Supraleitersystem

Die Erfindung betrifft ein Supraleitersystem, bei dem ein Supraleiterelement in einem Isolierbehälter aufgenommen ist, dessen Behälterwand von einem Wärmeleiter durchsetzt ist, um eine Kühlung des Supraleiterelements unter eine materialspe- zifische Sprungtemperatur vornehmen zu können und dadurch Ge- brauch von den mit dem supraleitenden Zustand des Supralei- terelements auftretenden Effekten, insbesondere einer Magnet- feIdverdrängung, machen zu können.

Aus der DE 102015 222 679 Al ist ein magnetfeldgelagerter thermischer Akkumulator zur thermischen Isolierung einer Speichereinrichtung bekannt, wobei die Speichereinrichtung eine erste Magneteinrichtung umfasst und wobei zumindest eine zweite Magneteinrichtung vorgesehen ist, die für eine magne- tische Wechselwirkung mit der ersten Magneteinrichtung zur Gewährleistung eines Schwebespalts zwischen den beiden Mag- neteinrichtungen ausgebildet ist und wobei der Speicherein- richtung wenigstens eine Wärmeschnittstelle zugeordnet ist, die für einen Wärmeeintrag in die Speichereinrichtung und/oder für einen Wärmeaustrag aus der Speichereinrichtung ausgebildet ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Supraleitersys- tem mit vereinfachtem Aufbau bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Supraleitersystem gelöst, bei dem ein Isolierbehälter eine thermisch isolierend ausgebilde- te Behälterwand aufweist, die einen Isolierraum begrenzt, wo- bei die Behälterwand von einem Wärmeleiter durchsetzt ist, der mit einer, insbesondere ortsfest, im Isolierraum angeord- neten Wärmesenke thermisch leitend gekoppelt ist, sowie mit einem, insbesondere ausschließlich aus einem Hochtemperatur- Supraleitermaterial hergestellten, Supraleiterelement, das frei beweglich zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung, insbesondere kontaktlos, im Isolierraum aufgenommen ist.

Die Aufgabe des Isolierbehälters besteht darin, einen Zustrom von Wärme in einen Isolierraum, der von der thermisch isolie- rend ausgebildeten Behälterwand gebildet wird, möglichst ge- ring zu halten, um eine Aufrechterhaltung eines Temperaturni- veaus im Isolierraum, das unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiterelements liegt, mit möglichst geringem Aufwand ge- währleisten zu können. Da ein gewisser Wärmeeintrag in den Isolierraum hingenommen werden muss, ist in der Behälterwand eine Ausnehmung ausgebildet, die von einem Wärmeleiter durch- setzt ist. Der Wärmeleiter steht mit einer, insbesondere ortsfest im Isolierraum angeordneten, Wärmesenke in einer thermisch leitenden Verbindung und ist an einem der Wärmesen- ke abgewandten Endbereich für eine Kopplung mit einer Küh- leinrichtung versehen. Diese Kühleinrichtung kann wahlweise als aktive Kühleinrichtung, beispielsweise als Stirling- Kühler, oder als passive Kühleinrichtung, beispielsweise als Tank für ein verflüssigtes Gas, insbesondere verflüssigten Stickstoff, ausgebildet sein. Die Aufgabe der im Isolierraum angeordneten Wärmesenke besteht darin, in der Art eines Strahlungsempfängers in den Isolierraum eingedrungene Wärme- strahlung und insbesondere Wärmestrahlung des Supraleiterele- ments zu absorbieren und eine Abfuhr der hierdurch in die Wärmesenke eingekoppelten Energie über den Wärmeleiter aus dem Isolierraum hinaus zu gewährleisten.

Ferner ist vorgesehen, dass das Supraleiterelement, das vor- zugsweise vorwiegend, insbesondere ausschließlich, aus einem Hochtemperatur-Supraleitermaterial wie beispielsweise Yttri- umbariumkupferoxid hergestellt ist, frei beweglich im Iso- lierraum aufgenommen ist. Hierbei wird davon ausgegangen, dass zur Gewährleistung der Kühlfunktion für das Supralei- terelement kein mechanischer Kontakt, insbesondere keine kon- vektive Wärmeleitung, erforderlich ist, um das erforderliche Temperaturniveau unterhalb der Sprungtemperatur des Supralei- terelements dauerhaft gewährleisten zu können. Hierdurch wird jedoch nicht ausgeschlossen, dass das Superleiterelement bei- spielsweise in der ersten Funktionsstellung in eine thermisch leitende Kopplung mit der Wärmesenke gebracht werden kann, um beispielsweise eine möglichst rasche Abkühlung des Supralei- terelements von einer Temperatur oberhalb der Sprungtempera- tur des Supraleiterelements auf eine Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiterelements gewährleisten zu können. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Geometrie des Supraleiterelements und eine Geometrie des Isolierraums der- art aufeinander abgestimmt sind, dass das Supraleiterelement zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funkti- onsstellung kontaktlos, also ohne zwingenden mechanischen Kontakt mit der Behälterwand des Isolierbehälters, bewegt werden kann. Bevorzugt sind die Geometrie von Supraleiterele- ment und Isolierbehälter derart aufeinander abgestimmt, dass das Supraleiterelement genau einen, insbesondere linearen, Freiheitsgrad der Bewegung gegenüber dem Isolierbehälter auf- weist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass für eine zumin- dest im Wesentlichen, vorzugsweise vollständig, reibungsfreie Relativbewegung zwischen dem Supraleiterelement und der Be- hälterwand des Isolierbehälters ein Bewegungsspalt zwischen dem Supraleiterelement und der Behälterwand ausgebildet sein muss, wodurch wenigstens ein weiterer Freiheitsgrad der Bewe- gung besteht. Allerdings ist ein Bewegungsweg für das Supra- leiterelement in Richtung dieses weiteren Freiheitsgrads der Bewegung erheblich kleiner und beträgt beispielsweise weniger als 5 Prozent des Bewegungswegs in der Bewegungsrichtung, die das Supraleiterelement zwischen der ersten vom zur Stellung und der zweiten Funktionsstellung vollziehen kann. Bei der Dimensionierung des Supraleiterelements und des Isolierbehäl- ters steht im Vordergrund, dass das Supraleiterelement in ei- nem Betriebszustand des Supraleitersystems keinen konduktiven Kontakt mit der Behälterwand hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zweckmäßig ist es, wenn das Supraleiterelement linearbeweg- lich längs einer Bewegungsachse, die quer zur größten Ober- fläche des Supraleiterelements ausgerichtet ist, im Isolier- raum aufgenommen ist. Dementsprechend weist das Supralei- terelement abgesehen von einem gewissen Spiel, das die vor- zugsweise kontaktlose Linearbeweglichkeit für das Supralei- terelement gegenüber der Wärmesenke gewährleistet, genau ei- nen linearen Freiheitsgrad der Bewegung auf. Relativbewegun- gen zwischen Supraleiterelement und der Behälterwand des Iso- lierbehälters in anderen Raumrichtungen und eventuelle Rota- tionsbewegungen zwischen Supraleiterelement und Behälterwand sind somit lediglich in einem geringen Maße oder gar nicht möglich .

Beispielhaft ist vorgesehen, dass das Supraleiterelement wäh- rend einer Abkühlung unter seine materialspezifische Sprung- temperatur einem externen Magnetfeld ausgesetzt wird, das beispielsweise von einer außerhalb des Isolierbehälters ange- ordneten Magneteinrichtung bereitgestellt wird. Nach Unter- schreitung der materialspezifischen Sprungtemperatur für das Supraleiterelement kann anschließend vorgesehen sein, die Magnetanordnung in ihrer räumlichen Lage oder in anderer Wei- se im Hinblick auf ihre magnetischen Eigenschaften zu modifi- zieren, um das Supraleiterelement in eine Funktionsstellung zu bringen, bei der eine Einleitung von weiteren Magnetkräf- ten, beispielsweise von einer vom Supraleiterelement zu tra- genden Last, die außerhalb des Isolierbehälters angeordnet ist, in einem Schwebezustand des Supraleiterelements abgefan- gen werden kann.

Vorteilhaft ist es, wenn die größte Oberfläche des Supralei- terelements und eine größte Oberfläche der Wärmesenke einan- der gegenüberliegen. Hierdurch wird eine besonders effiziente kontaktlose thermische Kopplung zwischen dem Supraleiterele- ment und der Wärmesenke verwirklicht, wobei das Supralei- terelement die durch die Behälterwand eingetragene Wärmeener- gie durch niederfrequente, elektromagnetische Strahlung an die Wärmesenke abgeben kann. Da die Wärmesenke durch geeigne- te Wärmeabfuhr, die wahlweise kontinuierliche oder diskonti- nuierliche vorgenommen werden kann, auf einer Temperatur ge- halten wird, die unterhalb der Temperatur des Supraleiterele- ments liegt, wird hiermit eine dauerhafte und kontaktlose Kühlung für das Supraleiterelement gewährleistet.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Supraleiterelement quader- förmig ausgebildet ist und dass die größte Oberfläche des Supraleiterelements zumindest im Wesentlichen rechteckig aus- gebildet ist. Ferner ist vorgesehen, dass eine Flächennormale auf eine derart ausgebildete größte Oberfläche des Supralei- terelements parallel zur Bewegungsachse ausgerichtet ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Wärmesenke eine größte Oberfläche aufweist, die zumindest im Wesentlichen einer geo- metrischen Projektion der größten Oberfläche des Supralei- terelements entspricht und bei quaderförmiger Ausgestaltung des Supraleiterelements ebenfalls rechteckig ausgebildet ist. Für die größte Oberfläche der Wärmesenke ist vorzugsweise vorgesehen, dass diese parallel zur größten Oberfläche des Supraleiterelements ausgerichtet ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Abstand zwischen der größten Oberfläche des Supraleiterelements und der größten Oberfläche der Wärmesenke parallel zur Bewegungsachse für das Supraleiterelement ausge- richtet ist.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die größte Oberfläche des Sup- raleiterelements und die größte Oberfläche der Wärmesenke für eine großflächige Auflage des Supraleiterelements auf der Wärmesenke in der ersten Funktionsstellung ausgebildet sind, insbesondere geometrisch identisch sind. Hierbei ist vorgese- hen, dass das Supraleiterelement und die Wärmesenke derart aufeinander angepasst sind, dass das Supraleiterelement in der ersten Funktionsstellung mit seiner größten Oberfläche flächig und thermisch leitend auf der größten Oberfläche der Wärmesenke aufliegen kann und hierdurch ein Kühlvorgang für das Supraleiterelement erheblich schneller als bei einer rei- nen Strahlungskühlung vollzogen werden kann.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die größte Oberfläche des Supraleiterelements und die größte Oberfläche der Wärmesenke zueinander korrespondierende Vor- sprünge und Ausnehmungen, vorzugsweise Zapfen und Bohrungen oder Stege und Schlitze, aufweisen, die längs der Bewegungs- achse ausgerichtet sind. Durch diese Maßnahme kann eine Ver- größerung der Austauschfläche, über die eine Wärmeübertragung zwischen dem Supraleiterelement und der Wärmesenke vollzogen wird, erzielt werden. Ferner kann bei geeigneter Ausgestal- tung der Vorsprünge und Ausnehmungen eine Führungswirkung zwischen der Wärmesenke und dem Supraleiterelement erzielt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Vor- sprünge und Ausnehmungen längs der Bewegungsachse eine zumin- dest im Wesentlichen konstante Profilierung aufweisen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wärmesenke aus einem Metallmaterial, insbesondere aus der Gruppe: Kupfer, Aluminium, oder aus einem Keramikmaterial hergestellt ist. Hierdurch wird eine vorteilhafte Wärmelei- tung für die Wärmesenke gewährleistet.

Vorteilhaft ist es, wenn die Behälterwand eine formstabile Außenhülle und eine Isolationsschicht umfasst, wobei zwischen der Außenhülle und der Wärmesenke eine erste, insbesondere wannenförmig ausgebildete, Isolationsschicht angeordnet ist und wobei zwischen der Behälterwand und dem Supraleiterele- ment eine zweite, insbesondere wannenförmig ausgebildete, Isolationsschicht angeordnet ist, wobei die zweite Isolati- onsschicht am Supraleiterelement festgelegt ist. Die form- stabile Außenhülle des Isolierbehälters dient vordringlich dem mechanischen Schutz der im Isolierraum aufgenommenen Kom- ponenten wie der Wärmesenke, dem Supraleiterelement und der Isolationsschicht sowie der Möglichkeit zur Evakuierung des Isolierraums. Ferner ermöglicht die formstabile Außenhülle die Ankopplung einer Kühleinrichtung an den Wärmeleiter, der die Behälterwand und somit sowohl die formstabile Außenhülle als auch die Isolationsschicht durchsetzt. Die Isolations- schicht kann beispielsweise als Anordnung einer Vielzahl von Folienlagen ausgebildet sein, wobei die Folienlagen vorzugs- weise beabstandet zueinander angeordnet sind, um eine mög- lichst geringe thermische Kopplung zueinander aufzuweisen. Um die gewünschte Beweglichkeit für das Supraleiterelement in Verbindung mit einer vorteilhaften Isolationswirkung für das Supraleiterelement gewährleisten zu können, ist vorgesehen, dass der Wärmesenke eine erste Isolationsschicht zugeordnet ist, während dem Supraleiterelement eine zweite Isolations- schicht zugeordnet ist, die körperlich getrennt von der ers- ten Isolationsschicht ausgebildet ist. Dementsprechend ergibt sich bei einer Vergrößerung eines Abstands zwischen dem Sup- raleiterelement und der Wärmesenke in einem Bereich zwischen der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolations- schicht eine Reduzierung der Isolationswirkung, insbesondere für den Fall, dass die erste Isolationsschicht durch einen Spalt von der zweiten Isolationsschicht beabstandet ist. Rein exemplarisch können sowohl das Supraleiterelement als auch die Wärmesenke jeweils durch eine quaderförmige Hüllgeometrie beschrieben werden, so dass sowohl die erste Isolations- schicht als auch die zweite Isolationsschicht jeweils wannen- förmig ausgebildet sein können, wobei die wannenförmig ausge- bildeten Isolationsschichten mit ihren Öffnungen einander zu- gewandt sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wärmesenke eine Ausnehmung umfasst, die zur zumindest be- reichsweisen Aufnahme des Supraleiterelements ausgebildet ist. Hiermit wird die Austauschfläche, über die eine Wärme- übertragung zwischen dem Supraleiterelement und der Wärmesen- ke ermöglicht wird, verglichen mit einer rein gegenüberlie- genden Anordnung von Supraleiterelement und Wärmesenke, ver- größert. Beispielhaft ist vorgesehen, dass ein Bodenbereich der Ausnehmung in der Wärmesenke geometrisch ähnlich zur größten Oberfläche des Supraleiterelements ist und daran an- grenzende, insbesondere in einem rechten Winkel dazu ausge- richtete, Wandbereiche der Ausnehmung in der Wärmesenke ge- genüberliegend zu Außenumfangsfläche des Supraleiterelements ausgerichtet sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ausnehmung in der Wärmesenke größer als das Supraleiterele- ment ist, damit dieses zumindest in der ersten Funktionsposi- tion, insbesondere in sämtlichen Funktionspositionen zwischen der ersten Funktionsposition und der zweiten Funktionspositi- on, in der Ausnehmung aufgenommen ist und eine vorteilhafte Strahlungsübertragung zwischen dem Supraleiterelement und der Wärmesenke gewährleistet ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vor- gesehen, dass zwischen der Außenhülle und der Wärmesenke eine erste, insbesondere wannenförmig ausgebildete, Isolations- schicht angeordnet ist und dass zwischen der Außenhülle und einer der Wärmesenke abgewandten Rückseite des Supralei- terelements eine an der Außenhülle festgelegte, insbesondere einstückig mit der ersten Isolationsschicht verbundene, zwei- te Isolationsschicht angeordnet ist. Bei dieser Ausführungs- form ist somit eine ortsfeste Festlegung sowohl der ersten Isolationsschicht als auch der zweiten Isolationsschicht vor- gesehen. Das Supraleiterelement ist hierbei nicht unmittelbar mit der Isolationsschicht gekoppelt sondern vielmehr frei be- weglich im Isolationsraum aufgenommen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Isolationsschicht einstückig mit der zweiten Isolationsschicht ausgebildet ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vor- gesehen, dass das Supraleiterelement in einem geschlossenen Hohlraum aufgenommen ist, der in der Wärmesenke ausgebildet ist und dass die Behälterwand eine formstabile Außenhülle und eine Isolationsschicht umfasst, wobei die Isolationsschicht zwischen der Außenhülle und der Wärmesenke angeordnet ist. In diesem Fall wird der Bewegungsraum für das Supraleiterelement durch die Geometrie des Supraleiterelements und durch den in der Wärmesenke ausgebildeten Hohlraum bestimmt. Ferner wird hierbei eine besonders vorteilhafte Wechselwirkung durch die Wärmesenke gewährleistet, dass diese das Supraleiterelement vollständig umgibt. Die Isolationsschicht ist ortsfest zwi- sehen der Außenhülle und der Wärmesenke angeordnet, so dass eine Bewegung des Supraleiterelements keinen nennenswerten Einfluss auf den Wärmestrom in den Isolationsraum hat.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine, insbesondere von mehre- ren aneinander angrenzenden und jeweils benachbart zu einer größten Oberfläche des Supraleiterelements angeordneten Au- ßenflächen gebildete, Außenumfangsfläche des Supraleiterele- ments und eine, insbesondere von mehreren aneinander angren- zenden Innenflächen gebildete, rahmenförmig ausgebildete In- nenumfangsfläche der Wärmesenke einander gegenüberliegen. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Flä- chennormale auf die Außenumfangsfläche quer zur Bewegungsach- se ausgerichtet ist. Ferner kann exemplarisch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Flächennormale der Innenum- fangsfläche der Wärmesenke jeweils quer zur Bewegungsachse ausgerichtet ist. Hierdurch wird ein Strahlungsaustausch zwi- schen dem Supraleiterelement und der Wärmesenke in Raumrich- tungen quer zur Bewegungsachse ermöglicht. Dies ist insbeson- dere dann von Vorteil, wenn die Wärmesenke ausschließlich rahmenförmig ausgebildet ist und das Supraleiterelement um- rahmt, ohne dass der größten Oberfläche des Supraleiterele- ments eine korrespondierende Oberfläche der Wärmesenke gegen- überliegt .

Vorteilhaft ist es, wenn eine Magnetanordnung in einem Hohl- raum in der Wärmesenke oder im Isolierraum zwischen der Be- hälterwand und der Wärmesenke oder zwischen einer Außenhülle und einer Isolationsschicht der Behälterwand angeordnet ist. Mit einer derartigen Integration der Magnetanordnung in den Isolierbehälter kann eine besonders vorteilhafte magnetische Wechselwirkung zwischen den Magnetanordnungen und dem Supra- leiterelement gewährleistet werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:

Figur 1 eine erste Ausführungsform eines Supraleitersystems mit einem Isolierbehälter, einer Kühleinrichtung, einem Steuermagneten, einer Wärmesenke, einem Sup- raleiterelement sowie einer ersten Isolations- schicht und einer zweiten Isolationsschicht,

Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines Supraleitersys- tems, bei der das quaderförmig ausgebildete Supra- leiterelement in einer Ausnehmung in der Wärmesenke aufgenommen ist,

Figur 3 eine dritte Ausführungsform eines Supraleitersys- tems, die als Weiterbildung der zweiten Ausfüh- rungsform des Supraleitersystems an einander gegen- überliegenden größten Oberflächen des Supralei- terelements und der Wärmesenke zinkenförmige Vor- sprünge und korrespondierende Schlitze aufweist,

Figur 4 eine vierte Ausführungsform eines Supraleitersys- tems, bei der in Weiterbildung der zweiten Ausfüh- rungsform des Supraleitersystems eine Magnetanord- nung in einen Zwischenraum zwischen einer Außenhül- le des Isolierbehälters und einer Isolationsschicht angeordnet ist,

Figur 5 eine fünfte Ausführungsform eines Supraleitersys- tems, bei der in Weiterbildung der zweiten Ausfüh- rungsform eine Magnetanordnung in einem Hohlraum der Wärmesenke angeordnet ist, Figur 6 eine sechste Ausführungsform eines Supraleitersys- tems, bei dem die Wärmesenke das Supraleiterelement rahmenförmig umgreift und zwischen der Außenhülle und der Isolationsschicht eine Magnetanordnung an- geordnet ist,

Figur 7 eine siebte Ausführungsform eines Supraleitersys- tems, bei der in Weiterbildung der sechsten Ausfüh- rungsform die Magnetanordnung in gleichen Raumab- schnitt wie das Supraleiterelement aufgenommen ist,

Figur 8 eine achte Ausführungsform eines Supraleitersys- tems, bei dem in Weiterbildung der sechsten Ausfüh- rungsform die Magnetanordnung außerhalb des Iso- lierbehälters angeordnet ist,

Figur 9 einen Horizontalschnitt des Supraleitersystems ge- mäß der Figur 1,

Fig. 10 eine Variante der in der Figur 2 dargestellten Aus- führungsform, bei der das Supraleiterelement zu- nächst in der Ausnehmung der Wärmesenke aufliegt und das Pinning für das Supraleiterelement mit Hil- fe einer Magnetanordnung, die als Halbach-Array ausgeführt ist, durchgeführt wird, und

Figur 11 die Ausführungsform gemäß der Figur 10 in einem Be- triebszustand, wobei hierzu ein Halbach-Array mit vergrößerter magnetischer Feldstärke eingesetzt wird.

Bei der nachstehenden Beschreibung der insgesamt neun unter- schiedlichen Ausführungsformen von Supraleitersystemen 1, 21, 41, 61, 81, 101, 121 und 141 werden für Komponenten mit iden- tischer Funktion jeweils identische Bezugszeichen verwendet.

Jedes der in den Figuren 1 bis 8 sowie 10 und 11 dargestell- ten Supraleitersysteme 1, 21, 41, 61, 81, 101, 121 und 141 umfasst einen Isolierbehälter 2, der rein exemplarisch kas- tenförmig mit einer quaderförmigen Hüllgeometrie ausgebildet ist. Der Isolierbehälter 2 weist eine Behälterwand 3 auf, die von einer formstabilen Außenhülle 4 und einer Isolations- schicht 5 gebildet wird. Die Behälterwand 3 wird von einem Wärmeleiter 6 durchsetzt, der rein exemplarisch mit einer Kühleinrichtung 7 gekoppelt ist, bei der es sich beispiels- weise um einen mit einem verflüssigten Gas, insbesondere Stickstoff, gefüllten Tank oder um einen Stirling-Kühler han- delt.

Wie aus der Darstellung der Figuren 1 bis 8 entnommen werden kann, umschließt die Behälterwand 3 einen rein exemplarisch quaderförmig ausgebildeten Isolierraum 8, in dem ein Supra- leiterelement 9, 29, 49, 69, 89, 109, 129, 149 und eine Wär- mesenke 10, 30, 50, 70, 90, 110, 130, 150 angeordnet sind. Ferner umfasst jedes der Supraleitersysteme 1, 21, 41, 61, 81, 101, 121 und 141 eine Magnetanordnung 11, 31, 51, 71, 91, 111, 131, 151, die für eine Bereitstellung eines Magnetfelds an das jeweilige Supraleiterelement 9, 29, 49, 69, 89, 109, 129, 149 ausgebildet ist.

Bei der Ausführungsform gemäß der Figur 1 sind das Supralei- terelement 9 und die Wärmesenke 10 jeweils quaderförmig aus- gebildet, wobei eine größte Oberfläche 12 des Supraleiterele- ments 9 und eine größte Oberfläche 13 der Wärmesenke 10 ge- genüberliegend zueinander angeordnet sind. Ferner ist vorge- sehen, dass die Wärmesenke 10 unmittelbar thermisch mit dem Wärmeleiter 6 gekoppelt ist und in nicht näher dargestellter Weise, insbesondere ortsfest, an der Behälterwand 3 des Iso- lierbehälters 2 festgelegt ist. Das Supraleiterelement 9 ist hingegen entlang einer Bewegungsachse 14, die normal zur gro- ßen Oberfläche 12 des Supraleiterelements 9 und normal zur größten Oberfläche 13 der Wärmesenke 10 ausgerichtet ist, frei beweglich im Isolierraum 8 aufgenommen. Ein Abstand 15 zwischen dem Supraleiterelement 9 und der Wärmesenke 10 kann beispielsweise durch eine außen am Isolierbehälter 2 angeord- nete Magnetanordnung 11 eingestellt werden.

Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass der Wärmesenke 10 eine wannenförmig ausgebildete erste Isolationsschicht 16 zugeord- net ist und dass dem Supraleiterelement 9 eine wannenförmig ausgebildete zweite Isolationsschicht 17 zugeordnet ist. Bei- spielhaft ist vorgesehen, dass die zweite Isolationsschicht 17 fest mit dem Supraleiterelement 9 und damit ebenfalls frei beweglich gegenüber der Außenhülle 4 ausgebildet ist. Dement- sprechend verändert sich eine Spaltweite eines Isolations- spalts 20 in Abhängigkeit vom Abstand 15 zwischen Supralei- terelement 9 und Wärmesenke 10.

Für die Kühlung des Supraleiterelements 9 wird der Umstand genutzt, dass in das Supraleiterelement 9 eingetragene Wärme- energie vom Supraleiterelement 9 in Form von niederfrequenter elektromagnetischer Strahlung in allen Raumrichtungen abge- strahlt wird und zumindest derjenige Anteil der elektromagne- tischen Strahlen, der in Richtung der Wärmesenke 10 abge- strahlt wird, von der Wärmesenke 10 absorbiert werden kann. Aufgrund der kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Küh- lung der Wärmesenke 10 wird die von der Wärmesenke 10 absor- bierte Energie über den Wärmeleiter 6 zur Kühleinrichtung 7 abgeleitet . Das Supraleitersystem 1 kann dazu eingesetzt werden, einen Werkstückträger 18, der mit einer Permanentmagneteinrichtung 19 versehen ist, in einen Schwebezustand zu halten, wobei hier die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Supralei- terelement 9, der Magnetanordnung 11 und der Permanentmag- neteinrichtung 19 genutzt wird.

Bei der zweiten Ausführungsform eines Supraleitersystems 21 gemäß der Figur 2 ist die Isolationsschicht 25 einstückig ausgebildet und in ihrer Gesamtheit ortsfest an der Außenhül- le 4 des Isolierbehälters 2 festgelegt, so dass auch kein größenveränderlicher Isolationsspalt vorliegt. Die Wärmesenke 30 füllt mit Ausnahme einer Ausnehmung 36 den Isolierraum 8 vollständig aus, wobei die Ausnehmung 36 durch eine quader- förmige Hüllgeometrie beschrieben werden kann. In der Ausneh- mung ist ein rein exemplarisch quaderförmig ausgebildetes Supraleiterelement 29 aufgenommen, das längs der Bewegungs- achse 14 linearbeweglich in seiner Relativposition gegenüber der Wärmesenke 30 verändert werden kann. Übereinstimmend mit der ersten Ausführungsform des Supraleitersystems 1 gemäß der Figur 1 stehen sich die größte Oberfläche 32 des Supralei- terelements 29 und die größte Oberfläche 33 der Wärmesenke 30 gegenüber. Ferner stehen sich auch eine Außenumfangsfläche 37 des Supraleiterelements 29 und eine Innenumfangsfläche 38 der Wärmesenke 30 gegenüber, so dass zusätzliche Austauschflächen für die Abgabe von niederfrequenter elektromagnetischer Strahlung bzw. die Absorption dieser niederfrequenten elekt- romagnetischen Strahlung bereitgestellt werden und damit eine verbesserte Kühlungswirkung für das Supraleiterelement 29 ge- währleistet wird.

Das Supraleitersystem 41 unterscheidet sich vom Supraleiter- system 21 durch eine Vielzahl von rein exemplarisch von der größten Oberfläche 53 der Wärmesenke 50 in Richtung der Bewe- gungsachse 14 abragende Leisten 59, die in Nuten 60 eingrei- fen, die in der größten Oberfläche 52 des Supraleiterelements 49 ausgebildet sind. Die Funktion der auch als Vorsprünge be- zeichneten Leisten 59 und der auch als Ausnehmungen bezeich- neten Nuten 60 besteht sowohl in einer Vergrößerung der Aus- tauschfläche zwischen dem Supraleiterelement 49 und der Wär- mesenke 50 als auch in einer mechanischen Führung für das Supraleiterelement 49 gegenüber der Wärmesenke 50.

Bei dem in der Figur 4 dargestellten Supraleitersystem 61 ist, abweichend von der in Figur 2 dargestellten zweiten Aus- führungsform des Supraleitersystems 21, vorgesehen, eine Mag- netanordnung 71 zwischen der Außenhülle 4 des Isolierbehäl- ters 2 und einer Isolationsschicht 65 anzuordnen. Hierdurch wird verglichen mit den Ausführungsformen der Supraleitersys- teme 1, 21 und 41 eine verbesserte Einkopplung des von der Magnetanordnung 71 bereitgestellten Magnetfelds auf das Sup- raleiterelement 69 ermöglicht. Rein exemplarisch handelt es sich bei der Magnetanordnung 71 um eine Anordnung einer Viel- zahl von würfelförmig ausgebildeten Permanentmagneten 72, die in nicht näher dargestellter Weise in mehreren Reihen ange- ordnet sind, wobei nur die vorderste Reihe in der Darstellung der Figur 4 sichtbar ist. Ferner ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete 72 im Hinblick auf ihre Polarisierung derart ausgerichtet sind, dass eine Halbach-Anordnung gebildet wird. Anstelle der Vielzahl von Permanentmagneten 72 kann auch ein einziger, plattenförmig ausgebildeter Permanentmagnet einge- setzt werden, der jedoch bezogen auf sein Volumen im Ver- gleich zur Magnetanordnung 71 einen geringeren magnetischen Fluss bereitstellt.

Bei dem in der Figur 5 dargestellten Supraleitersystem 81 ist abweichend von der in Figur 2 dargestellten zweiten Ausfüh- rungsform des Supraleitersystems 21 vorgesehen, eine Mag- netanordnung 91 in der Wärmesenke 90 anzuordnen. Hiermit wird im Vergleich zum Supraleitersystem 61 eine weitere Verbesse- rung der magnetischen Kopplung zwischen der Magnetanordnung 91 und dem Supraleiterelement 89 erzielt.

Bei dem Supraleitersystem 101 gemäß der Figur 6 ist die Wär- mesenke 110 rahmenförmig ausgebildet. Beispielhaft weist die Wärmesenke 110 in Richtung der Bewegungsachse 14 und damit in einer quer zur Darstellungsebene der Figur 6 ausgerichteten Querschnittsebene eine rechteckige Profilierung mit einem rechteckigen Ausschnitt auf. Eine Strahlungskopplung zwischen dem Supraleiterelement 109 und der Wärmesenke 110 findet beim Supraleitersystem 101 insbesondere über eine Innenumfangsflä- che 118 der Wärmesenke 110 und eine gegenüberliegend angeord- nete Außenumfangsfläche 117 des Supraleiterelements 109. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass das Supraleiterelement 109 quaderförmig ausgebildet ist und dass Außenflächen 119 des Supraleiterelements 109 parallel gegenüberliegend zu Innen- flächen 120 der Wärmesenke 110 ausgerichtet sind. Beispiel- haft ist vorgesehen, eine Magnetanordnung 111 zwischen der Außenhülle 4 des Isolierbehälters 2 und einer Isolations- schicht 115 anzuordnen.

Das Supraleitersystem 121 gemäß der Figur 7 weist prinzipiell die gleiche Aufbauweise wie das Supraleitersystem 101 auf und unterscheidet sich lediglich durch die Positionierung der Magnetanordnung 131, die bei dieser Ausführungsform innerhalb der Isolationsschicht 135 angeordnet ist und von der Wärme- senke 130 umrahmt wird.

Das Supraleitersystem 141 gemäß der Figur 8 weiterentwickelt die gleiche Aufbauweise wie die Supraleitersystem 101 und 121 auf und unterscheidet sich lediglich durch die Positionierung der Magnetanordnung 151, die bei dieser Ausführungsform au- ßerhalb des Isolierbehälters 2 angeordnet ist.

Aus der Schnittdarstellung der Figur 9 gehen die rein exemp- larisch rechteckige Profilierung des Isolierbehälters 2, des Supraleiterelements 9 und der Wärmesenke 10 hervor. Es ver- steht sich, dass für diese Komponenten auch andere Profilie- rungen gewählt werden können, beispielsweise eine ovale oder kreisrunde Profilierung.

Die Figuren 10 und 11 zeigen das Supraleitersystem 21 gemäß der Figur 2, wobei anstelle der seitlich an der Außenhülle 4 angeordneten Magnetanordnung 30 eine Magnetanordnung 161 bzw. 171 an einer Unterseite der Außenhülle 4 angeordnet ist. Hierbei zeigt die Figur 10 die Situation, wie sie bei einer Inbetriebnahme des Supraleitersystems 21 auftritt, wobei da- von ausgegangen wird, dass das Supraleiterelement 29 auf der größten Oberfläche 33 der Wärmesenke 30 aufliegt und von ei- nem magnetischen Fluss durchsetzt wird, der von der als Halb- ach-Array ausgebildeten Magnetanordnung 161 ausgeht. Mit zu- nehmender Abkühlung des Supraleiterelements 29 erfolgt nach Unterschreitung der materialspezifischen Sprungtemperatur für das Material des Supraleiterelements 29 das Pinning, bei dem sich magnetische Flussschläuche im nunmehr supraleitenden Ma- terial des Supraleiterelements 29 ausbilden.

In einem nachfolgenden Betriebszustand für das Supraleiter- system 21 wird die Magnetanordnung 161 durch die Magnetanord- nung 171 ausgetauscht, die verglichen mit der Magnetanordnung 161 einen größeren magnetischen Fluss bereitstellen kann und damit ein Abheben des Supraleiterelements 29 von der größten Oberfläche 33 der Wärmesenke 30 bewirkt. Dies gilt auch dann, wenn an einer Oberseite der Außenhülle 4 ein Werkstückträger 18 angeordnet ist, der in der Figur 1 gezeigt ist und der be- reits während der Abkühlungsphase für das Supraleiterelement 29 dort angeordnet war.