Magnetische Abschirmungen

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Prinzip der Flussumleitung (schematisch)

Elektromagnetische Felder können elektrische Geräte, Magnetsysteme und auch Lebewesen beeinflussen. Abschirmungen werden verwendet, um diese Wechselwirkung zu verringern oder zu unterbinden. Bei einer Abschirmmaßnahme wird entweder der Ausgangspunkt des Feldes (Störquelle) oder die gestörte Einheit (Störsenke) mit geeigneten Materialien ummantelt.

Während sich elektromagnetische Felder mit Frequenzen oberhalb von ca. 1 kHz durch dünne Metallfolien oder -netze aus Materialien mit hoher elektrischer Leitfähigkeit sehr gut abschirmen lassen (Prinzip faradayscher Käfig), ist für statische oder niederfrequente elektromagnetische Felder ein höherer Aufwand notwendig. Sind die Frequenzen hinreichend klein, müssen elektrisches und magnetisches Feld unabhängig voneinander betrachtet und abgeschirmt werden.

Da im Gegensatz zum elektrischen Feld keine isolierten magnetischen Ladungen (Monopole) existieren, sind magnetische Feldlinien immer in sich geschlossen; sie besitzen keinen Anfang und kein Ende. Daher existieren keine magnetischen Isolatoren (das Prinzip der Supraleitung ist hiervon ausgenommen).

Die Abschirmung niederfrequenter Magnetfelder beruht auf dem Prinzip der „Feldumleitung“ mittels magnetisch leitfähiger Materialien. Der magnetische Fluss wird von dem zu schützenden Bereich ferngehalten, denn er folgt dem energetisch günstigeren Weg in der magnetischen Abschirmung. So erfolgt eine Feldverarmung im abgeschirmten Bereich.

Typische Anwendungen für magnetische Schirmungen reichen von Gleichfeldern (Erdmagnetfeld, industrielle Gleichstromleitungen, Kernspintomographie,…) über 16 2/3 Hz (Bahntechnik), Netzfrequenzen (50/60 Hz) bis in den kHz-Bereich (Induktionsanlagen). Für höhere Frequenzen werden (zusätzliche) Abschirmungen bestehend aus Materialien mit hoher elektrischer Leitfähigkeit eingesetzt.

Die zu schirmenden Feldstärken reichen über mehrere Größenordnungen vom nT- bis in den mT-Bereich. Gefordert werden praktisch feldfreie Räume für wissenschaftliche Experimente, sehr niedrige Grenzfeldstärken für empfindliche Sensoren oder Elektronik bis zu moderaten Feldstärken zur Vermeidung von Krafteinwirkungen auf ferromagnetische Gegenstände.

Einen Sonderfall stellt das „System Mensch“ dar. Die berufsgenossenschaftlichen Regeln für Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit legen in der BGV B11 Grenzwerte für verschiedene Expositionsbereiche fest. Auch wenn diese Grenzwerte schon deutlich höher sind als vom Bundes-Immissionsschutzgesetz für die Allgemeinheit empfohlen, können diese oft nur durch aufwändige Abschirmmaßnahmen eingehalten werden.

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