Mein Name ist Johannes Oswald, Firma Oswald Elektromotoren. Mit etwa 170 Mitarbeitern entwickeln und bauen wir seit 100 Jahren normalleitende Elektromotoren in Miltenberg am Main. Unsere Motoren gehen in Industrie-, Energie- und Automotive Anwendungen. Seit etwa 25 Jahren befassen wir uns u.a. mit der Supraleitung. Hier forschen, entwickeln und bauen wir Magnetfeldspulen oder eben auch HTS – Motoren. Elektromotoren mit Supraleitern zu betreiben, das heißt vor allem sich auf Probleme einlassen, die man ohne die Supraleitung nicht hätte: Der Umgang mit dem Supraleiter selbst, Kryotechnik, Vacuum Technik, neue Verbindungstechniken, neue Kühlmedien, veränderte Materialeigenschaften, viele zusätzliche Sicherheitsfragen, usw..
Die Frage lautet: Warum tun wir uns das eigentlich an?
Wir arbeiten mit HTS, weil es eine ganz besondere Hoffnung gibt, ein faszinierendes Ziel am Ende des Tunnels. Ok, supraleitende Motoren haben Wirkungsgrade von fast 100%. Das ist enorm gegenüber den Verbrennern mit ihren schwachen 30 – 40%. Aber normalleitende E- Motoren haben ebenfalls Wirkungsgrade von bis zu 98%. Aber es gibt noch andere Vorteile: Wenn alles passt, dann lässt sich z.B. durch SL die Größe eines Elektromotor enorm reduzieren, auf ein Drittel, ein Fünftel jetziger Motoren. Bei Windgeneratoren im MW Bereich Z.B. wäre das fantastisch: Transport, träge Massen, Turmgewicht, alles würde viel einfacher. Oder es lässt sich z.B. das Leistungsgewicht einer Maschine immens zu erhöhen. Z.B für hybrides Fliegen. Auf diesem Gebiet wird derzeit enorm geforscht. Massiv reduzierter Brennstoffbedarf, viel geringere Abgasmengen. NOx und CO2 ließen sich enorm reduzieren. Das Leistungsgewicht könnte sich von 0,1kW/kg auf 15 kW/kg steigern lasssen. Um so etwas zu erreichen nehmen einige wenige Motor- oder Generatorbauer eine Menge Unannehmlichkeiten auf sich.
Zurück zum Supraleiter:
Einer der wichtigsten Supraleiter für uns ist eine Keramik: Yttrium-Barium-Kupferoxid. Alle neuen SL Materialentwicklungen basieren auf den Forschungen von den Doktoren Bednorz und Müller. Also diese SL können wir nun als Massivmaterial, als Stack oder als Draht nutzen um Motoren respektive Generatoren daraus zu fertigen. Um Drähte oder Bänder zu erhalten müssen wir versuchen Keramik zu Drähten zu machen. Das klingt nach der Alchemie. Keramik zu Drähten. Wie dem auch sei, diese Aufgabe nehmen uns Supraleiterhersteller wie Teva, Superpower, Superox, Brucker etc. ab. ohne sie bräuchten wir nicht weitermachen.
Elektromotor:
Ein Elektromotor ist ein Energiewandler zwischen elektrischer und mechanischer Energie. Seine aktiven Teile bestehen aus Eisen und Kupfer. Beim Motor fließt el. Strom rein und es kommt Kraft raus. Beim Generator muss man Kraft einbringen und es kommt Strom raus. Die Maschinen sind fast identisch und ich nenne sie im Folgenden einfach Motor. Es gibt im Motor nur zwei Wirkkräfte, den el. Strom in Ampere und mag. Fluss in Tesla. Im normalleitenden Motor arbeiten wir mit ca. 10 A /mm² Stromdichte und etwa 1 Tesla Flussdichte. Mit diesen Werten können wir Motorbauer all die wunderbaren Maschinen antrieben, die die Welt bewegen: Mischer, Schredder, Karosseriepressen, Sägen, Extruder, Werkzeugmaschinen, Sitzverstellung, Küchenmaschine und die Generator in Kernkraft- und Wind- und Wasserkraftwerken. Motoren in Bohrmaschinen für den hohlen Zahn und den Gotthardtunnel. Alles mit ca. 10 A/mm² Stromdichte und etwa 1 Tesla Flussdichte und das seit etwa 150 Jahren.
So jetzt wollen wir mit der Supraleitung einen Quantensprung machen, eine neue Qualität erreichen.
Zunächst brauchen wir SL und stellen Anforderungen an die Band -Hersteller oder anders herum, wir versuchen aus dem, was die Hersteller uns verkaufen, etwas zu machen. Wir benötigen also zweierlei: Ströme und Felder im Motor und die sollen viel größer sein als bei normalleitender Motoren, also z.B. und 200 (A/mm²) und 5Tesla(Vs/m²). Klassisch benötigen wir im stehenden Teil hohe Ströme und im drehenden Teil hohe Felder. Wenn wir Glück haben erhalten wir also wunderbare Bänder, leicht spröde, federnd, meist zu breit aber mit immer etwas weniger Stromtragfähigkeit, als wir gerne hätten. – Und, ganz entscheidend, wir brauchen keine Kurzproben sondern z.B. 50m Supraleiter am Stück ohne Fehlstellen. Und das z.B. 16 mal oder 32 mal. Aus diesen Bändern versuchen wir Spulen zu biegen, Übergänge von normal- nach supraleitend herzustellen und auf diesem Weg zu einem funktionsfähigen Motor zu kommen. Dabei müssen wir noch einige Kleinigkeiten bedenken, die uns manchmal sauer aufstoßen. Z.B Ausdehnungskoeffizienten oder Spannungsfestigkeiten. Jedes Material hat verschiedene Eigenschaften und ausgehend von 22°C müssen wir ja sehr weit nach unten gehen und das Material auf etwa 270, 280 Grad abkühlen z.B. auf das Niveau von flüssig Wassersoff, H2. Leider schrumpfen alle Materialen in unterschiedlicher Weise, das ergibt enorme Spannungen und mancher Versuchsaufbau funktioniert gar nicht, oder nur einmal. Wir wollen aber Maschinen bauen die 100erte von warm / kalt Zyklen überstehen.
Um wirklich alltagstaugliche Motoren zu erstellen sind die Herausforderungen immens.
SL eignet sich voraussichtlich nur für wenige Motor- und Generatoranwendungen. All das macht nur oder ganz besonders Sinn, wenn es sich um große leistungsstarke Maschinen handelt. Das liegt auch daran, dass normalleitende Motoren immer schwieriger leicht und kompakt gebaut werden können, je leistungsstärker sie sind.
Wenn wir Menschen es fertigbringen Windkraftwerke und Flugzeuge supraleitend zu betrieben, dann haben wir enormen Beitrag zur Reduzierung des Kerosinverbrauchs und des Abgasausstoßes erreichen. Die Zukunft der Energietechnik ist elektrisch und in Teilen auch supraleitend , je weiter wir kommen, desto mehr Anwendungsfelder für Supraleitende Maschinen werden sich auftun.
Danke fürs Zuhören.