Elektromotor mit eiskaltem Herz

Erster Synchronmotor mit Hochtemperatur-supraleitender Erregerwicklung von Siemens fertiggestellt

Die Supraleitung, der verlustfreie Transport von Strom bei tiefen Temperaturen, ist der kommerziellen Anwendung einen Schritt näher gekommen. Wissenschaftler und Ingenieure von Siemens haben im Forschungszentrum in Erlangen einen Elektromotor mit einem „eiskalten Herz“ gebaut – die Läuferwicklung besteht aus einem Band supraleitender Keramik. Diese Synchronmaschine hat gegenüber konventionellen Motoren mit Kupferspulen den Vorteil, dass bei gleicher Baugröße die doppelte Leistung möglich ist. Die Verluste reduzieren sich auf etwa die Hälfte. Ein Einsatz in der Praxis ist überall dort denkbar, wo hohe Leistung bei geringem Platzbedarf erreicht werden soll, etwa auf Schiffen, Ölplattformen oder als schnelllaufender Generator direkt an einer Gasturbine. Die Läuferwicklung des Motors besteht aus Spulen einer Wismut-Strontium-Kalzium-Kupfer-Oxidkeramik, einem Material, das bei minus 160 Grad Celsius seinen Widerstand verliert – etwa der Nachttemperatur auf dem Mond. Diese Keramik ist in Form von dünnen Fäden in eine Silbermatrix gebettet. Damit wird eine Stromdichte von 75 Ampère je Quadratmillimeter erreicht, etwa zehn Mal so viel wie in einer vergleichbaren Kupferwicklung. Die Supraleiter werden jedoch weiterentwickelt, so dass künftig wesentlich höhere Stromdichten und damit kompaktere Motoren möglich sind. Um die für die hohe Leistung erforderlichen Magnetfelder erzeugen zu können, müssen die Spulen auf etwa minus 240 Grad Celsius abgekühlt werden. Dafür ist eine sehr gute Wärmeisolierung erforderlich: Der Raum um die Wicklungen ist evakuiert und mit vielen Lagen wärmeisolierender Folie abgedeckt. Ein wichtiger Teil des Projekts bestand darin, ein anwendungstaugliches robustes Kühlsystem zur Verfügung zu stellen. Dessen Basis ist ein so genannter Kaltkopf, angetrieben von einem kleinen Kompressor. Den Kältetransfer übernimmt ein mit flüssigem Neon gefülltes Kühlrohr. Dies System hat sich über mehrere Monate fast automatischen Betriebs bewährt. Im stationären Betrieb erreichte der Motor eine Leistung von 400 Kilowatt. Obwohl die Techniker den Testmotor nicht auf eine hohe Effizienz hin optimierten, hat er einen Wirkungsgrad von gut 97 Prozent.

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Dr. Norbert Aschenbrenner NewsDesk

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