DE1615591C

DE1615591C - Cryogenic switch

Info

Publication number: DE1615591C
Authority: DE
Inventors: Jacob L North Andover Mass Zar (V St A)
Original assignee: Avco Corp
Current assignee: Avco Corp

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen · Schalter zur Verwendung bei kryogenischen Tempera-Schalter zur Verwendung bei kryogenischen Tempera- türen mit einem stabilisierten Supraleiter, d. h. mit türen mit zwei auf einer Grundplatte gehalterten, als einem Supraleiter, der nach einer Störung, die ihn in Kontaktstücke dienenden Leitern, bei denen jeweils den normalleitenden Zustand versetzt hat, wieder in ein supraleitendes Material mit einem normalleitenden 5 den supraleitenden Zustand zurückkehrt, und mit verMetall in Berührung steht, welches einerseits als Träger besserten Betriebseigenschaften durch größere Flächen für das supraleitende Material dient und andererseits für die leitende Berührung zwischen bewegbaren Leiim Kontaktbereich die Kontaktfläche bildet, wobei tern.The present invention relates to an electrical switch for use in cryogenic temperature switches for use at cryogenic temperatures with a stabilized superconductor, d. H. With Doors with two mounted on a base plate, as a superconductor, which after a fault that him in Contact pieces serving conductors, in each of which the normal conducting state has shifted back into a superconducting material with a normally conductive 5 returns to the superconducting state, and with metal is in contact, which on the one hand as a carrier improved operating properties through larger areas serves for the superconducting material and on the other hand for the conductive contact between movable glue Contact area forms the contact surface, with tern.

diese Leiter mittels einer Betätigungsvorrichtung rela- · Dieses Ziel wird gemäß der vorliegenden Erfindungthis ladder by means of an actuator rela- · This aim is achieved according to the present invention

tiv zueinander bewegbar sind und sich ihre Kontakt- io- bei einem elektrischen Schalter der eingangs genanntenare movable relative to one another and their contacts are different in the case of an electrical switch of the type mentioned at the beginning

flächen im geschlossenen Zustand unter Druck beruh- Art dadurch erreicht, daß in den Leitern das supra-surfaces in the closed state under pressure are achieved in that the super-

ren. leitende Material jeweils in einem bandartigen StreifenRen. conductive material each in a ribbon-like strip

Bei supraleitenden Einrichtungen werden Supra- des normalleitenden Metalls eingebettet ist und daßIn superconducting devices, super- normal conductive metal is embedded and that

leiter in verschiedenen Ausführungen benutzt. Die der eine der beiden Leiter mit einem aus IsolierstoffLadder used in different designs. The one of the two conductors with one made of insulating material

meisten, für solche Einrichtungen in Betracht korn- 15 bestehenden Führungsstück verbunden ist, das durchmost, for such facilities in consideration grain 15 existing guide piece is connected by the

menden Verwendungszwecke hängen von der Erzeu- die Betätigungsvorrichtung senkrecht zur Kontakt-The intended uses depend on the generation of the actuating device perpendicular to the contact

gung eines kräftigen Magnetfeldes ab, und in vielen fläche dieses Leiters bewegbar ist, während der anderegeneration of a strong magnetic field, and in many areas of this conductor is movable, while the other

Fällen ist ein Stromfluß mit einer Stärke von 600 Ampere der beiden Leiter durch die BetätigungsvorrichtungCases is a current flow of 600 amps of the two conductors through the actuator

und mehr erforderlich. um eine Lagerstelle in einer zur Kontaktfläche desand more required. around a bearing point in one to the contact surface of the

Bei den meisten supraleitenden Einrichtungen wer- 20 anderen Leiters parallelen Ebene schwenkbar ist, soIn most superconducting devices, other conductors can be pivoted in parallel planes, so

den gegenwärtig supraleitende Spulen oder Wicklun- daß die beiden Leiter' hierdurch zum Schließen desthe currently superconducting coils or windings that the two conductors' thereby to close the

gen verwendet, die im allgemeinen über Leiter an eine Schalters parallel zueinander ausrichtbar sind und än-genes are used, which can generally be aligned parallel to one another via conductors on a switch and

äußere Gleichstromquelle angeschlossen werden, wel- schließend durch Bewegen des Führungsstückes mittelsexternal direct current source can be connected, wel- closing by moving the guide piece by means of

ehe Leiter mindestens in der Nähe der Spulen supra- der Betätigungsvorrichtung die Kontaktflächen derbefore conductor at least in the vicinity of the coils of the actuating device, the contact surfaces of the

leitend sind. Soll in der Spule beständig ein Strom 25 Leiter miteinander in Berührung. gebracht werdenare conductive. Should a current of 25 conductors be in constant contact with one another in the coil. to be brought

fließen, so werden die Leiter durch eine supraleitende können.flow, so the conductor will be able to through a superconducting.

Überbrückung verbunden. Wenn die Spule aufgeladen Im Betrieb einer sogenannten elektromagnetischenBridging connected. When the coil is charged I'm operating a so-called electromagnetic

werden soll, so wird die Überbrückung in normaler Pumpe z. B., die Mittel zum magnetischen Induzierenshould be, the bridging in normal pump z. B., the means for magnetic induction

Weise betrieben, und wenn ein beständig fließender eines beständigen Stromflusses in einer supraleitendenOperated way, and when a steady flow of a steady flow of current in a superconducting

Strom erzeugt werden soll, so wird zugelassen, daß die 30 Spule od. dgl. aufweist, können zwei Schalter nach derCurrent is to be generated, so it is allowed that the coil or the like. Has, two switches after the

Überbrückung supraleitend wird. ■ Erfindung benutzt werden, mit denen in der elektro-Bridging becomes superconducting. ■ Invention are used with which in the electrical

Bei solchen Spulen und besonders bei denen, die magnetischen Pumpe der Strom verstärkt werden starke Magnetfelder erzeugen sollen, entstehen Ver- kann, der zuvor in der aufzuladenden Spule erzeugt luste nicht nur in den Leitern, die den Strom von worden ist. Es war bisher oftmals üblich, zu diesem einem äußeren Stromkreis .aus zur Spule leiten, sondern 35 Zweck Heizelemente zu verwenden, um einen Teil des auch in der normalerweise supraleitenden Über- supraleitenden Stromkreises in den Normalzustand zu brückung, welche Verluste oftmals die Hauptquellen versetzen. Durch Verwenden eines Schalters nach der des Energieverbrauchs in der Einrichtung darstellen. Erfindung kann Wärmeenergie eingespart werden, die Wird die Spule kurzgeschlossen, nachdem ein Strom- in der eine niedrige Temperatur aufweisenden Umgefluß mit der gewünschten Stärke erzeugt worden ist, 40 bung verbraucht wird, wenn ein thermischer Schalter so kann dieser Stromfluß eine unendlich lange Zeit benutzt wird, und außerdem kann die Zeit verkürzt bestehen. Nach der Herstellung der supraleitenden werden, die für jede Periode der elektromagnetischen . Überbrückungsverbindung kann der Stromfluß aus Pumpe benötigt wird. Weiterhin ist es bei supraleitender Stromquelle a^f den Wert Null herabgesetzt wer- den Energiespeicherspulen, oftmals erwünscht, einen den, wodurch die Joulesche Aufheizung der Leiter 45 Schalter zur Verfügung zu haben, der als Nebenschluß vermieden wird. Da andererseits die Stromleiter für die mit einem geringen Widerstand wirkt, um die Spule Aufrechterhaltung des Stromfiusses nicht mehr be- kurzzuschließen, so daß magnetische Energie genötigt werden, so können diese, wenn gewünscht, aus speichert werden kann, bis diese in einem äußeren der Einrichtung entfernt werden. Stromkreis benötigt wird, und welcher Schalter alsWith such coils, and especially with those with magnetic pumps, the current is amplified to generate strong magnetic fields, ver can arise, which previously generated in the coil to be charged Don't just rummage in the conductors that the current has been from. So far it was often common to do this an external circuit .aus lead to the coil, but 35 purpose to use heating elements to separate part of the also in the normally superconducting superconducting circuit in the normal state bridging, which losses often move the main sources. Using a switch after the the energy consumption in the facility. Invention, thermal energy can be saved, the The coil is short-circuited after a current flow in the low temperature reverse flow with the desired strength generated, 40 practice is consumed when a thermal switch so this flow of current can be used for an infinitely long time and also the time can be shortened exist. After making the superconducting be used for each period of the electromagnetic. Bridging connection allows the flow of current from pump is needed. Furthermore, it is more superconducting Current source a ^ f reduced the value of zero energy storage coils, often desirable, one the, whereby the Joule heating of the conductor 45 switch to have available, the as a shunt is avoided. On the other hand, because the current conductor acts for those with a low resistance to the coil Maintaining the current flow no longer needs to be short-circuited, so that magnetic energy is required so these can, if desired, be saved from until they are in an outside removed from the facility. Circuit is needed, and what switch as

Wird die Überbrückung durch thermische Mittel in 50. offener Stromkreis wirkt, wenn die in der Spule ge-If the bridging takes effect by thermal means in the 50th open circuit, if the

den Normalzustand versetzt, so erfolgt eine starke Er- speicherte Energie einem äußeren Stromkreis zugeführtIf the normal state is changed, a large amount of stored energy is supplied to an external circuit

höhung der in der supraleitenden Umgebung erzeugten werden soll. Wird der Schalter zum Entladen der Spuleincrease to be generated in the superconducting environment. Used to switch to unloading the coil

Wärme. Bei den älteren Überbrückungen, die während geöffnet, so muß dieser nicht nur eine sehr große undWarmth. In the case of the older bridges that are open while, this must not only be a very large and

des Aufladens oder Entladens der Spule einen Strom- vorzugsweise unendlich große Impedanz aufweisen,the charging or discharging of the coil have a current - preferably infinitely large impedance,

kreis darstellen, der zwar einen Widerstand aufweist, 55 sondern auch spannungsfest für die Spannungen sein,represent a circle that has a resistance, 55 but also be voltage-proof for the voltages,

jedoch an sich geschlossen ist, fließt während des Auf- die während der Entladung erzeugt werden. Für diesehowever, is closed in itself, flows during the charging process which are generated during the discharging process. For this

ladensoder Entladens ein schwacher Strom, der in der Zwecke kann ein Schalter nach der Erfindung verwen-charging or discharging a weak current, which in the purpose can use a switch according to the invention

Überbrückung Joulesche Wärme erzeugt. Dies ist eine det werden, da er in geöffnetem Zustand gut isoliertBridging Joule heat generated. This is important because it insulates well when open

Folge des kleinen Verhältnisses des Widerstandes der und Ubergangsspannungen ohne Schaden widersteht.Result of the small ratio of the resistance and withstand transition voltages without damage.

Überbrückung zur Impedanz der Spule. 60 Eine bevorzugte Ausführung des Schalters nach derBridging to the impedance of the coil. 60 A preferred embodiment of the switch according to the

Aus der USA.-Patentschrift 3 096 421 ist ein elek- Erfindung weist auf; ein »Schalterblockglied« mitFrom US Pat. No. 3,096,421 an elec- Invention has; a "switch block member" with

frischer Schalter zur Verwendung bei kryogenischen supraleitenden Drähten, die in einem ersten, aus einemfresh switch for use with cryogenic superconducting wires formed in a first, from a

Temperaturen bekannt, bei dem die gegeneinander normalen Metall, z. B. aus Kupfer, bestehendenTemperatures known at which the mutually normal metal, e.g. B. made of copper, existing

bewegbaren Leiter aus supraleitenden Basisgliedern flachen Leiter eingebettet sind, dessen freiliegendemovable conductor from superconducting base members flat conductor are embedded, its exposed

mit einem dünnen Schutzüberzug aus normalleitendem 65 Fläche vorzugsweise mit einem dünnen Belag auswith a thin protective coating of normally conductive surface, preferably with a thin coating

Metall bestehen, wobei der Überzug die Bildung von Silber versehen ist, ein »Schalterzungenglied« mit einemMetal, with the coating being provided with the formation of silver, a "switch tongue member" with a

Oxiden verhindern soll. flachen zweiten Leiter, der im wesentlichen dem eist-To prevent oxides. flat second conductor, which is essentially the

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein elektrischer genannten flachen Leiter gleicht, dessen einen Silber-The aim of the present invention is an electrical said flat conductor resembles whose one silver

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belag tragende Fläche der mit Silber belegten Fläche Supraleitereigenschaften aufweist. Die supraleitendencoating-bearing surface of the surface coated with silver has superconductor properties. The superconducting

des ersten Leiters gegenüberstehend angeordnet ist, Spulen werden geeigneterweise aus einem einzelnenof the first conductor is arranged opposite, coils are suitably made of a single

und Betätigungsmittel, die mindestens einen der Leiter supraleitenden Draht hergestellt. Das für die Leiter 3and actuating means that fabricates at least one of the conductors of superconducting wire. That for the ladder 3

bewegen und mindestens einen wesentlichen Teil der zu wählende Material ist an sich bekannt. Im allge-move and at least a substantial part of the material to be chosen is known per se. In general

mit Silber belegten Flächen unter Druck miteinander 5 meinen werden die von der Strombrücke 6 zur Spule 1areas covered with silver under pressure will mean those from the current bridge 6 to the coil 1

in Berührung bringen. verlaufenden Teile der Leiter 3 aus einem geeignetenbring into contact. extending parts of the conductor 3 from a suitable

Der Schalter kann für alle praktischen Zwecke als supraleitenden Drahtmaterial hergestellt, das denselbenThe switch can be made as a superconducting wire material for all practical purposes, the same

Überbrückung oder als Nebenschluß benutzt werden, Stromfluß unterhalten kann wie die Spule. Die von derBridged or used as a shunt, current flow can be maintained like the coil. The one from the

dessen Widerstand im normalen Betrieb vernachlässig- äußeren· Stromquelle 4 zur Strombrücke 6 verlaufen-whose resistance is negligible in normal operation - external current source 4 runs to current bridge 6 -

bar klein ist, so daß während des Ein- und Ausschal- io den Teile der Leiter 3, die sich nicht in der Umgebungbar is small, so that during the on and off io the parts of the conductor 3 that are not in the vicinity

tens der Spule die Erzeugung von Wärme im Neben- mit der niedrigeren Temperatur befinden, werden ge-at least the coil the generation of heat are in addition to the lower temperature, are

schluß vermieden wird. eigneterweise aus einem einen kleinen Widerstand auf-conclusion is avoided. suitably a little resistance from one

Der Schalter kann bei supraleitenden Temperaturen weisenden Material hergestellt, z. B. aus Kupfer, dasThe switch can be fabricated at superconducting temperatures, e.g. B. made of copper, the

in einer supraleitenden Umgebung mechanisch betätigt einen kleineren Widerstand aufweist als die typischenmechanically operated in a superconducting environment has a lower resistance than typical

werden. ■ 15 supraleitenden Materialien im Normalzustand. Durchwill. ■ 15 superconducting materials in the normal state. Through

Der Schalter beseitigt für alle praktischen Zwecke die öffnen des Schalters 7 und durch Schließen des Schal-For all practical purposes, the switch eliminates the need to open switch 7 and by closing the switch

Joulesche Erwärmung in supraleitenden Nebenschlüs- ters 4 wird in der Spule 1 ein beständiger StromflußJoule heating in superconducting shunt switch 4 creates a constant flow of current in coil 1

sen oder Überbrückungen und die Notwendigkeit, in erzeugt, dessen Stärke mit Hilfe des Regelwiderstan-sen or bridging and the need to be generated in whose strength with the help of the rheostat

einer supraleitenden Umgebung Heizelemente ver- des 5 eingestellt werden kann. Wird hiernach derheating elements can be adjusted in a superconducting environment. Will hereafter become the

wenden zu müssen, um einen Teil des supraleitenden ao Schalter 7 geschlossen und der Schalter 4 geöffnet, sohaving to turn to a part of the superconducting ao switch 7 closed and the switch 4 open, so

Stromkreises in den Normalzustand zu versetzen wird in der Spule 1 ein beständiger Stromfluß erzeugt,To put the circuit in the normal state, a constant current flow is generated in the coil 1,

und/oder um in einem Teil eines supraleitenden Strom- der durch die Strombrücke 6 und die diese mit derand / or to in part of a superconducting current through the current bridge 6 and this with the

kreises Wärme zu erzeugen, der entweder von thermi- Spule verbindenden Teile der Leiter 3 fließt. ·to generate circular heat, which flows either from thermal coil connecting parts of the conductor 3. ·

sehen oder nichtthermischen Mitteln absichtlich in den Die F i g. 2 zeigt eine besondere Ausführung. dessee or nonthermal means intentionally in the The F i g. 2 shows a particular embodiment. of

Normalzustand versetzt worden ist. 25 in die Strombrücke nach der F i g. 1 eingeschaltetenNormal state has been set. 25 in the current bridge according to FIG. 1 switched on

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schalters 7. Dieser Schalter soll in einer supraleitenden Schalters ist nachstehend an Hand der F i g. 2 bis 4 Strombrücke nicht nur starke Ströme in der Größenausführlich beschrieben. Ordnung von mehreren hundert Ampere mit vernach- An embodiment of the switch according to the invention 7. This switch is intended to be in a superconducting Switch is shown below with reference to FIG. 2 to 4 current bridge not only strong currents in the size described in detail. Order of several hundred amperes with negligible

In den Zeichnungen ist lässigbar- kleinen Verlusten leiten können, sondernIn the drawings is permissable- small losses can be channeled, rather

Fig. I_- eine Schnittzeichnung, die in schemati- 30 auch in einen vollständig nichtleitenden Zustand umscher Darstellung eine supraleitende Spule als Anwen- geschaltet werden können, ohne daß Wärme angewendungsbeispiel für die Erfindung zeigt, det oder im Schalter Wärme erzeugt wird. Zu diesem1 _- a sectional drawing which, in a schematic representation, a superconducting coil can also be switched in a completely non-conductive state, without showing or generating heat in the switch. To this

F i g. 2 eine schaubildliche Darstellung eines Schal- Zweck muß ein mechanisch zu betätigender SchalterF i g. 2 is a diagrammatic representation of a switch- purpose must be a mechanically operated switch

ters nach der Erfindung, vorgesehen werden, der im geschlossenen oder strom-ters according to the invention, are provided in the closed or current-

F i g. 3 eine schaubildliche Darstellung von Einzel- 35 leitenden Betriebszustand wesentliche supraleitendeF i g. 3 shows a diagrammatic representation of individual 35 conductive operating state of essential superconducting

heiten des einen aus zwei Zungen bestehenden Schalt- Merkmale aufweist. Der Schalter weist daher auf:has units of one consisting of two tongues switching features. The switch therefore has:

kontaktes, der in der F i g. 2 dargestellt und in der ein Schalterzungenglied 21, dessen Einzelheiten in dercontact, which is shown in FIG. 2 shown and in which a switch tongue member 21, the details of which in the

weiteren Beschreibung als Schalterzungenglied be- F i g. 3 dargestellt sind, ein Schalterblockglied 22,further description as a switch tongue member be F i g. 3 are shown a switch block member 22,

zeichnet wird, dessen Einzelheiten in der F i g. 4 dargestellt sind undis drawn, the details of which in FIG. 4 are shown and

F i g. 4 eine schaubildliche Darstellung einer Hälfte 40 das das Schalterzungenglied 21 aufnimmt und erfaßt,F i g. 4 is a diagrammatic representation of a half 40 that receives and detects the switch tongue member 21;

des in der F i g. 2 dargestellten anderen Schaltkon- einen Stößel 23 sowie ein Glied 24, mit dem dasof the in FIG. 2 other switching cone shown, a plunger 23 and a member 24 with which the

taktes, der in der weiteren Beschreibung als Schalter- Schalterzungenglied auf das Schalterblockglied einge-clock, which in the further description is set on the switch block member as a switch / switch tongue member.

blockglied bezeichnet wird, und ■ stellt werden kann, sowie eine Welle 25, die Glieder 26,block member is referred to, and ■ can be provided, as well as a shaft 25, the members 26,

F i g. 5 eine doppeltlogarithmische Darstellung der die Nocken 27 und die Andruckplatten 28, die dieF i g. 5 is a logarithmic representation of the cams 27 and the pressure plates 28, which the

Veränderung des Oberflächenwiderstandes mit der 45 elektrisch leitenden Teile des Schalterblockgliedes undChange in surface resistance with the 45 electrically conductive parts of the switch block member and

Änderung des Druckes bei verschiedenen Metallen, des Schalterzungengliedes unter Druck miteinander inChange of pressure with different metals, the switch tongue member under pressure with each other in

die die Kontaktflächen von zwei stabilisierten Supra- Kontakt bringen.which bring the contact surfaces of two stabilized supra-contacts.

leitern bilden, die bei einer Temperatur von 4,2° Kelvin Das in den Fig. 2 und 3 dargestellte Schalter-Form conductors that at a temperature of 4.2 ° Kelvin The switch shown in Figs. 2 and 3

miteinander in Berührung stehen. Zungenglied 21 weist zwei Leiter 34 und 35 aus einemto be in contact with each other. Tongue member 21 has two conductors 34 and 35 from one

Die F i g. 1 zeigt eine supraleitende Spule 1, die 50 supraleitenden Material 36 in Form mehrerer Drähte über die Leiter 3, den Schalter 4 und den Regelwider- auf, die in einen Streifen 37 aus einem normalen Mestand 5 an eine äußere Stromquelle, z. B. an eine tall, ζ. B. Kupfer, eingebettet sind, wodurch ein »stabi-Batterie 2 angeschlossen ist. Der Widerstand 5 ermög- lisierter« Supraleiter geschaffen wird,
licht eine Einstellung der Stärke des von der Batterie Als »stabilisiert« wird ein Supraleiter bezeichnet, der zur Spule fließenden Stromes. An die Spule 1 ist ferner 55 in den supraleitenden Zustand zurückkehrt, wenn eine eine Strombrücke angeschlossen, die aus dem Schal- diesen in den Normalzustand versetzende Störung aufter 7 und den Leitern 8 und 9 besteht. Die Spule 1 und gehört hat, z. B. eine selbsterzeugte (ein Sprung des die Strombrücke 6 werden auf einer Tempeiatur ge- Magnetflusses) oder eine von außen her erzeugte Stöhalten, die unterhalb der kritischen Temperatur für das rung (Vibration, rasche äußere Feldänderung, kurzsupraleitende Material in der Spule 1 und in der 60 zeitig zu starker Strom usw.), ohne daß die Stärke des Strombrücke 6 liegt, zu welchem Zweck die Spule 1 erregenden Stromes vermindert werden muß. Im allge- und die Strombrücke 6 in einer Umgebung 10 mit meinen kann ein stabilisierter Supraleiter in der Weise einer entsprechenden niedrigen Temperatur angeord- geschaffen werden, daß ein supraleitendes Material in net sind, z. B. in flüssiges Helium eingetaucht, das sich einen guten mechanischen und thermischen Kontakt in einem Isolierbehälter 11 befindet. 65 mit einer Unterlage gebracht wird, deren Spannung-The F i g. 1 shows a superconducting coil 1, the 50 superconducting material 36 in the form of several wires via the conductors 3, the switch 4 and the regulating resistor, which are in a strip 37 from a normal Mestand 5 to an external power source, e.g. B. to a tall, ζ. B. copper, are embedded, whereby a »stable battery 2 is connected. The resistance 5 enabled “superconductors is created,
light a setting of the strength of the battery A superconductor, the current flowing to the coil, is called "stabilized". Furthermore, 55 returns to the superconducting state at the coil 1 when a current bridge is connected, which consists of the disruption 7 and the conductors 8 and 9, which puts this into the normal state. The coil 1 and has heard, e.g. B. a self-generated (a jump of the current bridge 6 are on a Tempeiatur ge magnetic flux) or an externally generated interference that is below the critical temperature for the tion (vibration, rapid external field change, short superconducting material in the coil 1 and in the current is too strong at the time, etc.), without the strength of the current bridge 6 lying, for which purpose the current exciting the coil 1 must be reduced. In general, and mean the current bridge 6 in an environment 10, a stabilized superconductor can be arranged at a correspondingly low temperature so that a superconducting material is in net, e.g. B. immersed in liquid helium, which is in good mechanical and thermal contact in an insulating container 11. 65 is brought with a pad, the tension of which

Die Spule 1 kann aus einem supraleitenden Draht- Strom-Charakteristik die eines einfachen WiderstandesThe coil 1 can have a superconducting wire current characteristic that of a simple resistor

material hergestellt werden, das die für den beabsich- sind, wobei die Masse der Unterlage von dem Gradmaterial must be produced, which are intended for the, the mass of the base of the degree

tigten Zweck erforderlichen kritischen Feld- und abhängt, bis zu dem der Leiter gekühlt wird. Im allge-The required critical field and depends on the intended purpose, up to which the conductor is cooled. In general

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meinen ist der Querschnitt der Unterlage wesentlich Ausnehmungen 62 von Schrauben 63 festgehalten wer-mean the cross-section of the base is essentially recesses 62 are held in place by screws 63

größer als der des supraleitenden Materials. den.greater than that of the superconducting material. the.

Die in der F i g. 2 dargestellten Leiter. können Der obere Teil eines jeden Blockes 53 und 54 ist z.B. aus neun mit einem Niobium-Zirkonium-Belag nach außen-hin abgeschrägt und wirkt als Führung versehenen Kupferdrähten bestehen, die einen Durch- 5 für das Schalterzungenglied, und die Blöcke sind mit messer von ungefähr 0,25 mm aufweisen und in ein den einander gegenüberstehenden Schultern 64 ver-Kupferband mit einer Breite von 12,7 mm und mit sehen, die als Anschläge wirken und die Abwärtseiner Dicke von 1 mm eingebettet sind, welches Band bewegung des Schalterzungengliedes begrenzen, so daß ungefähr-1 Stunde lang bei einer Temperatur von die Leiter 34 und 35 des Schalterzungengliedes 21 den 560⁰C ausgeglüht wird. . io Leitern 51 und 52 des Schalterblockgliedes 22 gegen-The in the F i g. 2 head shown. The upper part of each block 53 and 54 is, for example, made of nine copper wires with a niobium-zirconium coating and which act as a guide approximately 0.25 mm and see in a facing shoulders 64 copper tape with a width of 12.7 mm and with, which act as stops and which are embedded down to a thickness of 1 mm, which tape limit movement of the switch tongue member, so that about -1 hour at a temperature of the conductors 34 and 35 of the switch tongue member 21 is annealed to ^{560 0 C.} . io conductors 51 and 52 of the switch block member 22 opposite

Das aus den oben beschriebenen Leitern bestehende überstehen, wenn das Schalterzungenglied 21 in derThe existing of the conductors described above survive when the switch tongue member 21 in the

Schalterzungenglied ist bei 41 an der Grundplatte 42 unteren Stellung steht.Switch tongue member is at 41 on the base plate 42 is in the lower position.

z. B. mittels elektrisch nichtleitender Platten 43 und Die Welle 25 und die Nocken 27, die durch die am anderen Ende mittels einer Platte 44 und eines Glieder 26 miteinander verbunden sind, wirken in der Gliedes 24 am Stößel 23 befestigt. Die inneren gerillten 15 herkömmlichen Weise und bringen mindestens einen Flächen 34σ und 35a des Teiles der Leiter 34 und 35, wesentlichen Teil der Leiter 34 und 35 mit den Leitern die im Schalterblockglied sitzen, sind z. B. durch 51 und 52 unter Druck in Berührung, wenn das Schal-Weichlöten mit einem metallischen Verstärkungsglied . terzungenglied 21 in der unteren Stellung steht. 45 verbunden, das ein Verbiegen oder Verdrehen der Wie aus dem obenstehenden Teil der Beschreibung" Leiter nahe am Schalterblockglied verhindern soll. 20 zu ersehen ist, wird zum Schließen des Schalters derz. B. by means of electrically non-conductive plates 43 and the shaft 25 and the cams 27, which by the are connected to one another at the other end by means of a plate 44 and a link 26, act in the Link 24 attached to the plunger 23. The inner grooved 15 conventional ways and bring at least one Areas 34σ and 35a of the part of the conductors 34 and 35, essential part of the conductors 34 and 35 with the conductors that sit in the switch block member are, for. B. contacted by 51 and 52 under pressure when the scarf soldering with a metallic reinforcing member. tongue member 21 is in the lower position. 45 connected, the bending or twisting of the As from the above part of the description " Should prevent conductors close to the switch block member. 20 can be seen, is used to close the switch

Es wird darauf hingewiesen,- daß die Leiter 34 und 35 Stößel 23 in Richtung zur Basis 42 niedergedrückt,It should be noted that the conductors 34 and 35 depress the plunger 23 in the direction of the base 42,

ungefähr um 90° im Bereich des »Schalterblockgliedes« wobei die Leiter 34 und 35 des Schalterzungengliedes21about 90 ° in the area of the "switch block member" whereby the conductors 34 and 35 of the switch tongue member21

gegenüber der Ebene der Grundplatte 42 verdreht in eine Stellung gegenüber den Leitern 51 und 52 desrotated relative to the plane of the base plate 42 into a position opposite the conductors 51 and 52 of the

sind, so daß das Schalterzungenglied vom Stößel 23 Schalterblockgliedes 22 gebracht werden. Danach wirdare, so that the switch tongue member from the plunger 23 switch block member 22 are brought. After that, will

in das Schalterblockglied 22 hineinbewegt und aus 25 die Welle 25 gedreht, wobei die Nocken 27 betätigtmoved into the switch block member 22 and rotated from 25 the shaft 25, whereby the cam 27 is actuated

diesem herausbewegt werden kann. Es wird ferner werden und über die Andruckplatten 28 die Blöcke 53this can be moved out. Furthermore, the blocks 53 will be and via the pressure plates 28

darauf hingewiesen, daß die glatten oder nicht gerillten und 54 gegen das Schalterzurigenglied 21 drücken,pointed out that the smooth or non-grooved and 54 press against the switch lock member 21,

Flächen 346 und 356 der Leiter 34 und 35 freiliegen wobei mindestens ein wesentlicher Teil der freiliegen-Areas 346 and 356 of conductors 34 and 35 are exposed, with at least a substantial portion of the exposed

und mindestens nahe am Schalterblockglied z. B. den Flächen der Leiter unter Druck miteinander inand at least close to the switch block member z. B. the surfaces of the ladder under pressure with each other in

mittels herkömmlicher Elektroplattierungsverfahren 3° Berührung gebracht und in dieser Stellung festgehaltenbrought 3 ° contact using conventional electroplating processes and held in this position

mit einem dünnen Silberbelag 46 versehen sind. Das am wird. Das Öffnen des Schalters erfolgt durch' Umkehrenare provided with a thin silver coating 46. That will be. The switch is opened by 'reverse'

weitesten außen gelegene Ende des Verstärkungs- der beschriebenen Arbeitsvorgänge. Die Blöcke 53 undfurthest outward end of the reinforcement of the work processes described. Blocks 53 and

gliedes 45 nahe am Stößel 23 ist mit ösen 47 versehen, 54 können von nicht dargestellten Federn so beauf-member 45 close to the tappet 23 is provided with eyelets 47, 54 can be acted upon by springs (not shown)

die an der Platte 44 z. B. mittels Schrauben befestigt schlagt werden, daß sie sich vom Schalterzungengliedon the plate 44 z. B. be fastened by means of screws that they are struck by the switch tongue member

sind. Nach der Darstellung in der F i g. 2 ist das 35 21 entfernen, wenn diese nicht arretiert werden, umare. According to the illustration in FIG. 2 is the 35 to remove 21 if these are not locked to

elektrisch nichtleitende Glied 24 mit der Platte 44 und einen Gleitkontakt zwischen den Leitern zu vermeidenelectrically non-conductive member 24 with plate 44 and sliding contact between the conductors

dem Stößel 23 gelenkig verbunden, so daß das Schal- oder mindestens zu vermindern, wenn das Schalter-the plunger 23 articulated so that the switching or at least to reduce when the switch

terzungenglied 21 mit dem Schalterblockglied 22 einen zungenglied nach unten in die Schließstellung oder austongue member 21 with the switch block member 22 a tongue member down into the closed position or off

elektrischen Kontakt bildet, der geschlossen und geöff- dieser heraus bewegt wird.forms electrical contact that is closed and opened this is moved out.

net werden kann. Infolge der Verdrehung der Leiter 34 40 Es ist ferner nicht wesentlich, daß bei einem Schaltercan be net. As a result of the twisting of the conductors 34 40 it is also not essential that in a switch

und 35 um 90° ist das Schalterzungenglied an einer. nach der Erfindung elektrisch leitende Teile (die Leiter _m and 35 at 90 ° is the switch tongue member on one. according to the invention electrically conductive parts (the conductor _m

nahe an den Platten 43 gelegenen Stelle verschwenkbar, 34, 35, 51, 52) in der dargestellten besonderen Aus-close to the plates 43 pivotable point, 34, 35, 51, 52) in the particular embodiment shown

ohne daß der Supraleiter unterbrochen zu werden führung verwendet werden, oder daß die beschriebenewithout the superconductor to be interrupted guide can be used, or that the described

braucht. . Betätigungsvorrichtung benutzt wird. Zum Beispielneeds. . Actuator is used. For example

Es wird nunmehr auf die F i g. 2 und 4 verwiesen, 45 können das Schalterzungenglied und das Schalteraus denen zu ersehen ist, daß die Leiter 51 und 52, die blockglied mit je einem einzigen stabilisierten Supraim wesentlichen den Leitern des Schalterzungengliedes leiter ausgestattet werden (zwei Leiter weisen lediglich gleichen, von den einander gegenüberstehenden, elek- die größte Kontaktfläche auf), und die Betätigung des irisch nichtleitenden Blöcken 53 und 54 getragen wer- Stößels und der Welle 25 kann durch einen einzigen den, die ihrerseits auf den Stiften 55 und 56 bewegbar 50 Arbeitsvorgang erfolgen, oder an Stelle einer Bewegelagert sind, so daß die Blöcke 53 und 54 und damit gung in einer zu den Kontaktflächen parallelen Richdie Leiter 51 und 52 in Richtung zueinander hin- und tung, wie in der F i g. 2 dargestellt, können ein oder herbewegbar sind, wobei die freiliegenden glatten mehrere stabilisierte Supraleiter so angeordnet werden, Flächen 346 und 356 der Leiter 34 und 35 mit den daß die Bewegung in einer zu den Kontaktflächen freiliegenden glatten Flächen 51 6 und 526 der Leiter 51 55 senkrechten Richtung ' erfolgt (so daß keine Ver- und 52 in Berührung gebracht werden können. Der voh drehung um 90° vorgesehen zu werden braucht, wie den Blöcken 53 und 54 entfernt gelegene Teil der in der F i g. 2 dargestellt), um den Schalter zu schlie-•LeiterSl und 52 wird von einem elektrisch nicht- Ben und zu öffnen.It is now to the F i g. Referring to Figs. 2 and 4, the switch tongue member and the switch can be turned off which can be seen that the conductors 51 and 52, the block members each with a single stabilized Supraim essentially the conductors of the switch tongue element are equipped with a ladder (two conductors only have equal the largest contact surface of the opposing ones), and the actuation of the Irish non-conductive blocks 53 and 54 can be carried by a single plunger and the shaft 25 the, which in turn are carried out on the pins 55 and 56 moveable 50 work process, or instead of a moveable bearing are, so that the blocks 53 and 54 and thus supply in a direction parallel to the contact surfaces Conductors 51 and 52 towards each other back and forth, as in FIG. 2 can be one or are moveable, the exposed smooth multiple stabilized superconductors being arranged in such a way that Surfaces 346 and 356 of conductors 34 and 35 with that movement in one to the contact surfaces exposed smooth surfaces 51 6 and 526 of the conductors 51 55 perpendicular direction 'takes place (so that no and 52 can be brought into contact. The pre-rotation by 90 ° needs to be provided as remote from blocks 53 and 54, the portion of FIG. 2) to close the switch and 52 is operated by an electrically non-Ben and open.

leitenden Befestigungsglied 59 an der Grundplatte Da die elektrisch leitenden Teile des Schalterzungenfestgehalten. Die glatten Flächen 516 und 52b der 60 gliedes und des Schalterblockgliedes ein supraleitendes Leiter 51 und 52 sind gleichfalls mit einem Belag bei- Material enthalten, so besteht der einzige Widerstand spielsweise aus Silber versehen und stehen den be- im Schalter aus dem Widerstand des normalen Matetreffenden glatten Flächen 356 und 346 der Leiter 35 rials zwischen dem supraleitenden Material und aus und 34 parallel gegenüber, wenn das Schalterzungen- dem Oberflächenwiderstand an den Kontaktteilen dieglied 21 in der unteren oder Schließstellung steht. Wie 65 ser Leiter. Damit die Flächen zwischen diesen elektrisch am besten aus der F i g. 4 zu ersehen ist, ist jeder ■ leitenden Gliedern so glatt wie möglich sind, werden Leiter 51 und 52 z. B. durch Weichlöten an zwei oder diese vorzugsweise in der beschriebenen Weise angemehr metallischen Haltezapfen 61 befestigt, die in den ordnet, so daß die Seiten der Unterlage der stabilisier-conductive fastening member 59 on the base plate as the electrically conductive parts of the switch tongue are held in place. The smooth surfaces 516 and 52b of the 60 member and the switch block member a superconducting conductor 51 and 52 are also covered with a material, so the only resistor is made of silver, for example, and the switch consists of the resistance of the normal mat smooth surfaces 356 and 346 of the conductors 35 rials between the superconducting material and from and 34 parallel opposite when the switch tongue is the surface resistance on the contact parts die member 21 in the lower or closed position. Like 65 this leader. So that the areas between these are electrically best shown in FIG. 4 is seen, each ■ conductive links are as smooth as possible, conductors 51 and 52 z. B. by soft soldering to two or these preferably in the manner described more metallic retaining pin 61 attached, which is arranged in the so that the sides of the base of the stabilizing

ten Leiter miteinander Kontakt haben. Mit anderen Worten, die Seite, die die supraleitenden Drähte oder "auch einen supraleitenden Streifen enthält, ist den Kontaktflächen abgewandt, die vor dem Eintauchen in die supraleitende Umgebung gereinigt werden sollen.ten conductors are in contact with each other. In other words, the side that the superconducting wires or "also contains a superconducting strip, is turned away from the contact surfaces that were before dipping into the superconducting environment should be cleaned.

Es wird nunmehr auf die F i g. 5 verwiesen, die in graphischer Darstellung den Widerstand der Flächen zwischen zwei stabilisierten Leitern bei supraleitenden Temperaturen zeigt, wobei die Hauptmasse des Materials aus Kupfer besteht und wobei diese Leiter in allen Fällen außer einem auf den Kontaktflächen mit verschiedenen Belägen versehen sind. Aus allen Kurven ist zu ersehen, daß der Oberflächenwiderstand in an sich bekannter Weise kleiner wird, wenn der Druck erhöht wird. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß der Strom an den Kontaktflächen durch eine Reihe kleiner Kontaktbezirke fließt. Der gesamte Querschnitt dieser stromführenden kleinen Kohtaktbezirke ist viel kleiner als der Querschnitt der vollständigen Kontaktfläche. Unter dem ausgeübten Druck vergrößern sich die Kontaktbezirke, und der Oberflächenwiderstand wird kleiner.It is now to the F i g. 5, which graphically depicts the resistance of the surfaces shows between two stabilized conductors at superconducting temperatures, the main mass of the material consists of copper and this conductor in all cases except one on the contact surfaces with different coverings are provided. From all curves it can be seen that the surface resistance in an is known to become smaller when the pressure is increased. The reason for this is to be seen in the fact that the current at the contact surfaces flows through a series of small contact areas. The entire cross-section this current-carrying small contact area is much smaller than the cross-section of the complete contact area. Under the pressure exerted, the contact areas and the surface resistance increase gets smaller.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht heryor, daß ein möglichst kleiner Kontaktwiderstand erwünscht ist. Es ist jedoch nicht naheliegend, welches Metall gewählt werden soll, da der kleinste Oberflächenwiderstand bei nahe am absoluten Nullpunkt liegenden Temperaturen erforderlich ist. Zum Beispiel werden bei diesen Temperaturen Metalle härter, und wenn die Oberfläche dem Wesen nach ein Halbleiter ist, so erhöht sich deren Widerstand im Vergleich zu dem Widerstand bei Raumtemperatur. Oberflächen, die sich für Schalterkontakte bei allen anderen als Supraleittemperaturen als befriedigend erwiesen haben, brauchen sich nicht notwendigerweise für Supraleittemperaturen eignen. Dies hat sich bei Untersuchungen ergeben, die bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, bei denen der Oberflächenwiderstand von sauberen Kupferflächen eines stabilisierten Supraleiters bei Supraleittemperaturen mit dem Oberflächenwiderstand derselben Flächen nach einer Alterungszeit von zwei Monaten bei Raumtemperatur an der Luft verglichen wurde. Wie sich gezeigt hat, erhöhte sich der Oberflächenwiderstand der gealterten Flächen auf das Fünfzigfache im Vergleich zu frischen Flächen.From the above, heryor assumes that the smallest possible contact resistance is desirable is. However, it is not obvious which metal should be chosen, since it has the lowest surface resistance is required at temperatures close to absolute zero. For example be at these temperatures metals harder, and if the surface is essentially a semiconductor, so increased their resistance compared to the resistance at room temperature. Surfaces that have proven to be satisfactory for switch contacts at all temperatures other than superconducting temperatures, need not necessarily be suitable for superconducting temperatures. This has been found in research which were carried out in the development of the present invention, in which the surface resistance of clean copper surfaces of a stabilized superconductor at superconducting temperatures with the surface resistance of the same surfaces after an aging time of two months at room temperature was compared in the air. As has been shown, the surface resistance of the aged surfaces 50 times compared to fresh surfaces.

Aus der F i g. 5 ist zu ersehen, daß bei einer Beschichtung von frischen oder sauberen Kontaktflächen der stabilisierten Leiter mit Gold, ζ. Β. durch Elektroplattieren, der Oberflächenwiderstand von Gold ungefähr zehnmal so klein ist als der einer Kupferfläche bei der Temperatur des flüssigen Heliums. Werden die Kontaktflächen jedoch mit einem Silberbelag versehen, so kann der Oberflächenwiderstand um einen Faktor von Sechs kleiner sein, als dies bei Gold möglich ist. Die Kurve für den Oberflächenwiderstand bei Silber wurde bei einer Dicke des Silberbelags von ungefähr 0,01 mm erzielt. Wie ferner aus der F i g. 5 zu ersehen ist, kann der geringe Widerstand der silberplattierten Flächen bei kleinsten Kontaktdrücken von kg/cm² erreicht werden.
Bei einem mit Silber erzielbaren Oberflächenwiderstand von 2 · 10~⁴ Ohm · cm ist der Energieverlust im Schalter vernachlässigbar klein. Ist bei einem Schalter nach der Erfindung, der zum Kurzschließen einer supraleitenden Spule mit einem induktiven Widerstand von 1 Henry benutzt wird, die Kontaktfläche beispielsweise 32,25 cm² groß, so beträgt die Zeitkonstante für das Schwinden des beständig fließenden Stromes ungefähr 50 Jahre.From FIG. 5 it can be seen that with a coating of fresh or clean contact surfaces of the stabilized conductor with gold, ζ. Β. by electroplating, the surface resistance of gold is about ten times as small as that of a copper surface at the temperature of liquid helium. However, if the contact surfaces are provided with a silver coating, the surface resistance can be a factor of six less than is possible with gold. The curve for the surface resistance for silver was obtained with a thickness of the silver coating of approximately 0.01 mm. As also from FIG. 5 can be seen, the low resistance of the silver-plated surfaces can be achieved at the lowest contact pressures of kg / cm ² .
In one achieved with silver surface resistivity of 2 x 10 ^-4 ohm-cm, the energy loss in the switch is negligibly small. If in a switch according to the invention, which is used to short-circuit a superconducting coil with an inductive resistance of 1 henry, the contact area is, for example, 32.25 cm ² , the time constant for the disappearance of the continuously flowing current is approximately 50 years.

Claims

Patent claims:

ao 1. Electrical, at cryogenic temperatures

Switch to be used with two mounted on a base plate, serving as contact pieces Conductors, each of which has a superconducting material in contact with a normally conductive metal stands, which on the one hand serves as a carrier for the superconducting material and on the other hand im Contact area the. Forms contact surface, this conductor by means of an actuating device are movable relative to each other and their contact surfaces are below in the closed state Touching pressure, characterized that in the conductors (51 or 52; 34 or 35) the superconducting material (36) each in one ribbon-like strips of the normally conductive metal

(37) is embedded and that one (51 or 52) of the two conductors is covered with an insulating material Guide piece (53 or 54) is connected, which is controlled by the actuating device (23 to 27) is movable perpendicular to the contact surface of this conductor, while the other (34 or 35) of the two Head through the actuating device to a bearing point (43) in one to the contact surface of the other conductor (51 or 52) parallel plane is pivotable, so that the two conductors thereby to close the switch can be aligned parallel to each other and then by moving of the guide piece (53 or 54) by means of the actuating device the contact surfaces of the conductors can be brought into contact with one another.,

2. Electrical switch according to "Claim 1, characterized in that the normally conductive Metal (37) is covered with a thin silver layer (46) in the contact area.

1 sheet of drawings

209 614/166