DE10324500B3

DE10324500B3 - Regulated cryogenic current feed device has setting region of current conductor section provided by fixed contact and movable contact displaced along its contact surface

Info

Publication number: DE10324500B3
Application number: DE2003124500
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Gromoll; Jürgen Dr. Rieger; Reinhard Dr. Schlosser; Heinz Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-05-27

Abstract

The current feed device has a conductor section extending through the outer wall of a cryostat, provided with a setting region (11) having at least one fixed contact (21) and at least one relatively displaced movable contact (20) operated by a drive device. The contact surfaces (22) of the fixed contact and the movable contact extend perpendicular or at an angle to the current direction, the movable contact displaced along its contact surface. An independent claim for a load-dependent current feed method using a cryogenic current feed device is also included.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen eines elektrischen Stromes mit einem sich zwischen zwei Temperaturbereichen erstreckenden und zum Führen des Stromes eingerichteten Leiterabschnitt, der einen Stellbereich mit wenigstens einem Festkontakt sowie wenigstens einem diesbezüglich beweglich geführten Bewegkontakt aufweist, und mit Antriebsmitteln zum Erzeugen und Einleiten einer Antriebsbewegung für jeden Bewegkontakt, wobei die Vorrichtung in einem Kryostaten angeordnet ist, der einen mit flüssigem Kühlmittel befüllten Kälteraum aufweist, und wobei sich der Leiterabschnitt zwischen dem Kälteraum und einer auf Raumtemperatur liegenden Außenwandung des Kryostaten erstreckt.The The invention relates to a device for supplying an electric current with an extending between two temperature ranges and to lead of the current set up conductor section, which has a setting range with at least one fixed contact and at least one movable in this regard out Has moving contact, and with drive means for generating and Initiating a drive movement for each moving contact, wherein the device is arranged in a cryostat, which one with liquid coolant filled cold room has, and wherein the conductor portion between the cold space and an outer wall of the cryostat lying at room temperature.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum lastabhängigen Zuführen eines Stromes.The The invention further relates to a method for load-dependent feeding of a Current.

Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind aus der US 4,209,658 A bereits bekannt. Die dort offenbarte Vorrichtung ist zur kryogenen Stromzuführung für einen tiefgekühlten Elektromagneten vorgesehen, wobei der Elektromagnet in einer mit flüssigem Helium befüllten Kältekammer eines Kryostaten angeordnet ist. Die Kältekammer ist über ein Vakuum gegenüber der Außenwandung des Kryostaten isoliert. Die vorbekannte Vorrichtung weist einen Leiterabschnitt auf, der sich zwischen einem auf Raumtemperatur befindlichen Endbereich und dem auf die Temperatur des flüssigen Heliums abgekühlten Elektromagneten erstreckt. Durch die Wärmeleitung des Leiterabschnitts parallel zur Stromrichtung treten thermische Verluste auf. Der ohmsche Widerstand des Leiterabschnitts sorgt darüber hinaus für elektrische Verluste. Zur Minimierung dieser Verluste wird die Länge des Leiterabschnitts in Abhängigkeit des über den Leiterabschnitt fließenden Stromes bei konstantem Querschnitt variiert. Zu diesem Zweck umfasst der Leiterabschnitt einen Stellbereich mit einer hohlzylindrisch ausgestalteten Verlängerungskammer. In die Verlängerungskammer ragt eine Kolbenstange hinein, deren freies Ende einen Kolben trägt, der mittels eines umfänglichen Kolbenringes von der Innenwandung der hohlzylindrischen Verlängerungskammer in Richtung des zugeführten Stromes dichtend geführt ist. Der Kolben unterteilt die Verlängerungskammer in eine obere Raumtemperaturkammer sowie eine untere Tieftemperaturkammer, wobei ein wässriges Kühlmittel durch die Raumtemperaturkammer geleitet wird. Die Tieftemperaturkammer kommuniziert über eine Einströmöffnung mit gasförmigem Helium des Kälteraums. Durch Verschieben des Kolbens in der Verlängerungskammer verändert sich die Lage des Raumtemperaturpunktes, der durch den Wärmekontakt des Kolbens mit der Innenwandung der Verlängerungskammer bestimmt ist. Auf diese Weise ist die Länge des Leiterabschnitts abstimmbar. Der vorbekannten Vorrichtung haftet jedoch der Nachteil an, dass sie raumgreifend ist und nur umständlich in kompakten Bauräumen untergebracht werden kann.Such a device and such a method are known from the US 4,209,658 A already known. The device disclosed there is intended for cryogenic power supply for a frozen electromagnet, the electromagnet being arranged in a cold chamber of a cryostat filled with liquid helium. The cold chamber is isolated from the outer wall of the cryostat by a vacuum. The known device has a conductor section which extends between an end region located at room temperature and the electromagnet cooled to the temperature of the liquid helium. Thermal losses occur due to the heat conduction of the conductor section parallel to the current direction. The ohmic resistance of the conductor section also causes electrical losses. To minimize these losses, the length of the conductor section is varied as a function of the current flowing over the conductor section with a constant cross section. For this purpose, the conductor section comprises an adjustment area with a hollow cylindrical extension chamber. A piston rod protrudes into the extension chamber, the free end of which carries a piston which is sealingly guided by a circumferential piston ring from the inner wall of the hollow cylindrical extension chamber in the direction of the current supplied. The piston divides the extension chamber into an upper room temperature chamber and a lower cryogenic chamber, with an aqueous coolant being passed through the room temperature chamber. The low-temperature chamber communicates with gaseous helium of the cold room via an inflow opening. Moving the piston in the extension chamber changes the position of the room temperature point, which is determined by the thermal contact of the piston with the inner wall of the extension chamber. In this way, the length of the conductor section can be adjusted. However, the known device suffers from the disadvantage that it is extensive and can only be accommodated with great difficulty in compact installation spaces.

Aus der EP 0 789 368 A1 ist eine Vorrichtung der Supraleitungstechnik bekannt, bei der Strom mittels einer Stromzuführung von einem auf Raumtemperatur befindlichen Leiter zu einer supraleitenden Einrichtung geführt ist, die in einem kryogenen Kühlmittel angeordnet ist. Um Wärmeverluste bei längeren Standzeiten zu vermeiden, ist ein Trennschalter vorgesehen, der eine aus einem Festkontakt sowie einem Bewegkontakt bestehende Kontaktanordnung aufweist. Der Bewegkontakt ist bezüglich des Festkontaktes in Richtung der Stromzuführung beweglich geführt und kann über das Einleiten einer Hubbewegung von dem Festkontakt getrennt werden. Auf diese Weise ist eine wärmeisolierende Trennstrecke zwischen den Kontakten der Kontaktanordnung bereitgestellt, so dass Wärmeverluste unterdrückt sind.From the EP 0 789 368 A1 A device of superconductivity is known in which current is fed from a conductor located at room temperature to a superconducting device, which is arranged in a cryogenic coolant, by means of a power supply. In order to avoid heat losses in the event of longer standing times, a disconnector is provided which has a contact arrangement consisting of a fixed contact and a moving contact. The moving contact is guided so as to be movable with respect to the fixed contact in the direction of the power supply and can be separated from the fixed contact by initiating a lifting movement. In this way, a heat-insulating isolating section is provided between the contacts of the contact arrangement, so that heat losses are suppressed.

Die DE 35 45 789 C2 offenbart eine Schaltvorrichtung mit einem Fest- sowie einem Bewegkontakt, wobei der Bewegkontakt quer zur Hauptstromführungsrichtung beweglich geführt ist.The DE 35 45 789 C2 discloses a switching device with a fixed and a moving contact, the moving contact being movably guided transversely to the main current-carrying direction.

Die DE 29 01 892 C2 offenbart eine Stromzuführung, die mit einer Trennvorrichtung ausgerüstet ist. Zur Regelung der Wärmeübertragung zwischen einem ortsfesten in einem kryogenen Kühlmittel angeordneten Bauteil und einem bewegbaren Bauteil der Trennvorrichtung, das mit auf Raumtemperatur liegenden Bauteilen thermisch und elektrisch leitend verbunden ist, weisen die Bauteile der vorbekannten Stromzuführung eine bestimmte Geometrie sowie ein zweckmäßiges Masseverhältnis auf.The DE 29 01 892 C2 discloses a power supply that is equipped with a separator. To regulate the heat transfer between a stationary component arranged in a cryogenic coolant and a movable component of the separating device, which is thermally and electrically conductively connected to components lying at room temperature, the components of the known power supply have a certain geometry and a suitable mass ratio.

Die DE 41 36 395 offenbart einen Oxidsupraleiter, dessen Anschlussteile mit einem leitfähigen Material, beispielsweise aus der Gruppe Silber, Gold, Platin oder dergleichen dotiert ist.The DE 41 36 395 discloses an oxide superconductor, the connection parts of which is doped with a conductive material, for example from the group silver, gold, platinum or the like.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art bereit zu stellen, mit denen eine lastabhängige Stromzuführung auch bei geringen vorgegebenen Bauvolumina ermöglicht ist.task The invention is an apparatus and a method of the beginning to provide the type mentioned, with which a load-dependent power supply also is possible with small predetermined construction volumes.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass zwischen jedem Bewegkontakt und jedem an diesem anliegenden Festkontakt eine quer oder schräg zur Richtung des Stromes in dem Leiterabschnitt verlaufende Kontaktfläche ausgebildet ist, wobei je der Bewegkontakt entlang seiner Kontaktflächen beweglich geführt ist.The Invention solves this task in that between every moving contact and everyone at this fixed contact a cross or diagonally to the direction of the current in the conductor section extending contact surface is, wherein the moving contact is movable along its contact surfaces guided is.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum geregelten Zuführen eines Stromes mit einem Leiterabschnitt bereitgestellt, der sich über ein großes Temperaturintervall hinweg erstreckt, wobei jedoch die freien Enden des Leiterabschnittes, mit denen der Leiterabschnitt in Wärmekontakt mit den unterschiedlichen Temperaturbereichen ist, auch bei der Anpassung der Leitfähigkeit einen festen Abstand zueinander aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher in einer Vakuumkammer eines Kryobehälters integriert werden, selbst wenn dieser einen nur geringen Bauraum für die Vorrichtung vorgibt. Dies wird durch eine Bewegung des Bewegkontaktstückes ermöglicht, die nicht parallel zur Stromrichtung in dem Leiterabschnitt ausgerichtet ist, sondern in einer Querrichtung oder zumindest schräg bezüglich des zugeführten Stroms verläuft. Die dazu notwendige Antriebsbewegung wird über Antriebsmittel, die im einfachsten Fall eine einfache Stange sowie einen von Hand bewegbaren Hebel umfassen, in jeden Bewegkontakt eingeleitet. Auf diese Weise ist die Größe der Kontaktfläche an die jeweils herrschenden Betriebsbedingungen anpassbar. Die Größe der Kontaktfläche ist jedoch mit der Wärme- und Stromleitfähigkeit verknüpft, so dass eine einfache, kompakte und an die jeweiligen Betriebsbedingungen anpassbare Vorrichtung bereitgestellt ist.According to the invention Controlled feeding device a current is provided with a conductor section which extends over a large temperature interval extends, but with the free ends of the conductor section, with which the conductor section in thermal contact with the different Temperature ranges, even when adjusting the conductivity has a fixed distance from each other. The device according to the invention can therefore be integrated in a vacuum chamber of a cryocontainer, even if this specifies only a small space for the device. This is made possible by a movement of the moving contact piece that is not parallel is aligned with the current direction in the conductor section, but in a transverse direction or at least obliquely with respect to the current supplied runs. The drive movement required for this is via drive means which in the simplest case, a simple rod and a hand-movable Include levers, initiated in each moving contact. That way the size of the contact area to the adaptable to the prevailing operating conditions. The size of the contact area is however with the heat and current conductivity connected, so that a simple, compact and adapted to the respective operating conditions customizable device is provided.

Abweichend zur Regelung von Hand wird die Antriebsbewegung durch Reglungsmittel selbsttätig geregelt, wobei ein Signalgeber zum Erfassen einer elektrischen Messgröße des Leiterabschnittes und eine mit dem Signalgeber verbundene Regelungseinheit, die zum Steuern der Antriebsmittel in Abhängigkeit der elektrischen Messgröße eingerichtet ist, vorgesehen sind.deviant the drive movement is controlled by means of regulating means automatically regulated, wherein a signal generator for detecting an electrical measured variable of the conductor section and a control unit connected to the signal transmitter, which for Controlling the drive means in dependence on the electrical measured variable is provided.

Als elektrische Messgröße kommt beispielsweise der durch den Leiterabschnitt fließende Strom in Betracht. So kann der Signalgeber beispielsweise einen Stromwandler zur Erzeugung eines zum Primärstrom des Leiterabschnittes proportionalen Sekundärstromes aufweisen. Der von dem Stromwandler erzeugte Sekundärstrom wird anschließend mittels einer zweckmäßigen Signalverarbeitungskette des Signalgebers mit einem Abtasttakt unter Erzeugung von Abtastwerten abgetastet und anschließend durch einen Analog-Digital-Wandler in eine Folge zeitabhängiger digitaler Stromwerte überführt. Die Stromwerte sind in eine Regelungseinheit einspeisbar, die anhand der Stromwerte einen Sollwert für die Stellung des Bewegkontaktes bestimmt. Kommt es zur Abweichung des Sollwertes von einem von der Regelungseinheit über einen Positionsmesser ermittelten Istwert, der der tatsächlichen Stellung des Bewegkontaktes bezüglich des Festkontaktes entspricht, veranlasst die Regelungseinheit die Antriebsmittel zur Erzeugung einer Antriebsbewegung, mit der die Übereinstimmung zwischen dem Istwert und dem Sollwert herbeigeführt wird.As electrical measurement comes for example, the current flowing through the conductor section in Consideration. For example, the signal generator can be a current transformer to generate a primary current of the conductor section have proportional secondary current. The of secondary current generated by the current transformer will then by means of an appropriate signal processing chain of the Signal generator with a sampling clock with generation of samples scanned and then by an analog-to-digital converter into a sequence of time-dependent digital ones Current values transferred. The current values can be fed into a control unit based on the current values a setpoint for determines the position of the moving contact. If there is a deviation of the setpoint from one of the control unit via one Position sensor determined actual value that the actual Position of the moving contact in relation of the fixed contact, the control unit initiates the Drive means for generating a drive movement with which the match between the actual value and the setpoint.

Gemäß einer diesbezüglichen Weiterentwicklung wirken die Bewegkontakte mit einem Positionsgeber zusammen, der zur Erzeugung eines von der Stellung der Bewegkontakte zu den Festkontakten abhängigen Positionssignals eingerichtet ist. Das Positionssignal wird durch eine zweckmäßige Messwerterfassungseinheit abgetastet und in digitale Positionswerte überführt, die zur Festlegung des Istwertes von der Regelungseinheit abgefragt werden.According to one related The moving contacts with a position sensor are a further development together to generate one from the position of the moving contacts dependent on the fixed contacts Position signal is set up. The position signal is indicated by an expedient data acquisition unit sampled and converted into digital position values which are used to determine the Actual values are queried by the control unit.

Die Vorrichtung ist zweckmäßigerweise in einem Kyrostaten angeordnet, der einen mit flüssigem Kühlmittel gefüllten Kälteraum aufweist, wobei sich der Leiterabschnitt zwischen dem Kälteraum und einer auf Raumtemperatur liegenden Außenwandung des Kyrostaten erstreckt.The Device is convenient arranged in a cyrostat, which is a cold room filled with liquid coolant has, wherein the conductor section between the cold room and an outer wall of the cyrostat lying at room temperature.

Bei einer zweckmäßigen Weiterentwicklung der Erfindung weisen die Antriebsmittel wenigstens eine mit jedem Bewegkontakt verbundene Antriebswelle zum Erzeugen einer Drehbewegung auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weisen die Antriebsmittel beispielsweise einen elektrischen Drehmotor auf, dessen Drehbewegung über zweckmäßige Getriebemittel in jede Antriebswelle eingeleitet wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass auch der Festkontakt an einer Antriebswelle befestigt ist, so dass sowohl der Festkontakt als auch der Bewegkontakt relativ zueinander bewegbar sind, wobei in einer bestimmten Drehstellung zwischen den Kontakten die größte Kontaktfläche bereitgestellt ist.at an appropriate further development of Invention, the drive means have at least one with each moving contact connected drive shaft to generate a rotary movement. According to this embodiment the drive means have, for example, an electric rotary motor on, whose rotational movement over Appropriate gear is introduced into each drive shaft. According to this embodiment is it also possible that the fixed contact is also attached to a drive shaft, so that both the fixed contact and the moving contact are relative are movable relative to each other, in a certain rotational position the largest contact area is provided between the contacts is.

Vorteilhafterweise weisen die Antriebsmittel wenigstens eine mit zumindest einem Bewegkontakt verbundene Hubstange zum Erzeugen einer Linearbewegung auf. Bei dieser zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung weisen die Antriebsmittel einen Linearmotor auf, dessen Hubbewegung über beispielsweise Hebelschwingen und dergleichen aufweisende Getriebemittel in die Bewegkontakte eingeleitet wird.advantageously, the drive means have at least one connected to at least one moving contact Lift rod for generating a linear movement. In this expedient embodiment According to the invention, the drive means have a linear motor, the Lift movement over, for example Lever arms and the like having gear means in the Moving contacts is initiated.

Vorteilhafterweise sind die Festkontakte und die Bewegkontakte scheibenförmig ausgebildet und stapelförmig angeordnet. Durch eine Antriebsbewegung werden die Bewegkontakte gegenüber den Festkontakten verschoben, wodurch sich die zwischen ihnen ausgebildete Kontaktfläche verkleinert. Durch die verkleinerte Kontaktfläche ist jedoch der elektrische Widerstand erhöht und die Wärmeleitfähigkeit des Materials herabgesetzt.advantageously, the fixed contacts and the moving contacts are disc-shaped and stacked arranged. The moving contacts become by a drive movement across from the fixed contacts, whereby the trained between them contact area reduced. Due to the reduced contact area, however, the electrical Resistance increased and thermal conductivity of the material.

Gemäß einer diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Antriebsmittel eine mit jedem Bewegkontakt verbundene Antriebswelle zum Erzeugen einer Drehbewegung auf, die sich in Richtung des Stromes erstreckt, wobei sowohl die Festkontakte als auch die Bewegkontakte jeweils einen leitenden Abschnitt und einen Isolierabschnitt aufweisen, wobei jede Kontaktfläche zwischen einem leitenden Abschnitt des Bewegkontaktes und einem leitenden Abschnitt des Festkontakts ausgebildet ist und wobei die Antriebswelle jeden Festkontakt frei durchgreift, mit jedem Bewegkontakt jedoch drehfest verbunden ist. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung sind die Bewegkontakte und Festkontakte nicht homogen ausgebildet, sondern in einen leitenden Bereich mit geringem ohmschen Widerstand und hoher thermischer Leitfähigkeit sowie einen isolierenden nicht leitenden Bereich unterteilt. Aus diesem Grunde ist eine Verringerung der Leitfähigkeit des Stellbereichs durch die Drehung der Antriebswelle ermöglicht, die lediglich drehfest mit den Bewegkontakten verbunden ist. Die leitenden Abschnitte der Festkontakte sind zweckmäßigerweise gleichförmig ausgestaltet und miteinander in Richtung der Antriebswelle fluchtend oder deckungsgleich angeordnet. Dies gilt entsprechend für den drehfest mit der Antriebswelle verbundenen Bewegkontakt. Durch Drehen der Antriebswelle ist somit in einer Kontaktstellung eine maximale Überlappung zwischen den leitenden Abschnitten der Bewegkontakte und den leitenden Abschnitten der Festkontakte bereitgestellt. In einer Unterbrecherstellung hingegen sind die leitenden Abschnitte der Bewegkontakte ausschließlich oder im Wesentlichen in Kontakt mit den Isolierabschnitten der Festkontakte. Gemäß dieser Weiterentwicklung der Erfindung wird sowohl der Querschnitt als auch die Länge des Stellbereichs des Leiterabschnittes variiert, wobei jedoch eine Bewegung in Richtung der Stromzuführung vermieden ist.According to an advantageous embodiment of the invention in this regard, the drive means have a drive shaft connected to each moving contact for generating a rotary movement which extends in the direction of the current, both the fixed contacts and the moving contacts each having a conductive section and an isolating section have cut, wherein each contact surface between a conductive portion of the moving contact and a conductive portion of the fixed contact is formed and wherein the drive shaft passes freely through each fixed contact, but is non-rotatably connected to each moving contact. According to this advantageous further development, the moving contacts and fixed contacts are not formed homogeneously, but are subdivided into a conductive area with low ohmic resistance and high thermal conductivity as well as an insulating, non-conductive area. For this reason, a reduction in the conductivity of the adjustment range is made possible by the rotation of the drive shaft, which is only non-rotatably connected to the moving contacts. The conductive sections of the fixed contacts are expediently configured uniformly and are aligned or aligned with one another in the direction of the drive shaft. This applies accordingly to the moving contact that is connected to the drive shaft in a rotationally fixed manner. By rotating the drive shaft, a maximum overlap between the conductive sections of the moving contacts and the conductive sections of the fixed contacts is thus provided in a contact position. In contrast, in a break position, the conductive sections of the moving contacts are exclusively or essentially in contact with the insulating sections of the fixed contacts. According to this further development of the invention, both the cross section and the length of the adjustment range of the conductor section are varied, but movement in the direction of the power supply is avoided.

Gemäß einem hiervon abweichenden Ausführungsbeispiel ist das Festkontaktstück mäanderförmig ausgestaltet und weist Einbuchtungen auf, wobei die Bewegkontakte an zwei einander gegenüberliegenden Hubstangen befestigt sind und durch die Hubbewegung der Hubstangen in die Einbuchtungen einschiebbar sind. In einer Trennstellung sind die Bewegkontakte aus den Einbuchtungen des Festkontaktes im Wesentlichen ausgefahren, so dass ein Stromfluss allein über den mäanderförmigen Festkontakt ermöglicht ist. Dabei weist der Festkontakt einen hohen ohmschen Widerstand und somit eine geringe thermische Leitfähigkeit auf, so dass in der Trennstellung der Vorrichtung eine Wärmeisolation bereitgestellt ist. Zum Zuführen von Strömen werden die Bewegkontakte durch Einleiten einer Antriebsbewegung in die Einbuchtungen des Festkontaktes eingefahren, wobei der Bewegkontakt beidseitig den mäanderförmigen Festkontakt überstreicht, so dass ein Stromfluss unter Überbrückung der Bögen des mäanderförmigen Festkontaktes über die Bewegkontakte ermöglicht ist.According to one embodiment deviating from this is the fixed contact piece meandering and has indentations, the moving contacts on two each other opposite Lifting rods are attached and by the lifting movement of the lifting rods can be inserted into the indentations. They are in a disconnected position Moving contacts from the indentations of the fixed contact essentially extended so that current can flow only through the meandering fixed contact. The fixed contact has a high ohmic resistance and thus a low thermal conductivity, so that in the Separated position of the device provided thermal insulation is. For feeding of currents the moving contacts by initiating a drive movement in the Indentations of the fixed contact retracted, the moving contact sweeps the meandering fixed contact on both sides, see above that a current flow bypassing the Arches of meandering fixed contact via the moving contacts allows is.

Vorteilhafterweise sind Feldsteuerelemente zur Potentialführung vorgesehen. Die Feldsteuerelemente sind insbesondere bei Hochspannungsanwendungen erforderlich, um Teilentladungen zwischen der Vorrichtung und den auf Erdpotential liegenden Wandungen eines die Vorrichtung nach außen kapselndes Gehäuses zu vermeiden. Dies gilt besonders für geringe Bauvolumina etwa innerhalb der Vakuumisolierung eines Kryostaten.advantageously, field control elements are provided for potential management. The field controls are required in particular in high voltage applications Partial discharges between the device and those at ground potential lying walls of the device encapsulating the outside housing to avoid. This applies particularly to small construction volumes inside the vacuum insulation of a cryostat.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum lastabhängigen Zuführen eines Stromes über eine Vorrichtung gemäß ei nem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein Signalgeber eine elektrische Messgröße des Leiterabschnitts unter Gewinnung von Messsignalen erfasst, die Messsignale einer Regelungseinheit zugeführt werden und die Regelungseinheit eine Antriebeinheit ansteuert, so dass eine Antriebsbewegung in Abhängigkeit der Messsignale erzeugt und in jeden Bewegkontakt des Stellbereichs eingeleitet wird, wobei jeder Bewegkontakt schräg oder quer zur Richtung des Strom in dem Leiterabschnitt entlang seiner Kontaktflächen bewegt wird.The The invention further relates to a method for load-dependent feeding of a Current over a Device according to a of claims 1 to 8, in which a signal generator is an electrical measurement of the conductor section with the acquisition of measurement signals, the measurement signals of a Control unit fed are and the control unit controls a drive unit, so that a drive movement is generated depending on the measurement signals and is introduced into each moving contact of the adjustment range, whereby each movement contact obliquely or across the direction of current along the conductor section of its contact areas is moved.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobeiFurther expedient configurations and advantages of the invention are the subject of the following description of embodiments of the Invention with reference to the figures of the drawing, wherein

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht, 1 a first embodiment of the device according to the invention in a schematic side view,

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Teildarstellung, 2 another embodiment of the invention in a schematic partial representation,

3 ein Ausführungsbeispiel eines Stellbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 3 an embodiment of a setting range of the device according to the invention,

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stellbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung und 4 a further embodiment of a setting range of the device according to the invention and

5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stellbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen. 5 show a further embodiment of a setting range of the device according to the invention.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Seitenansicht. Die Vorrichtung 1 dient zum Zuführen eines Stromes I von einem auf Raumtemperatur liegenden Versorgungsleiter 2 zu einem supraleitenden Bauteil 3, beispielsweise einer supraleitenden Wicklung, das in dem Kälteraum 4 eines Kyrostaten 5 angeordnet ist. Dabei ist der Kälteraum 4 über eine Zuleitung 6 mit einer kryogenen Flüssigkeit und in diesem Fall mit flüssigem Stickstoff befüllbar. Zur Wärmeisolation ist der Kälteraum innerhalb eines Vakuumraumes 7 angeordnet. 1 shows an embodiment of the device according to the invention 1 in a schematic side view. The device 1 serves to supply a current I from a supply conductor lying at room temperature 2 to a superconducting component 3 , for example a superconducting winding that is in the cold room 4 of a cyrostat 5 is arranged. Here is the cold room 4 via a supply line 6 can be filled with a cryogenic liquid and in this case with liquid nitrogen. For thermal insulation, the cold room is inside a vacuum room 7 arranged.

Die Vorrichtung 1 ist zwischen der Außenwandung des Kyrostaten 5 und damit des Vakuumraumes 7 sowie der Außenwandung des Kälteraumes 4 angeordnet und weist daher ein auf Raumtemperatur liegendes Ende 8 sowie ein auf der Temperatur des flüssigen Stickstoffs liegendes Ende 9 auf, zwischen denen sich ein Leiterabschnitt 10 erstreckt. Augrund seiner Leitfähigkeit ist durch den Leiterabschnitt 10 eine Wärmebrücke ausgebildet. So kommt es beispielsweise im stromlosen Zustand zum Vereisen des Versorgungsleiters 2 und somit zu unerwünschten Wärmeverlusten. Zur Herabsetzung dieser Wärmeverluste wäre es beispielsweise möglich, den Leiterabschnitt aus einem Material zu fertigen, das eine nur reduzierte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Nach dem Wiedemann-Franzschem Gesetz ist jedoch die Wärmeleitfähigkeit mit der elektrischen Leitfähigkeit in dem Sinne verknüpft, dass Metalle mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit auch eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Ein Leiterabschnitt 10 mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit ist daher durch einen erhöhten ohmschen Wider stand und somit durch hohe ohmsche Verluste gekennzeichnet. Zur Minimierung der Gesamtverluste, also sowohl der thermischen als auch der elektrischen Verluste, wird die Wärmeleitfähigkeit des Leiterabschnitts 10 auf den durch den Leiterabschnitt 10 geführten Strom optimiert.The device 1 is between the outside wall of the cyrostat 5 and thus the vacuum space 7 and the outer wall of the cold room 4 arranged and therefore has an end at room temperature 8th and an end at the temperature of the liquid nitrogen 9 on between which there is a ladder section 10 extends. Due to its conductivity is due to the conductor section 10 formed a thermal bridge. For example, the supply conductor is iced up in the de-energized state 2 and thus to undesirable heat losses. To reduce these heat losses, it would be possible, for example, to manufacture the conductor section from a material that has only a reduced thermal conductivity. According to the Wiedemann-Franz law, however, the thermal conductivity is linked to the electrical conductivity in the sense that metals with a low thermal conductivity also have a low electrical conductivity. A ladder section 10 with a low thermal conductivity is therefore due to an increased ohmic resistance and thus characterized by high ohmic losses. The thermal conductivity of the conductor section is used to minimize the total losses, that is to say both the thermal and the electrical losses 10 to that through the ladder section 10 led current optimized.

Zu diesem Zweck weist der Leiterabschnitt 10 einen Stellbereich 11 auf, dessen Wärmeleitfähigkeit durch Einleiten einer von Antriebsmitteln 12 erzeugten Antriebsbewegung einstellbar ist. Die Antriebsmittel 12 werden in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von einer Regelungseinheit 13 gesteuert, die mit einem Stromwandler 14 verbunden ist, wobei der Stromwandler 14 zum Erzeugen einer zum Primärstrom des Leiterabschnitts proportionalen Messgröße eingerichtet ist.For this purpose, the conductor section 10 a setting range 11 on whose thermal conductivity by introducing one of drive means 12 generated drive movement is adjustable. The drive means 12 are in the embodiment shown by a control unit 13 controlled with a current transformer 14 is connected, the current transformer 14 is set up to generate a measurement variable proportional to the primary current of the conductor section.

2 zeigt die Vorrichtung gemäß 1 in einer genaueren schematischen Darstellung. Insbesondere ist die Vorrichtung 1 mit dem Leiterabschnitt 10 verdeutlicht, der sich zwischen seinen Anschlüssen 8 und 9 erstreckt. Die sekundärseitig vom Stromwandler 14 erzeugten Messsignale werden von einer Messwerterfassungseinheit 15 abgetastet und die Abtastwerte anschließend unter Gewinnung von Stromwerten digitalisiert. Die Messwerterfassungseinheit 15 ist mit der Regelungseinheit 13 verbunden, welche die empfangenen Stromwerte mit benutzerseitig eingegebenen Grenzszenarien vergleicht und in Abhängigkeit des Vergleichs über eine Steuerleitung 16 einen Elektromotor 17 zur Erzeugung einer Bewegungsenergie ansteuert. Die Antriebsmittel 12 weisen neben dem Elektromotor 17 eine Antriebsstange 18 und einen Umlenkhebel 19 auf, der einerseits mit der Antriebsstange 18 und andererseits mit einem Bewegkontakt 20 des Stellbereichs 11 verbunden ist. 2 shows the device according to 1 in a more precise schematic representation. In particular, the device 1 with the ladder section 10 clarifies who is between his connections 8th and 9 extends. The secondary side of the current transformer 14 Measurement signals generated are generated by a measurement value acquisition unit 15 sampled and the samples then digitized to obtain current values. The measured value acquisition unit 15 is with the control unit 13 connected, which compares the received current values with limit scenarios entered by the user and, depending on the comparison, via a control line 16 an electric motor 17 driven to generate kinetic energy. The drive means 12 point next to the electric motor 17 a drive rod 18 and a bell crank 19 on the one hand with the drive rod 18 and on the other hand with a moving contact 20 of the adjustment range 11 connected is.

Der Bewegkontakt 20 ist keilförmig ausgestaltet und liegt unter Ausbildung einer Kontaktfläche 22 an einem komplementär zu diesem ausgebildeten ortsfesten Festkontakt 21 an. Dabei ist der Bewegkontakt bezüglich des Festkontakts 21 linear in einer rechtwinklig zum Strom I ausgerichteten Richtung beweglich.The moving contact 20 is wedge-shaped and lies with the formation of a contact surface 22 on a complementary to this trained fixed contact 21 on. Here is the moving contact with respect to the fixed contact 21 linearly movable in a direction perpendicular to the current I.

In 2 ist der Stellbereich 11 in einer Stellung gezeigt, in der die Stirnseiten des Bewegkontaktes 20 im Wesentlichen bündig mit denjenigen des Festkontaktes 21 abschließen. In dieser Stellung ist die zwischen den Kontakten ausgebildete Kontaktfläche 22 am größten, so dass der Leiterabschnitt 10 seinen minimalen ohmschen Widerstand und seine größte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Durch Einleiten der vom Elektromotor 17 erzeugten Antriebsbewegung wird der Bewegkontakt 20 gegenüber dem Festkontakt 21 in Querrichtung verschoben, wobei sich die Kontaktfläche 22 verkleinert. Die Wärmeleitfähigkeit nimmt daher ab, wobei sich der ohmsche Widerstand des Leiterabschnitts 10 vergrößert.In 2 is the setting range 11 shown in a position in which the end faces of the moving contact 20 essentially flush with those of the fixed contact 21 to lock. In this position is the contact surface formed between the contacts 22 largest, so the ladder section 10 has its minimum ohmic resistance and its greatest thermal conductivity. By initiating the from the electric motor 17 generated drive movement is the moving contact 20 compared to the fixed contact 21 moved in the transverse direction, the contact surface 22 reduced. The thermal conductivity therefore decreases, whereby the ohmic resistance of the conductor section 10 increased.

Bei einem hohen Stromfluss über den Leiterabschnitt 10 beispielsweise unter Nennstrombedingungen wird der Bewegkontakt mittels der Regelungseinheit 13 und der Antriebsmittel 17 in die in 2 gezeigte Stellung verfahren, so dass die elektrischen und thermischen Verluste minimiert sind. Werden jedoch nur geringe Ströme über den Leiterabschnitt 10 geführt, ist der Bewegkontakt 20 gegenüber dem Festkontakt 21 verschoben. Fließt kein Strom über den Leitungsabschnitt 10, ist der Bewegkontakt 20 gegenüber dem Festkontakt 21 so weit verschoben, dass im Wesentlichen kein elektrischer Kontakt zwischen den beiden Kontakten besteht. In dieser Stellung sind thermische Verluste des Leiterabschnittes minimiert.With a high current flow over the conductor section 10 for example, under nominal current conditions, the moving contact is made by means of the control unit 13 and the drive means 17 in the in 2 Move the position shown so that the electrical and thermal losses are minimized. However, there are only small currents across the conductor section 10 guided, is the moving contact 20 compared to the fixed contact 21 postponed. No current flows through the line section 10 , is the moving contact 20 compared to the fixed contact 21 shifted so far that there is essentially no electrical contact between the two contacts. In this position, thermal losses of the conductor section are minimized.

3 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Stellbereichs 11, bei dem das Festkontaktstück stufenförmig und das Bewegkontaktstück komplementär dazu ausgebildet ist. Die stufenförmige Ausbildung weist gegenüber der in 2 gezeigten keilförmigen Ausgestaltung des Bewegkontaktes 20 sowie des Festkontaktes 21 eine vergrößerte Oberfläche auf. 3 shows a further embodiment of the adjustment range 11 , in which the fixed contact piece is stepped and the moving contact piece is complementary thereto. The step-like formation has compared to that in 2 shown wedge-shaped configuration of the moving contact 20 as well as the fixed contact 21 an enlarged surface.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Stellbereichs 11, der über zwei Bewegkontakte 20 sowie drei Festkontakte 21 verfügt, die jeweils scheibenförmig ausgebildet sind und einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Dabei sind die Festkontakte 21 und Bewegkontakte 20 stapelförmig und in abwechselnder Reihenfolge zueinander angeordnet, so dass jeder Bewegkontakt 20 an jeder Seite an jeweils einem Festkontakt 21 anliegt. 4 shows a further embodiment of the adjustment range 11 which has two moving contacts 20 as well as three fixed contacts 21 has, which are each disc-shaped and have a circular cross-section. Here are the fixed contacts 21 and moving contacts 20 stacked and arranged in alternating order to each other, so that every moving contact 20 a fixed contact on each side 21 is applied.

Die Bewegkontakte 10 und die Festkontakte 21 sind jeweils hälftig aus einem leitenden Abschnitt 23 sowie einem nichtleitenden Isolierabschnitt 24 zusammengesetzt. Ferner ist eine Antriebswelle 25 vorgesehen, welche die stapelförmigen Kontakte mittig durchgreift. Dazu weisen die Festkontakte 21 jeweils eine Durchgangsöffnung 26 auf, in der die Antriebswelle 25 frei drehbar gelagert ist. Die Bewegkontakte 20 sind hingegen drehfest mit der Antriebswelle 25 verbunden, so dass durch ein Einleiten einer Drehbewegung in die Antriebswelle 25 die Bewegkontakte 20 gegenüber den Festkontakten 21 verdreht werden können.The moving contacts 10 and the fixed contacts 21 are each half of a conductive section 23 and a non-conductive insulating section 24 to sammengesetzt. There is also a drive shaft 25 provided which passes through the stack-shaped contacts in the middle. The fixed contacts point to this 21 one through opening each 26 on in which the drive shaft 25 is freely rotatable. The moving contacts 20 are non-rotatable with the drive shaft 25 connected so that by initiating a rotary movement in the drive shaft 25 the moving contacts 20 towards the fixed contacts 21 can be twisted.

In der in 4 gezeigten Stellung sind die leitenden Abschnitte 23 der Bewegkontakte 20 deckungsgleich zu den leitenden Abschnitten 23 der Festkontakte 21 angeordnet, so dass der Stellbereich 11 und damit der Leiterabschnitt 10 seine maximale Wärme- und Stromleitfähigkeit aufweist. Durch Ver drehen der Bewegkontakte 20 beispielsweise durch Einleiten einer von einem Drehmotor erzeugten Drehbewegung in die Antriebswelle 25 werden jedoch die Isolierabschnitte 24 in zunehmenden Kontakt mit den leitenden Abschnitten 23 gebracht, so dass die Leitfähigkeit des Leiterabschnittes 11 insgesamt abnimmt. Werden die Bewegkontakte 20 gegenüber der 4 gezeigten Stellung um 180 Grad gedreht, sind die leitenden Abschnitte 23 der Festkontakte 21 deckungsgleich zu und ausschließlich in Kontakt mit den Isolierabschnitten 24, so dass die Stromführung durch den Leiterabschnitt 10 durch den Stellbereich 11 unterbrochen ist. In dieser Stellung ist die Wärmedämmung des Stellbereichs 11 maximal.In the in 4 position shown are the conductive sections 23 of the moving contacts 20 congruent to the conductive sections 23 of fixed contacts 21 arranged so that the adjustment range 11 and thus the conductor section 10 has its maximum thermal and electrical conductivity. By turning the moving contacts 20 for example by initiating a rotary movement generated by a rotary motor into the drive shaft 25 however, the insulating sections 24 in increasing contact with the conductive sections 23 brought so that the conductivity of the conductor section 11 overall decreases. Become the moving contacts 20 towards the 4 position shown rotated 180 degrees, are the conductive sections 23 of fixed contacts 21 congruent to and only in contact with the insulating sections 24 so that the current flow through the conductor section 10 through the adjustment range 11 is interrupted. The thermal insulation of the adjustment range is in this position 11 maximum.

Die Variation der Wärmeleitfähigkeit wird bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sowohl durch Variation der Länge als auch durch Variation von des Querschnitts des Leiterabschnittes 10 herbeigeführt.The variation of the thermal conductivity is in the embodiment shown here both by varying the length and by varying the cross section of the conductor section 10 brought about.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Stellbereichs 11, bei dem der Festkontakt 21 mäanderförmig ausgestaltet ist und einen im Vergleich zu seiner Längserstreckung nur geringen Querschnitt aufweist. Die Bewegkontakte 20 sind an beidseitig des Festkontaktes 21 angeordneten Schubstangen 27 befestigt und ragen jeweils in eine Einbuchtung 28 des mäanderförmigen Festkontaktes 21 hinein. Dabei liegen die Bewegkontakte 20 beidseitig an dem mäanderförmigen Festkontakt 21 an, so dass auf beiden Seiten des Bewegkontaktes 20 Kontaktflächen 22 ausgebildet sind. 5 shows a further embodiment of the adjustment range 11 where the fixed contact 21 is meandering and has only a small cross section in comparison to its longitudinal extent. The moving contacts 20 are on both sides of the fixed contact 21 arranged push rods 27 fastened and protrude into an indentation 28 of meandering fixed contact 21 into it. The moving contacts are located here 20 on both sides of the meandering fixed contact 21 so that on both sides of the moving contact 20 contact surfaces 22 are trained.

Werden die Hubstangen 27 aufeinander zu bewegt, gleiten die Bewegkontakte 20 jeweils in die ihnen zugeordnete Einbuchtung 28 hinein, und füllen diese in einer Endstellung nahezu vollständig aus. In dieser Endstellung ist der über den Stellbe reich 11 fließende Strom nicht mehr gezwungen dem durch den Festkontakt 21 vorgegebenen mäanderförmigem Weg zu folgen, sondern kann über die zwischen dem Festkontakt 21 und den Bewegkontakten 20 ausgebildeten Kontaktflächen über einen größeren Querschnitt fließen. Mit anderen Worten sind in der Endstellung sowohl die elektrische Leitfähigkeit als auch die thermische Leitfähigkeit maximal, während in einer Trennstellung, in der die Bewegkontakte nahezu vollständig aus den Einbuchtungen 27 herausgeführt sind, eine minimale Leitfähigkeit bereitgestellt ist, deren Grad im Wesentlichen durch die Dimensionierung des Festkontaktes 21 bestimmt ist.Become the lifting rods 27 moving towards each other, the moving contacts slide 20 each in the indentation assigned to them 28 and fill them almost completely in one end position. In this end position is the Stellbe rich 11 flowing current is no longer forced through the fixed contact 21 predetermined meandering path to follow, but can be via the between the fixed contact 21 and the moving contacts 20 trained contact areas flow over a larger cross section. In other words, both the electrical conductivity and the thermal conductivity are maximum in the end position, while in a disconnected position in which the moving contacts are almost completely out of the indentations 27 are brought out, a minimum conductivity is provided, the degree of which is essentially due to the dimensioning of the fixed contact 21 is determined.

Claims

Contraption ( 1 ) for supplying an electrical current with a conductor section which extends between two temperature ranges and is set up to conduct the current ( 10 ) which has a setting range ( 11 ) with at least one fixed contact ( 21 ) as well as at least one movable contact in this regard ( 20 ) with drive means ( 12 ) to generate and initiate a drive movement for each moving contact ( 20 ), the device being arranged in a cryostat, which has a cold space filled with liquid coolant, and wherein the conductor section ( 10 ) extends between the cold room and an outer wall of the cryostat that is at room temperature. characterized in that between each moving contact ( 20 ) and every fixed contact ( 21 ) one transverse or oblique to the direction of the current in the conductor section ( 10 ) running contact surface ( 22 ) is formed, each moving contact ( 20 ) along its contact surfaces ( 22 ) is movably guided.

Device according to claim 1, characterized by a signal transmitter ( 14 ) for detecting an electrical measured variable of the conductor section ( 10 ) and one with the signal generator ( 14 ) connected control unit ( 13 ) which are used to control the drive means ( 12 ) is set up depending on the electrical measured variable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive means ( 12 ) at least one with each moving contact ( 20 ) connected drive shaft ( 25 ) for generating a rotary movement.

Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the drive means ( 12 ) at least one with at least one moving contact ( 20 ) connected lifting rod ( 27 ) for generating a linear movement.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the fixed contacts ( 21 ) and moving contacts ( 20 ) are disc-shaped and arranged in a stack.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the drive means ( 12 ) a drive shaft ( 25 ) for generating a rotary movement that extends in the direction of the current, and that both the fixed contacts ( 21 ) as well as the moving contacts ( 20 ) one conductive section each ( 23 ) and an insulating section ( 24 ), each contact surface ( 22 ) between a conductive section ( 23 ) of the moving contact ( 20 ) and a conductive section ( 23 ) of the fixed contact ( 21 ) and the drive shaft ( 25 ) every fixed contact ( 21 ) engages freely, with every moving contact ( 20 ) but is non-rotatably connected.

Device according to claim 4, characterized in that the fixed contact ( 21 ) is meandering and indentations ( 28 ), the moving contacts ( 20 ) on two opposite lifting rods ( 27 ) are attached and by the lifting movement of the lifting rods ( 27 ) in the indentations ( 28 ) can be inserted.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized that field control elements are provided for potential management are.

Method for load-dependent supply of a current via a device according to one of Claims 1 to 8, in which a signal transmitter ( 14 ) an electrical measured variable of the conductor section is acquired while obtaining measurement signals, the measurement signals of a control unit ( 13 ) and the control unit ( 13 ) Drive means ( 12 ) controls so that a drive movement is generated depending on the measurement signals and in each moving contact ( 20 ) of the adjustment range ( 11 ) is initiated, each moving contact ( 20 ) obliquely or transversely to the direction of the current in the conductor section ( 10 ) along its contact surfaces ( 22 ) is moved.