DE3341468A1

DE3341468A1 - Elektromagnetische abschirmung

Info

Publication number: DE3341468A1
Application number: DE19833341468
Authority: DE
Inventors: Yasuo Hashimoto; Ken Ishino; Yoshikazu Tokyo Narumiya
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1982-11-24
Filing date: 1983-11-17
Publication date: 1984-05-24
Also published as: DE3341468C2; GB2130786A; US4539433A; GB2130786B; GB8331428D0

Description

LIEÖK&BEiFTEN

Patentanwälte

European Patent Attorneys

334H68

Dipl.-Ing. H.-Peter Lieck Dipl.-Ing. Jürgen Betten

Maximiliansplatz D-8000 München Φ 089-22 08 Telex 5216 741 listd Telegramm Electropat

Beschrei bung

Elektromagnetische Abschirmung

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Abschirmung bzw. Abschirmmaterial oder -werkstoff.

Herkömmlicherweise wird ein gesinterter Ferritkörper für einen elektromagnetischen Abschirmwerkstoff bzw. -material oder einen Absorber für elektromagnetische Wellen verwendet.Der Ferritwerkstoff hat jedoch den Nachteil, daß er leicht bricht und es schwierig ist, komplizierte Formen herzustellen. Um dieses Problem zu lösen, wurde bereits ein gummiartiger Ferritverbundkörper vorgeschlagen, der eine Zusammensetzung aus Ferritpulver und einem hochmolekularen Verbundwerkstoff, wie etwa Kunststoff, ist. Der Ferritverbundkörper hat den Vorteil, daß die Struktur stabil und das Herstellungsverfahren für eine komplizierte Struktur leicht ist. Ein derartiger Ferritverbundkörper wird durch Spritzgießen, Strangpressen und/oder Formpressen hergestellt.

Der bekannte Ferritverbundkörper, der die Form einer flachen Platte aufweist, hat immer noch den Nachteil, daß die Eigenschaften des Werkstoffes nicht so beschaffen sind, daß ein im Vergleich zum Kunststoff einfaches Herstellungsverfahren möglich und die Flexibilität

ausreichend wäre.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, den bekannten elektromagnetischen Abschirmwerkstoff so zu verbessern, daß die bekannten Nachteile und Beschränkungen überwunden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die elektromagnetische Abschirmung bzw. das elektromagnetische Abschirmmaterial aufweist: ein biegsames leitendes Teil, eine um dieses herum aufgebrachte Ferritverbundschicht, wobei der Ferritverbundwerkstoff eine Mischung aus Ferritpulver und einem Bindemittel zum Verbinden des Ferritpulvers so aufweist, daß das Mischungsverhältnis des Ferritpulvers zur Mischung im Bereich zwischen

¹S 0,2 und 0,8 liegt.

Damit wird ein elektromagnetisches Abschirmmaterial geschaffen, das biegsam genug ist, um jede gewünschte Form zu bilden, und das ein hohes Absorptionsvermögen bezüglich elektromagnetischer Energie besitzt.

Demnach weist die elektromagnetische Abschirmung einen biegsamen leitfähigen Kern sowie einen um diesen herum aufgebrachten Ferritverbundwerkstoff auf, der aus einer Mischung von Ferritpulver und einem Bindemittel zum Verbinden des Ferritpulvers besteht.

Vorzugsweise weist der leitende Kern eine langgestreckte dünne Form auf und das Abschirmmaterial weist die Form eines Texti1erzeugnisses auf, so daß es in ein biegsames Gewebe gewoben werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist

der leitende Kern flach und das Abschirmmaterial weist 35

eine flache Gestalt auf.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der leitende Kern aus einem Mitteltexti1erzeugnis, das nicht leitend ist, und einer darumherum gewundenen leitenden Spule.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt das Mischungsverhältnis des Ferritpulvers zum Ferritverbundwerkstoff im Bereich zwischen 0,2 und 0,8.

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Abschirmung bzw. das aus einem Texti1erzeugnis bestehende Abschirmmaterial kann für eine elektromagnetische Abschirmung, für ein elektromagnetisches Absorptionsmaterial und für andere Abschirmmaterialien verwendet werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Abschirmverbundwerkstoffes;
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Fig. 2

die Herstellung des Werkstoffes nach Fig. 1;

Fig. 3

eine Querschnittsansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Abschirmwerkstoffs;

Fig. 4a und 4b

eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abschirmwerkstoffes;

Fig. 5

ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Abschirmwerkstoffes nach Fig. 1 und

Fig. 6

Kurvenschaubilder, die die Beziehung zwischen dem Mischvolumenverhältnis des Ferritpulvers und der elektromagnetischen Energiedämpfung aufzeigen.

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Abschirmung weist allgemein eine Struktur mit einem Mittelleiter und einem auf diesem aufgebrachten Ferritwerkstoff auf. Wenn bei einer derartigen Struktur der Werkstoff in das elektromagnetische Feld gebracht wird, so fließt im Mittelleiter Strom, der dann zu ohmschen Verlusten führt und außerdem ein elektrisches Feld um den Leiter herum erzeugt. Dieses durch den Mittelleiter erzeugte elektrische Feld wird dann durch die magnetischen Verluste durch den Ferritwerkstoff gedämpft. Wenn, theoretisch gesprochen, die komplexe Permeabilität des Ferritwerkstoffs ausgedrückt wird durch die Gleichung:

dann kann das die Verluste darstellende tan (</ ) ausgedrückt werden mit:

tan (*μ) = μ"/μ'

wobei jj' der Realteil und u" der Imaginärteil der Perme abilität ist.

Damit weist die Struktur eines mit einem Ferritwerkstoff bedeckten Mittel1 eiters die Eigenschaft auf, elektromagnetische Energie zu absorbieren.

Fig. 1 zeigt die Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Abschirmung bzw. des Abschirmmaterials. Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein langgestreckter Mittelleiter aus einem Texti1erzeugnis und mit dem Bezugszeichen 2 ein den Mittelleiter 1 bedeckender Ferritverbundwerkstoff gekennzeichnet. Der Ferritverbundwerkstoff besteht aus einer Mischung aus Ferritpulver und einer hochmolekularen Verbindung, wie etwa Kunststoff. Das Mischungsverhältnis des Ferritpulvers zur Mischung liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2 und 0„8. Wenn das Verhältnis größer als 0,8 ist, so würde die Mischung ihre Biegsamkeit verlieren, und wenn das Verhältnis kleiner als 0,2 wäre, so würde die elektromagnetische Energie nicht ausreichend absorbiert. Die Dicke d des Ferritwerkstoffs beträgt 1 bis 5 mm. Der Mittelleiter besteht aus einem Kohlenstofftexti1erzeugnis oder einem mit Kupferionen dispergierten Acrylharz. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der. Mittelleiter ein Mischgespinst aus einem leitenden Texti1erzeugnis , wie etwa einem Kohlenstofftextilerzeugnis und einem dielektrischen Texti1erzeugnis, wie etwa einem Acrylharz oder Glas sein. In diesem Fall besitzt der Mittelleiter eine große Zugfestigkeit.

Vorzugsweise ist der Durchmesser des Ferritverbundwerkstoffs 2 mehr als doppelt so groß als der Durchmesser des Mittelkerns 1, so daß eine ausreichende Dämpfung erhalten wird.

Fig. 2 zeigt das Herstellungsverfahren der elektromagnetischen Abschirmung nach Fig. 1. Dabei wird die Mischung mit dem Ferritpulver in den Trichter 3 eingebracht und die hochmolekulare Verbindung (in der dargestellten Ausführung Silikonkautschuk) befindet sich im Zylinder 5 des Extruders. Das leitende Texti1 erzeug-

nis 1 wird in Richtung P senkrecht zur Achse einer Schraube 5a gezogen, die sich so dreht, daß die Mischung - in der Zeichnung nach links - extrudiert und dann das leitende Texti1erzeugnis 1 mit der Mischung bedeckt wird. Das mit der Mischung bedeckte Textilerzeugnis tritt aus der Ziehdüse bzw. -trichter 4 aus, durch den die Form des Erzeugnisses bestimmt wird. Dabei werden die Abmessungen des Texti1erzeugnisses 1 und der Druck der Mischung so eingestellt, daß das gewünschte Erzeugnis erhalten wird. Es ist hier anzumerken, daß das in Fig. 2 dargestellte Herstellungsverfahren gleich ist wie das Verfahren zur Herstellung elektrischer Drähte, bei denen ein Mittelleiter mit einem Isoliermaterial bedeckt wird.

Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Ferritverbundwerkstoff eine Mischung aus (Ni-Zn)-Ferritpulver, das einen durchschnittlichen Durchmesser von 2 /jm aufweist und nach einer Sinterung in 1250 ⁰C gemahlen wird, sowie Silikonkautschuk auf. (Mn-Zn)-Ferritpul · ver ist ebenfalls möglich. Diese Ferritwerkstoffe (Ni-Zn-Ferrit und Mn-Zn-Ferrit) liefern eine hohe Permeabilität und hohen magnetischen Fluß. Der Mittelleiter liefert die ohmschen Verluste zur elektromagnetischen Welle. Wenn der Realteil der komplexen dielektrischen Konstante des Texti1erzeugnisses ε'= 6 und der Imaginärteil 6" = 24 ist, so beträgt der Verlust tan ( <f_£ ) = ( i"/ £')=4. Damit liefert das leitende Textilerzeugnis große ohmsche Verluste. Damit liefert das Abschirmmaterial nach Fig. 1 sowohl magnetische Verluste als auch ohmsche Verluste zur Absorption der elektromagnetischen Energie.

Es ist hier festzustellen, daß die Struktur nach Fig. 1 biegsam und stark genug ist, da sie einen Mittellei-

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ter aufweist, der mit einem Texti1erzeugnis aus Ferritverbundmaterial bedeckt ist. Das in Fig. 1 dargestellte Texti1verbunderzeugnis wird in ein Gewebe gewoben, das ebenfalls biegsam genug ist, um jede gewünschte Form zu bilden. Dieses Gewebe dient als elektromagnetische Absorptionswand. Der Ferritverbundabsorber weist ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich der Dämpfung elektromagnetischer Wellen auf, da die Struktur einen Leiter mit einer Ferritbedeckung aufweist. Die Dämpfungseigenschaften des Absorbers sind in der Tabelle 1 im Vergleich mit einem herkömmlichen Ferritabsorber (ohne Mitteneiter) dargestellt.

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Tabelle 1

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PrüfTVrTg—^ejuenz	10	MHz	100	MHz	1	GHz	10	GHz
/ (D	3	dB	5	dB	■ 10	dB	15	dB
(2)	5	dB	8	dB	13	dB	18	dB
(3)	15	dB	25	dB	35	dB	AO	dB
(A)	20	dB	30	dB	AO	dB	A5	dB

Der Prüfling (1) ist ein herkömmlicher Ferritverbundwerkstoff (ohne Mittelleiter) mit einem Durchmesser von 3 mm, der Prüfling (2) ist ein herkömmlicher Ferritverbundwerkstoff (ohne Mittelleiter) mit einem Durchmesser von 5 mm, der Prüfling (3) weist die Struktur nach Fig. 1 mit einem Mittelleiter (Durchmesser: 0,5 mm), der mit einem Ferritverbundwerkstoff mit einem Durchmesser von 3 mm bedeckt ist, und der Prüfling

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(4) weist die Struktur nach Fig. 1 mit einem Mittelleiter (Durchmesser: 1,0 mm) auf, der mit einem Ferritverbundwerkstoff mit einem Durchmesser von 5,0 mm bedeckt ist.

Es ist hier anzumerken, daß die Struktur des erfindungs· gemäßen elektromagnetischen Abschirmmaterials, das mit dem Texti1erzeugnis nach Fig. 1 gewoben ist, biegsam genug ist, um sich jeder komplizierten Struktur anzupassen, und ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich der Absorption elektromagnetischer Energie aufweist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist mit dem Bezugszeichen 10 eine langgestreckte nichtleitende hochmolekulare Verbindung in der Form eines Texti1erzeugnisses und mit 11 eine leitende Spule gekennzeichnet, die um das nichtleitende Textilerzeugnis 10 herumgewunden ist. Damit ist die Struktur aus nichtleitendem Texti1erzeugnis 10 und leitender Spule 11 elektrisch ähnlich dem leitenden Kern 1 nach Fig. 1. Der aus dem Texti1erzeugnis 10 und der Spule 11 bestehende Kern wird mit dem Ferritverbundwerkstoff 2 bedeckt, der aus einer Mischung aus Ferritpulver mit einer hochmolekularen Verbindung besteht. Das Mischungsverhältnis des Ferritwerkstoffs zur Mischung liegt im Bereich zwischen 0,2 und 0,8, wie es bei der Ausführungsform nach Fig. 1 der Fall ist. Das Texti1erzeugnis 10 dient dazu, dem Abschirmmaterial die Zugfestigkeit zu geben. Das Material der Spule ist ein Kohlenstofftextilerzeugnis oder Akrylharz mit Kupfer ionen (-harz) dispergiert.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 weist das Merkmal auf, daß der Ferritverbundwerkstoff 2 fest mit dem langgestreckten Kern 10, 11 verbunden ist und der ohmsche

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Verlust der Abschirmung zunimmt» da die Gesamtlänge des Leiters 11 größer ist als die des Leiters 1 in Fig. 1.

Fig. 4a und 4b zeigen eine weitere AusfUhrungsform der elektromagnetischen Abschirmung, bei der der leiten· de Draht 13 (Fig. 4b) zu einem Netz 12 gewoben ist, wie es in Fig. 4b dargestellt ist. Der Ferritverbundwerkstoff 2 ist auf beiden Seiten des Netzes 12 aufgebracht, wie es in Fig. 4a dargestellt ist. Die Struktur nach Fig. 4a ist ebenfalls biegsam und kann jede gewünschte Außenform bilden. Das Mischungsverhältnis des Ferritpulvers zur Mischung liegt im Bereich zwischen 0,2 und 0,8.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Abschirmmaterials nach Fig. 1. Dabei ist der Ferritverbundwerkstoff im flüssigen Zustand im Becken 34 enthalten. Das Texti1erzeugnis 31 wird in die Ferritverbundflüssigkeit 33 eingetaucht. Dann wird das Textilerzeugnis 31 herausgezogen und durchläuft dann ein Loch 35 mit vorbestimmtem Durchmesser im Block bzw. Zieheisen 36. Danach wird das Texti1verbunderzeugnis getrocknet. Der Vorgang nach Fig. 5 wird mehrfach wiederholt, so daß der Überzug die gewünschte Dicke erhält.

Fig. 6 zeigt die Versuchskurven zur Verdeutlichung der Beziehung zwischen dem Mischungsvolumenverhältnis des Ferritpiuvers zur Ferrit mischung und dem Verlust (tani/ )=μ"/μ^%). Die einzelnen Parameter haben dabei die folgenden Werte. Kurve A: durchschnittlicher Durchmesser des Ferritpulvers 3/im, Frequenz 2450 MHz. Kurve B: durchschnittlicher Durchmesser des Ferritpulvers 2 ,um, Frequenz 100 MHz. Kurve C: durchschnittlicher

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Durchmesser des Ferritpulvers 2 jjm, Frequenz 5QO MHz. Kurve D: durchschnittlicher Durchmesser des Ferritpulvers 2 jJm, Frequenz 1000 MHz. Der Prüfling ist ein Ferrit aus der Gruppe Ni-Zn, das mit Silikonkautschuk gemischt ist. Wie aus den Kurven nach Fig. 6 zu ersehen ist, ist bei einem Mischungsverhältnis von weniger als 0,2 der Verlust nicht ausreichend. Daher wird das Mischungsverhältnis des Ferritpulvers zur Mischung ,mit mehr als 0,2 gewählt. Wenn andererseits das Verhältnis größer als 0,8 ist, so ist die Mischung zu hart, um die gewünschte Gestalt anzunehmen. Daher wird das Mischungsverhältnis im Bereich zwischen 0,2 und 0,8 gewählt.

Wie bereits oben beschrieben wurde, weist die elektromagnetische Abschirmung einen biegsamen Texti1erzeugniskern und einen, den Kern bedeckenden Ferritverbundwerkstoff auf. Damit ist das sich ergebende Abschirmmaterial biegsam und weist eine hohe Zugfestigkeit auf.

Darüberhinaus kann es elektromagnetische Wellen gut absorbieren, da der Mittelleiter mit Ferritmaterial bedeckt ist. Anwendungsbereiche der Erfindung liegen beispielsweise bei einer elektromagnetischen Abschirmung für· einen Abschirmraum für Versuche, einem Abschirmmaterial für eine Kabelkupplung für Hochfrequenzübertragung, einer elektromagnetischen Abschirmung für einen Mikrowellenofen oder einer Abschirmung für das Gehäuse eines Computers usw.

Änderungen und Ausgestaltungen der beschriebenen Ausführungsformen sind für den Fachmann ohne weiteres möglich und fallen in den Rahmen der Erfindung.

Claims

ϋΕ£-Κ& BETTEN

Patentanwälte

European Patent Attorneys

33414ÖÖ

Dipl.-lng. H.-Peter Dipl.-Ing. Jürgen Betten

Maximihansplatz D-8000 München S- 089-220821 Telex 5216741 list d Telegramm Electropat

Patentansprüche

Elektromagnetische Abschirmung bzw. Abschirmmaterial gekennzeichnet durch:

ein biegsames leitendes Teil (1, 10, 12), eine um dieses herum aufgebrachte Ferritverbundschicht (2), wobei der Ferritverbundwerkstoff eine Mischung aus Ferritpulver und einem Bindemittel zum Verbinden des Ferritpulvers so aufweist, daß das Mischungsverhältnis des Ferritpulvers zur Mischung im Bereich zwischen 0,2 und 0,8 liegt.

2.

Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das biegsame leitende Teil ein langgestrecktes dielektrisches Texti1erzeugnis (10) und einen um dieses herumgewundenen leitfähigen Draht (11) aufweist.

Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Teil ein Netz (12) aufweist, das sich

in einer Ebene erstreckt.

Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das leitende Teil ein langestrecktes dünnes leitfähiges Textilerzeugnis ist.

5.

Abschirmung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung zu einem Gewebe gewoben ist.

6.

Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Ferritverbundwerkstoffs im Bereich zwischen 3 mm und 5 mm liegt.

7.

Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Ferritverbundwerkstoffs mehr als doppelt so groß ist als der Durchmesser des leiten den Teils.

8.

Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritwerkstoff aus der Ni-Zn-Gruppe ist.

9.

Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Teil ein Kohlenstofftextilerzeugnis ist.

10.

Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 35

BAD ORIGINAL

dadurch gekennzeichnet,

daß das leitende Teil ein Mi schge.spi nst aus einem leitenden Texti1erzeugnis und einem dielektrischen Textilerzeugni s ist.