 21 des gezeigten nichtleitenden Elements 5 sind hier nicht mit einem Leiter gefüllt, da der hier gezeigte Leiter in dem Wellband der darunterliegenden Lage an nichtleitendem Element 5 gehalten ist. Im mittleren Teil der

Zeichnung ist der Leiter 3 voll zu sehen, da das Wellband 17 des äußeren nichtleitenden Elements 5 nicht ganz bis zum Halteelement 7a heranreicht und den Leiter 3 daher hier nicht mehr bedeckt. Ebenso ist im mittleren Bereich der Zeichnung das unter dem Wellband 17 liegende Flachband in seinem mitt- leren Bereich mit einer Ausnehmung versehen, durch das der elektrische Leiter 3 nach radial außen hindurchgeführt ist. Es sind also nur die beiden außenliegenden Teile des Flachbandes 18 bis zum Halteelement 7a geführt. In der gezeigten Ausführung der Halterung nach dem Stand der Technik sind so- wohl der Leiter 3 als auch die außenliegenden Teile des

Flachbandes 18 mittels einer starren Fixierung über Schrauben 23 mit dem Halteelement 7a verbunden. Dazu sind sowohl der elektrische Leiter 3 als auch die Teile des Flachbandes 18 zwischen zwei miteinander verschraubte Teile des Halteele ^¬ ments 7a eingelegt. Diese Art der Fixierung weist die im ein ^¬ leitenden Teil beschriebenen Nachteile auf, nämlich dass eine Längenänderung des nichtleitenden Elements und/oder eine durch den Betrieb der Spule verursachte Lockerung der Wicklung nicht ausgeglichen werden kann. Es ist zwar prinzipiell ein manuelles Nachspannen nach einer ersten Inbetriebnahme oder nach ersten Funktionstests möglich. Dies ist jedoch sehr aufwändig und erfordert die Demontage der Spulenwicklung aus der fertigen Strombegrenzereinrichtung. Weiterhin besteht das Risiko einer Schädigung des Supraleiters bei solch einem nachträglichen Eingriff.

Im Unterschied zu Figur 3 zeigt schließlich Figur 4 eine er- findungsgemäße Ausgestaltung der Fixierung der Wicklungsele ^¬ mente am Halteelement 7a. Gezeigt ist wiederum

eine seitliche Ansicht des Endbereichs 9a von radial außen. Im Unterschied zur in Figur 3 gezeigten Fixierung ist jedoch hier das nichtleitende Element 5 nicht ganz bis zum Halteele- ment 7a geführt. Es ist nicht direkt und starr mit diesem verbunden, sondern es ist über elastische Zugelemente an die ^¬ sem fixiert. Im gezeigten Beispiel liegen zwei solche elasti ^¬ schen Zugelemente 11 in Form von Zugfedern vor, die über einen zwischen Wellband 17 und Flachband 18 in einen der Hohl- räume 13 eingeschobenen Haltestift 12 mit diesem verbunden sind. Es sind jedoch auch andere Arten der Fixierung am nichtleitenden Element 5 denkbar. Ebenso reicht es aus, dass nichtleitendes Element 5 und Halteelement 7a mit nur einem elastischen Zugelement miteinander verbunden sind. Wesentlich ist, dass über das elastische Zugelement 11 eine Zugkraft auf das nichtleitende Element 5 ausgeübt wird, welche das nicht ^¬ leitende Element 5 im Betrieb nachspannt und dadurch den Wicklungsverbund schwächende Kräfte ausgleichen kann. Das nichtleitende Element 5 ist also entkoppelt von dem elektri- sehen Leiter 3 an dem Halteelement 7a fixiert. Durch die dau ^¬ erhafte Zugspannung auf dem nichtleitenden Element 5 kann so vorteilhaft ein mechanischer Zusammenhalt der Spulenwicklung auch ohne Verkleben oder Vergießen der Wicklung erreicht werden .

Die Vorteile der erfindungsgemäßen mechanischen Fixierung des nichtleitenden Elements sind im Übrigen nicht auf die in Figur 2 gezeigte Ausgestaltung des nichtleitenden Elements beschränkt. Ebensowenig sind sie auf Strombegrenzerspulen mit einer Geometrie entsprechend der Figur 1 beschränkt. Die Aus ^¬ gestaltungen entsprechend Figur 1 und 2 sind nur beispielhaft zu verstehen, um die Wirkung der Erfindung besser zu erläutern. Allgemein kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen Fixierung auch zum Tragen, wenn beispielsweise

- die Spulenwicklung nicht die Form einer Flachspule hat, sondern beispielsweise die Form einer Solenoid- oder Sattel- spule,

- die Spulenwicklung nicht bifilar ist, sondern beispielsweise als Wicklung mit durchgehend gleichsinnigem Stromfluss in benachbarten Windungen aufgebaut ist,

- die Spulenwicklung nicht für die Strombegrenzung, sondern beispielsweise für eine Magnetspule oder eine Spule in einer elektrischen Maschine ausgelegt ist,

- die Endbereiche des Leiters nicht beide radial außenlie ^¬ gend, sondern beispielsweise einer radial außen und einer ra ^¬ dial innen angeordnet ist,

- das wenigstens eine Halteelement nicht gleichzeitig als Kontaktelement für den Leiter ausgebildet ist,

- der elektrische Leiter und/oder das nichtleitende Element nicht bandförmig ist

- und/oder wenn der elektrische Leiter nicht supraleitend ist.