Diese Spule aus supraleitenden Drähten ist in der Lage, Leistungen von mehr als 5 kW kontaktlos und ohne große Verluste zu übertragen.

Diese Spule aus supraleitenden Drähten ist in der Lage, Leistungen von mehr als 5 kW kontaktlos und ohne große Verluste zu übertragen. (Bild: C. Utschick / Würth Elektronik eiSos)

Die Anwendungsgebiete für die Spule liegen bei autonmen Industrierobotern, Medizingeräten, Fahrzeugen oder sogar in Flugzeugen. Sie entstand im Rahmen einer Forschungskooperation mit Würth Elektronik eiSos und Theva Dünnschichttechnik.

Das Probelm: Auch in supraleitenden Übertragungsspulen gibt es geringe Wechselstromverluste. Sie steigen mit zunehmender Übertragungsleistung und haben zur Folge, dass die Oberflächentemperatur der supraleitenden Drähte steigt und damit die Supraleitung zusammenbricht. Die Forschenden entwarfen daher ein besonderes Spulendesign, bei dem die einzelnen Windungen der Spule durch Abstandshalter voneinander getrennt sind. Dies reduziert die Wechselstromverluste in der Spule, was Übertragungsleistungen bis in den kW-Bereich möglich macht.

Kühlsysteme bereitet noch Probleme

Den Spulendurchmesser ihres Prototypen wählte das Team dabei so, dass sie eine höhere Leistungsdichte erzielten als bei kommerziell erhältlichen Systemen. Die Grundidee bei den supraleitenden Spulen ist es, auf möglichst kleinem Wickelraum einen möglichst niedrigen Wechselstromwiderstand zu erzielen und somit die reduzierte geometrische Kopplung zu kompensieren. Der Abstand der einzelnen Windungen wurde mithilfe analytischer und numerischer Simulationen optimiert. Er entsprecht in etwa der halben Breite des Bandleiters. Ein Problem für eine breitere Anwendbarkeit des Systems ist, dass eine dauerhafte Kühlung mit flüssigem Stickstoff notwendig ist. Dabei dürfen die verwendeten Kühlgefäße nicht aus Metall sein, da sie sich sonst im Magnetfeld der Spulen stark erwärmen würden. Da hierfür maßgeschneiderte Kühlsysteme aktuell noch nicht verfügbar sind, erfordert dies noch umfassende Entwicklungsanstrengungen.

(na)

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