Supraleitende Strombegrenzereinrichtung vom resistiven Typ mit bandförmiger Hoch-T _c -Supraleiterbahn

Die Erfindung bezieht sich auf eine supraleitende Strombe¬ grenzereinrichtung vom resistiven Typ, deren Leiterbahn mit einem bandförmigen Supraleiter gebildet ist, dessen oxidi¬ sches Hoch-T _c -Supraleitermaterial vom Typ AB ₂ CUsO _x auf einem Substratband aus einem normalleitenden Substratmetall aufge¬ bracht ist, wobei A zumindest ein Seltenes Erdmetall ein¬ schließlich Yttrium und B mindestens ein Erdalkalimetall sind. Dabei ist die Leiterbahn als eine bifilare Spule ausge¬ bildet, wobei zwischen benachbarten Spulenwindungen ein Ab- stand eingehalten ist, der von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Eine entsprechende Strombegrenzereinrichtung geht aus der EP 0 503 448 A2 hervor.

Seit 1986 sind supraleitende Metalloxidverbindungen mit hohen Sprungtemperaturen T _c von über 77 K bekannt, die deshalb auch als Hoch-T _c -Supraleitermaterialien oder HTS-Materialien be¬ zeichnet werden und insbesondere eine Flüssig-Stickstoff (LN ₂ ) -Kühltechnik erlauben. Unter solche Metalloxidverbindun¬ gen fallen insbesondere Cuprate auf Basis spezieller Stoff- Systeme wie z.B. vom Typ AB ₂ CUsO _x , wobei A zumindest ein Sel¬ tenes Erdmetall einschließlich Yttrium und B mindestens ein Erdalkalimetall sind. Hauptvertreter dieses Stoffsystems vom sogenannten 1-2-3-HTS-Typ ist das sogenannte YBCO (YiBa ₂ Cu ₃ O _x mit 6,5 < x < 7) .

Dieses bekannte HTS-Material versucht man, auf verschiedenen Substraten für unterschiedliche Anwendungszwecke abzuschei¬ den, wobei im Allgemeinen nach möglichst phasenreinem Supra¬ leitermaterial getrachtet wird. So werden insbesondere metal- lische Substrate für Leiteranwendungen vorgesehen (vgl. z.B. EP 0 292 959 Al) .

Bei der aus der eingangs genannten EP-A2-Schrift zu entneh¬ menden Strombegrenzereinrichtung wird u.a. ein Typ eines bandförmigen Supraleiters verwendet, der ein Substrat auf¬ weist, das mit einer Beschichtung aus dem HTS-Material verse- hen ist. Zur Ausbildung der Strombegrenzereinrichtung kann dieser Leiter als bifilare Spule gewickelt werden, wobei für den Aufbauvorgang zwischen zwei aufeinander folgenden Leiter¬ abschnitten bzw. Spulenwindungen jeweils ein bandförmiger Ab¬ standshalter angeordnet wird. Diese bifilare Spule soll dann auf einer porösen oder mit einer Vielzahl von Löchern verse¬ henen Grundplatte gehaltert werden. Nach der Befestigung der Spule auf dieser Grundplatte werden schließlich die zwischen den Leiterabschnitten angeordneten Abstandshalter wieder ent¬ fernt. Wegen der Beabstandung der einzelnen Spulenwindungen und der Porosität der Grundplatte ergeben sich so zwischen den Spulenwindungen Strömungswege für ein das supraleitende Material kühlendes Kühlmittel.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Strombe- grenzereinrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen da¬ hingehend zu verbessern, dass ihr Aufbau weniger aufwendig ist.

Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnah- men gelöst. Demgemäß soll die Strombegrenzereinrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen einen Aufbau ihres bandför¬ migen Supraleiters aufweisen, der zumindest wenigstens eine zwischen dem Substratband und der supraleitenden Schicht an¬ geordnete Pufferschicht aus einem oxidischen Puffermaterial sowie eine auf der supraleitenden Schicht aufgebrachte Deck¬ schicht aus einem normalleitenden Deckmetall enthält. Außer¬ dem soll die Spule mit dem Supraleiter eigenstabil ausgebil¬ det sein und soll zwischen benachbarten Spulenwindungen we¬ nigstens ein für das Kühlmittel transparenter Abstandshalter angeordnet sein.

Die mit dieser Ausbildung der Strombegrenzereinrichtung ver¬ bundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass der Wickel der bifilaren Spulen zusammen mit dem Abstandshalter in einem gemeinsamen Arbeitsgang erstellt werden kann. Der Aufbau der Spule ist dementsprechend einfach. Außerdem ist wegen der Verwendung der normalleitenden Deckschicht eine Kontaktierung des Supraleiters an den Enden des Wickels prob¬ lemlos vorzunehmen. Eines besonderen Trägerkörpers für die Spule zu deren mechanischer Verstärkung bedarf es dabei nicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Strombegrenzereinrichtung nach der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Da¬ bei können deren Merkmale auch in Kombination miteinander in Ansatz gebracht werden.

So ist es besonders vorteilhaft, wenn in der Spule der Supra¬ leiter mit seiner Substratbandseite nach außen angeordnet ist.

Außerdem kann in der Spule zwischen dem Abstandshalter und dem jeweils benachbarten Substratband des Supraleiters bzw. der Spulenwindung eine Isolationsfolie angeordnet sein.

Bevorzugt lässt sich ein Abstandshalter verwenden, der als wenigstens eine wellenförmige Abstandsfolie ausgebildet ist. Mit solchen Abstandsfolien sind auf einfache Weise Strömungs¬ wege für das Kühlmittel auszubilden.

In Hinblick auf eine hinreichend eigenstabile Ausbildung der Spule können deren Supraleiter zusammen mit dem Abstandshal¬ ter mittels eines Kunstharzes unter Freihaltung der erforder¬ lichen Kühlmittelwege miteinander verklebt sind. Die Verkle¬ bung erfolgt dabei zweckmäßig nur in den gegenseitigen Berüh- rungsbereichen dieser Teile.

Für die Gewährleistung eines hinreichenden Querschnitts für eine Kühlmittelströmung sollte der gegenseitige Abstand der Spulenwindung) mindestens 1 mm betragen.

Als besonders vorteilhaft ist es anzusehen wenn wenigstens ein Kontaktierungselement aus einem normalleitenden Kontak- tierungsmaterial zumindest an einer Längsseite des Aufbaus des Supraleiters zwischen dessen Deckschicht und seinem Sub¬ stratband) vorgesehen wird, wobei für den normalleitenden Be- grenzungszustand der Strombegrenzereinrichtung die Beziehung gelten sollte:

R _κ > 3 • R _L - vorzugsweise R _κ > 10 • R _L mit R _L als dem elektrischen Widerstand des Aufbaus ohne Kon¬ taktierungselement über die Gesamtlänge der Leiterbahn und mit R _κ als dem Widerstand des wenigstens einem Kontaktie- rungselementes über die Gesamtlänge. Dabei ist als Gesamtlän¬ ge die für den Schaltvorgang zwischen Supraleitung und Nor¬ malleitung der Strombegrenzereinrichtung zur Verfügung ste¬ hende Länge des bandförmigen Supraleiters zu verstehen. Der Widerstand R _L setzt sich dabei aus einer Parallelschaltung des Widerstandes des Substratbandes, der Deckschicht sowie des maximal möglichen normalleitenden Widerstandes der supra¬ leitenden Schicht zusammen. Werden mehrere Kontaktierungsele- mente vorgesehen, so bilden diese ebenfalls eine Parallel- Schaltung mit einem Gesamtwiderstand vom Wert R _κ . Dieser Wert lässt sich in bekannter Weise durch die Materialwahl für das wenigstens eine Kontaktierungselement bzw. des elektrischen spezifischen Widerstandes p seines Materials sowie durch die Dicke bzw. den zur Verfügung gestellten leitenden Quer- Schnitts einstellen.

Die mit dieser Ausbildung der Strombegrenzereinrichtung ver¬ bundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass das metallische Substratband und die normalleitende Deckschicht und damit auch die mit ihr galvanisch verbundene supraleiten¬ de Schicht in Stromführungsrichtung gesehen zumindest in den Teilbereichen entlang der Länge des Aufbaus im gegenseitigen

elektrischen Kontakt gebracht sind und somit auf einem einzi¬ gen elektrischen Potential auch im Falle eines Quenches lie¬ gen. Auf diese Weise wird ein Durchschlag über die Puffer¬ schicht unterbunden.

Zu dieser Ausgestaltung der Strombegrenzereinrichtung können insbesondere noch folgende Maßnahmen im Einzelnen oder auch in Kombination zusätzlich vorgesehen werden:

- Im Allgemeinen liegt die durchschnittliche Dicke des we- nigstens einen Kontaktierungselementes unter 1 μm, vor¬ zugsweise unter 0,5 μm. Vorteilhaft reichen nämlich für eine hinreichende galvanische Verbindung entsprechend dünne Schichten aus, da mit ihnen nur eine galvanische Verbindung, jedoch keine Führung größerer Ströme erfolgt. - Als Material für das wenigstens eine Kontaktierungsele- ment kann insbesondere Au oder Ag oder Cu oder eine Le¬ gierung mit dem jeweiligen Element oder wenigstens einem weiteren Legierungspartner vorgesehen sein. Entsprechende Kontaktierungselemente können beispielsweise durch Löt- verfahren an den Längsseiten des Leiteraufbaus angebracht oder mittels des Lotmaterials erzeugt sein. Da nur an den Seiten gelötet zu werden braucht, ist die Gefahr einer Schädigung des HTS-Materials entsprechend gering. Besonders vorteilhaft kann das Kontaktierungselement als ein den Leiteraufbau allseitig umschließendes Umhüllungs¬ element ausgebildet sein, wobei ein solches Umhüllungs¬ element als eine galvanische Beschichtung ausgebildet sein kann. Solche Beschichtungen sind, da nur eine gerin¬ ge Dicke erforderlich ist, auf besonders einfache und für das HTS-Material schonende Weise zu erstellen.

Statt einer Ausbildung besonderer Kontaktierungselemente kann bei der Strombegrenzereinrichtung zumindest in Teilbereichen wenigstens eine der Seitenkanten des Leiteraufbaus so mecha- nisch deformiert werden, dass sich die Deckschicht und das

Substratband in elektrischem Kontakt befinden. Die mit dieser Ausbildung der Strombegrenzervorrichtung verbundenen Vorteile

sind insbesondere darin zu sehen, dass das metallische Sub¬ stratband und die normalleitende Deckschicht und damit auch die mit ihr galvanisch verbundene supraleitende Schicht in Stromführungsrichtung gesehen zumindest in den Teilbereichen entlang der Länge des Aufbaus im gegenseitigen elektrischen Kontakt gebracht sind und somit auf einem einzigen elektri¬ schen Potential auch im Falle eines Quenches liegen. Auf die¬ se Weise wird ein Durchschlag über die Pufferschicht unter¬ bunden. Eine entsprechende Deformation an wenigstens einer der Längsseiten des Leiteraufbaus ist insofern vertretbar, als im Normalfall die supraleitenden Eigenschaften der supra¬ leitenden Schicht an den seitlichen Rändern sowieso herstel¬ lungsbedingt verschlechtert sind. Dabei lässt sich der elekt¬ rische Kontakt an der wenigstens einen Seitenkante durch eine Quetsch- oder Walzverformung bilden Entsprechende Verformun¬ gen sind leicht auszuführen.

Um einen elektrischen Durchschlag über die wenigstens eine Pufferschicht zwischen der Deckschicht mit der supraleitenden Schicht einerseits und dem metallischen Substratband anderer¬ seits zu verhindern, können diese Teile auf dasselbe Potenti¬ al auch dadurch gelegt werden, dass man für das Material der Pufferschicht zumindest in Teilbereichen ein Material mit einer hierfür hinreichenden elektrischen Leitfähigkeit wählt. Vorteilhaft wird hierzu ein solches gewählt, dass ein Über¬ gangswiderstand zwischen supraleitender Schicht und Substrat¬ band von höchstens 10 ^~3 Ω-cm ² , vorzugsweise von höchstens 10 ^~5 Ω-cm ² , ausgebildet ist. Zur Einhaltung dieser Bedingung kann bevorzugt das Material der Pufferschicht einen mittleren spezifischen Widerstand von höchstens 5000 μΩ-cm, vorzugswei¬ se von höchstens 500 μΩ-cm, aufweisen. Hierfür besonders ge¬ eignete Materialien sind solche vom Typ La-Mn-O oder Sr-Ru-O oder La-Ni-O oder In-Sn-O.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Strombegrenzerein¬ richtung nach der Erfindung gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Unteransprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, an Hand derer bevorzugte Aus¬ führungsbeispiele von Strombegrenzereinrichtungen erläutert sind. Dabei zeigen jeweils in stark schematisierter Form deren Figur 1 den bifilaren Aufbau einer Scheibenspule der

Strombegrenzereinrichtung sowie ein Detail aus dieser jeweils in Aufsicht, deren Figur 2 die Verschaltung mehrerer solcher Scheibenspu- len zu einer 3-phasigen Anordnung in Schrägan¬ sicht, deren Figur 3 den Aufbau eines YBCO-Bandleiters für eine

Scheibenspule nach Figur 1 oder 2 in Schrägan¬ sicht, deren Figur 4 eine zweite Ausführungsform des Aufbaus eines

YBCO-Bandleiters für eine Scheibenspule nach Figur 1 oder 2 in Querschnittsansicht sowie deren Figur 5 eine zu dem Aufbau nach Figur 4 alternative Ausführungsform eines YBCO-Bandleiters in ent¬ sprechende Ansicht.

Dabei sind in den Figuren sich entsprechende Teile jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Figur 1 sind die wesentlichsten Teile eines Aufbaus einer allgemein mit 11 bezeichneten Spule einer erfindungsgemäßen Strombegrenzereinrichtung sowie in vergrößerter Darstellung ein Detail aus dieser Spule veranschaulicht. Dabei ist die Spule eigenstabil mit einem YBCO-Bandleiter 2 ausgebildet, von dem bevorzugte Ausführungsformen an Hand der Figuren 3 bis 5 noch erläutert werden. In der Figur sind weiterhin be¬ zeichnet mit 3 ein metallisches Substratband des Bandleiters und mit 5,6 sogenannte Funktionsschichten, gebildet von einer YBCO-Schicht mit darunter befindlicher Pufferschicht und ei- ner auf der YBCO-Schicht befindlichen metallischen Deck¬ schicht. Unter einem eigenstabilen Aufbau der Spule sei ein Aufbau verstanden, der ohne einen besonderen Trägerkörper

auskommt, auf dem der Wickel der Spule aus mechanischen Sta¬ bilitätsgründen unbedingt aufzubringen ist. Bei dem verwende¬ ten supraleitenden Bandleiter bieten sich nämlich gewickelte Scheibenspulen an mit der Möglichkeit zum Zutritt eines Kühl- mittels K zwischen benachbarten Spulen- bzw. Leiterwindungen 12i bzw. 12a, 12b. Um die Induktivität niedrig zu halten, ist die Spule bifilar gewickelt, d.h. der Strom fließt in benach¬ barten Spulenwindungen oder -lagen gegenläufig. Damit kann maximal die volle Phasenspannung zwischen den beiden äußeren Enden der Spulenwicklung liegen. Deshalb müssen die Spulen¬ windungen 12i gegenseitig isoliert werden. Hierzu ist z.B. eine Isolation mittels einer Folie 17 geeignet, die einige Millimeter breiter ist als der bandförmige Leiter 2. Außerdem sollen Kühlkanäle 13 vorhanden sein, um einen Zutritt des Kühlmittels K zu ermöglichen. Solche Kanäle können vorteil¬ haft durch Einwickeln von Abstandshaltern 14 vorzugsweise mit Wellenform zwischen den einzelnen Spulenwindungen erzeugt werden. Der Innendurchmesser der Spule ist durch den zulässi¬ gen kleinsten Krümmungsradius für den Bandleiter 2 bestimmt, bei dem der kritische Strom I _c noch nicht degradiert. Mit einem Mindestdurchmesser D des Wickels der Spule 11 in de Größenordnung von 100 mm kann diese Forderung ohne weiteres erfüllt werden. Da die supraleitende YBCO-Schicht des Band¬ leiters 2 stärker auf Druck belastbar ist als auf Zug, sollte die Schichtseite des Bandleiters zur Innenseite der Spulen zeigen. Selbstverständlich muss der gesamte Wickel der Spule hinreichend mechanisch stabil sein; d.h., er muss bei der Montage des Aktivteils handhabbar sein und muss die beim Sie¬ den des Kühlmittels K auftretenden Kräfte ohne weiteres auf- nehmen können. Hierzu kann vorteilhaft der komplette Wickel der Spule durch eine Vakuumimprägnierung mit einem geeigneten Kunstharz vergossen werden, dessen Teile in der Figur mit 15 bezeichnet sind. Das Kunstharz sollte vor dem Aushärten aus den jeweiligen Kühlkanälen 13 herauslaufen können, so dass auf den Oberflächen nur örtlich diskrete dünne Kunstharzbe¬ reiche 15 verbleiben, deren jeweilige Dicke δ an den Funkti¬ onsschichten 5,6 bzw. an der Isolationsfolie 17 in der Grö-

ßenordnung zwischen 10 und 100 μm liegt. Diese Kunstharz¬ schicht stellt dabei einen Teil der gegenseitigen Isolation der Spulenwindungen 12i dar.

Mit dem in Figur 1 dargestellten Aufbau erhält man eine eigenstabile Teilspule 11, von denen mehrere gemäß Figur 2 auf einem geeigneten Stützgerüst parallel und seriell ver¬ schaltet werden können. Figur 2 zeigt eine entsprechende Ver- schaltung von mehreren Teilspulen Hi zu einer entsprechenden dreiphasigen Anordnung 18. Zum Verschalten haben sich Lötkon¬ takte bewährt. Die erforderlichen Kontakte 19 können auf die metallische Deckschicht oder auf die Substratseite des Band¬ leiters gesetzt werden. Auch der Kontakt zwischen ein- und auslaufendem Band am Innenradius der jeweiligen Spule kann durch Verlöten über einige Zentimeter Länge realisiert wer¬ den.

Der Leiterabstand a zwischen benachbarten Spulenwindungen 12i wird bestimmt durch die Dicke der Isolationsfolie 17, der Kunstharzschichtbereiche 15, der Materialstärke des Abstands¬ halters 14 sowie durch die radiale Breite der Kühlkanäle 13. Dabei ist davon auszugehen, dass die Aufheizphase des Leiter¬ wickels im Quenchfall nahezu adiabatisch verläuft; eine frei¬ gesetzte Joulesche Wärme von beispielsweise etwa 200 W/cm ² geht dabei im Wesentlichen in den Leiter; über den Siedefilm, der sich etwa 1 ms ausbilden kann, ist dabei wenig Wärme ab¬ zuführen. Deshalb beeinflusst der Leiterabstand vor allem die Rückkühlphase. Stehen die Leiter zu dicht, wird zu wenig Flüssigkeit nachgeführt und die Rückkühlzeit verlängert. Im Extremfall eines Leiterwickels ohne Kühlkanäle bliebe nur die Oberfläche der Spule für den Wärmeaustausch. Ein zweiter Ge¬ sichtspunkt für die Bemessung des Windungsabstandes a ist die Kraftwirkung durch Expansion der Kühlflüssigkeit beim Ver¬ dampfen. Beide Gesichtspunkte, nämlich Strömung im Kühlkanal 13 und Druckaufbau, können mit den erfindungsgemäß vorgesehe¬ nen transparenten Abstandshaltern 14 und deren Bemessung er¬ mittelt werden. Sieht man beispielsweise einen YBCO-

Bandleiter 2 von 10 mm Breite vor und steht der folienartige Abstandshalter 14 insgesamt 5 mm, d.h. 2,5 mm an jeder Kante, über, dann ergibt sich ein Verhältnis Abstand zu Leiterhöhe = 3 mm/15 mm = 0,2. Da ein Bandwickel bei dem erfindungsgemäßen Aufbau mechanisch verhältnismäßig stabil und somit entspre¬ chend hohen Kräften widersteht, ist ein Leiterabstand von 1 Millimeter möglich. In diesem Fall bleibt für den Kühlkanal 13 noch eine radiale Ausdehnung von etwa 0,6 mm (Leiterband: ca. 0,15 mm; Isolation: ca. 0,2 mm; Harzschicht: ca. 0,05 mm) . Es ergibt sich dann ein vorteilhaftes Aspektver¬ hältnis von 0,6 mm/15 mm = 0,04.

Aus den nachfolgenden Figuren 3 bis 5 gehen für die Spule 11 bzw. die Spulenanordnung 18 bevorzugt zu verwendende Ausfüh- rungsformen von YBCO-Bandleitern 2 hervor.

Bei dem in Figur 3 angedeuteten, allgemein mit 2 bezeichneten Bandleiter wird von an sich bekannten Ausführungsformen von sogenannten YBCO-Bandleitern oder „YBCO Coated Conductors" ausgegangen. In der Figur sind bezeichnet mit

3 ein Substratband aus einem normalleitenden Substratmetall der Dicke d3,

4 wenigstens eine darauf aufgebrachte Pufferschicht aus einem oxidischen Puffermaterial der Dicke d4, 5 eine HTS-Schicht aus YBCO der Dicke d5,

6 eine Deckschicht aus einem normalleitenden Deckmetall der Dicke d6 als eine Schutz- und/oder Kontaktschicht, die auch aus mehreren Lagen bestehen kann, welche miteinander in in¬ nigem Kontakt stehen, sowie

7 der Leiteraufbau aus diesen vier Teilen.

Dabei kann man diese Teile wie folgt ausbilden:

- Ein metallisches Substratband 3 aus Ni, Ni-Legierungen oder Edelstahl mit einer Dicke d3 von etwa 20 bis 250 μm,

- eine Pufferschicht oder ein Pufferschichtensystem aus einer oder mehreren Lagen von Oxiden wie CeO ₂ oder YSZ mit einer Dicke d4 von etwa 0,1 μm bis 1 mm,

- eine HTS-Schicht 5 aus YBCO mit einer Dicke d5 zwischen etwa 0,3 und 3 μm, und

- eine metallische Deckschicht 6 aus Ag, Au oder Cu mit einer Dicke dβ zwischen etwa 0,1 und 1 μm.

Ein entsprechender Bandleiter ist einige Millimeter bis weni¬ ge Zentimeter breit. Seine supraleitende Stromfähigkeit wird von der YBCO-Schicht 5, d.h. von deren kritischer Stromdichte bestimmt, während die thermischen, mechanischen und normal¬ leitenden Eigenschaften wegen der größeren Dicke d3 von dem Substratband 3 und der Deckschicht 6 dominiert werden. Dabei bildet das Substratband zusammen mit der Pufferschicht eine Unterlage für ein quasi einkristallines Wachstum des YBCO. Substratbandmaterial und Pufferschichtmaterial dürfen im thermischen Ausdehnungskoeffizienten und in ihren kristal- lographischen Gitterkonstanten nicht zu weit vom YBCO abwei¬ chen. Je besser die Anpassung desto höher ist die rissfreie Schichtdicke und desto besser die Kristallinität des YBCO. Darüber hinaus ist für hohe kritische Stromdichten im MA/cm ² - Bereich eine möglichst parallele Ausrichtung der Kristallach- sen in benachbarten Kristalliten gewünscht. Dies erfordert eine eben solche Ausrichtung zumindest in der obersten Puf¬ ferschicht, damit das YBCO heteroepitaktisch aufwachsen kann. Die Präparation solcher quasi einkristalliner flexibler Sub¬ strat-Puffersysteme gelingt bevorzugt mit drei Verfahren: - Sogenanntes „Ion Beam Assisted Deposition (IBAD)" von meist YSZ oder MgO auf untexturierten Metallbändern, sogenannte „Inclined Substrate Deposition (ISD)" von YSZ oder MgO auf untexturierten Metallbändern, sogenannte „Rolling Assisted Biaxially Textured Substra- tes (RABiTS)", d.h. durch Walz- und Glühbehandlung in Würfellage gebrachte Substrate mit heteroepitaktischem Puffersystem.

Die auf dem Substratband abzuscheidenden Funktionsschichten 4 bis 6 werden in an sich bekannter Weise mit Vakummbeschich¬ tungsverfahren (PVD) , chemischer Abscheidung aus der Gasphase (CVD) oder aus chemischen Lösungen (CSD) hergestellt.

Selbstverständlich können zwischen den einzelnen Schichten des Leiteraufbaus 7 noch vergleichsweise dünnere, sich bei der Herstellung des Aufbaus bzw. bei der Abscheidung der ein- zelnen Schichten insbesondere auf Grund von Diffusionsvorgän¬ gen ausbildende Zwischenschichten vorhanden sein.

Im Vergleich zu den für YBCO-Dünnschicht-Strombegrenzer be¬ kannten keramischen Plattenleitern ist bei Bandleitern des vorstehend geschilderten Typs das Substratband 3 elektrisch leitfähig, d.h. es kann daher den begrenzten Strom tragen und als Shunt wirken. Bei dem vorstehend in Figur 3 angedeuteten Leiteraufbau 7 wären jedoch die HTS-Schicht 5 und das Sub¬ stratband 3 im Normalfall über die mindestens eine Puffer- schicht 4 voneinander isoliert. Sobald die Strombegrenzerein¬ richtung in ihren begrenzenden Zustand übergeht, d.h. normal¬ leitend wird und sich eine Spannung längs der Leiterbahn auf¬ baut, wird die Durchschlagsfeldstärke der bekannten Puffer¬ schichtmaterialien, die in der Größenordnung von 100 kV/mm = 10 V/0,1 μm liegen, schnell überschritten. D.h., die Puffer¬ schicht 4 würde dann unkontrolliert durchschlagen. Auf Grund dieser Problematik wird vorteilhaft ein hinreichend guter elektrischer Kontakt zwischen der Supraleitungsschicht 5 und dem metallischen Substratband 3 bevorzugt auf der ganzen Lei- terlänge für den Einsatz von Bandleitern in der erfindungsge¬ mäßen Strombegrenzereinrichtung vorgesehen. Hierzu sind be¬ vorzugt die nachfolgend erläuterten Ausgestaltungen des Lei¬ teraufbaus 7 nach Figur 3 möglich.

Gemäß einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit wird die wenigs¬ tens eine Pufferschicht 4 derart ausgebildet, dass zwischen der supraleitenden Schicht 5 und dem Substratband 3 zumindest

in Teilbereichen, quasi in inselartigen Bereichen, bevorzugt aber über die gesamte gemeinsame Ausdehnung eine für einen Potentialausgleich zwischen der supraleitenden Schicht 5 und dem Substratband 3 hinreichende elektrische Leitfähigkeit ge- geben ist. Dies lässt sich insbesondere dadurch erreichen, dass zwischen der YBCO-Schicht 5 und dem Substratband 3 ein Übergangswiderstand von höchstens 10 ^~3 Ω-cm ² , bevorzugt von höchstens 10 ^~5 Ω-cm ² , gegeben ist. Ein entsprechender Über¬ gangswiderstand lässt sich insbesondere dann einstellen, wenn man für das Material der Pufferschicht 4 ein solches wählt, das einen mittleren spezifischen Widerstand von höchstens 5000 μΩ-cm, vorzugsweise von höchstens 500 μΩ-cm aufweist. Entsprechende Materialien, die auch bzgl. der kristallinen Abmessungen des YBCO-Materials angepasst sind, sind La-Mn-O oder Sr-Ru-O oder La-Ni-O oder In-Sn-O (das sogenannte „ITO") .

Gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit wird von außen am oder um den Leiteraufbau 7 eine durchgängige Kontaktierung über die ganze Länge des Leiters 2 vorgesehen. Dabei ist der in Figur 3 gezeigte Leiteraufbau 7 an wenigstens einer Längs¬ seite mit einem besonderen Kontaktierungselement ausgestat¬ tet. Dieses Kontaktierungselement besteht aus einem elekt¬ risch gut leitenden Material wie aus Au, Ag oder Cu oder einer Legierung mit dem jeweiligen chemischen Element. Dem

Kontaktierungselement kommt die Aufgabe zu, eine galvanische Verbindung zwischen der supraleitenden Schicht 5 und der elektrisch mit ihr verbundenen normalleitenden Deckschicht 6 einerseits und dem unteren normalleitenden Substratband 3 an- dererseits an der jeweiligen Längsseite bzw. -kante zu ge¬ währleisten. Auf diese Weise liegen diese Teile bei jedem Be¬ triebszustand der Strombegrenzereinrichtung wegen der gegen¬ seitigen galvanischen Verbindung auf demselben elektrischen Potential.

Vorteilhaft wird der Materialquerschnitt des mindestens einen Kontaktierungselement so bemessen, dass dieses praktisch

nicht als elektrischer Shunt für den begrenzten Strom wirkt. Dies ist durch die Materialwahl und/oder die mittlere Dicke des Kontaktierungselementes zu gewährleisten. Für die Bemes¬ sungsregel gilt vorteilhaft: R _κ > 3 • R _L , vorzugsweise R _κ > 10 • R _L .

Dabei ist R _L der elektrische Widerstand des gesamten Leiter¬ aufbaus 7 ohne Kontaktierungselement, gemessen über die ge¬ samte Länge der Leiterbahn. Der Widerstand R _L setzt sich da¬ bei aus einer Parallelschaltung des Widerstandes des Sub- stratbandes 3, der Deckschicht 6 sowie des maximal möglichen Widerstandes der supraleitenden Schicht 5 im Falle deren Nor¬ malleitung zusammen. R _κ ist Widerstand aller parallel ge¬ schalteten Kontaktierungselemente über die diese Gesamtlänge.

Der Wert R _κ lässt sich in bekannter Weise durch die Material¬ wahl für das wenigstens eine Kontaktierungselement bzw. des elektrischen spezifischen Widerstandes p _κ seines Materials sowie durch die Dicke d _κ bzw. den zur Verfügung gestellten elektrisch leitenden Querschnitts einstellen.

Unter Berücksichtigung der vorerwähnten Beziehung liegt die Dicke d _κ im Allgemeinen unter 1 μm, vorzugsweise unter 0, 5 μm.

Beispielsweise sind Kontaktierungselemente mittels Lötverfah¬ ren an den Seiten des Leiteraufbaus 7 anzubringen. Dabei kann selbstverständlich das jeweilige Kontaktierungselement auch ein Stück weit die obere Flachseite der Deckschicht 6 und/ oder die untere Flachseite des Substratbandes 3 mit abdecken.

Gemäß Figur 4 ist es auch möglich und besonders vorteilhaft, wenn das wenigstens eine Kontaktierungselement als ein den Leiteraufbau 7 allseitig umschließendes Umhüllungselement 9 ausgebildet ist. Ein entsprechendes Umhüllungselement kann beispielsweise aus einem normalleitenden Drahtgeflecht oder einer Drahtumwicklung oder aus einer Drahtumspinnung oder als ein Drahtvlies erstellt sein. Statt Drähten können selbstver-

ständlich für diesen Zweck auch Bänder vorgesehen werden. Be¬ sonders vorteilhaft lässt sich ein umhüllendes Kontaktie- rungselement 9 auch mittels eines galvanischen Beschichtungs- vorgangs erstellen. Entsprechende Schichten mit der geringen Dicke d _κ in der vorerwähnten Größenordnung sind auf einfache Weise und insbesondere ohne Beeinträchtigung der supraleiten¬ den Eigenschaften der supraleitenden Schicht 5 auszubilden.

Gemäß einer dritten Ausgestaltungsmöglichkeit wird zumindest in Teilbereichen wenigstens einer der Seitenkanten des Lei¬ teraufbaus 7 des Leiters 2 eine andere Kontaktierung vorge¬ nommen, und zwar wird mittels einer mechanischen Deformation des Aufbaus wie z.B. mittels einer entsprechenden Quetsch¬ oder Walzverformung in diesem Bereich der Aufbau so verformt, dass sich die Deckschicht 6 und das Substratband 3 in elekt¬ rischem Kontakt befinden. Eine Verformung in diesen Bereichen ist im Allgemeinen unproblematisch, weil dort die supralei¬ tenden Eigenschaften der Supraleitungsschicht 5 gegenüber einem mittleren Bereich des Leiters häufig verschlechtert sind.

Gemäß Figur 5 kann man beispielsweise mit Hilfe von Kanten¬ rollen 21 und 22 die gewünschte Verformung vornehmen. Die Rollen wirken dabei auf die jeweiligen Seitenkanten in den Seitenbereichen 20a und/oder 20b derart ein, dass der Aufbau von dort aus in etwa diagonaler Richtung zusammengedrückt wird. Dabei wird das Deckschichtmaterial an das mechanisch robustere Substratband herangedrückt, so dass zumindest in Teilbereichen der Längsseite des Leiterbandes eine galvani- sehe Verbindung zwischen dem metallischen Material der Deck¬ schicht 6 und dem metallischen Material des Substratbandes 3 geschaffen wird.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die vorstehend erläu- terten Varianten zur Kontaktierung der YBCO-Schicht 5 mit ih¬ rer darauf befindlichen, in innigem elektrischen Kontakt ste¬ henden Deckschicht 6 einerseits und dem metallischen Sub-

stratband 3 andererseits miteinander gleichzeitig zur Anwen¬ dung zu bringen.

Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurde YBCO als HTS-Material für die supraleitende Schicht 5 zugrunde gelegt. Selbstverständlich sind auch andere HTS-Materialien vom soge¬ nannten 1-2-3-Typ mit anderen Seltenen Erdmetallen und/oder anderen Erdalkalimetallen einsetzbar. Die einzelnen Komponen¬ ten dieser Materialien können auch in an sich bekannter Weise teilweise durch weitere/andere Komponenten substituiert sein.