Unser gemeinsam mit der Fa. Festo SE & Co. KG entwickelter kompakter Kryostat des Typs ZEK DS (zylindrisch elektrische Kühlung, Dual-Split Kühler) wurde von Dr. Uwe Pracht bei Festo einem über 5 Jahre andauernden Langzeittest unterzogen. Dazu wurde der Supraleiter in ca. 1000 Zyklen bis auf 66 K abgekühlt, dort gehalten und danach passiv auf Raumtemperatur erwärmt. Für jeden Temperaturzyklus wurde die Zeit bis zum Erreichen der Zieltemperatur, die Leistungsaufnahme während der Kühlung, die Leistungsaufnahme zur Aufrechterhaltung der tiefen Temperatur und die Zeitdauer für das Aufwärmen bis Raumtemperatur gemessen und als Datenpunkt gegen die jeweilige Umgebungstemperatur in ein Diagramm eingetragen. Die Umgebungstemperatur wurde am Kühlkörper über den die Abwärme des Kühlers an die Umgebung abgegeben wird gemessen. Dadurch stellt sich bei eingeschaltetem Kühler eine durch die Abwärme der Kühlers erhöhte aber mit der Umgebungstemperatur korrelierte Temperatur ein. Die zuerst aufgenommenen Datenpunkte sind weiß, die zuletzt aufgenommenen mit einer dunklen Farbe dargestellt.
Die Darstellung zeigt, dass sich die Datenpunkte zunächst nahe einer ansteigenden Gerade anordnen. Mit steigender Umgebungstemperatur sinkt der Wirkungsgrad der Kältemaschine und somit steigt die Abkühlzeit, es steigt die Leistungsaufnahme des Kühlers beim Abkühlen und die Leistungsaufnahme zum Halten der Temperatur. Die Aufwärmzeit zum Erreichen von Raumtemperatur verringert sich mit steigender Umgebungstemperatur. So weit, so erwartbar!
Mit der Zeit lösen sich die Meßpunkte aus dieser Abhängigkeit und folgen neuen Geraden. Die Gruppierung der Daten in voneinander getrennte Wolken hat ihren Ursprung im komplexen Zusammenspiel von Ausgas- und Adsorptionsprozessen. Vieles davon liegt noch im Dunkeln der UHV-Kammer verborgen, in das wir mit anstehenden Messungen Licht bringen wollen.
Fazit: Im Laufe von 5 Jahren und 1009 Kalt-Warm-Zyklen behält der Kryostat seine Funktion, wobei die Leistungsdaten graduell mit dem Isolationsvakuum nachlassen. Der Kryokühler zeigt keinen Verschleiß. Das Isolationsvakuum kann durch Aktivierung eines integrierten Getters (durch Anschließen an eine Stromversorgung) vollständig wiederhergestellt werden. Eine jährliche Getteraktivierung ist ausreichend. Eine sehr lange Lebensdauer von einigen Jahrzehnten ist zu erwarten.
