Produzieren 17.11.2014 13:34

Schwebezustand

Der Industrieautomatisierer Festo treibt die Entwicklung von Supraleitern voran. Gelingt den Deutschen als Ersten der Marktdurchbruch?

Bild: Festo

Auf den ersten Blick sieht alles aus wie eine sehr moderne, aber auch beliebige Produktionsanlage: Ein Transportschlitten, der bei einem Pharma- oder Lebensmittelproduzenten stehen könnte, fährt mit einem Dutzend kleiner Plastikfläschchen über eine waagerechte Metallfläche. Dann dreht sich die Metallfläche plötzlich in die Senkrechte – und der Schlitten fährt einfach weiter, nur jetzt seitlich von ihr.

 

Die Fläschchen drehen sich in ihren Halterungen mit, kein Tropfen geht verloren. Raffiniert, aber immer noch irgendwie normal. Erst auf den zweiten Blick fällt das Ungewöhnliche auf: Der Schlitten schwebt vollständig in der Luft, er berührt die Metallfläche überhaupt nicht. Trotzdem scheint jede Bewegung millimetergenau kontrolliert. Genau mit derselben Technik ist auch der Transport von Dingen in der Waagerechten, in der Senkrechten, hinter einer Wand, über Kopf und in einem Tauchbad möglich. Oder die von außen berührungslos gesteuerte Bearbeitung von Teilen in einem vollkommen abgedichteten Raum – oder das Schweißen hinter einer Wand.

 

Treiber

 

Kein neues Gebilde von David Copperfield, sondern eine Demonstrationsanlage mit Supraleitern. Dahinter steht der Hersteller Festo – eine Firma, die bisher weniger auf Zaubertricks setzt, sondern weltweit pneumatische und elektrische Automatisierungstechnik für die Industrie baut. Vor wenigen Tagen hatte Festo Experten aus der ganzen Welt an den Konzernsitz im schwäbischen Esslingen geladen, um seine neuesten Entwicklungen vorzustellen: Steuerungstechnik, Robotik oder Software für Schweizer Uhrenmacher, Verpackungshersteller oder für große Autobauer.

 

Seit einiger Zeit forschen die Ingenieure der Firma auch an Supraleitern. Georg Berner, Chef der strategischen Unternehmensentwicklung bei Festo, meint dazu: „Wir wollen als erstes Unternehmen diese Technologie in die Automatisierung bringen – und im Moment liegen wir vorne.“ Die Erklärung schiebt Berner gleich nach: „Beim Effekt der Levitation stehen Supraleiter jetzt erstmals an der Schwelle zur industriellen Einsetzbarkeit.“

 

Schwebeeffekt

 

Levitation – das ist der eingangs beschriebene, genau kontrollierte Schwebeeffekt. Und eine von zwei Eigenschaften der Supraleiter, die Forscher seit Jahrzehnten fasziniert. Der zweite Effekt ist ihre Fähigkeit, Strom praktisch widerstandslos durchzuleiten – ein Supraleiterkabel transportiert weit über 100-mal mehr Strom als ein Kupferkabel. Nicht nur deshalb sind viele Entwickler überzeugt, dass Supraleiter schon bald zahlreiche Automatisierungsprozesse revolutionieren könnten.

 

In der medizinischen Magnettomographie werden Supraleiter seit Jahrzehnten eingesetzt – in anderen Bereichen betritt man mit ihnen völliges Neuland. Entsprechend weit ist der Weg in den breiten Markt. 1913 bekam der Niederländer Heike Kammerlingh Onnes den Nobelpreis für die Entdeckung der Supraleitung. Weitere Nobelpreise an deutsche und an russische Forscher sollten folgen, doch für viele Aspekte der Supraleitung hat die Wissenschaft bis heute keine Erklärung.

 

Hier stark vereinfacht die bekannten Eckdaten: Kühlt man einige Metalle auf unter minus 269 Grad Celsius, verliert sich „schlagartig“ der elektrische Widerstand. Gleichzeitig werden die Materialien „feld- und stromfrei“. Erstens können sie damit Strom ohne jeden Widerstand leiten. Und zweitens lässt sich ein über einem Dauermagneten platzierter Supraleiter in der Luft fixieren.

 

Spätere Forschungen fanden Stoffe, denen schon eine Temperatur von minus 180 und sogar minus 120 Grad Celsius ausreicht, um sich in Supraleiter zu verwandeln. Das ist insofern ein Durchbruch, als nun auch der vergleichsweise preiswerte flüssige Stickstoff für die Kühlung benutzt werden kann.

 

Handicap

 

Doch Kosten bleiben wegen der extremen Temperaturen das größte Handicap von Supraleitern. Das gibt man auch bei Festo zu. Georg Berner verweist gerade deshalb auf elektrische Kompressoren, die in seiner Demonstrationsanlage eingebaut sind. Sie brauchen

für das Einkühlen auf –180 Grad nur 80 Watt, also so viel wie zwei Glühbirnen, und im Betrieb dann 12 Watt. Damit, so Berner, werde man energieeffizient und sogar von Kühlmedien wie flüssigem Stickstoff unabhängig.

 

Nicht nur bei Festo sind Entwickler überzeugt, dass Supraleiter bald zahlreiche Prozesse revolutionieren könnten, angefangen vom Auto- und Flugzeugbau über die Metallverarbeitung und Energiewirtschaft bis hin zur Pharmaindustrie. Das zeigt gerade der weltgrößte Pilotversuch von Supraleitern in Essen namens „Ampacity“. Dort hat RWE zusammen mit dem Kabelhersteller Nexans und dem Karlsruher Institut für Technologie unter der Erde eine einen Kilometer lange Stromleitung verlegt.

 

Das 10.000-Volt-Supraleiterkabel ersetzt allein fünf herkömmliche 110.000-Volt-Leitungen, und zwar platzsparend und ohne Verluste, und macht Umspannstationen überflüssig. Allerdings: Gekühlt wird trotzdem mit Stickstoff. Entsprechend fallen auch die Kosten des Projekts mit 13,5 Millionen Euro nicht gerade billig aus.

 

Chefstratege Georg Berner vergleicht die Supraleiter des- halb mit Concept Cars – eine teure, aber verdammt viel ver- sprechende Technologie. Die zuerst auf einer Messe auftaucht, dann in einem Luxusprodukt und schließlich in einem ganz normalen Auto.