Mit einer Kühlschicht versehener hochtemperatursupraleitender Bandleiterverbund

Die Erfindung betrifft einen mit einer Kühlschicht versehener, hoch- temperatursupraleitender Bandleiterverbund aus einem Substratband, einer darauf liegenden Pufferschicht, einer darauf liegenden HTSL- Schicht und einer Deckschicht und ist dem Bereich supraleitender Strombegrenzer in der elektrischen Energietechnik zuzuordnen.

Bisher wird hauptsächlich das Substrat, das Trägerband, eines supraleitenden Bandleiters als Kältereservoir genutzt. Die bisherigen Lösungen zur Energieaufnahme senken den elektrischen Banleiterwi- derstand, wodurch er unattraktiv bis unbrauchbar für die Anwendung in der supraleitenden Strombegrenzertechnologie wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperatur nach einer bestimmten Zeit im stromdurchflossenen, normalleitenden Zustand zu mindern um die HTSL-Schicht nicht zu beschädigen oder das Aufschmelzen von Bandleitern, bei denen ein niedrig schmelzendes Lot verwendet wird, zu verhindern.

Die Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Die Kühlschicht ist eine Metallschicht bis schlecht bis nicht leitende Oxidschicht aus Alkalie, Erdalkalie und aus Seltene Erden sowie deren Verbindungen oder keramische Werkstoffe. Die Kühlschicht weist eine Dicke von 20 μm bis etwa 200 μm auf. Die Beschichtung ist eine elektrisch schlecht oder nicht leitende Kühlschicht mit guter Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität. Die Kühlschichten sind somit Metalloxide aber auch legierte und unlegierte Metalle oder keramische Werkstoffe .

Auf den Bandleiter wird die schlecht oder nicht elektrisch leitende dünne Oxidschicht als Kühlschicht aufgebracht. Die Oxidschicht kann teilweise auf den Bandleiteraufgebracht werden oder den Bandleiter komplett umschließen. Durch die Steigerung der Masse des Bandleiters wird die absolute Wärmekapazität erhöht und dadurch die maximal erreichte Temperatur im Bandleiter bzw. in der Supraleiterschicht wäh-

rend eines Quenches (übergang in die NormmalIeitung) gesenkt . In der Rückkühlphase sorgt die raue und deshalb vergrößerte Oberfläche der Kühlschicht zudem für eine größere Kühlleistung des umgebenden, flüssigen Stickstoffs, wodurch die Rückkühlzeit verkürzt wird.

Die zusätzliche Schicht beeinträchtigt die elektrischen Eigenschaften des Bandleiters im Normalbetrieb des supraleitenden Stromtransports nicht. Durch den Auftrag wird der Bandleiter nicht beschädigt.

Die besondere Wirkung ist zum einen, dass die Temperatur im Supraleiter während des Begrenzungsvorgangs niedrig gehalten werden kann, zum andern wird die Rückkühlzeit nach dem Begrenzungsvorgang durch die Schicht selbst verkürzt. Dies liegt an der guten Wärmeleitfähigkeit und der geringen Schichtdicke, verbunden mit der großen und rauen O- berläche im Kontakt mit dem Kühlmittel LN ₂ . Die Schicht erfüllt zusätzlich die Funktion einer elektrischen Isolationsschicht und ersetzt dazwischen gelegte Isolationsfolien mit schlechtem Kontakt zum Bandleiter.

Der Bandleiter ist durch ein Stück in der einzigen Figur 1 dargestellt. Figur 1 zeigt einen Ausschnitt des Bandleiters, der mit der Oxidschicht als Kühlschicht bedeckt ist. Die Schichtdickenverhältnisse und die übrige Geometrie sind nicht maßstäblich gezeichnet. Es soll in der Ausschnittskizze lediglich die Schichtenfolge zum Ausdruck kommen. Das Substrat ist unmittelbar von der Bufferschicht oder den Bufferschichten bedeckt, die eine Oxidschicht sein kann oder verschiedene Oxidschichten sein können. Dieser Situation folgt der Supraleiter, hier beispielsweise YBCO. Dieser Supraleiterschicht folgt der Cap-Layer. Bis dahin liegt das vorhandene Supraleiterband vor. Diese Band wird nun mit der Oxidschicht als Kühlschicht bedeckt. Um eine Dimensionsvorstellung zu geben, sei hier die Dimensionsangabe zur Substratdicke gemacht: sie beträgt bis zu 200 μm. Gekühlt wird ein solches Supraleiterband durch flüssigen Stickstoff, LN ₂ , oder gasförmigen Stickstoff, GN ₂ , je nach Sprungtemperatur.

Beim Aufbringen einer haltbaren Beschichtung sind die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Kühlschicht und des Bandleiters ei-

ne technische Herausforderung. Bei der Aufbringung eines Metalls, beispielsweise Aluminium, entsteht eine sehr haltbare Verbindung mit dem Bandleiter. Dieses zusätzlich aufgebrachte Metall wird anschleißend oxidiert . Die Aluminiumschicht ist stabil und fest mit dem Restaluminium verbunden, das wiederum eine feste metallische Verbindung mit dem Bandleiter hat .

Der so strukturierter Bandleiter steigert die mögliche Schaltenergie in Strombegrenzern, die aus solchen supraleitenden Bandleitern - coa- ted conductors oder 2G Wires in der Fachsprache -bestehen. Der hohe elektrische Widerstand der zusätzlichen Schicht verursacht keine Vergrößerung des begrenzten Kurzschlussstromes.