Material anisotroper Eigenschaften zu magnetischen lbschirmzwecken. Bei .der Abschirmung magnetischer Stör felder durch ein. oder mehrere ineinander ge- schachte-lte Abschirmtöpfe spielt das für die Töpfe zu verwendende Material sowohl be züglich der Abschimmwirkung wie auch be züglich der zusätzlichen Verluste und des Einflusses auf die Induktivität eine mass bebende Rolle.
Im vorliegenden handelt es sich vor allem um die Gestaltung dieses Ma: temals nach dem. Gesichtspunkte cer Ab- sehirmwirkung, also um die Gestaltung eines bei Abschirmtöpfen zu verwendenden Mate- rials mit besonderer Eignung zur Erzielung hoher Abschirmwirkungen,
und zwar sowohl gegenüber @stratischen wie dynamischen Fel dern.
Beider magnetischen Abschirmung muss, was insbesondere auch für die Materialfrage von Bedeutung isst, unterschieden werden zwischen statischer und dynamischer Schir murig.
Während es sich bei. der .ersteren im wesentlichen um ein Potentialproblem han delt, vera?teht man, unter der letzteren die- jenige Schiirmwirkung, die aus den durch Wirbelstromausbildung erzeugten Gegen- feldern, resultiert. Nur statische Schirmurig liegt vor,
wenn im Bereich statischer Felder ein permeables Maternal verwendet wird; nur dynamische Schirmüng ist dann vorhanden, wenn ein nichtpermeables, aber elektrisch leitendes Material, etwa Kupfer, zur Ver wendung gelangt. Wird im dynamischen Be reiche ein permeables Material benutzt,
so baut sich infolge gleichzeitiger permeabler und elektrisch leitender Eigenschaften die Schirmurig stets irgendwie aus einem stati- schen und einem dynamischen Anteil auf.
Die Verwendung von isotropem permeablem Material oder isotropem nichtpermeablem, aber elektrisch ;gut leitendem Material zum Aufbau der einzelnen Abs,chirmtöpfe ist be- kannt.
Die grundsätzliche Schwierigkeit, die die Abschirmung magnetischer Felder bereitet, liegt vor allem darin begründet, dass ein vollkommen permeables Material (u = -) èhlt. Das gilt insbesondere für die statische Sehirmung; e.:
gilt aber auch für die dyna- misehe Schirmung, bei der es zudem grund- sätzlieh möglich ist, dass sich Wirbelfelder ausbilden, die der gewünschten Schirm wirkung entgegenwirken. Da. bei.
der prak tischen Abschirmung nicht nur die techni schen Anforderungen an die Schirmwirkung, sondern auch .die Forderungen nach einer wirtschaftlichen Lösung stark im Vorder grund stehen und gerade deswegen die Ver wendung mehrerer ineinander geschachtelter Schirmtöpfe infolge ihrer unbequemen räum lichen Anordnung und der umständlichen Herstellung in der Praxis wenig Eingang finden:
konnte, verfolgten die Bestrebungen der letzten Jahre deshalb var allem den Weg der Entwicklung und Verwendung von Ma terialien mit möglichst grosser Permeabili- tä.t. Hochwertige magmetisohe Legierungen, wie etwa das Permalloy, haben aber auch recht hohe Gestehungskosten und weisen ferner oft unangenehme Instabilitä,
tseigen- schaften gegenüber mechanischen und ther mischen Einflüssen auf. Ausserdem sind die Rohstoffbeetandteille derartig hochpermea bler Legierungen zeitweilig \ schwer erhält- ]ich, so dass die Frage nach -einem leistungs fähigen Schirmmaterialersatz auch von diesem Gesichtspunkte aus grosses Interesse bietet.
Nach der vorliegenden Erfindung wird nun zum Aufbau der Schirmtöpfe nicht mehr -ein in :der Hauptsache isotropes Material herangezogen, sondern ein Material mit im wesentlichen anisotropen Eigenechaften, das sich durch besondere Eignung, hinsichtlich ,der Abschirmwirkung auszeichnet..
Bei diesem Material anisotroper Eigenschaften, einem Material also, das in verschiedenen Richtungen sehr unterschiedliche Ein en- schaften aufweist, interessiert für das vor liegende Problem vor allem das Verhalten der Permea.hilität und der elektrischen Leit fähigkeit, während die dielektrischen Eigen schaften für magnetische Abschirmzwecke von untergeordneter Bedeutung sind.
Die Erkenntnis, derartiges Material an- isotroper Eigenschaften zur Erzielung hoher :@b3chirmwirlzungen zu verwenden, beruht auf den folgenden Überlegungen.
Die Abschirmung.; magneti..seher Felder die Ausführungen beziehen sich aus- 'chliesslich auf da"; Schirmmittel des Ab schirmtopfes -beruht auf folgendem: Die Störfelder werden durch das Schirmmittel von der zu entstörenden Zone ferngehalten.
Sie werden im stat.i#zehun Feld vom Sehirm- mittel aufgefangen und um die zu ent störende Zone herumgeleitet. Im dynami schen Feld bilden sich im Schirmmittel Wir belfelder aus, die die Störfelder kompensie ren sollen.
In beiden Fällen handelt es sich einerseits um Intensitätseffekte, für welche nebst .dem ma.senmä ssi,en. Anfwand an 11a- terial im statischen Fall in erster Linie. die Grösse der Permeabilität, im dynamischen Fall die Grösse der elektrischen Leitfähigkeit. massgebend sind, anderseits Rieh twirkun,gs- effekte, die im wesentlichen durch die Topf form bestimmt sind. Bei.
Verwendung von isotropem Material ist al.s@o rlureh die Grösse der skalaren -Materialkonstanten beziiglieh Permeabilität und elektrischer Leitfähia#keit. und durch die geometrische Formgestaltung die @chü#inw@irhun@@ des Schirmmittels bei vorgegebener Art des Störfeldes festgelegt.
Unter Beibehaltung der beiden Prinzipien, möglichst hohe Inlensitätswirkung des hIa- terial,s (grosse Permeabilität , _grosse Leit fähigkeit x) und Einfluss der geometrischen Form .der Abscliirnitöpfe. womit das bisher Bekannte erfasst ..wird, machen es die obigen Bemerkungen a a-enscheinlich, dass, ohne vor erst Einzelheiten iler Reali.@wrun,g zu erör tern, die Abschirnif"ihi,#keit,
des Schirm mittels -dadurch bedeutend verbessert wird, wenn d.as Material selbst mit: Richteffekten @ceign.eterrtaius@,estattet hezw. dasSchirni- mit:tel a.us einem Material dieser Eigenschaf ten aufgebaut ist..
Vom Standpunkt der magnetischen Selürinwirkung aus gesehen, hat ein solches Material. dessen Eigenschaf ten im wesentlichen nicht mehr durch einen einzelnen Skalar, sondern etwa durch einen Tensor beschrieben werden, nach Möglichkeit die folgenden speziellen Forderungen zu er füllen: 1.
Das Material soll derart beschaffen sein, dass es .in der einen Richtung eine kleine Permeabilität aufweist, in der Richtung senkrecht dazu aber .eine verhältnismässig grosse, derart, dassi ein in -das Material eintre tendes Feld bevorzugt in diese Richtung ein gelenkt wird.
Das ist. insbesondere für eta- tischies, Verhalten von Interesse.
2. Das Material soll derart beschaffen sein, dass es .in defr einen Richtung die Aus bildung von Wirbelfeldern möglichst be- günstigt, in der Richtung senkrecht dazu aber möglichst unterdrückt.
In dieser Rich tung sind dann aber wegen der Unter drückung der Wirbelfelder die Verhältnisse auf die statischen reduziert, so dass in dieser Richtung zusätzlich nach Möglichkeit auch die erste Forderung erfüllt sein mttss. Diese zweite Forderung interessiert vor allem im Bereiche dynamischer Felder.
Das Material, mit dem die beiden Forde rungen erfüllt werden können, ist ein solches mit spezifischen anisotropen Eigenschaften. Zur nähern Erläuterung seien vorerst die folgenden. Begriffsbildungen vorausgeschickt:
In einem anisotropen Material bezw. im wesentlichen auch in einem Material aniso- troper Eigenschü.ften werden die Material eigenschaften bekanntlich durch einen sym metrischen Tensor beschrieben. Die Material gleichungen lauten:
a) In einem anisotropen Dielektrum:
EMI0003.0051
wo Z der Ven.chiebunggsvektar, e der elek trische Feldvektor und
EMI0003.0054
der (absolute) dielektrisohe Materialtensor bedeuten.
b) In, einem anisotropen 1VIagnetikum:
EMI0003.0061
wo #3 der Induktionsvektor, ,e der magre tische Feldvektor und
EMI0003.0067
der (absolute) ma gnetische Materrialtensar bedeuten.
c) In einem anisotropen elektrischen Leiter:
EMI0003.0073
wo e der Stromdichtevektor, e2 die elektri- sc@he Leiterfeldstärke und
EMI0003.0081
der Leitfähig- keitstensor bedeuten;.
Das zu erörternde Material erfordert zu seiner Beschreibung adle drei Gleichungen (1)-(3). Die Gleichungen; (3) und insbeson dere (2) stehen indessen beider Verwendung zu magnetischen Abschirmzweeken im Vor- dergrund. Der :
Sachverhalt, der im folgenden näher interessiert, wird lediglich an Hand der Gleichung (2) Verdeutlicht; für die Glei chungen (3) und (1) gilf genau analoges. Eine Gleichung der Art (2)
gehört bekannt lich zu den .linearen Vektorfunktionen. Der symmetrische Tensor
EMI0003.0111
ist vollständig be stimmt durch die sechs Elemente <B>111, 112, 113, 122, 123</B> Und <B>133.</B>
Die Gleichung (2) lässt sich darstellen mit Hilfe ödes, sogenannten Tensorellipsaids, des sen Gleichung lautet:
EMI0003.0120
Die Indexe 1, 2, 3 beziehen sich auf irgendein orthagonales goordinantentripel. Die Gleichung (4)
kann nun stets durch eine Hauptachsentransformation übergeführt wer den auf eine Form
EMI0003.0126
Es fallen dann in jedem Punkte die drei Hauptachsen des Permeabilitätstensor- ellipsovdis mit dem goardinatentripel zusam- men und j1,
121 13 werden -demgemäss als die Hauptpermeabilitätskoeffizienten bezeichnet. Sollen gleichzeitig auch die Gleichungen (1) tmd (3) einbezogen sein, dann wird im fol genden kurz vom. Tensorellipsoid und den Hauptaohsenwerten (nicht zu verwechseln.
reit den Achsenlängen des Ellipsoides) .ge- sproehen. Erfindunbgs"c"emäss ist ein Material ge kennzeichnet durch einen derartigen Aufbau zur Erzielung hoher magnetischer Abschirm- wirkungen von Abschirmtöpfen, dass eis be steht aus mindestens zwei dicht aufeinander folgenden flächenhaften Elementen ,der Dicke d,
wie es z. B. in der Fig. 1. ange- deutet ist, die nicht mehr weiter in Elemente gleicher Art aufgeteilt werden können, wo bei die Eigenschaften der Elemente bezüg- lichder Permeabilität, der Dielektrizität und der elektrischen Leitfähigkeit erstens in der fl'ächenhaTten Ausdehnung der Elemente im wesentlichen konstant sind,
zweitens über die Dicke d mindestens einer ausgeprägten extremalen Schwankung unterworfen sind. Seinem Verhalten entsprechend wird ein derartiges Material- mit Hilfe der Anisotropie gekennzeichnet,
wobei sich der eine Haupt- achsenwert der Ma.terialtensoren aus den 'Ma- terialeigenschaften in der Richtung quer zu den Elementen und die beiden andern Haupt werte aus den Materialeigenschaften in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen in der flächenhaften Ausdehnung der Ele- m-ente ergeben.
In diesem Sinne wird das vor liegende Materia=l noch dahingehend präzi siert, dass sieh die Materialeigenschaften von Element zu, Element derart wiederholen, da.ss die zu den Materialtensoren gehörigen Ten- sorellipsoide Rotationsellipsoide sind, deren Rotationssachsen senkrecht zu den Elementen stehen.
Zur näheren Erläuterung seien vorerst an Hand der Fig. 2 bis, 4 einige Beispiele auf gezeigt- 1. <I>Beispiel:</I> Die Permeabilitä-t sei längs ,der flächenhaften Ausdehnung der Elemente im wesentlichen konstant, quer zum Element variiere sie steti=g, etwa. entsprechend der Periode einer trigonom@etrisohen Funktion, wie in Fig. 2 veranschaulicht.
Analoges gilt dann auch für die elektrischeLeitfähigkeit und die Dielektrizität. Es liegt also gewissermassen eine Dichtess;chwankung dieser Materialeigen schaften vor.
<I>z. Beispiel:</I> Das Element besteht :aus e i iner permea. 'blen und ein-er dielektrisohen Schicht, wie in Fig. 3 angedeutet.
In der flächenhaften Ausdehnung der Elemente sind die elektrischen und die magnetischen Eigen schaften im wesentlichen konstant, quer zum Element schwanken sie einmal stark bezw. sie springen von den Werten der Schicht 1 auf die Werte der Schicht 2.
<I>3. Beispiel,:</I> Das Element unterscheidet sich von dem des z. Beispiels nur dadurch, dass an Stelle der dielektrischen Schicht eine n.ic.htpermeable, aber dssfür elektrisch gute leitende Schicht tritt.
<I>4.</I> Beispiel: Das Element besteht aus einer permeablen Schicht 1, einer nicht pe-rmea.blen, aber elektrisch gutleitenden Schicht 2 und zwei im Vergleich zu den Schichten 1 und 2 dünnen, elektrisch schlecht leitenden Sehi.chten 3 und 4. die die elek trisch. leitenden Schichten 1 und 2 voneinan der isolieren, wie es in F'ig. 4 dargestellt ist.
Es lassen sich weitere Beispiele von Ma- f erialien angeben, die sich bezüglich dem innern Aufbau der Elemente oder sich be- züglich :der Anordnung der Elemente unter scheiden.
Das hat lediglich zur Folge, da.ss die Grösse der Tens,orellipsoide in den Rich tungen quer zu den Elementen, oder, was im vorliegenden Anwendungsfalle weniger interessiert, in deren flächenhaften Richtun gen in gewünschter Weise voneinander ab weichen.
Es ist ferner ohne weiteres klar, dass als eigentliches flächenhaftes Element nur das jenige angesprochen werden kann, das nicht weiter in Elemente unterteilt werden kann. die die. geforderten Eigenschaften im wesent lichen wieder für sieh aufweisen. Das flä chenhafte Element ist also das kennzeich nende Grundelement des genannten Materials sowohl bezüglich seiner Synthese als auch seiner Ana.lvse.
Es ist weiter leicht ersichtlich, dass ein Material (Typus I), wie es durch Beispiel 4 (Fi.g. 4) v eransehaulicht wird und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Element # ante <B>-</B> baut ist aus mindestens einer permca- blen, mindestens einer nichtpermeablen,
elek trisch b tleitenden Schicht und mindestens zwei nichtpermeablen, elektrisch schlecht- leitenden: Schichten, wobei diese letzteren die metallischen Schichten voneinander iso lieren, die genannten beiden Forderungen durch-aus erfüllt.
Denn in,den Richtungender flächenhaften Ausdehnungen der Elemente ist die Permeabilität verhältnismässig gross, in den Richtungen senkrecht zu den Elemen ten verhältnismässig klein.. Das entspricht vorerst der ersten Forderung. Aber auch die zweite Forderung ist erfüllt, denn in den flächenhaften Ausdehnungen der Elemente,
Flussrichtung quer zu den Elementen, ist die Wirbelstromausbildung begünstigt, in den Richtungen senkrecht dazu, das heisst quer zu den Elementen, Fluss in Richtung der flächenhaften Ausdehnung .der Elemente, ist die Wirbelstromausbildung weitgehend un terdrückt.
Im Fall der letztgenannten Fluss,- richtung sind damit ,die Verhältnisse auf die statischen redu ziert, .gleichzeitig ist aber auch die erste Forderung wieder erfüllt, in sbeson- dere wenn man die permeablen und nicht- permeablen Elementbestandteile von Fall zu Fall in ein geeignetes Verhältnis zueinander setzt.
Das beschriebene Material interessiert vor altern. im dynamischen Bereich, insbeson dere im Netzfrequenzbereich, wo oft Gtati- schen und dynamischen Anforderungen gleichzeitig Rechnung getragen werden muss.
Für ein Material (Typus II), das da durch gekennzeichnet ist, dass das Element sich aufbaut aus mindestens -einer permeablen und' mindestens einer nicht permeablen, elek- trisch schlechtleitenden ,Schicht, was, vor allem etwa das zweite Beispiel und zum Teil auch das erste Beispiel berührt,
gelten im all gemeinen die .gleichen Überlegungen. Es be steht insofei-n ein wesentlicher Unterschied, als in den Richtungen der flächenhaften Aus dehnungen der Elemente, Flussrichtung senk recht dazu, die Wirbelätromausbildung wegen der verhältnismässig schlechten Leit fähigkeit nicht begünstigt wird. Die zweite Forderung ist also nur teilweise erfüllt, so dass dieses Material in erster Linie für den statischen Anwendungsbereich interessiert.
Für ein Material (Typus III), das da durch gekennzeichnet ist, .dass das Element ,sich aufbaut aus mindestens einer permea blen und mindestens einer nichtpermeablen, elektrisch gutleitenden Schiebt, ,gilt im all gemeinen ebenfalls das für das ersterwähnte Material ,gesagte. Der wesentliche Unter schied besteht dä.rLn, dass in den Riohtungen quer zu den Elementen, Fluss in Richtung der flächenhaften Ausdehnung der Elemente,
die Wirbelstromausbildung weitgehend be günstigt iGt. Diese Abweichung von der zweiten Forderung schränkt die Verwendung dieses Materials im dynamischen Bereich be trächtlich ein.
Ein. derartiges Material kann z. B. durch elektrolytisohe Verfahren hergestellt werden, indem abwechslungsweise magnetische und nichtmagnetische Schichten niedergeschlagen werden. Dasselbe kann auch durch Auf dampfen, Spritzen usw. erreicht werden. Die so hergestellten Materialien haben aber unter anderem den Nachteil, dass sie zum Typus II bezw. vor allem zum Typus III gehören, womit ihre nützliche Verwendbar keit entsprechend ist.
Das Material anisotro,- per Eigenschaften kann auch derart Uerge- stellt werden, dass mittels- geeigneter Bleche, Blätter, Folien usw. die einzelnen Elemente und :die Elemente unter sich mit Hilfe eines Bindemittels durch Kleben bezw. Pressen zusammengefügt werden.
Hierbei kann man das Bindemittel gleichzeitig als isolierende Schichten benützen, woibei die letzteren na turgemäss möglichst dünn zu halten sind. Oder man kann die Bleche, Blätter, Folien usw. auch mechanisch zusammenhalten, etwa durch Nieten oder Falzen, indem z. B. die letzte Schicht folgerichtig umgebördelt und das Ganze zueammengep.resst wird, oder durch Scharniere, teilweise oder ganz um schliessende Kappen.
Je nach der Notwendig keit zur ispanabh ebenden oder spanlosen Ver- arheitung, je nach der Gestaltung der Luft spalte, .eignet sich beim Aufbau und der An wendung der Abschirmtöpfe der eine oder andere mechanische Zusammenhalt.
Oft ist es von Vorteil, was! sowohl bezüglich. dem Klebe- und Pressverfahren als auch bei me chanischem Verfahren gilt, wenn schon von Anbeginn an Eisenbleche verwendet werden, die galvanisch verkupfert, mit Kupfer ge spritzt oder mit Kupfer plattiert sind. An Stelle :des Kupfers kann auch ein anderes gut leitendes Metall verwendet werden. Die so behandelten Bleche können zudem eben falls schon von Anbeginn an isolierend lackiert werden.
Als weitere mögliche Ver- bindunbsverfahren seien endlich noch das Schweissen und Löten erwähnt.
Eine weitere Herstellungsmöglichkeit be steht :darin, dass pulverisierte Schichten folgerichtig zusammengepresst werden.
Schliesslich is:t es von Vorteil, das fertige Material beispielsweise :durch thermische Be- handlungen einer Permeabilitätsvergütung zu unterziehen.
Der Vorteil der Materialien anissotroper Eigenschaften, die erfindungsgemäss zur Erzielung hoher Schirmwirkungen benützt werden, liegt besonders darin, dass. auch bei Verwendung verhältnismässig niederper meabler, leichter erhältlicher Stoffe ausge zeichnete Abschirmwirkungenerzielt werden.
Material with anisotropic properties for magnetic shielding purposes. With .the shielding of magnetic interference fields by a. or several shielding pots nested in one another, the material to be used for the pots plays a tremendously shaking role both with regard to the dimming effect and with regard to the additional losses and the influence on the inductance.
In the present case it is primarily about the design of this material according to the. Aspects of the shielding effect, i.e. the design of a material to be used in shielding pots that is particularly suitable for achieving high shielding effects,
in relation to both @stratic and dynamic fields.
With magnetic shielding, which is particularly important for the question of materials, a distinction must be made between static and dynamic shielding.
While it is at. the former essentially deals with a potential problem, if the latter is concerned with the shielding effect that results from the opposing fields generated by the formation of eddy currents. There is only static shielding
if a permeable maternal is used in the area of static fields; only dynamic shielding is available when a non-permeable but electrically conductive material such as copper is used. If a permeable material is used in dynamic areas,
Thus, due to the simultaneous permeable and electrically conductive properties, the shielding always somehow builds up from a static and a dynamic part.
The use of isotropic, permeable material or isotropic, non-permeable but electrically conductive material for the construction of the individual shielding pots is known.
The fundamental difficulty that the shielding of magnetic fields causes is mainly due to the fact that a completely permeable material (u = -) èhts. This applies in particular to static shielding; e .:
However, this also applies to dynamic shielding, in which it is also fundamentally possible that vortex fields are formed which counteract the desired shielding effect. There. at.
the practical shielding not only the technical requirements for the shielding effect, but also the demands for an economical solution are in the foreground and precisely because of this the use of several nested shield pots due to their uncomfortable spatial arrangement and the laborious production in the Practice has little input:
The efforts of the last few years have therefore mainly pursued the development and use of materials with the greatest possible permeability. High-quality magmetic alloys, such as permalloy, also have very high production costs and often have unpleasant instability,
tproperties against mechanical and thermal influences. In addition, the raw material components of such highly permeable alloys are temporarily difficult to obtain, so that the question of an efficient shield material replacement is of great interest from this point of view as well.
According to the present invention, a material with essentially anisotropic properties is no longer used for the construction of the umbrella pots - mainly an isotropic material, but a material with essentially anisotropic properties, which is characterized by its particular suitability with regard to the shielding effect.
In the case of this material, which has anisotropic properties, i.e. a material that has very different properties in different directions, what is of particular interest for the problem at hand is the behavior of permeability and electrical conductivity, while the dielectric properties are used for magnetic shielding purposes are of minor importance.
The knowledge to use such a material with anisotropic properties to achieve high: @ b3chirmwirltungen is based on the following considerations.
The shield .; Magneti..seher fields the explanations relate exclusively to da "; The shielding means of the shielding pot is based on the following: The interference fields are kept away from the zone to be suppressed by the shielding means.
They are caught in the stat.i # zehun field by the visual umbrella and directed around the area to be suppressed. In the dynamic field, vortex fields form in the shielding means that are intended to compensate for the interference fields.
In both cases there are on the one hand intensity effects, for which in addition to the measure. First and foremost on 11material in the static case. the size of the permeability, in the dynamic case the size of the electrical conductivity. The decisive factors are, on the other hand, rieh twirkun, gs effects that are essentially determined by the shape of the pot. At.
When using isotropic material, al.s@o rlureh is the size of the scalar material constant with regard to permeability and electrical conductivity. and the @ chü # inw @ irhun @@ of the shielding means determined by the geometric shape design with a given type of interference field.
While maintaining the two principles, the highest possible intensity effect of the material (high permeability, large conductivity x) and the influence of the geometric shape of the closure pots. where the previously known is captured .., the above remarks make it apparent that, without first discussing the details of the reali. @ wrun, g, the cut-off "ihi, # keit,
the screen is significantly improved by using the material itself with: Directional effects @ ceign.eterrtaius @, established hezw. the Schirni- mit: tel is built up from a material with these properties.
From the standpoint of magnetic action, such a material has. whose properties are essentially no longer described by a single scalar, but rather by a tensor, if possible, to meet the following special requirements: 1.
The material should be such that it has a low permeability in one direction, but a relatively large permeability in the direction perpendicular to it, such that a field entering the material is preferably directed in this direction.
This is. especially for etatischies, behavior of interest.
2. The material should be such that it favors the formation of vortex fields as much as possible in one direction, but suppresses it as far as possible in the direction perpendicular to it.
In this direction, however, because of the suppression of the vortex fields, the conditions are reduced to the static ones, so that in this direction the first requirement must also be met if possible. This second requirement is of particular interest in the area of dynamic fields.
The material with which the two requirements can be met is one with specific anisotropic properties. For a more detailed explanation the following are first of all. Term formations sent in advance:
Bezw in an anisotropic material. Essentially, even in a material with anisotropic properties, the material properties are known to be described by a symmetrical tensor. The material equations are:
a) In an anisotropic dielectric:
EMI0003.0051
where Z is the displacement vector, e is the electrical field vector and
EMI0003.0054
mean the (absolute) dielectric material tensor.
b) In, an anisotropic magnetic material:
EMI0003.0061
where # 3 is the induction vector,, e is the magnetic field vector and
EMI0003.0067
the (absolute) magnetic material tensar mean.
c) In an anisotropic electrical conductor:
EMI0003.0073
where e is the current density vector, e2 the electrical conductor field strength and
EMI0003.0081
mean the conductivity tensor ;.
The material to be discussed requires adle three equations (1) - (3) to describe it. The equations; (3) and in particular (2) are, however, in the foreground when used for magnetic shielding purposes. Of the :
Facts that are of greater interest in the following are only clarified using equation (2); for equations (3) and (1) exactly the same applies. An equation of the kind (2)
is known to be one of the linear vector functions. The symmetric tensor
EMI0003.0111
is completely determined by the six elements <B> 111, 112, 113, 122, 123 </B> and <B> 133. </B>
Equation (2) can be represented with the help of desolate, so-called tensor ellipsaids, whose equation is:
EMI0003.0120
The subscripts 1, 2, 3 relate to any orthagonal goordinant triple. The equation (4)
can now always be converted to a form by a major axis transformation
EMI0003.0126
In each point the three main axes of the permeability tensor ellipsovdis coincide with the goardinat triplet and j1,
121 13 are accordingly referred to as the main permeability coefficients. If equations (1) tmd (3) are to be included at the same time, then the following is briefly from. Tensor ellipsoid and the main ohmic values (not to be confused.
rides the axial lengths of the ellipsoid). According to the invention "c", a material is characterized by such a structure to achieve high magnetic shielding effects of shielding pots that there is at least two closely spaced sheet-like elements of thickness d,
how it z. B. is indicated in FIG. 1, which can no longer be further divided into elements of the same type, where the properties of the elements with regard to permeability, dielectricity and electrical conductivity are firstly in the areal extent of the Elements are essentially constant,
second, are subject to at least one pronounced extreme fluctuation over the thickness d. According to its behavior, such a material is characterized with the help of anisotropy,
one main axis value of the material sensors resulting from the material properties in the direction transverse to the elements and the other two main values from the material properties in two mutually perpendicular directions in the areal extension of the elements .
In this sense, the material at hand is specified in such a way that see the material properties of element to repeat element in such a way that the tensor ellipsoids belonging to the material tensors are ellipsoids of revolution whose axes of rotation are perpendicular to the elements.
For a more detailed explanation, some examples are initially shown on the basis of FIGS. 2 to 4- 1. <I> Example: </I> Let the permeability vary along the length, the areal expansion of the elements essentially constant, and across the element they steady, approximately. corresponding to the period of a trigonometric function, as illustrated in FIG.
The same then applies to electrical conductivity and dielectricity. So to a certain extent there is a density fluctuation in these material properties.
<I> z. Example: </I> The element consists of: one permeate. 'Blen and a dielectric layer, as indicated in FIG. 3.
In the two-dimensional expansion of the elements, the electrical and magnetic properties are essentially constant, across the element they fluctuate strongly or. they jump from the values of layer 1 to the values of layer 2.
<I> 3. Example ,: </I> The element differs from that of z. For example only in that the dielectric layer is replaced by an n.ic.htpermeable, but dssfor electrically good, conductive layer.
<I> 4. </I> Example: The element consists of a permeable layer 1, a non-permeable but electrically conductive layer 2 and two thin, electrically poorly conductive layers compared to layers 1 and 2. right 3 and 4. the electrical. Insulate conductive layers 1 and 2 from one another, as shown in FIG. 4 is shown.
Further examples of materials can be given which differ with regard to the internal structure of the elements or with regard to the arrangement of the elements.
The only consequence of this is that the size of the tens, orellipsoids in the directions perpendicular to the elements, or, which is of less interest in the present application, in their two-dimensional directions deviate from one another in the desired manner.
It is furthermore readily clear that the only two-dimensional element that can be addressed is that which cannot be further subdivided into elements. the the. again have the required properties for them. The two-dimensional element is thus the characteristic basic element of the material mentioned, both in terms of its synthesis and its analysis.
It can also be easily seen that a material (type I), as it is shown by example 4 (Fig. 4) and which is characterized in that the element # ante <B> - </B> is built of at least one permeable, at least one non-permeable,
electrically conductive layer and at least two non-permeable, electrically poorly conductive layers, the latter isolating the metallic layers from one another, completely fulfilling the two requirements mentioned.
Because in the directions of the two-dimensional expansions of the elements, the permeability is relatively high, in the directions perpendicular to the elements relatively small. This corresponds to the first requirement. But the second requirement is also met, because in the two-dimensional expansions of the elements,
The direction of flow transversely to the elements, the eddy current formation is favored, in the directions perpendicular to it, i.e. transversely to the elements, flow in the direction of the two-dimensional expansion of the elements, the eddy current formation is largely suppressed.
In the case of the last-mentioned flow direction, the conditions are reduced to the static ones, but at the same time the first requirement is met again, especially when the permeable and non-permeable element components are converted into a suitable one from case to case Relationship to each other.
The material described is of interest to aging. in the dynamic range, especially in the line frequency range, where static and dynamic requirements often have to be taken into account at the same time.
For a material (type II), which is characterized by the fact that the element is made up of at least one permeable and at least one non-permeable, electrically poorly conducting layer, which, above all, about the second example and partly also touches the first example,
The same considerations apply in general. There is an essential difference in that in the directions of the two-dimensional expansions of the elements, flow direction perpendicular to it, the formation of eddy currents is not favored because of the relatively poor conductivity. The second requirement is only partially met, so that this material is primarily of interest for static applications.
For a material (type III), which is characterized by the fact that the element is composed of at least one permeable and at least one non-permeable, electrically conductive slide, what was said for the first-mentioned material also applies in general. The main difference is that in the directions across the elements, flow in the direction of the areal expansion of the elements,
the eddy current formation largely favors iGt. This deviation from the second requirement limits the use of this material in the dynamic range considerably.
One. such material can e.g. B. be produced by electrolytic processes by alternately magnetic and non-magnetic layers are deposited. The same can be achieved by steaming, spraying, etc. The materials produced in this way have, inter alia, the disadvantage that they bezw to type II. belong mainly to Type III, which means that their usefulness is correspondingly.
The material is anisotropic, - per properties, can also be created in such a way that by means of suitable metal sheets, sheets, foils, etc. the individual elements and: Presses are joined together.
The binder can be used as insulating layers at the same time, with the latter naturally being kept as thin as possible. Or you can hold the metal sheets, sheets, foils, etc. together mechanically, for example by riveting or folding, by z. B. the last layer is consequently beaded and the whole thing zueammengep.resst, or by hinges, partially or completely closing caps.
Depending on the need for ispanabaching or non-cutting deterioration, depending on the design of the air gap, one or the other mechanical cohesion is suitable for the construction and use of the shielding pots.
Often it is beneficial what! both regarding. the gluing and pressing process as well as mechanical processes apply if iron sheets are used from the start that are galvanically copper-plated, sprayed with copper or plated with copper. Instead of copper, another highly conductive metal can also be used. The sheets treated in this way can also be given an insulating coating right from the start.
Finally, welding and soldering should be mentioned as further possible connection methods.
Another manufacturing option is that powdered layers are consistently pressed together.
Finally, it is an advantage to subject the finished material, for example, to a permeability treatment by means of thermal treatments.
The advantage of the materials with anisotropic properties, which are used according to the invention to achieve high shielding effects, lies in the fact that excellent shielding effects are achieved even when using relatively low-permeability, more readily available materials.