Supraleitende Stromzuführung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromzuführung für eine supraleitende Spuleneinrichtung, wobei die Stromzufüh rung wenigstens einen ersten Leitungsteil mit wenigstens einem ersten Leiterelement aufweist, wobei das Leiterelement wenigstens einen supraleitenden Draht umfasst. Weiterhin be trifft die Erfindung eine supraleitende Spuleneinrichtung mit wenigstens einer derartigen Stromzuführung und einer supra leitenden elektrischen Spulenwicklung.

Viele supraleitende Spuleneinrichtungen benötigen Stromzufüh rungen, um die typischerweise relativ hohen Ströme aus einem äußeren Stromkreis in eine supraleitende Spule einzuspeisen. Solche Spuleneinrichtungen können prinzipiell sowohl für Gleichstromanwendungen als auch für Wechselstromanwendungen eingesetzt werden. Gleichstromanwendungen finden sich bei spielsweise bei supraleitenden Magnetsystemen, Erregerwick lungen für elektrische Maschinen oder bei supraleitenden mag netischen Energiespeichern. Wechselstromanwendungen finden sich beispielsweise bei supraleitenden Transformatoren, Strombegrenzungseinrichtungen oder bei Statorwicklungen für elektrische Maschinen.

Da die supraleitenden Spulen zu ihrem Betrieb auf eine kryo gene Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur des Leiterma terials der Spule gekühlt werden müssen, liegen auch die spu lenseitigen Enden der Stromzuführungen in diesem kryogenen Temperaturbereich vor. Die gegenüberliegenden Enden der

Stromzuführung, die mit dem äußeren Stromkreis verbunden sind, befinden sich dabei typischerweise bei Temperaturen in der Nähe der Raumtemperatur. Um den Kühlaufwand für die sup raleitende Spule möglichst gering zu halten, sollte der Wär meeintrag über die Materialien der Stromzuführung möglichst minimiert werden. Bei klassischen metallischen Leitern steht allerdings die Wärmeleitung nach dem Wiedemann-Franz-Gesetz in einem etwa linearen Zusammenhang mit der elektrischen Leitfähigkeit, so dass vor allem bei hohen benötigten Strom dichten auch hohe Wärmeeinträge auftreten.

Aus dem Stand der Technik sind Stromzuführungen für supralei tende Spuleneinrichtungen bekannt, bei denen die jeweilige Stromzuführung einen supraleitenden Leitungsteil aus einem hochtemperatursupraleitenden (HTS) Material aufweist. Für solche supraleitenden Materialien gilt das Wiedemann-Franz- Gesetz nicht. Entsprechend kann die Stromtragfähigkeit im Verhältnis zur Wärmeleitfähigkeit viel höher sein als bei normalleitenden Materialien. Allerdings muss auch der HTS- Leiter auf eine Temperatur unterhalb seiner Sprungtemperatur gekühlt werden, um supraleitend zu werden. Das supraleitende Material der Stromzuführung und entsprechend auch die Sprung temperatur können dabei prinzipiell unterschiedlich zum sup raleitenden Material der eigentlichen Spulenwicklung gewählt sein .

Es kann also mit einem HTS-Leiters ein Temperaturbereich zwi schen der Betriebstemperatur der Spulenwicklung und der maxi malen Betriebstemperatur des HTS-Leiters der Stromzuführung überbrückt werden. Für die Überbrückung der restlichen Tempe raturdifferenz zwischen der HTS-Betriebstemperatur und der Außentemperatur kann der HTS-Leiter dann in Serie mit einem zweiten, normalleitenden Leiterteil geschaltet sein. Alterna tiv oder zusätzlich kann der HTS-Leiter aber auch mit einem normalleitenden Leiter parallelgeschaltet sein, insbesondere dann, wenn der HTS-Leiter nicht auf seiner ganzen Länge un terhalb seiner Sprungtemperatur vorliegt. So kann über die Länge des betreffenden Leiterteils gesehen (und in Richtung seiner vergleichsweise kalten Seite gesehen) ein mehr oder weniger allmählicher Übergang des transportierten Stroms von dem normalleitenden Material auf das supraleitende Material stattfinden .

Eine aus normalleitenden und supraleitenden Leiterelementen zusammengesetzte Stromzuführung ist beispielsweise in der DE102007013350B4 beschrieben. Hier sind mehrere Stapel von bevorzugt keramischen HTS-Bandleitern untereinander parallel geschaltet und dann mit einem metallischen Leiter in Serie geschaltet .

Eine weitere supraleitende Stromzuführung ist in der

DE102009028413A1 beschrieben. Hier sind mehrere HTS-Band- leiter auf einem normalleitenden Träger angeordnet. Sowohl der normalleitende Träger als auch die in den Bandleitern vorliegenden normalleitenden Schichten können dabei als pa rallele Strompfade wirken.

Die bekannten supraleitenden Stromzuführungen führen jedoch trotzdem noch zu einem unerwünscht hohen Wärmeeintrag in die kryogene Umgebung der betreffenden supraleitenden Spulenein richtung. Dies liegt zum großen Teil daran, dass bei Bandlei tern mit keramischen HTS-Leitern die HTS-Schichten typischer weise auf metallischen Substraten abgeschieden sind und meist auch mit metallischen Deckschichten abgedeckt sind. Der hier durch gegebene metallische Pfad mit der effektiven Quer- schnittsfläche A führt oft zu einem relativ hohen Wärmeein trag in die kryogene Umgebung. Weiterhin steht bei den meis ten Spuleneinrichtungen relativ wenig Platz für die Stromzu führungen zur Verfügung, so dass oft eine vergleichsweise kurze Länge L gewählt wird. Der Wärmeeintrag Q aus diesem me tallischen Pfad eines solchen Leitungsteils ergibt sich dann allgemein als

A rT warm

Q = L T_kalt Ä(T)dT, wobei l der Wärmeleitkoeffizient des betrachteten metalli schen Materials ist und das Integral über die Temperatur T von der Temperatur am vergleichsweise kalten Ende des Lei tungsteils (T_kalt) bis zur Temperatur am vergleichsweise warmen Ende (T_warm) gebildet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Stromzuführung anzu geben, welche den genannten Nachteil überwindet. Insbesondere soll eine Stromzuführung zur Verfügung gestellt werden, wel che bei hoher Stromtragfähigkeit einen vergleichsweise nied rigen Wärmeeintrag aufweist. Weiterhin soll dies mit einer möglichst kompakten Anordnung realisiert werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine supraleitende Spulenein richtung mit einer solchen Stromzuführung anzugeben.

Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene Stromzuführung und die in Anspruch 13 beschriebene supralei tende Spuleneinrichtung gelöst.

Die erfindungsgemäße Stromzuführung ist als Stromzuführung für eine supraleitende Spuleneinrichtung ausgebildet. Sie um fasst wenigstens einen ersten Leitungsteil mit wenigstens ei nem ersten Leiterelement. Dabei weist das erste Leiterelement wenigstens einen supraleitenden Draht auf. Das erste Lei terelement ist in einer helixförmigen Wicklung angeordnet.

Unter dem genannten Draht soll hierbei allgemein ein längli cher und biegsamer Leiter verstanden werden, welcher zu einer Wicklung gewickelt werden kann. Die Querschnittsform soll hierbei nicht weiter beschränkt sein, sodass es sich bei spielsweise prinzipiell sowohl um einen Runddraht als auch um einen eckigen Draht und insbesondere um einen Bandleiter mit flacher Querschnittsgeometrie handeln kann. Dieser Draht muss nicht vollständig aus supraleitendem Material gebildet sein. Es reicht vielmehr aus, wenn er eine supraleitende Material komponente aufweist, welche sich über die Länge des Drahtes erstreckt .

Die beschriebene Stromzuführung weist dabei insbesondere ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Dabei ist das erste En de dazu vorgesehen, innerhalb der Spuleneinrichtung im Be reich eines Stromeinspeisepunkts angeordnet zu werden. Das zweite Ende ist entsprechend dazu vorgesehen, innerhalb der Spuleneinrichtung nahe der supraleitenden Spulenwicklung an geordnet zu werden. Entsprechend handelt es sich beim Betrieb der Stromzuführung bei dem ersten Ende um ein vergleichsweise warmes Ende und bei dem zweiten Ende um ein vergleichsweise kaltes Ende der Stromzuführung. Entsprechend weist auch der beschriebene innerhalb der Stromzuführung vorliegende erste Leitungsteil ein erstes, vergleichsweise warmes Ende und ein zweites, vergleichsweise kaltes Ende auf.

Die helixförmige (mit anderen Worten wendelförmige) Wicklung des Drahtes weist insbesondere eine allgemein längliche Form auf. Dabei ist eine Längsachse A dieses ersten Leitungsteils durch die Längsachse der zugrundeliegenden (insbesondere im Wesentlichen linearen) Helix gegeben. Eine leichte Krümmung der zugrundeliegenden Helix soll dabei aber prinzipiell nicht ausgeschlossen sein. In jedem Fall entspricht die lokale Längsachse A der zugrundeliegenden Helix einer übergeordneten Stromflussrichtung in diesem ersten Leitungsteil der Stromzu führung. Auch diese helixförmige Wicklung erstreckt sich ent sprechend zwischen einem vergleichsweise warmen Ende und einem vergleichsweise kalten Ende des ersten Leitungsteils .

Die Stromzuführung kann dabei allgemein neben dem beschriebe nen ersten Leitungsteil auch noch ein oder mehrere weitere Leitungsteile aufweisen, welche insbesondere elektrisch in Serie mit dem ersten Leitungsteil geschaltet sind. Ein sol cher weiterer Leitungsteil kann insbesondere normalleitend sein und beispielsweise an das warme Ende des ersten Lei tungsteils angeschlossen sein. Alternativ oder zusätzlich kann es sich aber auch bei dem weiteren Leitungsteil um einen zusätzlichen supraleitenden Leitungsteil handeln, welcher beispielsweise an das kalte Ende des ersten Leitungsteils an geschlossen sein kann.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Stromzuführung besteht darin, dass durch die helixförmige Wicklung des sup raleitenden Drahtes im Vergleich zur herkömmlichen linearen Anordnung des Supraleiters eine Verminderung des Wärmeein trags Q erreicht werden kann. Dies wird insbesondere durch die Erhöhung der effektiv wirksamen Länge L des Drahtes ent sprechend der oben angegebenen Gleichung bewirkt. So kann ge- gebenenfalls auch bei Vorliegen eines durchgehend metalli schen Materials innerhalb des Drahtes der Wärmeeintrag auf ein tolerierbares Maß reduziert werden. Gleichzeitig ist durch die Verwendung eines supraleitenden Drahtbestandteils eine hohe Stromtragfähigkeit dieses ersten Leitungsteils ge geben. Bei geeigneter Auslegung von optional vorliegenden weiteren Leitungsteilen kann auch für die Stromzuführung als Ganzes somit eine hohe Stromtragfähigkeit bei gleichzeitig niedrigem Wärmeeintrag realisiert werden.

Die erfindungsgemäße supraleitende Spuleneinrichtung weist wenigstens eine erfindungsgemäße Stromzuführung und zusätz lich eine supraleitende elektrische Spulenwicklung auf. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Spuleneinrichtung ergeben sich analog zu den oben beschriebenen Vorteilen der erfindungsge mäßen Stromzuführung. Vorteilhaft ist die Spuleneinrichtung dazu ausgelegt, die supraleitende Spulenwicklung beim Betrieb auf eine kryogene Betriebstemperatur unterhalb der Sprungtem peratur des innerhalb der Spule verwendeten Supraleitermate rials zu kühlen. Bei dem Supraleitermaterial der Spule kann es sich prinzipiell um einen Hochtemperatursupraleiter oder aber auch um einen Tieftemperatursupraleiter handeln. Das Supraleitermaterial kann hierfür prinzipiell unterschiedlich oder auch gleich gewählt sein wie das Supraleitermaterial in der Stromzuführung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung gehen aus den von den Ansprüchen 1 und 13 abhängigen An sprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei kön nen die beschriebenen Ausgestaltungen der Stromzuführung und der Spuleneinrichtung allgemein vorteilhaft miteinander kom biniert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante kann der supra leitende Draht ein Bandleiter sein, also ein Leiter mit fla cher bandförmiger Querschnittsgeometrie. Die Querschnittsform kann dabei beispielsweise im Wesentlichen die Form eines fla chen Rechtecks aufweisen, gegebenenfalls mit abgerundeten Ecken. Ein solcher supraleitender Bandleiter weist allgemein die Vorteile einer besonders guten Handhabbarkeit auf, sodass hiermit besonders einfach geometrisch wohldefinierte Wicklun gen hergestellt werden können. Auch die beschriebene helix förmige Wicklung kann mit einem solchen Bandleiter besonders leicht präzise hergestellt werden.

Der supraleitende Bandleiter kann vorteilhaft eine supralei tende Schicht auf einem bandförmigen Trägersubstrat aufwei sen. Bei dieser supraleitenden Schicht kann es sich bevorzugt um eine hochtemperatursupraleitende Schicht (HTS-Schicht) und besonders bevorzugt um eine 2G-HTS-Schicht (also um eine Schicht mit einem HTS-Material der zweiten Generation) han deln .

Hochtemperatursupraleiter sind supraleitende Materialien mit einer Sprungtemperatur oberhalb von 25 K und bei einigen Ma terialklassen, beispielsweise den Kuprat-Supraleitern, ober halb von 77 K. Bei ihnen kann die Betriebstemperatur durch Kühlung mit anderen kryogenen Materialien als flüssigem Heli um erreicht werden. HTS-Materialien sind auch deshalb beson ders attraktiv, da diese Materialien abhängig von der Wahl der Betriebstemperatur hohe obere kritische Magnetfelder so wie hohe kritische Stromdichten aufweisen können.

Der Hochtemperatursupraleiter kann beispielsweise Magnesium- diborid oder einen oxidkeramischen Supraleiter, beispielswei se eine Verbindung des Typs REBa2Cu30 _{x (} kurz REBCO) aufweisen, wobei RE für ein Element der seltenen Erden oder eine Mi schung solcher Elemente steht.

Allgemein bevorzugt kann der erste Leitungsteil einen normal leitenden Leiter aufweisen, welcher dem supraleitenden Mate rial in dem supraleitenden Draht elektrisch parallel geschal tet ist. Ein solcher paralleler Leiter bildet zum supralei tenden Material einen sogenannten Shunt, also einen Neben schlusswiderstand, aus. Der parallele Leiter kann insbesonde re an mehreren Stellen entlang der Längsrichtung des Leiters und besonders vorteilhaft kontinuierlich über die ganze Länge des Leiters mit dem supraleitenden Element elektrisch verbun den sein.

Bei diesem normalleitenden Leiter kann es sich entweder eben falls um einen Bestandteil des supraleitenden Drahtes oder aber um ein separates, parallel verlaufendes Element handeln. Bei der erstgenannten Variante weist also der supraleitende Draht neben dem supraleitenden Material ein in Drahtrichtung durchgehendes normalleitendes Material auf. Beispielsweise kann es sich bei dem normalleitenden Leiter um ein Trägersub strat des Bandleiters und/oder um eine Stabilisierungsschicht innerhalb des Bandleiters handeln. Generell können die ge nannten normalleitenden Elemente vorteilhaft aus metallischen Materialien gebildet sein.

So kann der wenigstens eine Bandleiter vorteilhaft wenigstens eine normalleitende Stabilisierungsschicht aufweisen, wobei die hochtemperatursupraleitende Schicht zwischen dem Trä gersubstrat und der Stabilisierungsschicht angeordnet ist.

Bei dieser Ausführungsform ist zumindest durch die normallei tende Stabilisierungsschicht ein paralleler normalleitender Strompfad gegeben. Zusätzlich kann auch das Trägersubstrat einen weiteren parallelen Strompfad ausbilden. Zusätzlich zu der beschriebenen Anordnung der Stabilisierungsschicht auf der dem Substrat abgewandten Seite kann auch eine weitere Stabilisierungsschicht auf der Substratseite angeordnet sein. Eine solche elektrische Stabilisierungsschicht kann auch als umhüllende Schicht ausgebildet sein, welche den Stapel aus Trägersubstrat und supraleitender Schicht - und gegebenen falls zusätzlich vorliegenden weiteren Schichten wie Puffer schicht (en) und/oder Deckschicht (en) - umgibt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der wenigstens eine Bandleiter eine elektrisch isolierende Schicht auf, wel che außen auf wenigstens einer seiner beiden Hauptflächen an geordnet ist. Eine solche isolierende Schicht kann prinzipi ell einseitig, beidseitig oder auch umhüllend ausgestaltet sein. In jedem Fall dient sie dazu, die supraleitende Schicht des Bandleiters sowie die optional vorliegenden normalleiten den Elemente elektrisch von benachbarten Leitern (und insbe sondere von benachbarten Bandleitern oder auch einem leitfä higen Tragelement) zu isolieren.

Allgemein vorteilhaft kann der wenigstens eine supraleitende Draht innerhalb der helixförmigen Wicklung einen Krümmungsra dius r von 40 mm oder weniger aufweisen. Ein solcher geringer Krümmungsradius kann mit modernen supraleitenden Bandleitern leicht realisiert werden. Insbesondere sind die heutzutage verfügbaren Bandleiter vergleichsweise unempfindlich gegen über einer Biegung, die außerhalb der Bandleiterebene statt findet. Enge Biegungen innerhalb der Bandleiterebene führen dagegen wesentlich leichter zu Materialschädigungen innerhalb der supraleitenden Schicht und/oder zu einer Delamination des Schichtsystems . Die beschriebene helixförmige Wicklung weist aber gerade den Vorteil auf, dass zu ihrer Herstellung keine oder nur eine sehr geringe Biegung innerhalb der Bandebene erforderlich ist. So können auch relativ enge Biegeradien er möglicht werden, was wiederum zu einer deutlichen Verlänge rung der für den Wärmeeintrag wirksamen Länge L und somit zu einer Reduktion des Wärmeeintrags führt. Durch einen engen Biegeradius kann eine solche Wegverlängerung insbesondere auch in einer insgesamt kompakten Stromzuführung realisiert werden, da dann der Radius der Helix entsprechend klein ge wählt werden kann. Es können also sowohl die Länge als auch die Breite der Stromzuführung sehr klein dimensioniert werden und es kann trotzdem ein geringer Wärmeeintrag erreicht wer den .

Besonders vorteilhaft kann der wenigstens eine supraleitende Draht innerhalb der helixförmigen Wicklung einen Krümmungsra dius r von sogar nur 10 mm oder weniger aufweisen. Auch eine solche besonders kompakte Wicklung ist mit modernen HTS- Bandleitern realisierbar. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das erste Lei terelement nicht nur einen einzelnen Bandleiter, sondern einen Stapel von zwei oder mehr übereinanderliegenden supra leitenden Bandleitern umfassen. Insbesondere kann dann dieser Stapel von mehreren Bandleitern zusammen zu der helixförmigen Wicklung gewickelt sein. Als Bestandteile des ersten Leiter elements können diese Bandleiter insbesondere miteinander elektrisch parallel geschaltet sein. Hierdurch kann für das erste Leiterelement im Vergleich zu einem einzelnen Bandlei ter eine höhere Stromtragfähigkeit erreicht werden. Innerhalb der helixförmigen Wicklung können die einzelnen Bandleiter des Stapels insbesondere so flach übereinander liegen, dass sie in radialer Richtung (bezogen auf die Helixachse A) auf- einanderfolgen . Eine solche Wicklungsgeometrie lässt sich in besonders einfacher Weise durch gemeinsames Aufwickeln des gesamten Stapels erreichen.

Weiterhin kann die Stromzuführung vorteilhaft ein zweites Leiterelement umfassen. Dieses zweite Leiterelement kann ins besondere ebenfalls Teil des ersten Leitungsteils sein. Be vorzugt ist auch das zweite Leiterelement Teil der beschrie benen helixförmigen Wicklung und ist innerhalb dieser paral lel zum ersten Leiterelement geführt. Prinzipiell können das erste und das zweite Leiterelement (und gegebenenfalls optio nal vorliegende weitere Leiterelemente) entweder in axialer Richtung der Helix nebeneinanderliegen oder sie können in ra dialer Richtung (bezüglich der Helixachse) übereinanderlie gend angeordnet sein. In jedem Fall können die einzelnen Lei terelemente zum Transport voneinander unabhängiger Ströme ausgebildet sein. Dabei können wiederum innerhalb jedes ein zelnen Leiterelements allgemein mehrere untereinander elek trisch parallelgeschaltete Teilleiter vorgesehen sein.

Bei einer Ausführungsform mit zwei Leiterelementen können diese allgemein so ausgestaltet sein, dass das erste Lei terelement und das zweite Leiterelement für den Stromtrans port mit einander entgegengesetzten Stromflussrichtungen vor gesehen sind. Mit anderen Worten kann es sich also um einen Hinleiter und einen Rückleiter handeln. Es kann damit vor teilhaft eine Stromzuführung realisiert sein, innerhalb derer elektrische Anschlüsse für beide Stromflussrichtungen vorge sehen sind. Diese können insbesondere innerhalb eines gemein samen Leitungsteils verlaufen. Es kann also die Anbindung der zu verbindenden supraleitenden Spuleneinrichtung an einen äußeren Stromkreis idealerweise mit nur einer Stromzuführung erfolgen. Verglichen mit der im Stand der Technik typischen Anordnung, bei der Hinleiter und Rückleiter mit jeweils sepa raten Stromzuführungen realisiert werden, kann bei dieser Ausführungsform schon dadurch der Wärmeeintrag reduziert wer den, dass weniger separate Verbindungen zwischen der warmen Umgebung und der kryogenen Umgebung der supraleitenden Spu leneinrichtung vorliegen. Es sind also insgesamt zum An schluss der supraleitenden Spuleneinrichtung an einen äußeren Stromkreis vorteilhaft auch weniger Durchführungen durch ein thermisch isolierendes Gehäuse nötig.

Ein weiterer Vorteil der parallelen Führung von Hinleiter und Rückleiter innerhalb eines gemeinsamen Leitungsteils kann da rin gesehen werden, dass durch die gemeinsame helixförmige Wicklung eine sogenannte bifilare Wicklung realisiert ist, wodurch sich die magnetischen Eigenfelder der einzelnen Teil wicklungen zumindest teilweise gegenseitig kompensieren. Auf diese Weise können Induktivitäten und Wechselstromverluste wirksam verringert werden. Hierdurch wird die beschriebene Geometrie vor allem für Wechselstromanwendungen noch vorteil hafter .

Grundsätzlich können in einer solchen Anordnung die beiden Leiterelemente unterschiedlich zueinander orientiert sein. Wenn die Leiterelemente beispielsweise jeweils einen supra leitenden Bandleiter mit einer „Substratseite" und einer „Supraleiterseite" aufweisen, können in einer vorteilhaften spiegelsymmetrischen Anordnung entweder die Substratseiten oder die Supraleiterseiten zueinander orientiert sein. Es kann aber auch grundsätzlich die Substratseite des einen Bandleiters der Supraleiterseite des anderen Bandleiters be- nachbart sein. Die beiden zuerst angeführten spiegelsymmetri schen Anordnungen weisen den Vorteil auf, dass durch die Sym metrie die magnetischen Felder noch besser kompensiert werden können .

Bei einer Ausführungsform mit zwei oder mehr Leiterelementen ist es grundsätzlich auch möglich, dass die einzelnen Lei terelemente zum Stromtransport für unterschiedliche Phasen innerhalb eines Wechselstromkreises ausgebildet sind. Insbe sondere können für einen Dreiphasen-Wechselstromkreis zumin dest drei solche Leiterelemente vorgesehen sein (oder auch vorteilhaft ein Vielfaches von drei) . Diese Ausführungsform kann auch mit der vorgenannten kombiniert werden, d.h. es können sowohl die Leiterelemente mehrerer Phasen als auch die Hinleiter und Rückleiter für jede gegebene Phase innerhalb eines gemeinsamen ersten Leitungsteils und insbesondere in nerhalb einer gemeinsamen helixförmigen Wicklung geführt sein. Dabei können für die einzelnen Phasen entweder jeweils separate Hinleiter und Rückleiter vorgesehen sein oder aber den einzelnen Phasen können zwar separate Hinleiter, aber kombinierte Rückleiter zugeordnet sein.

Allgemein und unabhängig von der genauen Anzahl und Ausge staltung der einzelnen Leiterelemente kann die helixförmige Wicklung durch ein oder mehrere Tragelemente gehalten werden. Ein solches Tragelement kann insbesondere mechanisch so stabil sein, dass ein vergleichsweise flexibler supraleiten der Draht durch das Tragelement in der beschriebenen helix förmigen Konfiguration festgehalten wird.

Beispielsweise kann die Stromzuführung ein helixartig geform tes Tragelement aufweisen, auf welchem das erste Leiterele ment (und gegebenenfalls auch optionale weitere Leiterelemen te) angeordnet ist. Ein solches helixförmiges Tragelement kann beispielsweise eine mechanische Flexibilität aufweisen, sodass es nach der Art einer Feder mechanische Längenänderun gen ausgleichen kann. Eine solche Flexibilität kann insbeson dere dann Vorteile bieten, wenn beim Betrieb der Spulenein- richtung Vibrationen, mechanische Spannungen und/oder Unter schiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der ein zelnen Materialien zu erwarten sind. Allgemein kann das Tra gelement ein metallisches Material aufweisen beziehungsweise aus einem solchen metallischen Material bestehen. In einem solchen Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn auch das Tra gelement passend zur Geometrie der Wicklung helixartig ge formt ist. Dies führt nämlich dann auch für das Tragelement zu einer Verlängerung des thermischen Pfads und somit zu einer Reduzierung des Wärmeeintrags in den kryogenen Bereich.

Bei einer elektrisch leitfähigen Ausgestaltung des Tragele ments kann dieses (alternativ oder zusätzlich zu einem Shunt innerhalb des supraleitenden Drahtes) ebenfalls einen paral lelen normalleitenden Strompfad zur Verfügung stellen. Bei Vorliegen mehrerer Leiterelemente kann es unter Umständen auch vorteilhaft sein, eine entsprechende Anzahl von Tragele menten vorzusehen, sodass für jedes Leiterelement ein zuge ordnetes Tragelement existiert, welche gegebenenfalls für dieses Leiterelement die Funktion eines Shunts übernimmt.

So kann das Tragelement allgemein und unabhängig von seiner genauen Form und Ausgestaltung als normalleitendes Tragele ment ausgeführt sein, um die Funktion eines Shunts zu über nehmen. Alternativ ist es aber auch möglich, dass das Tra gelement elektrisch isolierend ist. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn bereits innerhalb des supraleitenden Drahtes ein normalleitendes Element vorliegt, welches als Shunt wirken kann (beispielsweise ein Substrat und/oder eine Stabilisierungsschicht eines Bandleiters) . Bei einer elek trisch nichtleitenden Ausführung kann das Tragelement dann auch vorteilhaft eine vergleichsweise geringe thermische Leitfähigkeit aufweisen.

Bei einer thermisch hoch leitfähigen und insbesondere metal lischen Ausführungsform des Tragelements kann es vorteilhaft sein, wenn das gesamte Tragelement auf einem vorgegebenen Temperaturniveau fixiert ist. Beispielsweise kann so das ge- samte Tragelement auf einer Temperatur vorliegen, welche un terhalb der Sprungtemperatur des supraleitenden Materials in dem supraleitenden Draht ist. So kann ein nahezu verlustfrei er Stromtransport über den gesamten ersten Leitungsteil ge währleistet werden, wenn der supraleitende Draht thermisch an das Tragelement angekoppelt ist.

Alternativ ist es jedoch grundsätzlich auch möglich, dass sich die Temperatur des Tragelements kontinuierlich von der kalten Seite des ersten Leitungsteils zur warmen Seite des ersten Leitungsteils hin erhöht. Es kann also sein, dass der darauf angeordnete supraleitende Draht nicht über seine ge samte Länge supraleitend ist, sondern erst ab einer bestimm ten Position. Bei dieser Ausführungsform kann sich also der Stromfluss zwischen dem Supraleiter und einem parallelen nor malleitenden Strompfad aufteilen, wobei der Supraleiter einen umso höheren Teil des Stroms übernimmt, je näher der Lei tungsteil der supraleitenden Spule kommt und je kälter der Leitungsteil wird.

Alternativ zu der vorgenannten Ausführungsform mit einem he lixförmigen Tragelement ist es aber auch möglich, dass die helixförmige Wicklung von einem rohrförmigen Tragelement ge halten wird. Dabei ist die Wicklung dann insbesondere he lixförmig umlaufend um das Rohr herum angeordnet. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die helixförmige Wicklung durch ein solches Tragelement mechanisch noch fester gehalten werden kann. Zweckmäßig ist ein solches rohrförmiges Tragele ment aus einem thermisch vergleichsweise schlecht leitenden Material ausgebildet, um den Wärmeeintrag durch den ver gleichsweise kurzen thermischen Pfad des Rohrs gering zu hal ten. Beispielsweise kann ein solches Rohr als Material einen glasfaserverstärkten Kunststoff und/oder eine Keramik umfas sen .

Bei einer Ausführungsform mit einem rohrförmigen Tragelement kann die helixförmige Wicklung aus dem wenigstens einen Lei terelement in helixartig umlaufenden Ausnehmungen auf der Außenseite des Rohrs angeordnet sein. Hierdurch kann auf ein fache Weise eine besonders feste mechanische Halterung und eine zuverlässige Einhaltung einer vorgegebenen Geometrie für die Helixwicklung erreicht werden.

Ganz allgemein und unabhängig von der genauen Ausgestaltung des wenigstens einen Leiterelements und eines oder mehrerer optionaler Tragelemente kann die helixförmige Wicklung so ausgestaltet sein, dass der gewickelte supraleitende Draht eine Bogenlänge s aufweist, welche wenigstens einem Zweifa chen der axialen Länge der Helixwicklung entspricht. Mit an deren Worten ist bei dieser Ausführungsform der thermische Pfad gegenüber einer linearen Anordnung des Drahtes um we nigstens einen Faktor zwei verlängert, was zu einer entspre chenden Verringerung des Wärmeeintrags führt. Beispielsweise kann durch eine entsprechend enge Ausführung der helixförmi gen Wicklung relativ leicht ein Verlängerungsfaktor zwischen 2 und 10 erreicht werden. Hierdurch kann relativ einfach eine große thermische Wegverlängerung bei gleichzeitig kompakter Geometrie erreicht werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der supra leitenden Spuleneinrichtung kann diese als Spuleneinrichtung für eine Wechselstromanwendung ausgebildet sein. Beispiels weise kann es sich bei einer solchen Spuleneinrichtung um ei nen Transformator, um eine Strombegrenzungseinrichtung und/oder eine supraleitende Statorwicklung für eine elektri sche Maschine handeln. Allgemein kommen bei einer Spulenein richtung für eine Wechselstromanwendung die Vorteile der Er findung besonders zum Tragen - vor allem dann, wenn Hinleiter und Rückleiter beziehungsweise die Leiter für mehrere Phasen zusammen in einer gemeinsamen helixförmigen Wicklung geführt werden. Bei einer solchen Ausgestaltung werden die Wechsel stromverluste vorteilhaft gering gehalten.

Allgemein kann innerhalb der Spuleneinrichtung die Stromzu führung ein erstes vergleichsweise kaltes Ende aufweisen, welches mit der supraleitenden Spulenwicklung verbunden ist, und ein zweites vergleichsweise warmes Ende aufweisen, wel ches mit einem äußeren Stromkreis verbindbar ist. Dieser äußere Stromkreis soll nicht Teil der Spuleneinrichtung sein und kann beispielsweise eine Stromquelle, einen Umrichter und/oder weitere elektrische Bauelemente umfassen, um insbe sondere die supraleitende Spulenwicklung mit Strom zu versor gen .

Allgemein kann die Spuleneinrichtung ein thermisch isolieren des Außengehäuse aufweisen, in dessen Innerem die supralei tende Spulenwicklung angeordnet ist. Bei dieser Ausführungs form kann die Spuleneinrichtung wenigstens eine Durchführung durch das Außengehäuse aufweisen, durch die zumindest ein Teil der wenigstens einen Stromzuführung in das Innere des Außengehäuses geführt ist. Hierbei dient das Außengehäuse zur thermischen Isolation der tiefkalten supraleitenden Spulen wicklung von der vergleichsweise warmen äußeren Umgebung. Das Außengehäuse kann beispielsweise durch einen Kryostaten rea lisiert sein, welcher insbesondere einen Vakuumraum und gege benenfalls eine zusätzliche thermische Isolation aufweisen kann. Zweckmäßig können für jede vorhandene Stromzuführung entweder genau eine Durchführung oder auch mehrere Durchfüh rungen durch dieses Außengehäuse vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft liegt nur eine einzige solche Stromzuführung vor, sodass eine einzige solche Durchführung durch das Außengehäu se ausreicht.

Allgemein vorteilhaft kann die Spuleneinrichtung und/oder die Stromzuführung ein oder mehrere Strahlungsschilde (sogenannte „Baffles") aufweisen, um eine Wärmeeinstrahlung in die kryo genen Bereiche der Spuleneinrichtung zu vermindern. Bei einem solchen Strahlungsschild kann es sich beispielsweise um eine metallisch reflektierende Scheibe handeln. Eine solche Schei be kann beispielsweise quer zur Hauptrichtung der beschriebe nen helixförmigen Wicklung ausgerichtet sein. Sie kann ein Loch aufweisen, durch welches die helixförmige Wicklung der Stromzuführung hindurchgeführt ist. Wenn in axialer Richtung der Helix mehrere solche Strahlungsschilde angeordnet sind, kann es vorteilhaft sein, solche Löcher an unterschiedlichen azimutalen Positionen der Helix anzuordnen. Auf diese Weise wird ein durchgehender offener Pfad für die Wärmeeinstrahlung zwischen dem warmen Bereich der Stromzuführung und dem kryo genen Bereich der Stromzuführung vermieden.

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

Figur 1 einen schematischen Querschnitt einer Spuleneinrich tung 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,

Figur 2 eine schematische Prinzipdarstellung einer beispiel haften Stromzuführung 3 zeigt,

Figur 3 einen schematischen Querschnitt durch einen Teil

einer beispielhaften helixförmigen Wicklung mit einem ersten Leiterelement und einem Tragkörper zeigt,

Figur 4 eine schematische Darstellung einer Stromzuführung 3 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,

Figur 5 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere beispielhafte helixförmige Wicklung zeigt,

Figur 6 einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres beispielhaftes erstes Leiterelement 31a zeigt,

Figur 7 eine schematische Darstellung einer Stromzuführung 3 nach einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt und

Figur 8 eine schematische Darstellung einer Stromzuführung 3 nach einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Spulen einrichtung 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Er findung. Gezeigt ist eine supraleitende Spulenwicklung 5, von welcher in der Querschnittsdarstellung zwei Spulenschenkel zu erkennen sind. Es kann sich dabei prinzipiell um eine Spulen wicklung für eine beliebige Anwendung handeln. Die Vorteile der Erfindung kommen allerdings besonders zum Tragen, wenn es sich um eine Wechselstromanwendung handelt. Beispielsweise kann es sich also bei der Spulenwicklung 5 um eine Wicklung eines Transformators, einer Strombegrenzereinrichtung und oder einer Statorwicklung für eine elektrische Maschine han deln .

Um die supraleitende Spulenwicklung 5 auf eine Betriebstempe ratur unterhalb der Sprungtemperatur des verwendeten Supra leiters zu kühlen, ist diese Spulenwicklung 5 innerhalb eines thermisch isolierenden Außengehäuses 9 angeordnet. Es kann sich dabei beispielsweise um einen Kryostaten handeln. Auch hier können prinzipiell sehr unterschiedliche Gehäusetypen zum Einsatz kommen: So kann es sich beispielsweise um einen Badkryostaten handeln, dessen Innenraum mit einem fluiden Kühlmittel gefüllt sein kann. Alternativ kann es sich aber auch um einen Kryostaten mit einem innenliegenden Vakuumraum V handeln, welcher die Spulenwicklung 5 wenigstens teilweise umgibt und somit zu einer zuverlässigen thermischen Isolation der Spulenwicklung führt. Diese Variante ist beispielhaft in Figur 1 dargestellt. Alternativ zu der hier gezeigten Ausge staltung kann das Gehäuse die Spulenwicklung 5 auch ringför mig umgeben, sodass ein innenliegender Bereich zwischen den Spulenschenkeln nicht im Gehäuse liegt und nicht mit gekühlt wird. Wesentlich ist bei den verschiedenartigen Varianten nur, dass die Wand des Außengehäuses die innenliegende Spu lenwicklung 5 zuverlässig thermisch gegen die vergleichsweise warme äußere Umgebung isoliert.

Um die supraleitende Spulenwicklung 5 mit einem äußeren

Stromkreis zu verbinden, ist hier eine Stromzuführung 3 vor gesehen, welche die Spulenwicklung 5 durch die Gehäusewand hindurch mit einem Verbindungsleiter 7 verbindet. Für die meisten Anwendungen sind zur Verbindung mit einem geschlosse nen äußeren Stromkreis wenigstens zwei derartige Verbindungs leiter 7 nötig. Diese können prinzipiell entweder durch eine gemeinsame Stromzuführung oder auch durch zwei separate

Stromzuführungen an die Spulenwicklung 5 angebunden sein. In der Figur 1 ist daher beispielhaft nur eine einzige solche Verbindung gezeigt.

Die Stromzuführung 3 der Figur 1 ist insgesamt mithilfe einer Durchführung 12 durch die Gehäusewand 9 geführt. Insgesamt weist die hier gezeigte Stromzuführung 3 zwei untereinander elektrisch in Serie geschaltete Leitungsteile auf, nämlich einen ersten Leitungsteil 13 und einen zweiten Leitungsteil 15. Dabei ist der erste Leitungsteil supraleitend ausgeführt und ist innerhalb des thermisch isolierenden Gehäuses 9 ange ordnet. Der zweite Leitungsteil 15 ist normalleitend ausge führt und erstreckt sich im Bereich der Durchführung 12 durch die Gehäusewand. Insgesamt ergibt sich daher ein Temperatur gefälle über die Länge der Stromzuführung 3 hinweg, wobei das vergleichsweise kalte Ende 3a dort vorliegt, wo der supralei tende erste Leitungsteil mit der supraleitenden Spulenwick lung 5 verbunden ist. Das vergleichsweise warme Ende 3b liegt dort vor, wo außerhalb des thermisch isolierenden Gehäuses eine Verbindung mit dem äußeren Stromkreis vorgesehen ist.

Der supraleitende erste Leitungsteil 13 weist einen supralei tenden Draht auf, welcher in einer helixförmigen Wicklung an geordnet ist. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um eine lineare Helix, deren Helixachse A sich vom zweiten Leitungs teil 15 hin zur supraleitenden Spulenwicklung 5 erstreckt. Durch die helixförmige Ausgestaltung des supraleitenden Drah tes in diesem ersten Leitungsteil 13 wird eine wirksame Ver längerung der für den Wärmeeintrag maßgeblichen Weglänge L erreicht. Da die beiden Leitungsteile 13 und 15 elektrisch und thermisch in Serie geschaltet sind, wird hierdurch der insgesamt vorliegende Wärmeeintrag gegenüber einer rein line aren Leiteranordnung verringert.

In Fig. 2 ist eine schematische Prinzipdarstellung einer bei spielhaften Stromzuführung 3 gezeigt, wie sie insbesondere in der Spuleneinrichtung 1 der Fig. 1 zum Einsatz kommen kann. Die Stromzuführung 3 weist wiederum ein kaltes Ende 3a auf, das elektrisch mit der Spulenwicklung 5 verbunden ist und ein warmes Ende 3b, das elektrisch mit einem Versorgungsleiter 7 eines äußeren Stromkreises verbunden ist. Die Stromzuführung 3 umfasst hier allgemein einen ersten supraleitenden Lei tungsteil 13 und einen zweiten normalleitenden Leitungsteil 15, wobei die beiden Leitungsteile miteinander elektrisch in Serie geschaltet sind. Hierbei ist der supraleitende erste Leitungsteil 13 auf der Seite des kalten Endes 3a angeordnet und der normalleitende zweite Leitungsteil 15 auf der Seite des warmen Endes 3b. Der supraleitende erste Leitungsteil 13 weist zumindest einen supraleitenden Teilleiter auf. Dabei können optional auch ein oder mehrere normalleitende Leiter vorhanden sein, welche insbesondere in der Art eines Shunts dem supraleitenden Leiter parallelgeschaltet sein können.

Prinzipiell ist es möglich, dass der supraleitende erste Lei tungsteil 13 über seine ganze Länge auf einer derart tiefen Temperatur vorliegt, dass die Sprungtemperatur des verwende ten Supraleitermaterials im ganzen Bereich unterschritten ist. Alternativ ist es aber auch möglich, dass der erste Lei tungsteil an seinem warmen Ende 13b eine Temperatur aufweist, die noch oberhalb der Sprungtemperatur liegt. Der supralei tende Zustand wird dann erst in einem Bereich zwischen diesen beiden Leitungsenden 13a und 13b erreicht. Bei dieser Ausfüh rungsvariante übernimmt das supraleitende Material erst all mählich mit abnehmender Temperatur einen immer höher werden den Anteil des zu übertragenden Stroms.

Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil einer helixförmigen Wicklung, wie sie beispielsweise im ersten Leitungsteil 13 der Stromzuführung 3 der Figur 1 vor liegen kann. Diese helixförmige Wicklung umfasst beispiels weise ein erstes Leiterelement 31a auf einem Tragelement 25. Beim gezeigten Beispiel der Figur 3 weisen sowohl das erste Leiterelement 31a als auch das Tragelement 25 die Form fla cher Bänder auf, welche insbesondere gleich bereit sein kön nen. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig, und es kann insbesondere das Tragelement 25 auch breiter ausgebildet sein als das darauf angeordnete Leiterelement 31a. Wesentlich ist, dass der Tragkörper 25 dem darauf angeordneten Leiterelement 31a mechanische Festigkeit verleiht und dieses in der ge wünschten helixartigen Form hält. Hierzu kann der Tragkörper 25 mechanisch wesentlich fester und insbesondere auch dicker ausgestaltet sein als das erste Leiterelement 31a. Der ge zeigte Stapel aus Tragkörper und Leiterelement ist innerhalb der helixförmigen Wicklung insbesondere so aufgewickelt, dass die Hauptflächen dieses Stapels auf der kreiszylindrischen Mantelfläche der Helix zu liegen kommen. Dementsprechend lie gen die beiden gezeigten Elemente 25 und 31a in radialer Richtung R benachbart vor. Im gezeigten Beispiel der Figur 3 kann beispielsweise das Tragelement 25 radial innen liegen und von hier aus das außenliegende Leiterelement 31a halten. Dementsprechend ist durch die Lage der inneren Begrenzungs fläche des Tragelements ein innerer Radius Ri der Helix defi niert und somit ein innerer Radius des ersten Leitungsteils 13. In analoger Weise ist durch die äußere Begrenzungsfläche des ersten Leiterelements 31a ein äußerer Radius R _a der Helix definiert und somit ein äußerer Radius des ersten Leitungs teils 13.

Der erste Leitungsteil 31a weist in diesem Beispiel als sup raleitenden Draht einen flachen supraleitenden Bandleiter 33 auf, welcher ein Trägersubstrat 41, eine darauf angeordnete supraleitende Schicht 43 und eine dem Trägersubstrat gegen überliegende Stabilisierungsschicht 45 umfasst. Dabei sollen optionale zusätzliche Zwischenschichten, insbesondere geeig nete Puffer-, Wachstums- und/oder Deckschichten innerhalb dieses Stapels nicht ausgeschlossen sein. Um diesen Schicht stapel herum ist eine umhüllende Isolierungsschicht 47 ange ordnet. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine isolie rende Umwicklung oder aber auch um eine Ummantelung in Form einer Beschichtung aus einem entsprechend gut isolierenden Material (beispielsweise um ein isolierendes Polymer wie Tef lon, ein Polyimid - insbesondere Kapton - und/oder ein Po lyetheretherketon handeln) . Prinzipiell können entweder das Substrat 41, die Stabilisie rungsschicht 45 und/oder das Tragelement 25 aus einem elek trisch normalleitenden Material und insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Generell ist es vorteil haft, wenn zumindest eines der genannten Elemente aus einem metallischen Material gebildet ist und zumindest abschnitts weise (und insbesondere auch durchgehend) leitend mit der supraleitenden Schicht 43 verbunden ist, sodass dieses nor malleitende Element die Funktion eines parallelen Strompfades übernehmen kann. Dies ist insbesondere dann nützlich, wenn der erste Leitungsteil 13 nicht auf seiner ganzen Länge, son dern nur in einem Teilbereich ausreichend kalt ist, damit die Schicht 43 supraleitend wird. So kann das wenigstens eine ge nannte normalleitende Element zumindest in einem warmen Teil bereich des ersten Leitungsteils 13 den Hauptteil des Strom transports übernehmen.

Aber selbst dann, wenn der gesamte erste Leitungsteil 13 aus reichend kalt für einen supraleitenden Stromtransport ist, kann es nützlich sein, wenn ein paralleler Strompfad vor liegt. Dieser kann beispielsweise bei einem unerwünschten Zu sammenbrechen der supraleitenden Eigenschaften als Shunt wir ken und so eine Schädigung des supraleitenden Materials durch Überhitzung verhindern.

Figur 4 zeigt eine schematische teilperspektivische Darstel lung einer Stromzuführung 3 nach einem zweiten Ausführungs beispiel der Erfindung. Prinzipiell kann diese Stromzuführung 3 ähnlich ausgebildet sein wie die bereits in Figur 1 darge stellte Stromzuführung. Im Unterschied zu dem dort darge stellten Beispiel wird hier jedoch eine innerhalb eines Au ßengehäuses 9 angeordnete supraleitende Spulenwicklung 5 über eine gemeinsame Stromzuführung 3 mit zwei Verbindungsleitern 7 verbunden. Hierzu umfasst die Stromzuführung 3 wiederum ei nen ersten Leitungsteil 13 und an dessen warmes Ende 13b an schließend einen zweiten Leitungsteil 15. Beide Leitungsteile weisen jeweils zwei parallel geführte Leiterelemente auf, um die Verbindung zu den zwei Verbindungsleitern 7 zu ermögli- chen. Innerhalb des ersten Leitungsteils 13 liegen hierzu zwei separate supraleitende Leiterelemente 31a und 31b vor, welche zusammen zu einer helixförmigen Wicklung gewickelt sind. Innerhalb des zweiten Leitungsteils 15 liegen zwei nor malleitende Leiterelemente vor, welche separat mit 15 be zeichnet sind und welche hier parallel zueinander durch je weils separat realisierte Durchführungen 12 durch die Gehäu sewand 9 hindurchgeführt sind.

Die beiden supraleitenden Leiterelemente 31a und 31b des ers ten Leitungsteils 13 weisen ähnlich wie beim vorhergehenden Beispiel jeweils einen supraleitenden Bandleiter auf. Diese beiden Bandleiter sind jeweils mit den zugeordneten normal leitenden Leiterelementen 15 elektrisch verbunden und werden dann zusammen als gemeinsamer flacher Stapel in Form einer Helixwicklung geführt. Der Stapel, aus dem diese Helix gebil det ist, umfasst aber nicht nur die beiden Bandleiter, son dern auch ein ebenfalls bandförmiges Tragelement 25, welches hier mechanisch an einem zentralen Befestigungsbolzen 23 zwi schen den beiden Stromdurchführungen 12 befestigt ist. Am ge genüberliegenden Ende der helixförmigen Wicklung (mit Helix achse A) ist dieser Leiterstapel mit einem Anschlusspunkt 35 verbunden. Dieser Anschlusspunkt 35 kann beispielsweise zur koaxialen Stromführung der beiden elektrisch unabhängigen Leiter ausgestaltet sein und so die Stromzuführung 3 an die entsprechende supraleitende Spulenwicklung 5 anbinden. In Fi gur 4 sind beispielhaft nur wenige Windungen der helixförmi gen Wicklung gezeigt. Diese können jedoch exemplarisch für eine deutlich höhere Windungszahl und auch für eine wesent lich steilere oder auch flachere Helixgeometrie stehen. We sentlich ist vor allem, dass durch die helixförmige Anordnung der Wicklung der thermisch wirksame Pfad verlängert wird.

Figur 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil einer helixförmigen Wicklung, wie sie beispielsweise im ersten Leitungsteil 13 der Stromzuführung 3 der Figur 4 vor liegen kann. Im Unterschied zur Darstellung der Figur 3 liegt hier ein Stapel aus einem ersten Tragelement 25a und zwei flach darauf liegenden supraleitenden Bandleitern vor. Dabei bildet ein solcher Bandleiter das erste Leiterelement 31a und der zweite Bandleiter bildet das zweite Leiterelement 31b. Ähnlich wie beim Beispiel der Figur 3 ist auch hier ein be züglich der radialen Richtung R der Helix radialer Schicht stapel gebildet. Der innere Radius Ri des ersten Leitungs teils 13 wird also wieder durch eine Hauptfläche des ersten Tragelements 25a gebildet, und der äußere Radius R _a wird durch eine Hauptfläche des nun zusätzlich vorliegenden zwei ten Leiterelement 31b gebildet. Im gezeigten Beispiel sind die beiden Leiterelemente 31a und 31b jeweils analog wie das Leiterelement 31a der Figur 3 aufgebaut. Bei dem hier darge stellten Aufbau sind jeweils die beiden Stabilisierungs schichten 41 zueinander orientiert. Es sind jedoch auch ande re Anordnungen denkbar, bei denen zum Beispiel die beiden Substrate 45 zueinander orientiert sind oder bei denen das Substrat eines Bandleiters zur Stabilisierungsschicht des an deren Bandleiters hin orientiert ist. Auch hier übernimmt das erste Tragelement 25a die mechanisch tragende Funktion, so- dass die beiden Bandleiter in der gewünschten helixförmigen Geometrie gehalten werden. Auch hier können entweder das ers te Tragelement 25a und/oder das jeweilige Substrat 41 und/oder die jeweilige Stabilisierungsschicht 45 einem nor malleitenden parallelen Strompfad ausbilden.

Die beiden einzelnen Leiterelemente 31a und 31b können elek trisch unabhängig zum Transport unterschiedlicher Ströme aus gebildet sein. Beispielsweise kann ein Leiterelement als Hin leiter und das andere Element als Rückleiter ausgestaltet sein. Bei dieser Ausführungsform liegt durch die helixförmige Wicklung eine bifilare Wicklung vor, durch die Wechselstrom verluste wirksam verringert werden können.

Es können innerhalb der helixförmigen Wicklung auch mehr als diese zwei gezeigten Leiterelemente zum Transport unabhängi ger Ströme vorliegen. So können beispielsweise mehrere Lei terelemente vorliegen, welche jeweils den unterschiedlichen Phasen eines Mehrphasen-Wechselstromsystems zugeordnet sind. Zusätzlich können auch für jede dieser Phasen prinzipiell sowohl ein Hinleiter als auch ein Rückleiter vorliegen. Bei einer solchen elektrisch unabhängigen Ausgestaltung der ein zelnen Leiterelemente kann es zweckmäßig sein, wenn der pa rallele normalleitende Strompfad nicht durch das erste Tra gelement 25a, sondern bereits innerhalb der jeweiligen Band leiter (beispielsweise über das Substrat 41 und/oder die Stabilisierungsschicht 45) zur Verfügung gestellt wird. Bei einer solchen Ausgestaltung liegen also für die einzelnen un abhängigen Supraleiterelemente 43 auch jeweils zugeordnete normalleitende Elemente vor. In einem solchen Fall kann das erste Tragelement 25a auch elektrisch isolierend ausgebildet sein und eine im Wesentlichen mechanisch tragende Funktion erfüllen .

Optional kann der Wicklungsstapel der Figur 5 auch noch ein zweites Tragelement 25b umfassen, welches hier radial außen liegend als gestricheltes Element dargestellt ist. Ein sol ches zweites Tragelement 25b kann insbesondere bei der ge zeigten Konfiguration mit zwei Leiterelementen 31a und 31b sinnvoll sein, um den Stapel möglichst symmetrisch auszuge stalten. Bei einem solchen sandwichartigen Aufbau können ins besondere entweder beide Tragelemente normalleitend oder bei de nichtleitend ausgestaltet sein. Bei der normalleitenden Ausführungsform kann jedes der beiden Tragelemente elektrisch dem benachbarten Leiterelement zugeordnet und zumindest ab schnittsweise mit dessen leitenden Bestandteilen verbunden sein. Dagegen ist mit einer elektrisch nicht leitenden Aus führungsform der Tragelemente der Vorteil verbunden, dass für die Tragelemente auch ein thermisch vergleichsweise schlecht leitendes Material gewählt werden kann und so ein zusätzli cher Wärmeeintrag über diese Elemente vermindert wird.

In Figur 6 ist ein schematischer Querschnitt durch ein weite res beispielhaftes erstes Leiterelement 31a gezeigt, wie es insbesondere alternativ in den Beispielen der Figuren 1 be ziehungsweise 4 zum Einsatz kommen kann. Im Unterschied zu den im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 5 beschriebenen Leiterelementen liegt hier ein Stapel 61 aus zwei flach über einanderliegenden Bandleitern 33 vor. Diese beiden Bandleiter 33 können elektrisch miteinander parallel geschaltet sein, um eine höhere Stromtragfähigkeit des entsprechenden Leiterele ments zu ermöglichen. Die einzelnen Bandleiter können wiede rum analog aufgebaut sein wie im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 5 beschrieben. Diese beiden Bandleiter können wiederum optional mit einer gemeinsamen isolierenden Schicht 47 um hüllt sein.

In Figur 7 ist eine schematische teilperspektivische Darstel lung einer Stromzuführung 3 nach einem weiteren Ausführungs beispiel der Erfindung gezeigt. Diese Stromzuführung 3 ist insgesamt ähnlich ausgebildet wie die Stromzuführung der Fi gur 4. Zusätzlich zu den dort gezeigten Elementen sind hier zusätzlich zwei Strahlungsschilde 71 vorgesehen, um einen Wärmeeintrag durch Strahlungswärme in den Bereich der supra leitenden Spulenwicklung 5 zu verringern. Diese Strahlungs schilde 71 können als Scheiben ausgestaltet sein, welche quer zur Achse A der helixförmigen Wicklung ausgerichtet sind, so- dass sie insbesondere einen Eintrag von Strahlungswärme pa rallel zu dieser Achse reduzieren können. Die beschriebene helixförmige Wicklung ist dabei durch entsprechende Ausneh mungen 73 in diesen Scheiben geführt. Zweckmäßig sind bei Vorliegen von mehreren solchen Strahlungsschilden 71 die Aus nehmungen seitlich versetzt angeordnet, wie dies beispielhaft für das untere, nur gestrichelt dargestellte Strahlungsschild angedeutet ist.

Im linken Teil der Figur 7 ist durch eine gestrichelte Linie ein untenliegender Bereich innerhalb des Vakuumraums V ange deutet, in dem sich die helixförmige Wicklung auf einer Tem peratur T befindet, welche die Sprungtemperatur T _c des einge setzten Supraleitermaterials unterschreitet. In diesem Bei spiel wird also kein thermischer Anker verwendet, sodass der erste Leitungsteil 13 nicht auf einem einheitlichen Tempera turniveau liegt, sondern die Temperatur in Richtung des kal ten Endes 13a allmählich absinkt. Eine solche kontinuierliche Veränderung der Temperatur über die Länge dieses Leitungs teils kann wiederum vorteilhaft sein, um den gesamten Wärme eintrag zu reduzieren. Ein ausreichend hoher Stromtransport über die gesamte Länge dieses ersten Leitungsteils 13 wird dabei durch den beschriebenen parallelen normalleitenden Strompfad sichergestellt.

In Figur 8 ist eine schematische teilperspektivische Darstel lung einer Stromzuführung 3 nach einem vierten Ausführungs beispiel dargestellt. In elektrischer Hinsicht ist diese Stromzuführung ähnlich aufgebaut wie die Stromzuführung der Figuren 4 beziehungsweise 7. Im Unterschied dazu ist das Tra gelement, welches die beiden supraleitenden Leiterelemente 31a und 31b trägt, hier nicht als helixförmiges Element, son dern als hohlzylindrisches, rohrförmiges Tragelement 27 aus gebildet. Ein solches rohrförmiges Tragelement kann insbeson dere mechanisch stabiler ausgestaltet sein als die helixför mig gewickelten Tragelemente der vorhergehenden Beispiele. Da der thermisch wirksame Pfad für die Wärmeleitung des Tragele ments 27 hier jedoch kürzer ist, ist es zweckmäßig, ein sol ches rohrförmiges Tragelement aus einem thermisch vergleichs weise schlecht leitfähigen Material auszuführen. Auf diese Weise können die Vorteile der Erfindung durch die helixförmi ge Ausgestaltung der eingesetzten Leiterelemente trotzdem zum Tragen kommen.

Bezugszeichenliste

1 Spuleneinrichtung

3 Stromzuführung

3a kaltes Ende

3b warmes Ende

5 supraleitende Spulenwicklung 7 Verbindungsleiter

9 Außengehäuse

12 Durchführung

13 erster Leitungsteil

13a kaltes Ende

13b warmes Ende

15 zweiter Leitungsteil

23 Befestigungsbolzen

25 helixförmiges Tragelement

25a erstes Tragelement

25b zweites Tragelement

27 rohrförmiges Tragelement

31a erstes Leiterelement

31b zweites Leiterelement

33 Bandleiter

35 Anschlusspunkt

41 Trägersubstrat

43 supraleitende Schicht

45 Stabilisierungsschicht

47 isolierende Schicht

61 Bandleiterstapel

71 Strahlungsschild

73 Ausnehmung

A Helixachse

I _a erste Stromflussrichtung

I _b zweite Stromflussrichtung

R radiale Richtung der Helix Ra Außenradius des ersten Leitungsteils

Ra ^' alternativer Außenradius

Ri Innenradius des ersten Leitungsteils

T Temperatur

T _c Sprungtemperatur

V Vakuumraum