DE10122472B4

DE10122472B4 - Verwendung eines Pulvers oder Granulates aus Ferrit

Info

Publication number: DE10122472B4
Application number: DE10122472A
Authority: DE
Inventors: Jan-Thomas KÜHNERT; Klaus Dr. Kupfer; Wolfgang Dr. Schöps; Hans-Werner Dr. Zier
Original assignee: Colfirmit Rajasil GmbH and Co KG; Hermsdorfer Institut fuer Technische Keramik eV HITK
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; HECK Wall System GmbH
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2021-05-10
Also published as: DE10122472A1; DE10122472B8

Abstract

Verwendung eines Pulvers oder Granulates bestehend aus
Mn-Zn-Ferrit,
Ni-Zn-Ferrit,
Ba- und/oder Sr-Ferrit,
Sc-, Co- oder Ti-substituiertem Hexaferrit
und/oder Ferrit mit Granatstruktur
allein oder zusätzlich im Gemisch mit elektrisch leitfähigem Material in Form von Metall und/oder Kohlenstoff, als Zuschlag für das Bauwesen.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Pulvers oder Granulates aus Ferrit zur Abschirmung elektromagnetischer Felder im Bauwesen, so daß diese Felder, je nach Zweck des Bauwerkes, entweder aus dem Inneren des Bauwerkes nicht nach außen dringen oder von außen nicht nach innen dringen.
Die Erfindung ist sowohl auf die Schaffung möglichst feldfreier Bedingungen zur Durchführung besonders genauer und/oder besonders empfindlicher elektrischer Messungen als auch auch den Schutz der Bevölkerung und insbesondere der Beschäftigten bei der gewerblichen Anwendung elektromagnetischer Wechselfelder vor möglichen schädlichen Wirkungen derselben gerichtet.

Aus der Diskussion um den Begriff "Elektrosmog" läßt sich die Sensibilisierung der Bevölkerung für die technisch bedingte Anreicherung der natürlichen Umwelt mit elektromagnetischer Strahlung ablesen. Sowohl der Gesetzgeber als auch die Berufsgenossenschaften haben mit dem Erlaß bzw. der Verschärfung von Grenzwerten für die maximale Leistungsdichte einer Strahlenquelle reagiert. Exemplarisch seien hier die 26. BImSchV (Verordnung über elektromagnetische Felder) und die Vorschrift DIN VDE 0848 (Sicherheit in elektromagnetischen Feldern) genannt. Dabei stützen sich die zum Schutz der Bevölkerung in der 26. BImSchV festgelegten Grenzwerte auf internationale Empfehlungen, wie z.B. die der Internationalen Kommission für den Schutz vor nichtionisierender Strahlung (ICNIRP) oder der Weltgesundheitsorganisation (WHO). Diese Empfehlungen werden immer wieder überarbeitet, sobald neue wissenschaftliche Ergebnisse vorliegen. Die letzte Veröffentlichung der ICNIRP vom April 1998 bestätigt die Werte, die der 26. BImSchV zu Grunde liegen.

Aus Tabelle l sind die für die allgemeine Bevölkerung zulässigen Grenzwerte für hochfrequente Felder nach DIN VDE 0848 zu entnehmen.

Tab. 1: Grenzwerte für die allgemeine Bevölkerung

Die in dieser Vorschrift vorgenommene Aufteilung in die elektrische und magnetische Feldkomponente ist dem erheblichen Aufwand bei der Messung der spezifischen Absorptionsrate (SAR [W/kg]) geschuldet. Die SAR ist die weltweit anerkannte Basisgröße für thermische Wirkungen, da die vom Körper aufgenommene Strahlungsleistung maßgebend für die biologische Wirkung von HF-Strahlung ist.

Nach derzeitigen Befunden führen SAR-Werte von 1 – 4 W/kg (gemittelt über den ganzen Körper) beim Menschen innerhalb von 30 Minuten zu einer Erhöhung der Körpertemperatur von 1 °C. Zum Schutz beruflich exponierter Personen wurde ein Ganzkörper-SAR-Grenzwert von 0,4 W/kg, für die allgemeine Bevölkerung ein Wert von 0,08 W/kg festgelegt.

Das Problem dieser Grenz- bzw. Vorsorgewerte besteht darin, daß allein durch deren Erlaß der Bevölkerung eine Gefährdung suggeriert bzw. diese für eine möglicherweise noch nicht sicher nachweisbare Langzeitwirkung sensibilisiert wird. Dies wird noch verstärkt durch die rein technische Diskussion, also dem ausschließlichen Bezug auf die thermischen Wirkungen. Derzeitig stattfindende oder bereits veröffentlichte Studien von WHO, ICNIRP sowie IEGMP zur Beeinflussung der Hirnströme insbesondere durch Verwendung von Mobiltelefonen, bedingt durch deren Frequenz und Modulation, lassen die sog. athermischen Effekte verstärkt in den Vordergrund treten. Aus diesem Grund und in Erwartung von im Sinne der Beeinflussung des menschlichen Körpers positiven Ergebnissen von derzeit stattfindenden Studien ist die Entwicklung eines Absorbergranulates zum Schutz der Wohnbevölkerung zwingend notwendig.

Es sind zur Absorption von elektromagnetischen Wellen überwiegend Ferrite und/oder leitfähige Substanzen in unterschiedlichen Mischungen sowie Matrices erhältlich. So bietet z.B. Ferrite Domen Co. in Rußland verschiedene Ferrite als Mikrowellenabsorber in Pulverform an, welche eine Nutzfrequenz von 1 bis max. 40 GHz haben. Die Firma Spectro Dynamic Systems in den USA vertreibt silberbeschichtete Cenospheres zur HF-Absorption, wobei diese als Füllstoffe für Farben und Harzsysteme zur Herstellung von Oberflächenbeschichtungen verwendet werden sollen. Die Dämpfungsleistung wird in einem Ausführungsbeispiel mit 60 dB von 100 MHz – 10 GHz für einen Film von 5 mm Stärke angegeben. Die Firma TDK bietet eine Produktpalette Radiowellenabsorber mit einer Reflektionsdämpfung größer 20 dB an, wobei der Gesamtbereich von 0,03 bis zu 40 GHz überstrichen wird. Ein weiterer Absorber wird von der Firma Emerson & Cuming Microwave Products, Inc. unter der Bezeichnung ECCOSORB^®MCS für den Frequenzbereich 1 bis 8 GHz mit einer Dämpfung von 6 – 63 dB/cm vertrieben.

In der Offenlegungsschrift DE 199 49 631 A1 wird ein Verbundabsorber für elektromagnetische Wellen beschrieben, wobei ein Ferritpulver mit einer Dielektrizitätskonstante nicht höher als 4,9 in einem herkömmlichen Harz dispergiert, als pyramidenförmiger Absorber geformt und mit einer Ferritplatte verbunden wird. Angegeben wird die Zusammensetzung der Ferritplatte mit den Hauptbestandteilen Fe₂O₃, NiO, ZnO und CuO sowie dem harzgebundenen, pyramidenförmigen Absorber mit den Hauptbestandteilen Fe₂O₃, NiO und ZnO. Die zu erzielende Dämpfung wird im Frequenzbereich von 100 MHz bis 10 GHz mit mindestens 20 dB angegeben.

In der Offenlegungsschrift DE 195 25 636 A1 wird ein Wandbelag zur Absorption elektromagnetischer Wellen beschrieben, der eine breitbandige Reflexion durch den Verbund einer Ferritplatte mit einem der Wand zugewandten Widerstandsmaterial ermöglicht. Es werden keine Meßwerte für die erzielte Reflektionsdämpfung genannt.

Im US-Patent 5.323.160 wird die Herstellung eines Absorbers durch die Kombination zweier Weichferrite (Mn-Zn, Ni-Zn) mit variierender Schichtdicke beschrieben. Dabei sind diese Schichten auf jeden Fall auf ein Metall als Träger aufgebracht. Die Meßwerte ergeben eine Dämpfung von mindestens 20 dB im Bereich von 200 MHz bis 1 GHz.

Im US-Patent 5.446.459 wird ein Breitbandabsorber benannt, welcher aus einem gesinterten Ferrit und einem CuO-Fe₂O₃-Spinellferrit besteht. Es wird eine Absorption gemessen mit Hilfe des Netzwerkanalysators HP 8510 A unter Verwen dung einer koaxialen Meßleitung. Dabei werden für unterschiedliche Zusammensetzungen Frequenzbereiche mit einer Dämpfung größer 20 dB angegeben. Diese liegen zwischen min. 98 MHz und max. 950 MHz.

In der Offenlegungsschrift EP 0 858 982 A1 wird eine Zusammensetzung für einen Absorber und dessen Herstellungsmethode beschrieben. Es handelt sich dabei um eine Mischung aus Fe₂O₃, NiO, ZnO und CuO, welche gemahlen, geformt und gesintert wird. Die Absorptionsrate wird mittels dein Holaday HI-400 RF Meßsystem in unterschiedlichen Entfernungen von einem Mobiltelefon gemessen. Dabei werden Absorptionsraten in Prozent angegeben.

Dem oben geschilderten Stand der Technik haftet der Mangel an, daß dort das Sintern bzw. das Aushärten einer Kunststoffmasse als Formgebungsverfahren vorgesehen sind, d.h. bei Bauwerken ist nur die Anbringung solcherart geformter Fertigteile, nicht jedoch eine bautypische Verarbeitung und Anbringung an Ort und Stelle möglich.

Weitere bekannte technische Lösungen lassen zwar teilweise eine solche bautypische Verarbeitung und Anbringung an Ort und Stelle zu, kommen aber aus anderen, nachstehend genannten Gründen nicht in Frage

Bekannt ist die Verwendung von Stahlwerksschlacke als Zuschlag für Mörtel, wobei diese Schlacke u.a. chemische Bestandteile von Ferriten enthält ( DE 198 00 868 A1 mit Verweis auf EP 0 034 690 A1 ). Aufgabe ist hier die Erreichung einer hohen Schallschutzwirkung durch eine hohe Rohdichte des des Wandbaustoffes (Mörtels). Diesen Veröffentlichungen ist nichts über eine Ferritstruktur oder über eine elektromagnetische Abschirmwirkung dieser Zuschläge zu entnehmen.

Weiterhin ist es zur Erzielung einer elektromagnetischen Abschirmwirkung bekannt, feinteiligen Kohlenstoff allein, d.h. ohne zusätzliche Verwendung von Ferriten, in plattenförmige Bauelemente aus Schaumglas einzuschließen DE 100 03 760 A1 ).

Als Mittel zur Absorption oder Dämpfung elektromagnetischer Wellen ist schließlich ein Granulat oder Schaumstoffkörper aus Calciumsilikathydratphasen bestimmten Mindest-Kristallwassergehaltes, Restquarz, Kohlenstoff und/ oder Ferrit bekannt ( EP 0 3 83 142 B1 ). Diese spezielle Zusammensetzung entspricht nicht den üblichen Baustoffen.

In einer anderen Anwendungsform, nämlich als Hauptbestandteil für den Innenanstrich elektromagnetisch abgeschirmter Kammern, ist die Verwendung von Partikeln aus elektrischen Widerstandslegierungen, Ferriten und Grafit bekannt ( DE 42 05 803 A1 ). Über das verwendete Bindemittel des Anstriches ist dieser Veröffentlichung nichts zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem breiten Frequenzband, vorzugsweise von 100 MHz bis 10 GHz, elektromagnetische Strahlung durch entsprechende Ausführung von Bauwerken wirksam abzuschirmen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Erfindung gelöst.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß:

– durch Austausch von Zuschlägen in Mörteln die elektromagnetische Abschirmwirkung des damit errichteten bzw. verputzten Bauwerkes bedeutend verbessert werden kann,
– aufwendige Formgebungsverfahren, ggf. unter Einschluß von Sinterprozessen, vermieden werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an 6 Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Die beigefügten Zeichnungen zeigen den Frequenzverlauf der Schirmdämpfung

Allen Beispielen ist gemeinsam, daß ein Putzmörtel mit der aus Festigkeitsgründen maximalen Menge von rund 45 g/kg des erfindungsgemäßen Zuschlages mit elektromagnetischer Schirmwirkung versetzt ist. Es ergibt sich die folgende Gesamtzusammensetzung:

Erfindungsgemäßer Zuschlag	45 g/kg
Weißzement	121 g/kg
Quarzsand, Körnungsbereich 0 mm ... 0,25 mm	201 g/kg
Quarzsand, Körnungsbereich 0,25 mm ... 0,40 mm	209 g/kg
Quarzsand, Körnungsbereich 0,40 mm ... 0,63 mm	209 g/kg
Quarzsand, Körnungsbereich 0,63 mm ... 1,00 mm	209 g/kg

Die 6 Ausführungsbeispiele unterscheiden sich lediglich im Massenverhältnis eines hier beispielhaft eingesetzten Mangan-Zink-Ferrit-Pulvers (MZF) mit einer mittleren Körnung von 3,6 μm zu einem mit diesem vermischten Kohlenstoffpulver (C) mit einer mittleren Körnung von 40 μm. Die beigefügten Zeichnungen zeigen für den separaten Zusatz eines der beiden Pulver (1) bzw. für bestimmte Mischungsverhältnisse beider Pulver (2) die frequenzabhängigen Kurven der Schirmdämpfung S normiert auf die Länge, welche sich aus S = A + R mit A für die Absorption und R für die Reflexion zusammensetzt.
Daraus ergeben sich folgende beispielhafte Werte für die Schirmdämpfung einer 4 cm dicken Schicht Tabelle 2 Meßwerte der Schirmdämpfung S für unterschiedliche Zusammensetzungen erfindungsgemäßen Zuschlags

Claims

Verwendung eines Pulvers oder Granulates bestehend aus Mn-Zn-Ferrit, Ni-Zn-Ferrit, Ba- und/oder Sr-Ferrit, Sc-, Co- oder Ti-substituiertem Hexaferrit und/oder Ferrit mit Granatstruktur allein oder zusätzlich im Gemisch mit elektrisch leitfähigem Material in Form von Metall und/oder Kohlenstoff, als Zuschlag für das Bauwesen.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulver oder Granulat eingesetzt wird, das eine Korngröße im Bereich von 1 μm bis 1 mm aufweist.