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Starke Magnetfelder, wie sie z.B. für die Magnetresonanztomografie (MRT) notwendig sind, werden durch supraleitende Spulen erzeugt, die mit Flüssighelium auf eine Temperatur von -269°C gekühlt werden. Die Reibungswärme, die z.B. bei kleinsten Bewegungen zwischen der Spule und deren Stützstruktur entsteht, kann bewirken, dass die kritische Temperatur des Supraleiters lokal überschritten wird und ein normalleitender Bereich entsteht. Aufgrund der bei Normalleitung entstehenden jouleschen Wärme kann sich dieser Bereich weiter erwärmen und schnell ausbreiten. Dieser Vorgang wird als Quench bezeichnet und führt zum schlagartigen Verdampfen des extrem teuren Kältemittels und zu Betriebsunterbrechungen von mehreren Tagen.
Da diese Quenche durch Reibungswärme verursacht werden, ist es notwendig, das Reibverhalten der beteiligten Werkstoffe so zu optimieren, dass kein kritischer Betriebszustand erreicht wird. Dies betrifft in erster Linie Polymerfolien, die zur elektrischen Isolierung zwischen der Spule und der Stützstruktur notwendig sind. Neben zu hoher Reibung allgemein müssen ausgeprägte Haftreibungsspitzen und StickSlip-Effekte vermieden werden. Mit
diesem Ziel wurde das Reibverhalten von PTFE-, PET- und Pl-Folien bei tiefen Temperaturen und den für diese Anwendung typischen niedrigen Gleitgeschwindigkeiten untersucht. Es zeigte sich, dass die Reibung zwischen Polymeroberflächen in Flüssighelium allgemein höher, aber stabiler als in Flüssigstickstoff ist. Allerdings hängt das Reibverhalten erheblich von der Werkstoffpaarung ab. Der Stick-Slip-Effekt nimmt bei allen untersuchten Polymer-Polymer-Paarungen mit wachsender Kontaktpressung zu. PET gegen PET hat das ungünstigste Reibverhalten und sollte bei hohen Pressungen vermieden werden. Zum Vergleich getestete Paarungen von Polymeren gegen Aluminium zeigten deutlich günstigeres Reibverhalten ohne signifikanten Stick-Slip. Deshalb sollte bei derartigen Anwendungen sichergestellt werden, dass die Gleitebene zwischen Polymer- und Metalloberfläche liegt.
Ensuring a sustainable energy supply is currently one of the most important areas for industry and research institutions. Hydrogen technology is a promising candidate, but its broad extension requires extremely high reliability and safety in all areas for common applications as automobiles and stationary fuel cells. Particularly components containing tribosystems are critical parts.
Superconducting magnets are susceptible to quenching, even with the smallest amounts of energy disturbances due to the extremely low thermal capacity of materials at 4.2 K. Hence, small mechanical disturbances resulting in frictional heating can be sufficient to exceed the wire’s critical temperature, causing it to quench. Unfortunately, relative motion between surfaces in the magnet System is inevitable due to various forces present in the System, including winding pretension, differences in material thermal contraction and the large electromagnetic forces. Typically insulating polymers are present at this interface to achieve the required electrical insulation requirements.