Supraleitendes Magnetlager

Ein supraleitendes Magnetlager ist ein Lager, bei dem der Meißner-Ochsenfeld-Effekt von supraleitenden Materialien sowie die von der Lenzschen Regel beschriebenen Zusammenhänge dazu benutzt werden, ruhende oder bewegte Gegenstände berührungsfrei in ihrer Position zu halten. (Ein Lager ist ein Maschinenelement, das ein anderes Element aufnimmt oder bewegte Teile in der vorgesehenen Richtung führt.)

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Abkürzungen sind im Deutschen SML (Supraleitendes Magnetisches Lager), HTS-Lager (HTS bzw. HTSL für Hochtemperatursupraleiter), im Englischen SMB (Superconducting Magnetic Bearing).

Prinzip

Die Veränderung eines äußeren Magnetfeldes von einem Permanentmagneten erzeugt in einem Supraleiter genauso wie in anderen Leitern Wirbelströme, die wiederum ein Magnetfeld erzeugen, das dem auslösenden Magnetfeld entgegengerichtet ist. Daraus entstehen abstoßende Kräfte. Da der elektrische Widerstand von Supraleitern nahezu Null ist, bleiben die einmal induzierten Wirbelströme dauerhaft bestehen und erzeugen zusammen mit dem Magnetfeld eine inhärent stabile Lorentzkraft, die rückstellende Wirkung hat.

Gegenüber den mechanischen Gleitlagern oder Kugellagern hätte dieses kommerziell noch nicht verbreitete Lager den Vorteil, dass keine aus Reibung resultierende Verluste entstehen. Es muss jedoch beachtet werden, dass ein begleitender Energieaufwand für die Kühlung der supraleitenden Materialien entsteht.

Das supraleitende Magnetlager benötigt keine Regelungsmechanismen, solange die Randbedingungen von Temperatur und der Stärke des Erreger-Magnetfeldes nicht überschritten werden, während bei herkömmlichen eine Regelungssteuerung für die Leistungsmodulierung nötig ist. Dies bezieht sich konkret z. B. auf den Anwendungsfall der Magnetschwebebahn. Anders ausgedrückt muss man bei der Bahn schon alleine aus wirtschaftlichem Interesse das Magnetfeld messen und regulieren (z. B. Änderung der Nutzlast der MS-Bahn) und erfordert daher eine Steuerung, bei dem supraleitende Magnetlager ist dies jedoch hinfällig aufgrund der inhärenten stabilen Lorentzkraft.

Anwendungen

Mit der Entwicklung von Materialien, die bereits oberhalb von 77 K (entspricht ca. −196 °C) supraleitend werden (Hochtemperatur-Supraleiter, HTSL), scheint es inzwischen lohnender geworden, solche Magnetlager zu entwickeln.

Von besonderem Interesse ist der Einsatz in Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie z. B. Turbomaschinen, rotierenden Energiespeichern (Schwungrädern) sowie linearen Transportsystemen.

Medien

    Video des Superleiters YBCO, über einer Magnetschiene schwebend ^?/i