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DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE

Einführungsbeitrag

Im Jahr 1988 wurde eine neue Klasse von Kupferoxidsupraleitern, Bi-Sr-Ca-Cu-O, mit einer hohen kritischen Temperatur (T_c) entdeckt. Nach mittlerweile nahezu drei Jahrzehnten wird (Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃Ox (Bi-2223) als kommerzieller Hochtemperatursupraleiterdraht eingesetzt. Ein supraleitender Draht unterliegt häufig Biegungsverformungen während der Produktion und im Einsatz, zum Beispiel bei der Drahtverarbeitung, dem Magnetbau, in der Kabelherstellung und so weiter. Der Draht wird sowohl nach oben als auch nach unten gebogen, wenn er durch mehrere Drahtrollen geführt wird. Diese Herstellungsprozesse werden bei Raumtemperatur durchgeführt. Es ist wahrscheinlich, dass der kritische Strom des Drahtes durch eine solche Verbiegung beeinflusst wird, was im Falle von starken Verformungen möglicherweise eine irreversible Abnahme des kritischen Stromes zur Folge hat. Der einfachste Weg, um den Einfluss eines Biegevorgangs auf den kritischen Strom zu untersuchen ist, eine Vergleichsmessung mit einem geraden Draht, vor und nach einer Biegung bis zu einem vorgegebenen Biegeradius, vorzunehmen. Nachdem ein Draht zu einer Spule oder einem Kabel verarbeitet wurde, wird die Messung seines kritischen Stroms häufig durchgeführt, während er verbogen ist oder komplexeren Verformungen unterliegt. In diesen Fällen beinhaltet die Änderung des kritischen Stroms sowohl reversible als auch irreversible Einflüsse, abhängig von der Stärke der Verformungen. Die irreversiblen Abnahmen werden im Allgemeinen durch Brüche in der supraleitenden Komponente verursacht. Um nur die irreversiblen Einflüsse zu untersuchen ist es notwendig, den verbleibenden kritischen Strom zu messen, nachdem der Draht aus seinem verformten Zustand wieder begradigt wurde. Für kommerziellen Supraleiterdraht wird üblicherweise der kritische Biegeradius spezifiziert. Unterhalb dieses Radius nimmt die Leistungsfähigkeit des Drahtes signifikant ab. Aus diesem Grund ist es wichtig, die Methoden für die Messung des nach einer Doppelbiegung verbleibenden kritischen Stroms normativ einheitlich festzulegen. Die vorliegende Norm kann auch auf andere, ähnliche Biegeprüfverfahren wie Einzelbiegung, zyklisches Verbiegen und so weiter angewendet werden. Die vorliegende Norm beinhaltet zwei fundamentale Technologien zur Messung des kritischen Stroms und zu dem Vorgang der Doppelbiegung. Der hier vorliegende Teil 24 der internationalen Normenreihe IEC 61788 beschreibt ein Prüfverfahren zur Bestimmung des verbleibenden kritischen Stroms nach einer Doppelbiegung bei Raumtemperatur. Die Verfahren sind zur Anwendung mit kurzen und geraden Ag- oder mit Ag-Legierung ummantelten Bi-2223 supraleitenden Drähten ausgelegt, die die Form eines flachen oder rechteckigen Bandes mit einzel- oder mehradrigen oxidischen Filamenten besitzen. Die Drähte können mit Bändern aus Kupferlegierung, rostfreiem Stahl oder Nickellegierung laminiert sein. Das Prüfverfahren ist vorgesehen für die Anwendung mit Supraleitern, die einen kritischen Strom von unter 300 A und einen n-Wert von über 5 besitzen. Das Verfahren zur Bestimmung des verbleibenden kritischen Stroms wird ohne ein angelegtes Magnetfeld durchgeführt, während der Prüfkörper in einem offenen Flüssigstickstoffbad eingetaucht ist. Das Prinzip des Doppelbiegeverfahrens wird im Folgenden beschrieben. Der kritische Strom bei 77 K und unter Eigenfeld muss in gerader Form der Probe ohne mechanische Spannung durchgeführt werden. Nach der Messung muss die Probe auf Raumtemperatur aufgewärmt werden. Anschließend muss die Probe in eine Richtung bis zum angegebenen Biegungsdurchmesser gebogen und dann wieder in gerade Form gebracht werden. Daraufhin muss die Probe bis zum gleichen Biegungsdurchmesser in die entgegengesetzte Richtung gebogen und erneut in gerade Form gebracht werden. Der kritische Strom der Probe unter dem Eigenfeld und bei 77 K ist nach der Doppelbiegung und dem Begradigen zu messen. Das Zeitintervall zwischen den Messungen des kritischen Stroms vor und nach dem Biegevorgang sollte so kurz wie möglich sein. Der kritische Strom ist aus der Spannungs-Strom-Charakteristik (U-I-Verlauf) zu bestimmen, die in einem offenen Flüssigstickstoffbad bei einem konstanten Druck gemessen wurde. Das Kriterium für den kritischen Strom ist definiert durch ein Elektrisches-Feld-Kriterium, als der Strom bei einer spezifischen elektrischen Feldstärke (E_c), welches dem Spannungskriterium (U_c) für einen bestimmten Abstand der Spannungskontakte entspricht. Zuständig ist das DKE/K 184 "Supraleiter" der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE.

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Zuständiges nationales Arbeitsgremium

DKE/K 184 - Supraleiter