Hochstromtragfähiges HTS-Massivmaterial ist als Kryomagnet zu verwenden, solange es nach der Aufmagnetisierung auf der Be- triebstemperatur T unterhalb der Sprungtemperatur Tc, also T < Tc gehalten wird. Dann ist der Kryomagnet in seiner Wirkung wie ein Permanentmagnet. Sein Feld ist im fachlichen Sprach- gebrauch eingefroren. So sind Felder von > 14 Tesla bereits nach Aufmagnetisierung durch große supraleitende Magnetspulen über das"Field-Cooled"-Verfahren demonstriert worden. Der Vorgang ist im Prinzip folgender : Der HTS wird im zunächst zeitlich konstanten, äußeren Feld, z. B. einer supraleitenden Spule, auf eine Temperatur T < Tc abgekühlt. Der magnetische Fluß wird bei dieser Temperatur in diesem eingefroren oder eingefangen. Dann wird das äußere Mag- netfeld langsam, d. h. auf einer Skala von Minuten und Stunden heruntergefahren, wodurch supraleitende Ströme im HTS indu- ziert werden, die das Feld im HTS weitgehend aufrechterhalten und den HTS in seiner Wirkung zum Permanentmagneten, dem Kryo- magneten machen.

Die Aufmagnetisierung von hochstromtragfähigem HTS-Formkörpern kann, wenn diese z. B. in einer elektrischen Maschine einge- baut sind, nicht mit einer großen supraleitenden Spule erfol- gen, sondern muß im eingebauten Zustand über gepulste Aufmag- netisierung etwa mit einer Cu-Spule durchgeführt werden. Im Gegensatz zum obigen"Field-Cooled"-Verfahren wird bei diesem sog."Zero Field-Cooled"-Verfahren der Supraleiter ohne äuße- res Feld auf eine Temperatur < Tc abgekühlt und dann einem kur- zen Magnetfeldpuls ausgesetzt. Bei hinreichend starken Magnet- feldern kann auch bei diesem Verfahren magnetischer Fluss im Supraleiter eingefroren werden. Dabei kann es sich auch um ein sukzessives Aufmagnetisieren durch mehrfaches Hintereinander- pulsen des Aufmagnetisierungsmagneten handeln. Multipuls-Ver- fahren mit Pulsdauern von einigen ms haben sich hierfür als vorteilhaft erwiesen, um Magnetfelder von bis zu 3 Tesla ein- zufrieren.

Bekannt sind gepulste Aufmagnetisierungsverfahren mit Cu-Spu- len ohne eingekoppelte Transport-Strompulse [I, II, III, sowie Formgebungs-und Verbindungstechniken für HTS-Massivmaterial [IV], HTS-Ringstrukturen und ihre magnetische Charakterisie- rung [V] sowie mechanische Verstärkungen, um die durch starke Magnetfelder auf den HTS ausgeübten Kräfte aufzufangen [VI].

Die Sättigungsmagnetisierung eines Formkörpers, d. h. das maxi- mal einfrierbare Feld H*, ist durch die Form der Probe und durch deren kritische Stromdichte je bestimmt. Als Faustregel gilt, dass beim"Field-Cooled"-Verfahren das Feld der Spule mindestens 1 x H* entsprechen muß, um die Probe voll aufzumag- netisieren. Bei der gepulsten Aufmagnetisierung hingegen, dem "Zero Field-Cooled"-Verfahren, ist hierfür typischerweise ein Magnetfeld der Pulshöhe 2 x H* erforderlich. Ursache hierfür sind die während der ansteigenden Flanke des Aufmagnetisie- rungs-Pulses in der Probe induzierten Abschirmströme.

Diese bei der ansteigenden Flanke des Aufmagnetisierungs-Pul- ses induzierten Abschirmströme und die mit eingebauten Cu-Spu- len ähnlicher Abmessung maximal erreichbaren Pulsfelder von 3 -6 Tesla setzen somit die praktischen Grenzen für die maximal erreichbaren eingefrorenen Felder.

Gelänge es, die induzierten Abschirmströme zu begrenzen, im Idealfall auf Null, dann würde man eine Situation erreichen, die dem"Field-Cooled"-Verfahren vergleichbar wäre. Gelänge es weiterhin, einzelne Segmente des Formkörpers separat aufzumag- netisieren, dann würden sich die von den einzelnen Segmenten erzeugten Felder addieren und es wären insgesamt sogar Felder erzielbar, die oberhalb des von der Cu-Spule erzeugten Feldes liegen.

Daraus ergibt sich die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, nämlich ein Aufmagnetisierungsverfahren an einen kryo- tauglichen HTS-Magneten zu entwickeln, mit dem hohe magneti- sche Felder bei Temperaturen unterhalb der Sprungtemperatur Tc eingefroren werden können, und einen Kryomagneten zu kon- struieren, der nach diesem Verfahren wirksam aufmagnetisiert werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur gepulsten Aufmagneti- sierung gemäß Anspruch 1 und gemäß Anspruch 5 gelöst. Das Ver- fahren nach Anspruch 1 läuft ohne Einsatz einer im Kryomagne- ten eingebauten Kupferspule ab, hingegen wird bei dem Verfah- ren nach Anspruch 5 eine solche verwendet.

Zum besseren Verständnis des Verfahrens wird der prinzipielle Aufbau des eigentlichen Kryomagneten zunächst kurz erläutert : Er besteht aus m gestapelten Scheiben, deren jeweiliger Mit- telpunkt auf einer Achse liegt. Jede Scheibe selbst besteht aus n kreisring-oder polygonringförmigen Leiterelementen, die zueinander konzentrisch in einer Ebene liegen und n-1 Ring- spalte bilden, wobei m und n natürliche Zahlen > 1 sind. Sie sind aus supraleitendem, genauer aus hochtemperatursupralei- tendem Material.

Jedes der n Leiterelemente hat zwei Kontaktstellen, über die es beim Aufmagnetisierungsverfahren unterhalb der tiefsten Sprungtemperatur Tc der verwendeten Supraleitermaterialien bestromt wird.

Beide Verfahren, nach Anspruch 1 und Anspruch 5, werden an ei- nem Kryomagneten gemäß dem in Anspruch 13 beschriebenen prin- zipiellen Aufbau durchgeführt und derselbe damit aufmagneti- siert.

Es wird also jedem der n Leiterelemente über seine beiden Kon- taktstellen ein Transportstrompuls Ipuls vorgegebener Polarität, Stärke und Pulsform zugeführt. Von einer Kontaktstelle zur an- dern eines bestromten Leiterelements teilt sich der Transport- strom Ipuls in die beiden Teilströme I1 durch den einen Arm des Leiterelements zur andern Kontaktstelle und 12 durch den andern Arm des Leiterelements zur andern Kontaktstelle auf. Die bei- den Kontaktstellen werden so angeordnet, dass die Länge der Verbindungstrecke zwischen ihnen, d. h. die Länge des kürzeren der beiden Arme, einen Anteil A von maximal 35% am Gesamtum- fang des Leiterelementes besitzt. Dadurch stellt sich eine Stromasymmetrie I1 12 ein. Fortan wird festgelegt, dass der in dem kürzeren der beiden Arme fließende Strom mit I1 und der in dem längeren der beiden Arme fließende Strom mit 12 bezeich- net sein soll.

Die mn Leiterelemente werden geometrisch so elektrisch mitein- ander verbunden, dass der in jedes der n Leiterelemente einge- speiste Transportstrompuls Ipuls eine solche Polarität besitzt, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrom- pulses Ipuls fließende Teilstrom I1 bezüglich einem vorgegebenen Sinn in allen n Leiterelementen die gleiche Richtung hat. Bei Verwendung mehrerer Scheiben wird der eingespeiste Transports- rompuls Ipuls so gewählt, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrompulses Ipuls fließende Teilstrom I1 be- züglich einem vorgegebenen Sinn in allen m Scheiben die glei- che Richtung hat.

Gemäß Anspruch 2 wird der Transportstrompuls Ipuls in allen mn Leiterelementen so eingestellt, dass der zugehörige Maximal- wert Ipuls, max in jedem Leiterelement gleich ist. Der von allen mn Leiterelementen größte Anteil der Länge des kürzeren Arms am Gesamtumfang der geschlossenen Leiterschleife wird mit Amax bezeichnet. Als kritischer Stromes Ic eines supraleitenden Lei- terelementes wird jener Strom bezeichnet, der im Supraleiter einen Spannungsabfall von 10-6 V/cm erzeugt. Ströme > Ic führen zum Aufbau eines ohmschen Widerstandes im Supraleiter. Der von allen mn Leiterelementen größte kritische Strom wird mit Ic, max und die magnetische Feldstärke, welche von allen m voll auf- magnetisierten Scheiben in deren Zentrum erzeugt wird, wird mit H* bezeichnet. Gemäß Anspruch 2 wird damit der Maximalwert Ipuls, max des Transportstrompulses Ipuls darüber hinaus so einge- stellt, dass folgende Bedingung erfüllt ist : (1-2Amax)Ipulstmax H/IcZmax 2 2H- Nach Anspruch 3 wird die höchste Sättigungsmagnetisierung da- durch erreicht, dass durch mehrfache Wiederholung des gepuls- ten Aufmagnetisierungsprozesses der in den Kryomagneten einge- brachte remanente magnetische Fluß schrittweise bis höchstens zur Sättigungsmagnetisierung erhöht wird.

In Anspruch 4 ist beschrieben, dass die Betriebstemperatur T nach jedem Aufmagnetisierungsschritt weiter abgesenkt wird.

Dies setzt weiter die abschirmende Wirkung speziell der weiter außen angeordneten Leiterelemente herab und führt dazu, dass während des gesamten Aufmagnetisierungsprozesses im Zentrum des Kryomagneten eine höhere Magnetisierung erreicht wird (vgl. Zitat III).

Zum bisher geschilderten Magnetisierungsverfahren ist kein durch eine im System des Kryomagneten eingebaute Kupferspule erzeugtes äußeres Magnetfeld notwendig.

Eine Variante des Aufmagnetisierens besteht darin, dass ein solches äußeres Magnetfeld dazui verwendet wird. Hierzu ist zu dem System des eigentlichen Kryomagneten nach Anspruch 14 min- destens eine Kupferspule notwendig. Die Achse des mit ihr er- zeugten äußeren Magnetfelds fällt mit der Achse des nach der Aufmagnetisierung eingefrorenen Magnetfelds zusammen.

Der Kryomagnet wird über die normalleitende Spule einem Mag- netfeld-Puls Hpuls vorgegebener Polarität, Stärke und Pulsform ausgesetzt, der in den Leiterelementen jeweils einen Ringstrom Iind induziert. Dieser schirmt während der ansteigenden Puls- flanke des Magnetfelds das Leiterelement zumindest teilweise gegen das Eindringen von magnetischem Fluß ab. Nach Erreichen des Maximums Hpuls, max kehrt sich die Polarität des induzierten Ringstromes Iind um.

Dem jeweiligen Leiterelement, wird, wie in den Ansprüchen 1 bis 4 beschrieben, über die eine seiner beiden Kontaktstellen zusätzlich ein Transportstrompuls Ipuls vorgegebener Polarität, Stärke und Pulsform zugeführt, der sich bei Eintritt in das Leiterelement in zwei Teilströme aufteilt.

Polarität, Stärke, Pulsform und zeitliche Aufeinanderfolge der beiden Pulse Ipuls und Hpuls werden so gewählt, dass ihr Zusam- menwirken. zu einer Stromverteilung I1 0 I2 in den beiden Armen des ringförmigen Leiterelements führt. Dabei wird im folgenden der Teilstrom, der aus dem Zusammenwirken der beiden Ströme Ipuls und Iind resultiert und die gleiche Polarität besitzt wie der während der ansteigenden Magnetpuls-Flanke induzierte Ringstrom Iind, mit I1 bezeichnet. Dieser Teilstrom I1 ist wäh- rend der ansteigenden Magnetpuls-Flanke größer als der Teil- strom 12, der im andern Arm des ringförmigen Leiterelements fließt.

Weiter werden der Magnetfeldpuls Hpuls und der Transportstrom- puls Ipuls so gewählt, dass während eines zeitlichen Intervalls innerhalb des gesamten Pulsintervalls mindesten der Teilstrom Il in die Nähe des kritischen Stromes Ic des jeweiligen Leiter- elements kommt oder diesen übersteigt. Dadurch wird ein höhe- rer ohmscher Widerstand aufgebaut, der im jeweiligen gesamten Leiterelement den maximal fließenden Strom begrenzt und damit die abschirmende Wirkung des während der ansteigenden Puls- phase induzierten Ringstromes Iind herabsetzt. Das hat zur Folge, dass der magnetische Fluß in die Leiterschleife ver- stärkt eindringt und nach Abklingen der beiden Pulse Ipuls und Hpuls ein supraleitender Dauerstrom in der Leiterschleife weiter fließt. So wird eine höhere remanente Magnetisierung erzielt als mit der alleinigen Applikation des Magnetfeldimpulses Hpuls- Hinsichtlich des Transportstrompulses Ipuls werden dieselben Verhältnisse wie bei der Aufmagnetisierung ohne äußeres Mag- netfeld eingestellt, d. h. das Magnetfeld Hpuls und die in die mn Leiterelemente eingespeisten Transportstrompulse Ipuls werden so gewählt, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrompulses Ipuls fließende größere Teilstrom I1 in al- len mn Leiterelementen und damit in allen m Scheiben die glei- che Richtung hat.

Die Asymmetrie in der Aufteilung der Ströme I1 und 12 in einem Leiterelement wird durch unterschiedliche Armlängen gesteuert.

Die Polarität des Strompulses Ipuls wird so gewählt, dass wäh- rend der ansteigenden Flanke des Strompulses Ipuls der größere Teilstrom I1 in dem kürzeren Arm fließt (Anspruch 6).

Nach Anspruch 7 wird der Transportstrompuls Ipuls in allen mn Leiterelementen aller m Scheiben einerseits so eingestellt, das der zugehörige Maximalwert Ipuls, max in jedem Leiterelement gleich ist. Der Maximalwert Huis, maux des Magnetfeldpulses Hpulst der Maximalwert Ipuls, max des Strompulses Ipuls der von allen Leiterelementen größte Anteil Amax der Länge des kürzeren Arms am Gesamtumfang der geschlossenen Leiterschleife, der von al- len mn Leiterelementen größte kritische Strom und die magnetische Feldstärke H*, welche von allen m voll aufmagneti- sierten Scheiben in deren Zentrum erzeugt wird, werden so ge- wählt, dass folgende Bedingungen eingehalten werden : Ipuls, max < 2Ic,max und Hpuls,max + (1-Amax) IpulsZmax H/ICZmax 2 2H.

Alternativ können für eine vorteilhafte Aufmagnetisierung auch Bedingungen nach Anspruch 8 gewählt werden. Hierbei wird der Transportstrompuls Ipuls in allen mn Leiterelementen aller m Scheiben so eingestellt, das der zugehörige Maximalwert Ipuls, max in jedem Leiterelement gleich ist. Der Maximalwert des Magnet- feldpulses Hpuls, maxr der Maximalwert des Strompulses Ipuls, max, der von allen Leiterelementen größte Anteil AmaX der Länge des kür- zeren Arms am Gesamtumfang der geschlossenen Leiterschleife, der von allen Leiterelementen größte kritische Strom Ic, max und die magnetische Feldstärke H*, welche von allen m voll aufmag- netisierten Scheiben in deren Zentrum erzeugt wird, werden dann so eingestellt, dass folgende Bedingungen erfüllt sind : Ipuls, max 2Ic, max und 2Hpuls,max + (1 - 2Amax) Ipuls,max H*/Ic,max # 2H*.

Anspruch 9 beschreibt, dass die n Leiterelemente einer der m Scheiben mit mindestens einer Kupferspule elektrisch hinter- einander geschaltet werden. Dadurch wird ermöglicht, dass der gepulste Spulenstrom oder ein Teil des Spulenstroms zugleich auch als Transportstrompuls Ipuls in allen n Leiterelementen verwendet werden kann. Je nach Dimensionierung der Kupferspule und des Leiterquerschnitts der n Leiterelemente kann es dabei erforderlich sein, keine zu hohen Transportstrompulse Ipuls ein- zusetzen und deshalb nur einen Teil des gesamten Spulenstromes in die Leiterelemente einzuspeisen.

Anspruch 10 beschreibt, dass die m Scheiben elektrisch hinter- einander geschaltet werden, wodurch der gepulste Spulenstrom oder ein Teil des Spulenstroms als Transportstrompuls Ipuls in allen m Scheiben fließt.

Nach Anspruch 11 wird der Magnetfeldpuls Hpuls und der Trans- portstrompuls Ipuls, durch Entladung eines Kondensators in die Spulenanordnung erzeugt. Über einen elektronischen, hinrei- chend schnellen Schalter, wie einen Thyristor oder Leistungs- transistor, wird der Schwingkreis aus Induktivität und Kapazi- tat zum vorgegebenen Zeitpunkt aufgetrennt. Dadurch wird nur die erste Hälfte der sich bildenden Eigenschwingung zur Auf- magnetisierung benutzt und ein Ausschwingen unterbunden.

Wie in Anspruch 3 beschrieben, wird jetzt in Anspruch 12 die mehrfache Wiederholung des gepulsten Aufmagnetisierungsprozes- ses vorgestellt, mit der der in den Kryomagneten eingebrachte remanente magnetische Fluß schrittweise bis höchstens zur Sät- tigungsmagnetisierung erhöht wird.

Entsprechend Anspruch 4 wird bei dieser wiederholten gepulsten Aufmagnetisierung die Betriebstemperatur T nach jedem Aufmag- netisierungsschritt weiter abgesenkt (Anspruch 13). Wie in Zi- tat III vorgestellt, kann dies auch noch damit kombiniert wer- den, dass für die ersten Aufmagnetisierungspulse niedrigere Hpuls, max gewählt werden.

Der Kryomagnet, mit dem nur über Bestromung die Aufmagnetisie- rung erzielt wird, hat, wie in Anspruch 14 beschrieben, fol- genden Aufbau : m gestapelte Scheiben haben eine gemeinsame Achse. Jede der m Scheiben besteht aus n verschiedenen, konzentrischen, in einer Ebene liegenden, kreisring-oder polygonringförmigen Leiter- elementen aus supraleitendem, genauer hochtemperatursupralei- tendem Material. m und n sind natürliche, zunächst beliebige Zahlen, jeweils > 1. Der Anwendungsfall wird auf Grund des technischen Anwendungsfalls und der dabei geforderten magneti- schen Eigenschaften des Kryomagneten eine Auswahl von m und n nahelegen.

Jedes Leiterelement des Kryomagneten hat für die Bestromung desselben zwei Kontaktstellen. Die mn Leiterelemente bestehen aus der Klasse der sogenannten SEIBa2Cu30x Hochtemperatur-Supra- leiter, kurz 123-HTS. SE steht für das chemische Element Y oder ein Seltene Erde Metall oder einer Mischung aus diesen.

Jedem Leiterelement können die Stromtragfähikeit erhöhende chemische Additive zugegeben sein. Die kristallographische c- Achse des 123-HTS-Materials jedes der n Leiterelemente einer Scheibe weicht maximal 10 Grad von der Achse der Scheibe ab.

Die Leiterelemente können aus einem oder mehreren 123-HTS- Formkörpern hergestellt sein. Bei Verwendung mehrerer Formkör- per sind diese durch supraleitende Verbindungen auf der Basis eines 123-HTS mit niedrigerer peritektischer Temperatur me- chanisch und supraleitend miteinander verbunden. Dabei sind die kristallographischen a-b-Gitterkreuze der 123-HTS-und 123-HTS'-Materialien in der Scheibenebene um maximal 10 Grad gegeneinander verdreht.

Es besteht eine große Vielfalt an elektrischen Verschaltungs- möglichkeiten. Z. B. können die mn Leiterelemente jeweils sepa- rat an eine Stromquelle angeschlossen sein (Anspruch 15). Oder die n Leiterelemente einer Scheibe sind elektrisch hinterein- ander geschaltet mit der Zu-und Rückleitung am äußeren und inneren Ring. Dabei kann die elektrische Verbindung zwischen den Leiterelementen normalleitend oder supraleitend ausgeführt sein kann (Anspruch 16). Bei einem Stapel an Scheiben können dieselben entweder elektrisch separat (Anspruch 17) oder elektrisch in Reihe zueinander liegen (Anspruch 18).

Bis hier her hat der HTS-Kryomagnet noch keine normalleitende Spule zur Erzeugung des äußeren Magnetfelds. Dieser Aufbau wird im folgenden erklärt : Es ist für den Aufmagnetisierungsprozeß prinzipiell unerheb- lich mit welcher Art normalleitender Spule das bewerkstelligt wird, solange die Feldgeometrie des Zusammenfalls von Kryo- magnetachse und externer Magnetfeldachse eingehalten wird.

Eine Kupferspule (Anspruch 19) ist von den Material-und Her- stellungseigenschaften her technisch am besten geeignet.

Hinsichtlich der Art der Spule stehen zwei Formen offen, ein- mal das den Kryomagneten, den Stapel aus den m Scheiben, um- mantelnde,. zumindest teilweise ummantelnde Solenoid (Anspruch 20) und zum andern die ebene Spiralspule aus Kupfer mit maxi- mal dem Durchmesser der Scheiben (Anspruch 21).

Ein von der Materialbelastung her nützlicher Aufbau des Kryo- magneten ist der, dass sich der HTS-Kryomagnet in einer Matrix bestehend aus Wachs oder Harz oder Epoxid oder einer anderen, für die Kryoanforderungen geeigneten polymeren Kohlenwasser- stoff-Verbindung befindet, die bei diesen tiefen Temperaturen noch hinreichend plastische Eigenschaften besitzt. Damit wer- den die mit den Magnetfeldern verbundenen mechanischen Span- nungen zumindest teilweise aufgefangen und die mechanische Be- lastung des HTS-Materials reduziert.

Das hier vorgeschlagene gepulste Aufmagnetisierungsverfahren und der damit zusammenhängende Kryomagnetaufbau zeichnen sich durch folgende Vorteile aus : Stand der Technik sind massive Formkörper oder auch ringför- mige Leiterstrukturen auf der Basis von 123-HTS, welche durch Permanentmagneten, große supraleitende Magnetspulen oder auch gepulste Kupfer-Magnetspulen aufmagnetisiert werden. Durch die erfindungsgemäße direkte Einspeisung von Transportströmen Ipuls in die verschiedenen Leiterelemente sind dem gegenüber jetzt höhere eingefrorene magnetische Felder auch mit einer kosten- günstigen und platzsparenden gepulsten Aufmagnetisierung er- zielbar.

Anhand eines in der Zeichnung skizzierten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden verdeutlicht. Die Zeichnung besteht aus den Figuren 1 bis 10 und zeigt : Figur 1 die normalleitende Ringverbindung, Figur 2 die supraleitende Ringverbindung, Figur 3 HTS-Scheiben von einem Solenoid ummantelt, Figur 4 HTS-Scheiben von zwei elektrisch parallelen Solenoiden ummantelt, Figur 5 HTS-Ringscheiben von einem Solenoid ummantelt, Figur 6 abwechselnd HTS-Scheibe und Spiralspule, Figur 7 HTS-Scheiben mit dazwischen liegenden Spiralspulen, Figur 8 abwechselnd HTS-Ringscheibe mit Spiralspule, Figur 9 zeitlicher Verlauf des Strompulses, Figur 10 zeitlicher Verlauf des Strompulses und des Magnetpul- ses.

Der Kryomagnet wird aus einem HTS-Formkörper hergestellt. Ein zylinderförmiger HTS-Massivkörper wird in Scheiben von hier einer Dicke von d = 3 mm zersägt und diese mit Laser-Schneide- Technik in Ringe, Figur 1, von hier einer Breite von Ar = 2 mm zersägt. Die Maße sind beispielhaft und können nach techni- scher Anforderung variieren. Diese Ringe werden in Figur 1 mit elektrisch normalleitenden Stegen, die elektrisch ein Knoten sind, miteinander verbunden.

Der zur Aufmagnetisierung am äußeren Ring angelegte Strompuls Ipuls bewirkt in jedem Ring zwei Teilströme I1 und Is, die in dem jeweiligen Ring aus dem eingespeisten Pulsstrom Ipuls und gegebenfalls aus dem durch den Magnetfeldpuls Hpuls entstehenden Induktionsstrom Iind resultieren. Die entsprechenden Teilströme in den Ringen sind im allgemeinen verschieden. Nach Abklingen des Impulsstroms Ipuls und gegebenenfalls des Magnetfeldimpulses Hpuls verbleibt der Ringstrom Ii-12 > 0 A als Dauerstrom, der ein Magnetfeld mit gleicher Polarität wie Hpuls erzeugt. (In den Figuren 9 und 10 sind beispielhaft sinus- ähnliche bzw. sinusförmige Pulsformen von Ipuls und Hpuls darge- stellt.) Über die geometrische Lage der Stege/Knoten (Figuren 1 und 2) kann die Aufteilung in die Teilströme I1 und Is des jeweiligen Rings mit gesteuert werden. Im allgemeinen ist diese Aufteilung asymmetrisch und zudem in den verschiedenen Leiterelementen nicht gleich. Am innersten Ring tritt der Pulsstrom Ipuls wieder zur Stromquelle aus. Die Festlegung einer Vorzugsrichtung wird dadurch erreicht, dass die Verbindungs- trecke zwischen den Punkten, an denen der Strom ein-bzw. aus- gespeißt wird, nur etwa A = 20% (typisch 5-35%) des gesamten Ring-Umfanges beträgt (siehe Figuren 9 und 10).

Eine Variante des bereits beschriebenen Verfahrens zur Aufmag- netisierung, die eine separate Ansteuerung der einzelnen Lei- terelemente erfordert, ist die folgende : Unter Verwendung der gepulsten Cu-Spule wird zunächst der in- nerste Ring aufmagnetisiert, in den kein Strompuls eingeleitet wird, während durch die in die äußeren Ringe eingeleiteten Transportstrompulse deren abschirmende Wirkung während des ge- samten Magnetfeldpulses Hpuls herabgesetzt wird. Durch mehrere aufeinander folgende Pulse können so die verschiedenen Ring- segmente sukzessive von innen nach außen aufmagnetisiert wer- den.

Der Aufbau gemäß Figur 2 ist dem von Figur 1 entsprechend. In Figur 2 bestehen die Stege aus supraleitendem Material, das gleich ist wie das der Ringe, oder aus einem andern besteht.

Bei gleichem supraleitendem Material ist die Ringanordnung vorteilhafterweise aufgrund des recht harten Materials mit La- serschneidetechnik aus einem Massivkörper, also einer Scheibe gearbeitet, so dass die konzentrische Ringanordnung ein zusam- menhängender Körper ist. Die Stromaufteilung in den einzelnen Ringen ist entsprechend dem in Figur 1 erläuterten.

Ausführungsformen mit Cu-Spule sind zum einen eine Cu-Zylin- der-Spule mit dem HTS-Kryomagnet im Inneren (Figuren 3 bis 5) oder sandwichartig angeordnete Cu-Schnecken-/Spiralspulen mit dazwischen angeordneten HTS-Scheiben (Figuren 6 bis 8), die jeweils aus mehreren Ringen bestehen. Diese Variante erleich- tert wegen ihres nach innen hin zunehmenden Magnetfeldes eine Aufmagnetisierung der inneren HTS-Ring-Segmente.

In den folgenden Figuren 3 bis 8 sind die verschiedenen Magne- tisierungsaufbauten skizziert, die sich als zweckmäßig erwie- sen : Figur 3 zeigt wegen der Übersichtlichkeit nur drei gestapelte HTS-Scheiben, die einen Aufbau nach Figur 1 oder 2 haben. Die Scheibenanordnung ist von dem Solenoiden mit Kupferwicklung ummantelt. Die drei HTS-Scheiben und das Solenoid liegen elektrisch in Reihe zueinander, wobei die drei Scheiben auf dem kürzesten Wege elektrisch miteinander verbunden sind und die Verbindungstechnik zwischen den Scheiben normal-oder sup- raleitend sein kann.

In Figur 4 sind fünf HTS-Scheiben gestapelt, die von zwei auf der Figurenachse beieinander liegenden Solenoiden ummantelt sind. Die fünf HTS-Scheiben sind wie in Figur 3 mit den beiden Solenoiden elektrisch hintereinander geschaltet, allerdings sind die beiden Solenoiden elektrisch parallel zueinander ge- schaltet.

Eine geometrisch etwas abgewandelte Form haben die fünf HTS- Scheiben in Figur 5. Es sind Ringscheiben, so dass jetzt ent- lang der Figurenachse ein zylindrischer Hohlraum besteht.

Diese fünf Ringscheiben sind von einem entsprechend hohen So- lenoiden ummantelt. Die Anordnung ist entsprechend Figur 5 elektrisch verschaltet.

In den Figuren 6 bis 8 wird der Magnetfeldimpuls Hpuls über ebene scheibenförmige Spiralspulen erzeugt. Die Spiralspulen liegen sandwichartig zwischen den HTSL-Scheiben. Aber wie in den Figuren 3 bis 5 fällt auch hier die Magnetfeldachse mit der Figurenachse des jeweiligen Aufbaus zusammen.

In Figur 6 sind beispielsweise drei HTS-Scheiben und zwei Spi- ralspulen gestapelt, und zwar folgen sie abwechselnd aufeinan- der. Die HTS-Scheiben und die Spiralspulen haben gleiche Kon- tur. Es könnte z. B. aber auch der Aussendurchmesser der Spi- ralspulen größer als der der HTS-Scheiben sein, wenn nur da- durch eine ausreichend starke Aufmagnetisierung der HTS- Scheibe erzielt werden kann.

In Figur 7 besteht der Stapel des Aufbaus aus zwei nebeneinan- der liegenden Spiralspulen, die zwischen zwei HTS-Scheiben liegen. Die der jeweiligen Spiralspule nächst liegende HTS- Scheibe ist mit dieser elektrisch zu einer Gruppe in Reihe ge- schaltet, und beide Gruppen sind elektrisch parallel zueinan- der.

Wird entlang der Figuren-und Magnetfeldachse ein Hohlraum be- nötigt, dann ist der Aufbau von Figur 8 geeignet. Die drei HTS-Ringscheiben und die zwei Ringscheibenspulen sind abwech- selnd gestapelt und elektrisch alle hintereinander geschaltet.

Die in den Figuren 3 bis 8 angedeuteten Möglichkeiten für ver- schiedene Varianten von Reihen-und Paralellschaltungen zwi- schen Spulen und HTS-Ringscheiben ermöglichen eine optimale Abstimmung der Spulenströme und der in die Leiterelemente ein- gespeisten Strompulse auf den durch den Leiterquerschnitt festgelegten kritischen Strom I. der Leiterelemente. Dadurch können bei vorgegebener äußerer Beschaltung optimale Effekte zur Aufmagnetisierung wirtschaftlich erzielt werden.

Ein schematischer Stromverlauf des Pulsstromes Ipuls und infolge die Aufteilung der Ströme I1 und Is im Ring ist in Figur 9 in normierter Weise, auf den kritischen Strom Ic des Leiterelemen- tes bezogen, dargestellt. Der in den Aufbau eingespeiste Puls- strom hat sinusähnlichen Verlauf. Hier erfolgt die Aufmagneti- sierung alleine mit dem Strom, also ohne extern angelegtes Magnetfeld Hpuls. Der Strom in einem Ring teilt sich in darge- stellter Weise auf. Der Strom fließt eine Periodendauer, das ist die Zeitdauer vom Beginn des Stromanstiegs bis zum ersten Nulldurchgang. Am ersten Nulldurchgang wird der Schwingkreis aus Energiespeicher (Kondensator/Netzgerät) und Induktivität des Aufbaus elektronisch aufgetrennt Figur 10 schließlich zeigt die Aufmagnetisierung mit Puls- strom, wie in Figur 9, und zusätzlichem Magnetfeld. Auch für den sinusförmigen Magnetfeldpulsverlauf wurde eine normierte Darstellung gewählt.

Aus beiden Beispielen ist zu ersehen, dass während der anstei- genden Pulsflanke I1 zunächst deutlich stärker ansteigt als I2.

Ohne zusätzlichen Magnetfeldpuls und damit ohne zusätzlichen induzierten Abschirmstrom Iind bleibt 12 immer positiv (gemäß der in den Figuren 1 und 2 angegebenen Festlegungen für Strom- richtungen). Mit zusätzlichem Magnetfeldpuls übersteigt zu- nächst der induzierte Abschirmstrom Iind den Anteil von Ipuls, der in den längeren Arm des Leiterelementes eingespeist wird d. h. I2 ist zunächst negativ gemäß der in den Figuren 1 und 2 angegebenen Festlegungen für Stromrichtungen. Sobald I1 aber Ic übersteigt, wird der weitere Anstieg von I1 begrenzt. Damit verbunden, nimmt I2 zu. Gleichzeitig kann in das ringförmig ge- schlossene Leiterelement magnetischer Fluss eindringen. In Fi- gur 9 wird dieser durch den Strom 12 in dem längeren Arm des Leiterelements aufgebaut, während er in Figur 10 hauptsächlich durch das externe Magnetfeld erzeugt wird. Während der abfal- lenden Pulsflanke versucht nun der Supraleiter, den eingedrun- genen magnetischen Fluss in der geschlossenen Leiterschleife einzufrieren. Dies führt schließlich dazu, dass I1 sein Vorzei- chen umkehrt und mit I1=-I2 im Ring ein Ringstrom in positiver 12-Richtung fließt, wobei dieser Ringstrom etwa Ic entspricht.

D. h. der Ring ist in diesen Beispielen vollständig aufmagneti- siert.

Je nach gewähltem Magnetisierungsaufbau (Figuren 3 bis 8) und gewählter Beschaltung können auch die Zahlenwerte für die ver- schiedenen Ströme, Magnetfelder und Pulsdauern, je nach Anwen- dung in entsprechend großen Bereichen gezielt variiert werden.

Als Faustregel können aber für den kritischen Strom Ic der Lei- terelemente Werte in der Größenordnung von einigen 100 bis ei- nigen 1000 A, Magnetfeldstarken Hpuls, max im Bereich bis über 5 T und Pulsdauern 1 in der Größenordnung von 1 bis 100 ms als ge- eignet angesehen werden.

Literaturlegende I IEEE TRANSACTIONES ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Vol. 9, No. 2, June 1999, pp. 916-919 "Beam Confinement Magnets Based on Single-Grain Y-Ba-Cu-O", A. C. Day et al. ; II Applied Superconductivity, Vol. 6, Nos. 2-5, pp. 235-246,1998, "PULSED-FIELD MAGNETIZATION APPLIED TO HIGH-TC SUPERCONDUCTORS", U. Mizutani et al. ; III"Pulsed Magnetization of HTS Bulk Parts at T</77 K", M. Sander et al, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, sowie darin enthaltene Referenzen Supercond. Sci. Technol. 13 (2000) 1-5 IV Referenz E aus EM 92/99 : Shaping Vorabdruck Proc.

European Conference on Applied Superconductivity'99, Barcelona 13.-17.9.1999, erscheint in Applied Superconductivity V"Properties of Melt-Textured Y123 Ring Structures", H. Claus et al. Workshop on Bulk High Temperature Superconductors and their Applications, 17.-19.5.1999, Argonne National Laboratory....

VI Referenz A aus EM 92/99 : Improvement.... Vorabdruck Proc. European Conference on Applied Superconductivity'99, Barcelona 13.-17.9.1999, erscheint in Applied Superconductivity