DE19911304A1 - Anstrich oder Folie zur elektromagnetischen Abschirmung in einem breiten Frequenzbereich - Google Patents

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sehr breiten Frequenzbereich, vorzugsweise von 100 Mhz bis 20 Ghz, wirksam, d. h. in der Größenordnung von -10 dB, abzustimmen. DOLLAR A Diese Aufgabe wird durch eine Kombination aus Ferritpulver, einem elektrisch leitfähigen Pulver und einem Bindemittel gelöst. DOLLAR A Die Erfindung ist für alle elektromagnetischen Abschirmungen, insbesondere auch für kleinere elektrische und elektronische Geräte, anwendbar.

Description

Die Erfindung betrifft preiswerte Komposite in Gestalt eines Anstriches oder einer Folie, die und zur breitbandigen Abschirmung elektromagnetischer Wellen eingesetzt werden sollen.

Sehr gut bekannt sind störende Effekte, die z. B. von Handies, Computern und elek­ tronischem Spielzeug auf andere elektronische Systeme ausgeübt werden und ge­ gen deren Einfluß geschützt werden muß. Als Folge dessen ist die Benutzung z. B. von Handies in Flugzeugen, Kliniken und modernen Straßenbahnen verboten!

Das physikalische Prinzip der Abschirmung beruht auf der frequenzabhängigen Re­ flexion und Absorption elektromagnetischer Wellen.

Studien zum Problemkreis "Elektrosmog" werden schon seit etwa 20 Jahren betrie­ ben. Aufgrund der relativ sicheren Hinweise auf nichtthermische Wirkungen elek­ trischer, magnetischer und vor allem elektromagnetischer Felder und der damit ver­ bundenen Problematik einer Gesundheitsgefährdung, die aus den bisher gesicherten und den derzeit noch hypothetischen biologischen Wirkungen resultieren können, besteht in der Bevölkerung der Bedarf nach Schutzmöglichkeiten. In der Diskussion um gesundheitliche Wirkungen von HF-Strahlen, wie sie in der Nachrichtentechnik eingesetzt werden, wird über verschiedene Wirkungen berichtet: über Änderungen des Schlafverhaltens, der Gehirnströme oder der Hormonproduktion. Berichtet wurde auch, daß sich bei Experimenten an Zellen die Konzentration verschiedener Boten­ stoffe, wie z. B. Kalzium, geringfügig änderte.

Die z. Z. erheblich expandierende mobile Kommunikationstechnik nutzt bereits hohe und höchste Frequenzen bei 450 MHz (C-Netz; analoge Übertragung), 900 MHz (D- Netz; digitale Übertragung mit 217 Hz Pulsfrequenz) und 1,8 GHz (E-Netz; digitale Übertragung mit 217 Hz Pulsfrequenz) sowie auch neuerdings im C-Band von 4 GHz bis 6 GHz und im K-Band von 14 GHz bis 16 GHz. Es wird eingeschätzt, daß im Jahr 2000 etwa 30% bis 40% aller Telefon-Neuanschlüsse mobil sind - somit Funkan­ schlüsse werden. Darüber hinaus nimmt die Umweltbelastung durch breitbandigen Elektrosmog ständig zu, obwohl das Gesetz zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) strahlungsfreie Geräte fordert.

Typische Sendeleistungen der drahtlosen Kommunikation (Handies, schnurlose Te­ lefone, Portables und Autotelefone) liegen im Bereich von 0,5 W bis 20 W. Die Grenzwerte der spezifischen Leistung sind für Deutschland in der VDE-DIN 0848 "Sicherheit in elektromagnetischen Feldern; Schutz von Personen im Frequenzbe­ reich von 30 kHz bis 300 GHz" als Norm festgelegt. Die zulässigen Höchstwerte be­ tragen (Stand 1993) 0,2 mW/cm² bis zu einer Frequenz von 400 MHz; sie steigen dann linear bis auf 2 mW/cm² bei 2 GHz an und bleiben konstant bis zu einer Fre­ quenz von 300 GHz.

Bei den Mobilfunkfrequenzen beträgt die Eindringtiefe in den menschlichen Körper 1 cm bis 10 cm; bei Frequenzen über 10 GHz - wie sie bei Radargeräten und bei der Satellitenkommunikationstechnik vorkommen - sind es oft weniger als 1 mm. Die ge­ sundheitlichen Konsequenzen solcher Höchstfrequenzbelastung sind Gegenstand der Diskussion und werden z. Z. noch konträr eingeschätzt.

Die DIN-VDE-Vorschrift 0848 legte 1989 für eine Dauerexposition von 50-Hz-Feldern eine maximale elektrische Feldstärke von 20 kV/m und für die maximale magnetische Induktion 5 mT fest. Im Dezember 1992 sind diese Werte ergänzt worden. Zusätzlich wurden Vorsorgegrenzwerte festgelegt, die niedriger liegen. Für die Dauerexposition gelten hier beim elektrischen Feld 7 kV/m und für die magnetische Induktion 400 µT. Die internationale Strahlenschutzkommission (IRPA) hat in Zusammenarbeit mit der Weltgesundheitsorganisation (WHO) Empfehlungen mit den derzeit niedrigsten offi­ ziellen Werten herausgegeben. Sie nennen für die 50-Hz-Dauerexposition beim elektrischen Feld 5 kV/m und bei der magnetischen Induktion 100 µT. Die kritische elektrische Feldstärke bei 50 Hz wird z. Z. in der physikalisch-medizini­ schen Literatur mehr oder weniger unbegründet mit 60 V/m und die Flußdichte mit 0,2 µT angegeben. Irreversible Langzeitschädigungen durch magnetische Belastun­ gen unterhalb dieses Wertebereiches können jedoch auch hierbei nicht ausge­ schlossen werden, sind aber auch noch nicht nachgewiesen worden. 0,2 µT treten mithin bei Hochspannungsleitungen noch in Abständen von bis zu 150 m von der Trassenmitte auf. Empfindliche Herzschrittmacher können bereits durch 12 µT ge­ stört werden.

HF-Abschirmprodukte sind bereits in Form elektrisch leitfähiger HF-Dichtungen, Kle­ bern oder Lacken von der NEUHAUS ELEKTRONIK GmbH Berlin im Angebot, wozu aber keine Angaben zur (frequenzabhängigen) elektromagnetischen Dämpfung be­ kannt sind.

Die Firma BIOLOGA Überlingen-Goldbach bietet NF-/HF Abschirmmaterialien wie Abschirmfarbe, Abschirmflies, Abschirmgewebe und Abschirmnetze an. Die elek­ trisch leitfähigen Abschirmfarben auf Graphit- und Acrylbasis sowie auf Naturharz­ basis dienen der Abschirmung niederfrequenter elektrischer Wechselfelder und der Ableitung statischer Ladungen. Für Abschirmzwecke im niederfrequenten Bereich (0 Hz bis 30 kHz), der im wesentlichen durch die Netzfrequenz (50 Hz Europa, 60 Hz USA, 16 2/3 Hz mit 15-kV-Oberleitungen - Deutsche Bahn AG, 400 Hz Flugzeuge) und deren Oberwellen gekennzeichnet ist, verwendet man relativ hochohmige mit Ni-, Cu- oder Ag-Pulver gefüllte Lacke. Der Oberflächenwiderstand beträgt je nach Schichtdicke 1 kΩ/cm bis 6 kΩ/cm.

Das BIOLOGA-Hochfrequenz Abschirmnetz ist ein feinsilberbeschichtetes, engma­ schiges Spezialgewirke mit sehr guten Reflexionseigenschaften. Im MHz- bis GHz- Frequenzbereich eignet sich die Reflexion hochfrequenter elektromagnetischer Wel­ len zur Abschirmung. Das Netz kann bei geeigneter Erdung auch zur Abschirmung niederfrequenter elektrischer Wechselfelder eingesetzt werden. Es sollte jedoch be­ achtet werden, daß Silber nicht zu den preiswerten Ausgangsmaterialien gehört.

EMt-tec Berlin bietet Leitlacke mit gemessenem Dämpfungsverhalten an. Während sich die reinen Silberfarben mit ihren optimalen Eigenschaften in der Mikrowellen­ technik, der Luft- und Raumfahrt bewährt haben sollen, wurde Nickelfarbe zur preis­ werten Abschirmung entwickelt. Mit Graphit gefüllte Lacke dienen der Ableitung stati­ scher Aufladungen.

In der Offenlegungsschrift DE 195 16 448 A1 werden flexible Kunststoffolien be­ schrieben, die einen weichmagnetischen Werkstoff zur Abschirmung oder als Kern einer Flachspule verwenden. Nach Angaben des Herstellers eignet sich dieser Werkstoff erst bei Frequenzen ≧ 500 MHz zur Abschirmung. Eigene Messungen im Frequenzband von 1 GHz bis 18 GHz bestätigen diese Aussage.

Um jedoch in diesem Frequenzbereich und vor allem darunter wirksam abschirmen zu können, was dieser Erfindung als Aufgabe zugrunde liegt, wird erfindungsgemäß eine zusätzliche Komponente zum magnetischen Werkstoff benötigt, welche zu einer integralen Leitfähigkeit führt.

Die Komposite bestehen aus wenigstens einer magnetischen und einer leitfähigen Komponente. Auf Basis herkömmlicher Dispersionsfarben sowie flexibler Folien wer­ den somit Möglichkeiten geschaffen, Menschen z. B. in Wohn- und Arbeitsräumen bzw. in öffentlichen Gebäuden oder auch in Krankenhäusern wirksam vor "Elektro­ smog" zu schützen.

Die Wirksamkeit der Erfindung wird in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen an Hand gemessener Kurven der Frequenzabhängigkeit der Dämpfung dem Stand der Technik gegenübergestellt und nachgewiesen.

Die beigefügten Abbildungen sprechen als Ausführungsbeispiele weitgehend für sich selbst und zeigen im einzelnen:

Fig. 1 zeigt Dämpfungskurven mit dem gleichen Volumenanteil an Ferritpulver gefüll­ ter Abschirmfolien nach dem Stand der Technik und zwar die oberste, gepunktete Kurve für eine nur 0,2 µm dicke Folien, die nächste durchgehend gezeichnete Kurve für eine ebensolche Folie von etwa 0,4 µm und schließlich die unterste, gestrichelte Kurve für eine solche von etwa 0,5 µm Dicke, welche selbstklebend ausgeführt ist.

Fig. 2 zeigt die Dämpfungskurve einer erfindungsgemäßen Abschirmfolie im Dicken­ bereich von 0,2 µm bis 0,7 µm. Sie ist zu 35 Masse-% aus einem folienbildenden Polymer zu 65 Masse-% aus einem Pigment zusammengesetzt, welches seinerseits aus 10 Masseteilen Mn-Zn-Ferrit-Pulver und 1 Masseteil eines elektrisch leitfähigen Rußes besteht. Die Zusammensetzung analog zur Anspruchsformulierung ausge­ drückt ist demnach:

• - 59,1 Masse-% Ferritpulver
• - 5,9 Masse-% elektrisch leitfähiges Pulver (Ruß)
• - 35,0 Masse-% Bindemittel.

Fig. 3 zeigt die Dämpfungskurven erfindungsgemäßer Abschirmanstriche im Dicken­ bereich von 0,2 µm bis 0,4 µm. Die Zusammensetzung analog zur Anspruchsformu­ lierung ausgedrückt ist:

• - 10 Masse-% Ferritpulver
• - 60 Masse-% elektrisch leitfähiges Pulver in Form von Nickelpulver
• - 30 Masse-% Lack,

wobei die obere, gestrichelte Kurve für einen Mn-Zn-Ferrit und die untere, durchge­ hend gezeichnete Kurve für einen Sr-Ferrit gilt.

Fig. 4 zeigt eine Dämpfungskurve eines erfindungsgemäßen Abschirmanstriche im Dickenbereich von 0,2 µm bis 0,4 µm. Die Zusammensetzung analog zur Anspruchs­ formulierung ausgedrückt ist:

• - 48,5 Masse-% Ferritpulver (Mn-Zn-Ferrit)
• - 3 Masse-% elektrisch leitfähiges Pulver in Form von Ruß
• - 48,5 Masse-% Lack.

Claims (11)

1. Anstrich oder Folie zur elektromagnetischen Abschirmung in einem breiten Frequenzbereich, vorzugsweise von 100 MHz bis 20 Ghz, gekennzeichnet durch die Kombination von

• - Ferritpulver
• - elektrisch leitfähigem Pulver und
• - einem Bindemittel, das im Falle des Anstrichs streichfähig sein muß.

2. Anstrich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus

• - 10 Masse-% bis 60 Masse-% Ferritpulver
• - 2 Masse-% bis 60 Masse-% elektrisch leitfähigem Pulver und
• - 30 Masse-% bis 50 Masse-% Bindemittel besteht.

3. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus

• - 10 Masse-% bis 80 Masse-% Ferritpulver
• - 5 Masse-% bis 70 Masse-% elektrisch leitfähigem Pulver und
• - 10 Masse-% bis 20 Masse-% Bindemittel besteht.

4. Anstrich oder Folie nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ferritpulver aus einem Mn-Zn-Ferrit und/oder einem Hexaferrit, vorzugsweise einem Sr-Ferrit, jeweils mit einer mittleren Teilchengröße < 45 µm besteht.

5. Anstrich oder Folie nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elektrisch leitfähige Pulver Nickelpulver mit einer mittleren Teil­ chengröße < 100 µm ist.

6. Anstrich oder Folie nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Pulver Ruß mit einer mittleren Teilchengröße 20 nm bis 200 nm ist.

7. Anstrich oder Folie nach Anspruch 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Ruß maximal 10 Masse-% beträgt.

8. Anstrich nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Wandfarbe, vorzugsweise Dispersionsgrundierung, ist.

9. Folie nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus organischen Polymeren, vorzugsweise einem PE-PVAC-Copolymerisat, besteht.

10. Anstrich oder Folie nach einem der bisherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Dämpfung < 30 dB/mm.

11. Verfahren zum Aufbringen eines Anstriches nach einem der bisherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen durch Streichen oder Aufziehen mittels Spachtel erfolgt.