DE10122473A1

DE10122473A1 - Absorbermaterial, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verfahren zur Herstellung von Abschirmeinrichtungen unter Verwendung dieses Absorbermaterials

Info

Publication number: DE10122473A1
Application number: DE2001122473
Authority: DE
Inventors: Jan-Thomas Kuehnert; Klaus Kupfer; Wolfgang Schoeps; Hans-Werner Zier; Josef Kuchler; Stefan Rosmayer
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: 2001-05-09
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2002-11-28

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Absorbermaterial zu schaffen, um in einem breiten Freuqnzband, vorzugsweise von 100 MHz bis 10 GHz, elektromagnetische Strahlung wirksam zu verringern und diese Wirkung mit den Wärmedämmeigenschaften des porösen Körpers zu kombinieren. DOLLAR A Diese Aufgabe wird durch ein elektromagnetisches Absorbergranulat gelöst, das es aus einem hochporösen Glas- und/oder Keramikgranulat besteht, welches mit Ferrit und/oder einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt ist. DOLLAR A Die Erfindung ist im Bauwesen im weitesten Sinne verwendbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Absorbermaterial, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verfahren zur Herstellung von Abschirmeinrichtungen, wie beispielsweise von Absorberwänden, Absorberauskleidungen oder Absorber gehäusen, darunter elektromagnetisch feldfreie, sogenannte Anechoic-Meßkam mern, unter Verwendung dieses Absorbermaterials.

Die Erfindung ist sowohl auf die Schaffung möglichst feldfreier Bedingungen zur Durchführung besonders genauer und/oder besonders empfindlicher elektrischer Messungen als auch auf den Schutz der Bevölkerung und insbesondere der Be schäftigten 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 Grenz werten für die maximale Leistungsdichte einer Strahlenquelle reagiert. Exempla risch 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 Inter nationalen Kommission für den Schutz vor nichtionisierender Strahlung (ICNIRP) oder der Weltgesundheitsorganisation (WHO). Diese Empfehlungen werden im mer 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 1 sind die für die allgemeine Bevölkerung zulässigen Grenzwerte für hochfrequente Felder nach DIN VDE 0848 zu entnehmen.

Tabelle 1

Grenzwerte für die allgemeine Bevölkerung

Die in dieser Vorschrift vorgenommene Aufteilung in die elektrische und magneti sche Feldkomponente ist dem erheblichen Aufwand bei der Messung der spezifi schen Absorptionsrate (SAR [W/kg]) geschuldet. Die SAR ist die weltweit aner kannte 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 de ren Erlaß der Bevölkerung eine Gefährdung suggeriert bzw. diese für eine mögli cherweise noch nicht sicher nachweisbare Langzeitwirkung sensibilisiert wird. Dies wird noch verstärkt durch die rein technische Diskussion, also dem aus schließlichen Bezug auf die thermischen Wirkungen. Derzeitig stattfindende oder bereits veröffentlichte Studien von WHO, ICNIRP sowie IEGMP zur Beeinflus sung der Hirnströme insbesondere durch Verwendung von Mobiltelefonen, bedingt durch deren Frequenz und Modulation, lassen die sog. athermischen Effekte ver stärkt in den Vordergrund treten. Aus diesem Grund und in Erwartung von im Sin ne 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 silber beschichtete Cenospheres zur HF-Absorption, wobei diese als Füllstoffe für Far ben 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 Reflektionsdämp fung größer 20 dB an, wobei der Gesamtbereich von 0,03 bis zu 40 GHz überstri chen wird. Ein weiterer Absorber wird von der Firma Emerson & Cuming Micro wave Products, Inc. unter der Bezeichnung ECCOSORB®MCS für den Fre quenzbereich 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 elek tromagnetische Wellen beschrieben, wobei ein Ferntpulver mit einer Di elektrizitätskonstante nicht höher als 4,9 in einem herkömmlichen Harz dispergiert, als pyramidenförmiger Absorber geformt und mit einer Ferntplatte verbunden wird. Angegeben wird die Zusammensetzung der Ferritplatte mit den Hauptbe standteilen Fe₂O₃, NiO, ZnO und CuO sowie dem harzgebundenen, pyramiden förmigen Absorber mit den Hauptbestandteilen Fe₂O₃, NiO und ZnO. Die zu erzie lende Dämpfung wird im Frequenzbereich von 100 MHz bis 10 GHz mit minde stens 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 Widerstandsma terial ermöglicht. Es werden keine Meßwerte für die erzielte Reflektionsdämpfung genannt.

Im US-Patent 5.323.160 wird die Herstellung eines Absorbers durch die Kombi nation zweier Weichferrite (Mn-Zn, Ni-Zn) mit variierender Schichtdicke be schrieben. Dabei sind diese Schichten auf jeden Fall auf ein Metall als Träger auf gebracht. Die Meßwerte ergeben eine Dämpfung von mindestens 20 dB im Be reich 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 Ab sorption gemessen mit Hilfe des Netzwerkanalysators HP 8510 A unter Verwendung einer koaxialen Meßleitung. Dabei werden für unterschiedliche Zusammen setzungen 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 dem Holaday HI-400 RF Meßsy stem in unterschiedlichen Entfernungen von einem Mobiltelefon gemessen. Dabei werden Absorptionsraten in Prozent angegeben.

In der Offenlegungsschrift DE 199 11 304 A1 wird ein Anstrich oder Folie zur elektromagnetischen Abschirmung in einem weiten Frequenzbereich beschrieben. Dazu wird werden ein Ferritpulver mit einem leitfähigen Pulver gemischt und mit Hilfe eines streichfähigen Bindemittels zu Folien oder Anstrichen verarbeitet. Die gemessenen Dämpfungswerte werden mit < 30 dB/mm angegeben.

Dem oben geschilderten Stand der Technik haftet der Mangel an, daß zum Teil unter Einsatz aufwendiger Verfahren und teuerer Materialien allein der Aspekt der elektromagnetischcn Abschirmung, ohne Rücksicht auf die Anwendbarkeit dieser Technologien im Bauwesen, Beachtung findet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem breiten Frequenzband, vor zugsweise von 100 MHz bis 10 GHz, elektromagnetische Strahlung wirksam zu verringern und mit den Wärmedämmeigenschaften des porösen Grundkörpers zu kombinieren.

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

Die Erfindung wird nachstehend an 3 Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung werden durch den nachfolgen den Vergleich der Kennwere der Mörtel M1 (herkömmlicher kompakt er Mörtel) und M2 (mit einem herkömmlichen Blähglasgranulat ohne elektromagnetische Ab schirmwirkung gefüllter Mörtel) mit den Kennwerten des Mörtels M3 (mit erfin dungsgemäßen Granulat gefüllter Mörtel) deutlich.

Tabelle 2

Ausgangsmischungen zur Herstellung gefüllter Blähglasgranulate (in Masseteilen)

Diese Mischungen wurden mit einem Binde- und Blähmittel granuliert, getrocknet und bei einer Temperatur größer der Erweichungstemperatur des verwendeten Glases gebläht.

Im Vergleich zur Schüttdichte des zur Verwendung kommenden Quarzsandes mit 1200-1500 kg/m³ ergeben sich folgende Schüttdichten exemplarisch:

Tabelle 3

Schüttdichten der gefüllten Blähglasgranulate (in kg/m³)

Für die Granulate an sich, d. h. noch nicht in eine Mörtelmischung eingearbeitet, ergaben sich in Abhängigkeit vom untersuchten Kornband die Fig. 1 zu entneh menden Verläufe der Schirmdämpfung S für die jeweilige Frequenz. Dabei setzt sich die Schirmdämpfung S aus den Anteilen der Absorption A und der Reflexion R additiv zusammen. Die Messungen erfolgten mit Hilfe eines Netzwerkanalysa tors HP 8510 A und einer Koaxialleitung 16/100.

Zur Überprüfung der Wirksamkeit der Erfindung nach Anspruch 1 und den diesem untergeordnetem Ansprüchen wurden drei Mörtel hergestellt.
M1: Mörtel mit Quarzsand bis 1 mm als dichtem Zuschlag (in der nachstehen den Zusammensetzungstabelle mit [1] bezeichnet)
M2: gegenüber Mörtel M1 ist die Quarzsandfraktion 0,25 mm . . . 0,50 mm durch das gleiche Volumen an unbeschichtetem Blähglasgranulat und der gleichen Kornfraktion (wie oben charakterisiert) (in der nachstehenden Zu sammensetzungstabelle mit [2] bezeichnet) ausgetauscht
M3: analog M2, jedoch mit einem mit Mn-Zn-Fernt entsprechend Beispiel 1 gefülltem Blähglasgranulat (in der nachstehenden Zusammensetzungstabel le mit [3] bezeichnet)

Tabelle 4

Zusammensetzung des Mörtels bei volumengleichem Austausch (Angaben in g)

Die Dämpfungsmessungen erfolgten mit Hilfe eines Netzwerkanalysators HP 8510 A und einer Koaxialleitung 16/100. Es wurden 3 Mörtelproben gemes sen:
Die Meßwerte setzen sich ebenfalls aus den Anteilen der Absorption A und der Reflexion R zu der Schirmdämpfung S zusammen. Zum besseren Vergleich wer en diese Werte auf eine Länge normiert.

Die Darstellung des Kurvenverlaufs der Messung ist Fig. 2 zu entnehmen.

Claims

1. Elektromagnetisches Absorbergranulat, vorzugsweise für einen Frequenzbereich von 100 MHz bis 10 GHz, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem hochporö sen Glas- und/oder Keramikgranulat besteht, welches mit Ferrit und/oder einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt ist.

2. Absorbergranulat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material Metall und/oder Kohlenstoff ist

3. Absorbergranulat nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Ferrit ein Mn-Zn-, Ni-Zn-, ein Ba- und/oder Sr-Ferrit, ein Sc-, Co- oder Ti-substituierter Hexafernt mit Granatstruktur ist.

4. Absorbergranulat nach einem der bisherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kombination aus Kohlenstoff mit einem Ferrit, vorzugsweise einem Ni-Zn- oder Ba-Ferrit, wobei das Masseverhältnis Kohlenstoff zu Ferrit größer ist als 0,225.

5. Verfahren zur Herstellung eines Absorbergranulates nach einem der bisherigen Ansprüche 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus Glasmehl, einem Blähmittel, Fer rit- und/oder elektrisch leitfähigem Pulver unter Zusatz eines Bindemittels ein Rohgranulat erzeugt, getrocknet und in einem thermischen Prozeß verfestigt und gebläht wird.

6. Verfahren zur Herstellung von Abschirmeinrichtungen unter Verwendung des Absorbergranulates nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem organischen und/oder anorganischen Bindemittel als Putz auf Mauerwerk aufgetragen wird.

7. Verfahren zur Herstellung von Abschirmrichtungen unter Verwendung des Ab sorbergranulates nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem organischen und/oder anorganischen Bindemittel als Schicht auf vor zugsweise als Wände dienende Träger aufgebracht wird.

8. Verfahren zur Herstellung von Abschirmeinrichtungen unter Verwendung des Absorbergranulates nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als Füllstoff in einer Polymermatrix zu Formteilen verarbeitet wird.

9. Verfahren zur Herstellung von Abschirmeinrichtungen unter Verwendung des Absorbergranulates nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung zu Formteilen vorzugsweise für Absorbergehäuse durch Spritzen in eine Hohlform erfolgt.

10. Verfahren zur Herstellung von Abschirmeinrichtungen unter Verwendung des Absorbergranulates nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung vorzugsweise zu Absorberauskleidungen durch Extrudieren erfolgt.

11. Verfahren zur Herstellung von Abschirmeinrichtungen unter Verwendung des Absorbergranulates nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung vorzugsweise zu Absorberauskleidungen durch Walzen er folgt.

12. Verfahren zur Herstellung von Abschirmeinrichtungen unter Verwendung des Absorbergranulates nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung vorzugsweise zu Absorberauskleidungen durch Foliengießen erfolgt.