DE2851388A1

DE2851388A1 - Hochfrequenz-entstoerleitung oder kabel

Info

Publication number: DE2851388A1
Application number: DE19782851388
Authority: DE
Inventors: Ferdy Mayer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-11-29
Filing date: 1978-11-28
Publication date: 1979-05-31
Also published as: DE2851388C2; FR2410343A1; GB2012097A; ES475465A1; GB2012097B; FR2410343B1; IT1100420B; IT7830332A0; BE886846Q

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine störfeste elektrische Leitung bzw. ein störfestes Kabel, das geeignet ist, in einem bestimmten Frequenzbereich die Fortleitung von Störungen zu dämpfen und deren Abstrahlung zu verhindern.

Hochfrequente Störungen (Radio Frequency Interference RFI) bilden seit langem in der Elektronik ein Problem, z.B. :

- RFI beeinträchtigt den Radio- und Fernsehempfang und bedingt Schutzmaßnahmen gegen StörStrahlungen, die von verschiedenen Störquellen abgestrahlt werden, wie z.B. Hochspannungs- Zündstromkreise in Kraftfahrzeugen oder elektrische Kommutierungsvorgänge in Elektromotoren, bzw. durch jjhasen- gesteuerte Halbleiter-Geräte verursacht werden.

Stromversorgungsleitungen, die sich in einem starken elektromagnetischem Bereich befinden (FM Sender, Radarstationen usw.) oder die gegen Überspannungen bei Blitzschlag oder nukleare elektromagnetische Impulse (EMP) geschützt werden müssen, erfordern eine Unterdrückung hochfrequenter Störungen, damit ein normaler Betrieb der angeschlossenen Einrichtungen und Geräte möglich ist.

- Bei elektronischen Datenverarbeitungsanlagen, die in Industriebetrieben eingesetzt werden, und insbesonders bei Verbindungsleitungen solcher Anlagen ist ein Schutz gegen asymmetrische Störspannungen ("common-mode RFI")* erforderlich, der nicht einfach durch eine Kabelabschirmung erreicht werden kann, sondern auf Grund weitergehender Überlegungen geschaffen werden muß.

In seinen USP 3.191.132 und 3.309,633 hat der Antragsteller bereits das Grundprinzip einer derartigen RFI-Entstörung mittels eines unterteilten Aufbaus dargestellt durch "Absorptions"-Leitungen (in Bezug auf offen leitende Strukturen) und Kabel (in Bezug auf geschlossen leitende Strukturen) unter grundsätzlicher Verwendung magnetischer und dielektrischer Dämpfung im Fortpflanzungsmedium der bei der Leitung des Stromes in derartigen Leitungen und Kabeln entstehenden elektrischen und magnetischen Feldern

*ßleichtaktStörung

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-m "~> —

beschrieben. Das Prinzip der "Verteilung der Dämpfung" auf unterteilte Leitungen wurde bereits ausführlich in den IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Band EMC-10, Heft 2, Juni 1968, Seite 181 ff veröffentlicht.

Eine derartige Dämpfung zur RFI-Entstörung ergibt sich durch Absorption, d.h. Unterdrückung der RFI, längs der Leitung bzw. des Kabels und führt dadurch zu einer Verringerung der RFI-Abstrahlung der Leitungen.

Zu diesem Zweck wurden bereits viele andere Lösungen vorgeschlagen und beispielsweise aus den UPP T.672.979 (Fondilier), 2.750.053 (Peterson), 2.854.640 (Nordlin), 1.994.534 (Robinson), 2.283.925 (Harvey), 2.387.783 (Tawney), 2.228.798 (Wassermann), 2.999.275 (Blume), 3.518.606 (Barvier), 3.683.309 (Masanao Hirose), dem UKP 587.048 (Garrett), 893.007 (Charlesgant u.a.), dem kanadischen Patent 713.475 (Hodges), dem FP 1.261.287 (Neel u.a.), 1.047.856 (LTT) und 1.282.068 (Labinal) bekannt.

Die Leitung bzw. das Kabel gemäß den beiden erwähnten Patenten des Antragstellers besteht aus mindestens einem elektrischen Leiter, der mindestens teilweise von einem Isolationsmittel umgebenrctas aus einer innigen Mischung von Stoffen besteht, die auf Grund ihrer frequenzabhänigen Dämpfung der elektromagnetischen Wellen durch Absorptionsverluste gewählt werden; deshalb werden ausschließlich verlustbehaftete magnetische Medien als die beste praktische Lösung zur Erzielung einer hohen Absorption, d.h. einer guten Entstörwirkung bei industriell herstellbaren Strukturen in Betracht gezogen.

Die oben angeführten Patente des Antragstellers beschreiben die Anwendung von Ferriten und Carbonyleisen im allgemeinen. Spezifische verlustbehaftete magnetische Stoffe sind an sich bekannt, z.B. in IEEE Transactions on Magnetics, Band MAG-13, Heft 5, September 1977, Seite 135 ff (Dixon, Stakeion, Sundahl); Seite 1357 ff (Gieraltowski Globus); in der gleichen Zeitschrift, Band MAG-6 Heft 3, September 1970, Seite 614 ff (Globus, Guyot); Band MAG-6, Heft 4,

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Dezember 1970, Seite 804 ff (Smaller, Newman); Band MAG-11, Heft 5, September 1975, Seite 1446 ff (Broese van Groenou) . Diese Literaturstellen, beschreiben die Tiechselwirklingen in granulären Magnetstoffen, dem Einfluß der kritischen Größe der macmetisehen Domänen auf die Dämpfung und die Abhängigkeit der Dämpfung von der mechanischen Behandlung des Magnetikums.

Alle diese grundsätzlichen Erkenntnisse finden Eingang in diese Beschreibung und bilden einen Bestandteil derselben als Bezugsmaterial.

Nach diesen Literaturstellen ist es bekannt, zum Zwecke der Absorption eines elektromagnetischen Feldes pulverartiges Ferrit in der Form eines Pulvers mit einer Korngröße zu verwenden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mindestgröße der Körner mindestens einige Zehntel eines μπι beträgt und vorzugsweise in der Größenordnung von 50 bis 100 μια liegt. Die Teilchen behalten somit eine Domänenstruktur, sodaß Absorptionswirkungen bzw Dämpfungen erreicht werden, die praktisch denen gleichwertig sind, die durch kompakte Körper erzielt werden. Das absorbierende magnetische Material sollte dabei in einer möglichst dichten bzw. konzentrierten Form verwendet werden, aber dennoch die erforderliche Elastizität zur von ihm umgebenen Leitung bzw. Kabel aufweisen.

Beim Patent 3.309.633 des Antragstellers ist der Anteil an Gummi oder anderem elastischen Bindemittel niedriger als 30 Gewichtsprozent, und vorzugsweise auf Werte in der Größenordnung von 20% reduziert, angesetzt. Leitungen und Kabel, bei denen derartige Mischungen als Isolierung verwendet werden, weisen einen Aufbau gemäß Abbildung 1 und 2 der beigefügten Zeichnungen auf.

Die Leitung nach Abbildung 1a umfaßt einen Leiter 1, der in üblicher Weise durch einen einfachen klassischen quten Leiterdraht (Kupfer usw.) oder einem magnetischen Leiterdraht (bzw. aus mehreren Litzen aus Drähten kleineren Querschnitts), einem absorbierenden Mantel 2 aus dem oben angeführten Funkentstörungsmaterial und einer Außen-

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isolierung 3 aus Plastik, Polymer und/oder Textilgewebe gebildet wird.

In Abbildung 1b ist ein schraubenförmiger Leiter 1 derart wie in Abbildung 1a, jedoch auf einer absorbierenden Seele 2 gewickelt, gezeigt. Dabei kann zur vereinfachten Herstellung der Seele 2 durch Extrudieren eine Textillitze 4 verwendet werden. Eine zweite absorbierende Schicht 5 kann, braucht aber nicht, vorhanden sein und schließlich dient die äußere Isolierschicht 3 zum Schutz des Wickelleiters.

Abbildung 1c zeigt einen halbgeschlossenen Aufbau, bei dem ein symmetrisches Leiterpaar 1' und 1" - gegebenenfalls schraubenförmig gewickelt - von der Absorptionsschicht 2 umgeben und mit einer normalen Isolation 3 ummantelt ist.

Abbildung 2a zeigt ein koaxiales Entstörkabel, bei dem der Leiter 1 von einem Absorptionsmedium 2 umgeben ist. Gegebenenfalls kann eine dünne Isolierdeckschicht 3' vorgesehen sein, um dem Kabel eine entsprechende dielektrische Durchschlagsfestigkeit zu verleihen. Der Stromrückweg wird durch ein Metallgeflecht, ein Wickelband oder ein Rohr 6 dargestellt, durch das die Erdungselektrode gebildet wird. Beim Mantel 3 handelt es sich um eine isolierende (bzw. leitende) Schutzschicht. Selbstverständlich ist mit den gleichen Mitteln auch ein mehradriger koaxialer Aubau möglich.

Abbildung 2b zeigt ein typisches Entstörkabel für Gleichtakt (common-mode) Störungen, bei dem 1 ein guter Leiter, 7 ein gutes Dielektrikum und 6 die Erdungselektrode ist. Zusammen bilden diese Teile ein veriüstarmes koaxiales Kabel. Eine Außenschicht 2 aus absorbierendem Material absorbiert Hochfrequenzstörströme, die an der Außenseite fließen. Derartige Kabel, die außerdem die Transferimpedanz des Kabels verringern, wurden in der Veröffentlichung des Antragstellers in den IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility ' Mai 1976, Seite 59, ff beschrieben.

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Abbildung 2c zeigt als Beispiel eine absorbierende Leitung mit flachem Doppelleiter, bei der die gleichen Grundsätze angewandt werden.

Angesichts der ständigen Zunahme der Störquellen nach Zahl und Intensität und andererseits der steigenden Notwendigkeit, niedrigere Störwerte einzubehalten, geht die Entwicklung nach einer breiteren Anwendung des Prinzips der elektromagnetischen Kompatiblität und dementsprechend nach schärferen Vorschriften und Auflagen gegen hochfrequente Störungen aller Arten. Die Verwirklichung des Prinzips bdingt dabei eine bessere Entstörung (z.B. eine Verringerung von 1Od der Störabstrahlung bei Kraftfahrzeugen) bei einem breiteren Frequenzbereich der Entstörung (z.B. eine Erweiterung der oberen Grenze von 250 MHz auf 1000 MHz).

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, Leitungen und Kabel mit höherer Dämpfung und/oder geringerer Abstrahlung zu schaffen.

Ei ac weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Leitungen und Kabel mit einem weiteren Bereich der Entstörfrequenzen zu schaffen.

Der Antragsteller ging von dem Gedanken aus, daß eine Dämpfung höherer Frequenzen und/oder in einem größeren Frequenzbereich dadurch möglich sein könnte, daß das Material des umgebenden absorbierenden Mediums dahingehend optimiert wird, daß unter Berücksichtigung der Ausbreitungsgesetze in der Leitungs- bzw. Kabelstruktur die günstigsten Ergebnisse durch eine Abstimmung der Eigenschaften des magnetischen Materials, der Granulometrie der daraus hergestellten magnetischen Teilchen, der granulometrischen Verteilung und der Konzentration dieser Teilchen erreicht werden. Diese Parameter müssen im Einklang stehen mit der Zusammensetzung des durchgehenden elastischen isolierenden Bindematerials (bzw. der Matrix) im Hinblick auf die Festigkeit und die erwünschte Biegsamkeit der Leitung oder des Kabels.

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Das Fließschema in Abbildung 3 zeigt die Kompliziertheit der Aufgabe auf Grund der Wechselwirkung der auftretenden verschiedenen physikalischen, elektrischen und mechanischen Effekte und im Hinblick auf die letztlich geforderte Absorption der hochfrequenten Störungen und das geforderte mechanische Verhalten.

(A) stellt dabei die an der Leitung oder am Kabel gemessene absorbierende Wirkung (und Entstörwirkung für RFI Abstrahlung) in Abhängigkeit von der Frequenz (■'·■» ) dar. Sie ist das Ergebnis der durch den Aufbau der Leitung bzw. Kabel bedingten Wirkungen und der darauf Anwendung findenden klassischen Fortpflanzungstheorie gemäß (B) sowie des magnetischen Grundverhaltens des absorbierenden magnetischen Grundmaterials gemäß (C). Dieses magnetische Verhalten wird durch die komplexe Permeabilität μ beschrieben

μ* = μ' - jμ"

dabei bedeutet μ¹ die bekannte magnetische Permeabilität und μ^κ die Dämpfungspermeabilität; das Verhältnis μ"/μ' stellt den bekannten tgtS , den magnetische Dämpfung s tang ens dar. Das elektrische Verhalten des magnetischen Mediums, das in die Dämpfung c< (aj) über die aufbaubedingten und Fortpflanzungsfaktoren eingeht, wird in ähnlicher Weise durch die Dielektrizitätskonstante beschrieben

* = £.'- j ε " und tg 6 = 4-r

ca c"_

Es muß hierbei vermerkt werden, daß die Erfindung im wesentlichen die magnetische Absorption betrachtet, d.h. £* geht nur über die (B)Funktion ein; in anderen Worten, es gilt der besondere Fall.' bei dem f.* = £.' (d.h. tgJ = 0). Es muß außerdem vermerkt werden, daß diese aufbaubedingten und Fortpflanzungsfaktoren zum klassischen Fachwissen des Elektronikingenieurs gehören.

Diese magnetischen Materialien müssen als Granulat (D) optimaler Korngröße, Form und Ausrichtung, unter besonderer Beachtung der maximalen und minimalen Korngrößen und außerdem bei entsprechender Verteilung der Teilchengrößen vorliegen.

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Wie gezeigt, kann die Granulierung des Grundmaterials (d.h. die Herstellung der Körner in der richtigen Korn·? größe und Verteilung aus kompakten magnetischen Stoffen oder aus größeren Körnern) selbst einen Einfluß auf μ¹ und μ" haben. Diese Körner müssen in eine elastische Matrix (E) mit maximaler Konzentration (F) in Abstimmung mit (A), (C) und (D) eingeschlossen werden. Die Zusammensetzung der Matrix E ist wichtig, um damit insgesamt die maximale Konzentration (F) und die richtige Elastizität und mechanische Festigkeit (G) festzuliegen. Da als Matrix E kein magnetisches Medium in Frage kommt (da der Magnetismus an einen kristallinen Festkörper gebunden ist), trägt seine Dielektrizitätskonstante ^¹ und insbesonders seine dielektrische Dämpfung ε" zur magnetischen Dämpfungswirkung μ" von (C) bei. Außerdem steht die Absorption im Zusammenhang mit der Sättigung (H), die allen magnetischen Stoffen eigen ist und ist selbst eine Funktion von (C), (D) und (F).

In anderen Worten besteht wie anhand der verschiedenen Fließlinien in Abbildung 3 ersichtlich, ein vielfältiger Zusammenhang zwischen den gesuchten erwünschten elektrischen (absorbierenden) Eigenschaften und den zur Verfügung stehenden Stoffen sowie den erforderlichen mechanischen Eigenschaften der Leitung bzw. des Kabels.

Gegenstand der Erfindung ist es, magnetische Materialien mit einer vorgeschriebenen Absorption μ" und Permeabilität μ^? (C) herzustellen, die nach der Granulierung (D) die zur Erreichung der neuen Ziele (A) erforderlichen Eigenschaften aufweisen müssen.

Weiterhin ist es Gegenstand der Erfindung, diese magnetischen Materialien mit einem jeweiligen Aufbau und chemischer Zusammensetzung herzustellen, durch die die erwünschte Absorption bei niedrigsten Kosten erreicht wird. Zum Beispiel ist die Verwendung von. Schrottferrit ein typischer Schritt in dieser Richtung.

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Gegenstand der Erfindung ist es außerdem, diesem Material eine optimale granuläre Form (D) zu geben, damit eine Ein bettung in eine elastische Matrix (E) bei höchster Konzentration (F) und geeigneter mechanischer Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit und Biegsamkeit (G) ermöglicht wird.

Gegenstand der Erfindung ist es zudem, den granulären magnetischen Teilchen eine Korngröße, -form und -größenverteilung (D) zu erteilen, damit eine Mischung mit einem Volumenanteil von mindestens 60% erreicht wird.

Gegenstand der Erfindung ist es weiterhin, in Bezug auf die Schritte (D), (E), (F) und (G) 'Fertigungstechnologien zu beschreiben und im besonderen eine Leitung bzw. ein . Kabel zu schaffen, das mit konventionellen Maschinen leicht herstellbar ist.

Zum klareren Verständnis und leichteren Verwirklichung der Erfindung werden im nachstehenden Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es stellen dar:

- Abbildung 1a, 1b und 1c drei typische Ausführungen von RF I-Entstörleitungen, bei denen die vorliegende Erfindung vorteilhaft angewandt werden kann;

- Abbildung 2a, 2b und 2c drei typische Ausführungen von RFI Entstörkabeln, auf die die vorliegende Erfindung vorteilhaft angewandt werden kann;

- Abbildung 3 ein Fließschema, das schematisch die zwischen den verschiedenen Parametern und Bedingungen der erfindungsgemäßen Aufgabe bestehenden Zusammenhänge aufweist;

- Abbildung 4a und 4b Diagramme, aus denen die effektive Permeabilität μ¹ und des magnetische Dämpfungstange^s für Mischungen mit verschiedener maximaler Korngröße in Abhängigkeit der Frequenz ersichtlich ist;

- Abbildung 5a und 5b Diagramme, aus denen das Verhältnis der Dämpfung zur Frequenz 'Λ. /f in Abhängigkeit von maximaler Granulometrie und Frequenz bei zwei typischen Kraftfahrzeug-Zündentstörkabeln mit einem Aufbau ähnlich Abbildung 1b, ersichtlich ist/

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- Abbildung 6a und 6b Diagramme, aus denen die effektive Permeabilität μ¹ und der magnetische Dämpfungstangens für Mischungen mit verschiedenen Konzentrationen in Abhängigkeit von der Frequenz ersichtlich sind;

- Abbildung 7a und 7b Diagramme ähnlich Abbildung 5a und 5b in Abhängigkeit von der Konzentration des magnetischen Materials;

Abb. 3

- ein Diagramm, aus dem die Dämpfung ^r*. in Abhängigkeit der

Frequenz zweier koaxialer Kabel entsprechend dem Aufbau nach Abbildung 2a ersichtlich ist;

- Abbildung 9a, 9b und 9c Schemata der verschiedenen möglichen räumlichen Anordnungen idealer Kugelteilchen;

- Abbildung 10 ein Diagramm, aus dem die verschiedenen, durch Wahl verschiedener Kugelmühlendrehzahlen möglichen Korngroßenvertexlungen ersichtlich sind; und

- Abbildung 11 ein Diagramm, aus dem ersichtlich ist, wie die Elastizität einer Mischung entsprechend dem Anteil des Weichmachers in der Plastikgrundmasse optimiert wird.

Es ist bekannt, daß die Grenzen der Anwendung metallischer magnetischer Stoffe sowie von Manganzinkferriten bei hohen Frequenzen durch ihren geringen spezifischen Widerstand bedingt sind, durch den Wirbelströme eine Rolle spielen und die effektive Permeabilität bei hohen Frequenzen entsprechend verringert wird.

Dadurch daß in derartige Manganzinkferrite Komponenten ein gebracht werden, durch die um jedes Kristallit herum eine Isolierschicht gebildet wird., ist es möglich, diese Verluste teilweise zu unterbinden und die Einsatzgrenzen dieser Art von Ferrit mit hoher Permeabilität auf einige zehn MHz zu verschieben.

Im höheren Frequenzbereich sind Nickelzinkferrite am interessantesten. Im allgemeinen ergeben derartige Ferrite

5 *? einen hohen spezifischen Widerstand (10 bis 10 Ώ . m). Unter diesen Verhältnissen sind Verluste durch Wirbelströme bis zu sehr hohen Frequenzen, bei denen eine nützliche

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effektive Permeabilität verbleibt, vernachlässigbar.

Außer diesen Verlusten befasst sich die Erfindung in erster Linie mit Verlusten magnetischen Ursprungs, d.h. Verluste, die durch die Bewegungen der Domänenwände und Spindrehung bedingt sind, die beide zur Permeabilität des Materials beitragen und in jedem magnetischen Material überlagert sind. Jeder dieser Vorgänge ist mit Verlusten μ" behaftet, deren Maximum dann eintritt, wenn die Domänenwände und die Spins sich in "Resonanz" befinden.

Gemäß der Erfindung sind diese Bedingungen zur Erzielung von absorbierenden Wirkungen vorteilhaft. Zudem ist es zweckmäßig, diese Bedingungen in einem möglichst niedrigen Frequenzbereich zu schaffen, um in dem gewünschten Bereich, beispielsweise von mehreren MHz und darüber, eine Entstörung swirkung zu erhalten.

Die letztgenannte Resonanz wird auch als "natürliche magnetische Resonanz" bezeichnet. Tatsächlich ist die Kreisfrequenz co der Präzessionsbewegung des elementaren magnetischen Spinmoments um ein angelegtes Feld H abhängig von dem gyromagnetisehen Verhältnis y ,und zwar gemäß folgender Gleichung, in der μ-, die Permeabilität des Vakuums bezeichnet:

1) ω = ^μ_ο Η

Die kleinste Resonanzfrequenz beträgt dann (ohne externe Felder):

' j\ -f

"spin

2) f ,„ = _ir ^μο^Ηα

2 ir

Dabei bedeutet Ha das anisotrope Feld im Kristall. Da das gyromagnetische Verhältnis vTpraktisch konstant ist, muß die Anisotropie des Materials so reduziert werden, daß die natürliche ferrimagnetische Resonanz nach den niedrigeren Frequenzen verschoben wird.

Außerdem kann man bei Betrachtung der die entmagnetisierenden faktoren erhöhenden Einflüsse feststellen, daß die Verluste der Spinresonanz sich bis zu den folgenden Frequenzen ausbreiten

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_f = L^SL ■ (^{Ha +} 4JTMs)

spin max 2ir

Darüber verschwinden die Verluste: ein hoher Wert von M ist deshalb nützlich, um Dämpfung bis zu hohen Frequenzen zu erzielen.

Im übrigen besteht bei einem polykristallinen Stoff ein Zusammenhang zwischen der Drehpermeabilität (d.h. bei Berücksichtigung der Rotation der magnetischen Elementarmomente beim Ausrichten mit dem angelegten Feld) und dem Anisotropenfeld sowie der Sättigungsmagnetisierung, der ausgedrückt wird durch die Beziehung

^ά) ^μ rot ^] "31

Die Kombination der Gleichungen (2) und (3) führt zum Snoekschen Gesetz. Ein Maximum der Dämpfung lässt sich feststellen bei einer Spinfrequenz, die bestimmt wird durch

^{41 f} h ^μΜ

spi„ fc

Diese Gleichung verdeutlicht die Notwendigkeit einer Erhöhung der Sättigungsmagnetisierung M , um die Permeabilität μ¹ . für eine gegebene ferromagnetische Resonanzfrequenz zu maximieren. Dies kann einerseits erreicht werden durch die Wahl der Zusammensetzung und andererseits durch Erhöhung der Dichte des Materials,

Außerdem ist mit einer Erhöhung von μ¹ . eine Verringerung der Resonanzfrequenz, d.h. an die die Dämpfung gelegt wird, verbunden.

Bei der oben angeführten Wandresonanz handelt es sich um diejenige, die bei niedrigeren Frequenzen (Meterwellen) auftritt. Tatsächlich treten bei genügender Größe der Ferritmonokristalle darin Weiß'sehe Domänen auf, die dazu führen, daß die magnetostatische Energie des Systems auf ein Minimum reduziert wird. Wird ein äußeres Feld angelegt, so verschieben sich die diese Domänen begrenzenden Blochsehen Wände derart, daß das Wachstum derjenigen, bei denen die Magnetisierung in der gleichen Richtung des äußeren Feldes erfolgt, unterstützt wird. Dies führt zu einer Erhöhung der Gesamtpermeabilität (gross permeability) des

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Materials, wobei dieser zusätzliche Mechanismus zu dem der Drehpermeabilität hinzukommt.

Diese Wandresonanz (die durch ein alternatives Feld) verursacht wird, tritt auf bei einer Frequenz von

5) f = ,^f'-.</nw -j
^' ^£Wand —

darin beschreibt <J~ die Starrheit und m die Masse der Wand.

Die Starrheit ist mit der niedrigen Frequenz-Permeabilität μ¹ , verknüpft durch die Beziehung

6) Kcr₁₆₇r M₈ ²/t (μ'^_ηα -1)

dabei bedeutet I die Breite der Domäne (Abstand zwischen den Wänden). Die Kombinationsgleichungen von 5) und 6) ergeben die Wandresonanzfrequenz:

1 1 · ^fWand ■· ^'wand "^{1)2 =}^}le)2 R^₀M₃

Das Verhältnis e/i⁷ zeigt, daß hinsichtlich der ferrimagnetischen Resonanz durch geringere Anisotropie f„ , reduziert wird, während es bei gegebener Frequenz möglich ist, die Permeabilität durch Erhöhung von M zu erhöhen.

Die gleiche Entsprechung besteht, wenn die Dichte (bzw. umgekehrt betrachtet, die Porosität) des Ferrits geändert wird. Bei einer dichten Materialprobe (wie man sie bei längerer Frittung bei der gleichen Temperatur oder bei höherer Temperatur in der gleichen Zeit erhält), ist die Permeabilität höher; die Dispersion (Dämpfung) erstreckt sich nach weit tieferen Frequenzen als in einem porösen Ferrit.

Es ist als ob μ' , bei Ferriten niedriger Porosität höher wäre, weil die Magnetisierungsrotation leichter wird. Eine reduzierte Porosität ergibt eine weiter verminderte Innenform-Anisotropie Ha und daher ist μ' , höher und f niedriger. Ist die Dichte sehr hoch, so bestimmen die Wandbewegungen den möglichen Primärmagnetisierungsvorgang bei niedrigen Frequenzen. Daraus ergibt sich, daß dichte Ferritteilchen vorteilhafter sind,und zwar bei einer Teilchen-

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größe, bei der Wandresonanz auftreten kann. Der praktische Wert der Wanddicke e liegt im Bereich von einigen Hundertisteln eines μπι; der Wert der Domänenbreite liegt zwischen etwa 10 bis 100 μ (z.B. 20° bei einem Mn-Zn Ferrit; 50μ bei einem Ni-Zn Ferrit).

Wird ein solches Ferrit immer feiner zu einem Pulver vermählen (entweder um es in eine Mischung gemäß der Erfindung einzubringen oder als erste Fertigungsstufe vor dem entgültigen Glühen) . so wird es dazu kommen, daß jedes Teilchen nur einige Domänen oder auch nur eine Domäne umfasst. Es kommt dann nicht mehr zu einer systematischen Bildung von Blochwänden und der Magnetisierungsvorgang erfolgt nur noch durch Spinrotation'. Permeabilität und Dämpfung verringern sich beträchtlich.

Es ist somit nach dem Erfindungsgedanken wesentlich, bei der Zerkleinerung des Ferrits in Teilchen, um es in eine biegsame elastische Matrix einzubringen, eine ausreichende Mindestgröße der Teilchen (d.h. mindestens der oben genannten Teilchengröße entsprechend) zu erhalten, um eine maximale Permeabilität und Dämpfung zu gewährleisten. Durch das Mahlverfahren selbst wird μ ' unter diesen Bedingungen nicht reduziert, jedoch steigt dadurch die Dämpfung μ", die die gemäß dem Erfindungsgedanken angestrebte Eigenschaft darstellt.

Im übrigen ist selbstverständlich die maximale Teilchengröße begrenzt und zwar einerseits wegen der Mischungskohesion und andererseits wegen des Extrusions Verfahrens (um eine Blockierung des Extrusionskopfes zu vermeiden). In der Praxis weist die extrudierte Seele bzw. der, extrudierte Mantel einen Durchmesser von mindestens 0,5 mm auf, wodurch sich die maximale Teilchengröße zu etwa 0,150 bis 0,300 mm bestimmt.

Somit ist es offensichtlich, daß die Ferritgranulierung liegen muß zwischen

10 bis 100 μ für die kleineren Teilchen aus magnetischen Gründen und

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150 bis 300 μ für die größeren Teilchen aus mechanischen Gründen.

Diese Annahmen wurden in einer Reihe von Versuchen mit magnetischen Medien entsprechend den oben genannten erfindungsgemäßen Bedingungen nachgeprüft:

Anisotropiefeld H reduziert

el

Sättigungsmagnetisierung M mittel oder hoch

Hohe Dichte, niedrige Porosität
Mechanische Zerlegung der Kristallite

Diese Versuche führen zur Verwendung gemahlener konventioneller Mn-Zn und Mi-Zn. Ferrite, die den Vorteil haben, daß sie kommerziell zur Verfügung stehen und die als Schrott verwendet werden können. Auch neue Ferrite und andere magnetische Medien können erfindungsgemäß, wie im nachstehenden beschrieben, verwendet werden.

In Abbildungen 4a und 4b sind vergleichende Messungen der effektiven Permeabilität μ¹ _cf. und der Verlust tg<S für

^ eff ^J m

zwei gleiche Mischungen mit 8 5 Gewichtsprozent Mn-Zn Ferrit in PVC Plastik jedoch verschiedener Teilchengröße, nämlich 210 μ und 125 μ Siebweite aufgetragen. Der Anstieg von μ" (und μ') durch die größeren Teilchen wurde an Hand von Dämpfungsmessungen an Zündkabeln für Kraftfahrzeuge, bei denen diese Mischungen verwendet wurden, nachgewiesen. Die Dämpfungskonstante ^c/- (in db/Meter) wurde mit einer koaxialen Leitung, bestehend aus dem Entstörkabel nach Abbildung 1b mit einem Seelendurchmesser von 3 mm und einer Leiterwicklung von 30 Windungen/cm (Abbildung 5a) bzw. einem Seelendurchmesser von 3 mm und 50 Windungen/cm (Abbildung 5b) gemessen. (Der Klarheit halber stellen die Kurven <^y-/f , die Dämpfung p_ro Meter, geteilt durch die Frequenz dar).

Alle diese Messungen erfolgten mit einer festen Ferritkonzentration von 85 Gewichtsprozent gemäß dem nachstehend beschriebenem Verfahren. Bei dem verwendeten Ferrit handelt es sich um eine Mischung von Mn-Zn Ferriten "Ferroxcube 3" mit einer mittleren Dichte von 4,7 bei einer relativen Permeabilität μ¹ (für kompaktes Ferrit) zwischen 1000 und 2500.

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^2δ51388

Abbildung 4a zeigt eine Naederfrequenzpermeabilität von 5,5 für die kleine Granulometrie (125 μ) und 6 für die größere Granuloraetrie (210 μ), was deutlich den vorgenannten Einfluß der Korngröße aufzeigt. Die gemessenen Permeabilitäten sind, wie nachstehend erläutert, wesentlich geringer als diejenigen des kompakten Materials. Die magnetische Dämpfung tg<i ist größer als 0,1 bei 20 MHz und steigt bis auf 0,4 bei 100 MHz. Die grobe Granulometrie zeigt ebenfalls eine doppelt so hohe Dämpfung wie die feine Granulometrie und damit werden die beschriebenen physikalischen Wirkungen bestätigt.

Die spezifische Dämpfung ^rC/f der Leitung, bei der es sich um eine komplexe Funktion von μ' _ff und tg^ handelt, läßt

Gt H IXl

die gleichen Effekte erkennen; die Maxima der Dämpfung beim kleinen Kabel bei etwa 170 MHz und beim größeren Kabel etwa 80 MHz, sind dem dem schraubenförmigen Aufbau eigen und zeigen erfindungsgemäß die Möglichkeit einer selektiven Optimierung der Entstörung nach Frequenz.

Bei Verwendung von Ferriten mit einer relativen Permeabilität μ¹ im Bereich zwischen 1000 und 2500 wird die aktuelle Permeabilität der granulären Struktur mit vielen Lücken mit einer Permeabilität gleich μ (relative Permeabilität gleich 1) (Pliistik oder elastisches Polymermaterial) tatsächlich durch diese Lücken und die Entmagnetisierungswirkung reduziert. Die Lewinsche Formel gibt für Kugeln mit einem im Vergleich zur Wellenlänge in diesem Medium kleinen Teilchenradius eine effektive Permeabilität von

„ -F

μ'-μ_ο

an, wobei f = 4/3.T .a^J/s^J das Verhältnis des Teilchenvolumens in der Mischung zum Gesamtvolumen der Mischung (a = Radius einer magnetischen Kugel, s = Abstand zwischen Kugelmitten) darstellt.

Wendet man diese Formel auf die Mischung in obigem Beispiel mit 8 5 Gewichtsprozent eines Ferrit Mn-Zn mittlerer Dichte

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von 4,75 + 0,05 und einem PVC (elastische Matrix) von 1,35 + 0,1 an, so ergibt das Gewichtsverhältnis 35-15% ein Volumenverhältnis von

f =

85/4,75+0,05

il=!

58/4,75+0,05 + 15/1,35+0,1

3(0,609+0,019) =1₊

= 0,609+0,019 "5,69+0,37

Auf die gleiche Weise wurde die Auswertung für Konzentrationen von 50%, 80% und 90% für Mn-Zn-Ferrit gleicher mittlerer Dichte durchgeführt. Die Ergebnisse lauten wie folgt;

50 % f = 0,222 + 0,014 80 % f = 0,531 + 0,021 85 % f = 0,609 + 0,019 90 % f = 0,718 + 0,017

¹'⁵⁵ ± °'²⁴ 4,41 + 0,29 5,69 + 0,37 8',67 + 0,64

Bei anderen Ferriten wäre f und μ _f,./μ selbstverständlich verschieden. Daran verdeutlicht sich der Vorteil einer möglichst hohen Konzentration, da die Absorptionsleistungen im direkten Zusammenhang mit μ_β££ und der entsprechenden Dämpfung stehen.

Aus diesen wichtigen Ergebnissen lassen sich folgende Erkenntnisse ableiten.

- Wenn die Ferrite eine Permeabilität gleich oder größer als 100 besitzen, ändert sich die aktuelle Permeabilität um nicht mehr als 3%.

- Es ist somit möglich, andere magnetische Stoffe als die bisher verwendeten Ferrite zu verwenden oder zu entwickeln.

- Dieser Effekt verringert sich entsprechend dem Temperatureinfluß. Tatsächlich haben einige Mn-Zn Ferrite einen relativ niedrigen Curie-Punkt.

- Eine Gewichtsänderung der Ferritkonzentration von 80% bis 90% verdoppelt die effektive Permeabilität. Der Effekt ist der gleiche für die Dämpfung (in Abhängigkeit von μ die sich auf die gleiche Weise errechnet

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- Die oben genannten Messungen zeigen daß die interessierende Leitungsdämpfung°^, die direkt abhängig ist von μ -.ρ und den Verlusten, sich noch schneller mit der Konzentration ändert.

- Somit ist die Ferritkonzentration ebensowie die Granulometrie ein wesentlicher bei der Herstellung von Ent störleitungen und -kabeln zu berücksichtigender Faktor.

Abbildung 6a und 6b zeigen die bei vier verschiedenen Konzentrationen (Granulometrie zwischen 0 und 21θμ) gemessene Permeabilität μ' ff/ß_or ^was die angeführten Berechnungen bestätigt." Aus Abbildungen 7a und 7b ist die bei gleichem Aufbau wie in Abbildung 5a und 5b gemessene Dämpfung >^:^/f ersichtlich. Man sieht, daß besonders bei hohen Konzentrationen die gemessene Permeabilität etwas höher als die berechnete Permeabilität liegt. Man kann annehmen, daß dieser Effekt auf die nicht kugelige Form der Teilchen (entsprechend einem geringeren Entmagnetisierungsfeld) und/oder eine Ausrichtungswirkung der Teilchen zurückzuführen ist.

Durch die Ferritkonzentration der Mischung ändert sich die Mischungsdichte, da die Dichte des Ferrits viel höher als die der biegsamen elastischen Matrix ist.

Bei einigen kommerziell verfügbaren Ferriten sind folgende mittlere Dichten zu verzeichnen:

LCC

Siemens Phillips

Beispielsweise besitzt eine Mischung von 85% Durchschnittsferrit Mn-Zn mit einer Dichte von 4,68 in einer PVC-^Matrix mit einer Dichte von 1,35 eine Dichte von

(0,85 χ 4,63) + (0,15 χ 1,35) = 4,0

Bei zwei Proben wurden Werte von 3,66 und 3,48, d.h. schlechtere Werte, gemessen. Dies lässt sich auf folgende Weise erklären:

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Mn-Zn	Ni-Zn
4,68	4,27
4,75	4,42
4,80	4-, 39

- die Mischung enthält nicht 85 % Ferrit (nicht ausreichende Fertigungskontrollen);

-■■ das verwendete Ferrit ist porös, falsch geglüht (bei zu niedriger Temperatur oder Druck) oder auch schlecht ausgebildet; und/oder

- die Mischung enthält Luft oder Wasser oder andere leichtere Ferrite (z.B. Ni-Zn) oder leichteres Plastikmaterial.

Daraus ergibt sich die Forderung nach einer systematischen Messung der Mischungsdichte und einer globalen Kontrolle der extrudierten Leitung oder Kabels auf Mischungsqualität, da die Absorptionsqualität von der Qualität, d.h. Ferritdichte und letztlich der Mischungsdichte.¹ abhängt.

Bisher wurden konventionelle granuläre Ferrite Mn-Zn und Ni-Zn in Betracht gezogen, da sie die wesentlichen magnetischen Eigenschaften zur Absorption besitzen. Diese bedingen hohe Kosten, in erster Linie auf Grund der Metallionen Zn und Ni und ihre Verwendung kommt praktisch nur dadurch in Frage, daß auf Schrott zurückgegriffen wird.

Andere billigere Zusammensetzungen sind von Interesse, und zwar besonders diejenigen, die anstelle dieser Stoffe Eisen und/oder Mangan enthalten. Dazu gehören:

a) die Mn-Zn Ferrite mit hohem Mangangehalt (Mangan-Zinkferrit mit wenig oder überhaupt keinem Zink, wie z.B. die Zusammensetzungen Fe-O₃ - Mn_Q «Zn „ bis zu Fe₃O₃MnO)

die^

b) Ferrite mit Mn und Fe, diefden Manganferriten eigenen

Eigenschaften beinhalten, bei denen beide Kationen mit Mehrfachvalenzen auftreten können, Zusammensetzungen, die zwischen Magnetit (Fe₃O₄ = Fe₃O₃ - FeO) wobei Eisen zweiwertig ist und Mn₃O₄ = Mn₃O₃ - MnO wobei Mangan dreiwertig ist, liegen (quartäre Ferrite

c) Optimierte Kombinationen zwischen a) und b) mit geringem Kupferzuschlag zur Verbesserung des Sinterverfahrens.

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d) Solche Sonderferrite lassen sich mit einem vereinfachten Fertigungsverfahren unter Verwendung von einer (hochgetriebenen) Glühstufe in kontrollierter Atmosphäre herstellen. Ein Beispiel wird unten angeführt.

e) Eisenoxide mit verschiedenen kristallinen Phasenformen (^Fe₃O₃, /3 Fe₃O₃ , ^Fe₃O₃, kubisches Eisen-Sesquioxid) sowie Fe₃O- (Magnetit) und die entsprechenden Phasen von Manganoxid Μη«Ο^ jeweils für sich oder in der Form fester Ausscheidungen in Ferriten. Durch das gleichzeitige Vorhandensein dieser Oxide mit Spinellstruktur ist es möglich, direkt durch Oxidieren bei niedriger Temperatur feine ferrimagnetisehe Pulver der Art (cC, A , <f , Fe₃O₃)X . ( ^v- , j , /", Mn₃O₃Jy .(Fe₃O₃ XO)_1- _ zu· erhalten, wobei χ und y die Anteile der Phasen xßf der magnetischen Oxide und X das zweiwertige Magnetion bzw. die zweiwertigen Magnetionen der genannten Ferrite darstellen. Solche Strukturen ergeben hervorrragende Ergebnisse bei geringem Aufwand für die Herstellung der Pulver für absorbierende Mischungen (Sie insbesonders IEEE Transactions, Band MAG-13, Heft 5, September 1977, Seite 1472 KOICHI KUGIMIYA u.a. und MAG-13, Heft 3, Mai 1975, Seite 894 MOLLARD u.a.).

Viele dieser Erzeugnisse weisen eine für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Sättigungsmagnetisierung Ms, Anisotropiefeld H usw, mit der geforderten Permeabilität auf.

Die Anwesenheit von Eisen zweifacher sowie dreifacher Wertigkeit in solchen Ferriten verleiht ihnen eine erhöhte Leitfähigkeit: der spezifische Widerstand der angeführten Ferrite über 10*_Q .m bei Ni-Zn Ferrit verringert sich auf 111 .m bei

—4 Mn-Zn stoechiometrischen Ferriten und erreicht 10 'Si. _b ■

oben angeführten Magnetit. Dies ist immer noch weit entfernt

—8 von der Leitfähigkeit des reinen Eisens (10 Skm) , was die früheren Bemerkungen über Wirbelströme bestätigt.

Wenn reines Eisen (oder magnetische Metall-Legierungen) als verlustbehaftetes magnetisches Material verwendet wird, sollte es zur Reduzierung der Wirbelströme bei hohen Frequenzen sehr fein verteilt sein (Carbonyleisen, Sendust, usw )

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Bei niedrigen Frequenzen (z.G. 10 MHz) können solche Verluste bei Spezialprodukten, bei denen ein höherer Fertigungsaufwand zulässig ist, nützlich sein. Außerdem gelten in diesem Falle die gleichen theoretischen Überlegungen, d.h. das Verhalten als Einzeldomänen (als unterste Grenze der Teilchengröße) beruht in kleineren Dimensionen (0/5 bis 5μ bei Eisen) und die Granulometrie kann kleiner sein (das Maximum wird hierbei durch die Wirbelströme auf Grund der Leitfähigkeit bestimmt). In der Praxis liegt erfindungsgemäß die Granulierung zwischen 1 und 10μ. Diese Granulometrie wird durch das Herstellverfahren bestimmt/ bei dem Eisen bei hoher Temperatur mit Kohlenmonoxid zur Bildung von Eisenpentacarbonyl Fe(CO)₅ verbunden wird; die starke Erhitzung dieser Verbindung ergibt ein hochreines metallisches Eisen (99,5% Eisen) in der Form mikroskopischer Kugeln, Außerdem ermöglicht die Verteilung der Teilchengröße eine Optimierung der Konzentration wie dies nachstehend noch beschrieben wird.

Abbildung 8 zeigt den Vergleich der Dämpfungoc (in db/m) zweier koaxialer Kabel nach Abbildung 2a mit einem Außendurchmesser der absorbierenden Seele von 3,2 mm und einem Isoliermantel (Mylar oder Teflon) von 0,2 mm Dicke zwischen dem absorbierendem Mantel und Außenmantel.

Man kann deutlich die günstigeren Werte von Eisencarbonyl (Kurve I) bei niedrigen Frequenzen und umgekehrt die höhere Absorption des Ferritkabels (Kurve II) bei höheren Fre·.· ■ quenzen erkennen. Die Dämpfungf* des Kabels ist eine komplexe Funktion nicht nur von μ¹ und der magnetischen Verluste sondern auch der charakteristischen Kabelimpedanz ZC₇ die abhängig ist von der verteilten Kapazität dieses Kabels und damit von· der scheinbaren komplexen dielektrischen Konstante £* der absorbierenden Mischung.

Da diese dielektrische Konstante bei Mischungen mit Carbonyleisen (infolge der Leitfähigkeit) größer ist, erweist sich Eisencarbonyl bei Leitungen mit reduzierten ZC Leitungen (koaxiales Kabel) als günstiger bei niedrigen Frequenzen.

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Auch in diesem Falle lassen sich die Ergebnisse durch ge- · eignete Kombinationen (z.B. quartäre Ferrite oder Mn-Zn Ferrite mit Carbonyleisen) nach der Frequenz optimieren. Bei einer Struktur mit hohem Zc, beispielsweise dem Zündentstörkabel, ergeben Ferrite die höchste Dämpfung ⁰^ .

Es wurde bereits in früheren Patentanmeldungen ausgeführt, daß 80% als' praktisch erreichbare Grenze angesehen werden (siehe die angeführten Patente und Literatürsteilen) für die etwa das gleiche Volumen an kristallinem magnetischen Material und elastischer Matrix verwendet wird (f = 0,53). Da gemäß der Erfindung gezeigt wurde, daß höhere Konzentrationen vorzuziehen sind ( um eine höhere Absorption zu erreichen) erhebt sich die Frage, welche Konzentration über 80% erreichbar und fertigungsmäßig möglich ist. Wie lassen sich Mischungen mit 85% oder 90% magnetischem Material herstellen? Wo liegt praktisch die Grenze? Wie berücksichtigt man die vorstehend erläuterten granulometrxschen Bedingungen?

Betrachtet man die Teilchen als regelmäßig angeordnete Kugeln, so beträgt das Verhältnis f des Kugelvolumens zum Gesamtvolumen:

f = τ- = 0,524 (Abbildung 9a) bei einer einfachen kubischen Anordnung, wobei jedes Teilchen sechs Berührungspunkte mit daneben liegenden Teilchen aufweist," f = "fifr = 0,680 (Abbildung 9b) bei einer räumlich

8
zentrierten kubischen Anordnung, wobei jedes Teilchen acht Berührungspunkte mit daneben liegenden Teilchen aufweist. In diesen beiden Fällen werden die überlagerten Schichten als ähnlich angenommen und die Kreuze stellen die Berührungspunkte der Teilchen mit der darüber liegenden Schicht dar.

f = = 0,740 bei einer flächenzentrierten kubischen

Anordnung, wobei jedes Teilchen 12 Berührungspunkte mit daneben liegenden Teilchen aufweist (Abbildung 9c). Die letztere Anordnung ergibt die größtmögliche Dichte. Eine Zufallsanordnung ergäbe ein Verhältnis f =0,64 mit 6,5 Berührungspunkten. In der Praxis sind die Teilchen nicht kugelig und

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das Volumenverhältnis kann höher sein. Außerdem besitzen die Teilchen keine einheitliche Größe da das Vermählen bzw. das Fertigungsverfahren eine ganze Reihe von Korngrößen ergibt und man einen möglichst geringen Abfallanteil anstrebt. Die zu großen Teilchen können nach einer zweiten Verkleinerung verwendet werden, jedoch müssen die zu kleinen verworfen oder zumindest ihr Anteil auf ein Mindestmaß beschränkt werden.

Zur Optimierung der Konzentration und Granulometrie gemäß "der Erfindung ist es vorteilhaft, Teilchen zweiter Größenordnung zu verwenden, um die Leeräume zwischen den Teilchen in einer kubischen Anordnung (Abbildung 9a, b c) zu füllen, um so ein erstes Teilgitter zu bilden. Es ist außerdem möglich, ein zweites Teilgitter einzuführen, jedoch lohnt der erzielte Vorteil kaum in Anbetracht des Aufwandes.

An Hand einfacher Rechnungen lässt sich zeigen, daß bei einem gegebenen Volumen eingesetzt werden können

Kugelradius Volumenverhältnis Gesamtvoludes Teilgitters des Teilgitters inenverhältn

einfache kubisch Anordnung 0,42 a

räumlich zentrierte kubische Anordnung 0,50 a

flächenzentrierte kubische Anordnung 0,32a

die Zufallsumverteilung ergibt etwa: 0,4 a

bei Annahme einer gleichen Zahl Kugeln mit Durchmesser a, Durchmesser 0,42a, Durchmesser 0,50a und Durchmesser 0,32a.

Daraus leiten sich verschiedene wichtige Erkenntisse ab.

Die maximal mögliche Volumenkonzentration beträgt etwa 0,70 bei Zufallsverteilung, was bei Mn-Zn Ferrit einer Gewichtskonzentration von

0,70(4,75 ± 0-Ό5)

. 0,70(4,75 + 0,05) + 0,30(1,35 + 0,1) ^{= 89/5} - °'⁵ entspricht, und zwar bei einer Matrixdichte von 1,35 +0,1.

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0	,074	0	,598
0	,125	0	,805
0	,034	0	,774
0	,06	0	.170

- Durch eine optimale Verteilung der Kugelteilchen bei

einem Teilgitter (das durch mechanische und/oder magnetische Verdichtung erreicht werden kann), lässt sich ein Wert von f = 0,805 erzielen, was eine Gewichtskonzentration von 93,5 + 0,5% ergibt.

- Bei Abweichungen der Teilchen von der Kugelform, was im allgemeinen der Fall ist, ist es möglich, einiqe Prozente mehr zu erzielen, jedoch ist dann das durch die elastische Matrix gebildete Bindemittel schnell nicht mehr ausreichend um eine gute mechanische Festigkeit, insbesonders auf Biegung, zu gewährleisten. Bei den genannten Ferriten und PVC ist ein Wert von 94% als der praktisch erreichbare Höchstwert anzusehen.

- Tatsächlich umfaßt die PulVermischung bei nur einem Teilgitter Teilchen einer Größe gleich: a, 0,50a, 0,42a und 0,32a; wenn also a zwischen 150 und 300 μ liegt, umfaßt die Mischung immer kleinere Teilchen bis zu einer Korngröße von 45 bis 100 μ und alle noch kleineren Teilchen sind unbrauchbar und müssen durch Sieben ausgeschieden werden oder zumindest durch granulometrisehe Selektion in der Menge reduziert werden.

Eine optimale granulometrische Verteilung kann mit einem geeigneten Prozentsatz an Teilchen jeder Korngröße definiert werden. Um Ausschuß zu verringern und um überhaupt ein Aussieben auszuschalten, muß der Großteil der Teilchen nach einer oder zwei Mahlstufen zwischen 45 (bis 100)μ und 150 (bis 300)μ liegen.

Abbildung 10 zeigt, wie diese Verteilung durch Verstellung der Drehzahl einer Walzenmühle und Anpassung der Absaugung geändert werden kann. Die Kurve A für 100 mm xst offensichtlich die günstigste, um zu erreichen, daß der Großteil der Teilchen Korngrößen im Bereich von 80 bis 200 μ und außerdem noch ein Anteil in der Nähe der geforderten Verteilung im Bereich von 45 bis 8θμ liegt, wobei alle anfallenden kleineren Teile trotzdem noch ausgeschieden bzw. wieder aufbereitet werden müssen. Die Kurve B zeigt die bei 220 min erzielten sehr viel weniger günstigen Ergebnisse.

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Die Vermahlung kann in der trockenen oderⁿassen phase erfolgen. Es stehen neue Kugelmühlen zur Verfügung (PIMAT, Genf), mit denen es möglich ist, die Mahlenergie auf die tatsächlich erforderliche Granulometrie abzustimmen, d.h. mit optimalem Wirkungsgrad zu arbeiten und die granulometrische Verteilungrieiner Teilchen weitgehend zu verringern (strichpunktierte Kurve).

Es wurde bereits ausgeführt, daß bei nicht kugeligen Teilchen Gewichtskonzentrationen bis zu 94% erreicht werden können, besonders wenn die eine längliche Form aufweisenden Teilchen in einem Magnetfeld bei der Extrusion ausgerichtet werden. Eine solche magnetische Anisotropie ermöglicht · außerdem eine Erhöhung der effektiven Permeabilität und der Verluste (d.h. der Dämpfung) der Mischung, unabhängig vom höheren Konzentrationseffekt auf μ'/μ.

Es wurde ebenfalls bereits festgestellt, daß durch die beschriebenen hohen Konzentrationen über 80% die elastische Matrix weniger als das halbe und sogar nur ein Drittel des Volumens der gesamten Mischung einnimmt. Daher ist es wichtig, das elastische Material der Matrix, Plastik, Gummi oder ein anderes polymer so zu wählen, daß ein extrudierbares Material mit geeigneten mechanischen Festigkeits- und Biegeeigenschaften vorliegt.

Als Beispiel wird nachstehend die Herstellung einer Mischung mit 90 Gewichtsprozent Ferrit und PVC angegeben.

Als erster Schritt wird ein Gemisch in der wässrigen Phase von Oxiden, wie z.B, Fe^O-,, Mn^O*, Zn 0, Mg 0, Ni 0 usw. im gewünschten Verhältnis über 24 Stunden in einer Stahlmühle hergestellt. Darauf folgt ein Vorglühen des sich ergebenden Produktes in atmophärischer Luft, bei etwa 900⁰C beginnt die Ferritbildung. (Das Vorglühen erfolgt normalerweise, um das Schwinden des gepreßten Materials in der letzten Sinterstufe zu verringern). Danach folgt das Zerkleinern und Nachmahlen des so erhaltenen Produkts.

Bei der klassischen Ferritkernherstellung wird das Mahlgut getrocknet, gesiebt und in Formen der fast fertigen Form ge-

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preßt. Danach gibt ein zweites Glühen in einer Sauerstoffatmosphäre dem Ferritkern seine endgültige Form und magnetischen Eigenschaften. Solche Ferritkerne müssen ein zweites Mal mit einer Kugelmühle gemahlen werden, um die geforderte Granulometrie und granulometrische Verteilung zu erzielen.

Bei einer Spezialherstellung von verlustbehaftetem Ferritpulver wird das Vorglühen auf 1000° oder darüber in kontrollierter Atmosphäre hochgetrieben und ist somit endgültig. Der so erhaltene Ferrit wird gemahlen und wie oben beschrieben, selektiert. Der zweite Schritt besteht in der Verarbeitung der Mischung aus magnetischen Körnern und elastischer Verbindung.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführung wird die Mischung in einer Walzenmischmühle hergestellt und die erhaltene Masse extrudiert. Bei einer anderen Ausführung, die höhere Ferritkonzentrationen ermöglicht, wird eine Vormischung aus Ferritpulver und PVC-Pulver hergestellt, die bei Raumtemperatur in einem langsamen Mischer gemischt werden. Zuletzt wird Weichmacher hinzugefügt.

Das gemischte Pulver wird in einem Extrudertrichter (gegebenenfalls in einer Formpresse für Gußteile) aufgegeben. Einen Schutz gegen Feuchtigkeit erhält man dadurch, daß der Weichmacher zuletzt, wie oben beschrieben, zugegeben wird.

Typische zur Verwendung kommende PVC-Stoffe sind die Harze 271 GA, 367 NC usw., denen ein Weichmacher beigegeben wird. Aus Abbildung 11 ist die Bedeutung des Weichmacheranteils (Diäthylphtalat, DOP) in der Mischung ersichtlich; aufgetragen ist diö mechanische Festigkeit (Anzahl der Biegungen bis zum Bruch der Probe) in Abhängigkeit vom Weichmacheranteil (in g je 100 g PVC). Wie man sehen kann, liegt der erzielbare Höchstwert bei 100 bis 120 g Weichmacher auf 100 g PVC. Die genannte Mischung enthält weiter 3 g Stabilisator (Blei-tribasisches Phosphat) und 2 g Schmiermittel (Bleidibasisches Stearat). Die Gewichtskonzentration von 90% er-

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- „a

hält man mit 184 5 g Ferritpulver. Damit erhält man eine typische Mischung zum Extrudieren einer Seele oder eines Mantels für ein Zündkabel.

Eine weitere Zusammensetzung auf der Basis von Vinylacetat (Vinylacetatcopolymer Type 500 GA) anstelle von PVC mit einem hochgradigen Weichmacher (z.B. 200 g DOP auf 100 g Copolymer 550 GA, 3 g Stabilisator und 2 g Schmiermittel auf 2750 g Ferrit) ergibt eine sehr plastische und verformbare Mischung, die sich sehr zweckmäßig für Spritzgießen oder Einziehen eines Metalldrahts (Herstellung nach Abbildung 1b ohne Schicht 5) erweist.

Bei einer weiteren Zusammensetzung ergibt ein geringer Zusatz von Haftgrundstoff (adhesion primary) eine bessere Zugfestigkeit.

Bei einem weiteren Verfahren wird ein Plastisol eingebracht. Eine Mischung wird aus 1 zu 5 g PVC, 9 bis 5 g Weichmacher auf 90 g Ferrit hergestellt, der ein Lösungsmittel zugefügt wird (z.B. Waschbenzin, Wasser usw....); damit erhält man eine Paste. Das Lösungsmittel wird dann verdampft (und dann wiedergewonnen). Die Verdampfung erfolgt beispielsweise bei 60°C (unter teilweisem Vakuum), worauf das PVC bei 150°C geliert wird. Dieses zwar etwas aufwendige Verfahren ermöglicht höchste Ferritkonzentrationen.

Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung, die sich jeweils mit den anderen kombinieren lässt, ermöglicht es, eine unhomogene Konzentration zu erhalten dadurch, daß Ferritpulver auf einen PVC-Kern (der gegebenenfalls bereits Ferrit enthält) unmittelbar am Austritt der Extrusions-» düse aufgestreut wird, z.B. beim Durchlauf durch einen mit Ferritpulver gefüllten Kasten und mit einem kalten Werkzeug das Ferrit in den Kern eingedrückt wird.

Die gleiche Herstelltechnologie wird grundsätzlich angewandt, wenn der elastischen Matrix im Gegensatz zu den oben angeführten Beispielen des PVC Hochtemperaturmaterialien zu Grunde gelegt werden. Zur Erhöhung der Arbeitstemperaturen wird,anstelle der PVC-Verbindung_?PVC Klasse 105, EPDM,

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SPDM, NOrdel, Hypalon und schließlich Silikongummi bei Anwendung des entsprechenden know-hows wie es bereits zum Beispiel aus dem kanadischen Patent 713.475 für vul~ kanisierte Elastomerprodukte bekannt ist und der oben beschriebenen Herstelltechnologie verwendet.

Die gleichen Verfahren können bei ferromagnetxschen metallischen SToffen angewandt werden. Insbesonders kann so eine absorbierende Mischung für koaxiale Tiefpaß-Filterkabel bei Verwendung von Sendust, Eisencarbonyl usw.... hergestellt werden. Das Ferrit kann dabei insgesamt oder teilweise durch solche Stoffe ersetzt werden. Schließlich kann es von Vorteil sein, ein Oxidationsschutzmittel, wie z.B. Phenyl- f>-Naphtilamin) als Skin-Schutz des metallischen ferromagnetischen Materials beigefügt werden. Die Teilchen können auch durch eine Vorbehandlung mit Natriumsilikat, Kaliumsilikat, Silikon, Harz usw. galvanisch isoliert werden.

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Claims

ANSPRÜCHE

gekennzeichnet .) Eine Hochfrequenz-Entstörleitung oder Kabel/mit mindestens einem leitendem Draht, mindestens teilweise umgeben von einem extrudierbaren Mischungsmaterial, umfassend mindestens eine kontinuierliche Matrix eines elastischen Bindematerials, in dem Teilchen einer magnetischen Art eingebettet sind, die zur frequenzabhängigen elektromagnetischen Wellendämpfung auf Grund von magnetischen Absorptionsverlusten in einem bestimmten Frequenzbereich gewählt werden, wobei die Teilchen eine Größen- und Formverteilung aufweisen, die eine optimierte Volumenkonzentration ermöglicht, um eine Mischung mit einem Anteil an magnetischen Teilchen von mindestens etwa 60 Volumenprozent zu schaffen

,DADURCH GEKENNZEICHNET _fd

2. Eine Leitung bzw. Kabel nach Anspruch 1, bei der die

Teilehen magnetischer Art von einem ferrimagnetischen Medium, das eine niedrige Anisotropie, eine mittlere bis hohe Sättigungsmagnetisierunq, eine hohe Dichte und niedrige Porosität sowie ein mechanisches Verkleinerungs-verhalten aus dem Grundzustand aufweisen, gebildet, um eine maximale Dämpfung in dem gewünschten Frequenzbereich zu erzielen.

/ dadurch gekennzeichnet/

3. Eine Leitung bzw. Kabel nach Anspruch 2, bei der die

Teilchen magnetischer Art einen Größenbereich zwischen 10μ und 300μ mit möglichst wenigen Teilchen unter 10μ nach Selektierung durch mechanisches Sieben und/oder Optimierung der Kugelmühlenmahldrehzahl und Absaugung aufweisen.

dadurch gekennzeichnet,dal

4. Eine Leitung bzw. Kabel nach Anspruch 2, jfofffKjflQf die

Teilchen im Bereich zwischen 45μ und 300μ mit möglichst wenigen Teilchen unter 1Ομ nach Selektierung durch mechanisches Sieben und/oder Optimierung der Kugelmühlenmahldrehzahl und Absaugung liegen.

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GOPY 1 ORIGINAL INSPECTED

gekennzeichnet durch 5. Eine Leitung bzw. Kabel nach Anspruch 3 xtäjtxjeäjuerxxsxxue größe- und Formverteilung derart _r daß die kleineren Teilchen den Raum zwischen den größeren Teilchen ausfüllen bei beispielsweise gleicher Anzahl von Teilchen des 0,32, 0,42, O,50-fachen der Größe der größeren Teilchen und deren Verteilung.

dadurch gekennzeichnet,daß Eine Leitung bzw. Kabel nach Anspruch 5, JMe&xxbex das extrudierbare Mischungsmaterial einen magnetischen Teilchenanteil· von 60 bis 70 Volumenprozent aufweist.

dadurch gekennzeichnet,daß Eine Leitung bzw. Kabel nach Anspruch 1, &&|χ£3.££ die magnetischen Teilchen aus einem in folgenden Gruppen ferri- und ferromagnetischer Medien allgemeiner Spinellstruktur (Y₂O₃)(XO) gewählte Material bestehen

- bei denen die zweiwertigen metallischen Ionen X Mn

und Zn in einem Verhältnis von 0 ' Zn<0,2 und 1 >Mn^0,8 sind·

- bei denen die zweiwertigen metallischen Ionen X Mn und Fe in einem Verhältnis von 0<Mn<-1 und 1>Fe>0 sind;

- bei denen die dreiwertigen metallischen Ionen Y Mn und Fe in einem Verhältnis von 0<Mn<1 und 1>Fe>0 sind;

- bei denen die zweiwertigen und dreiwertigen Ionen X und Y Kombinationen der vorgenannten sind;

- bei denen die oben genannten Zusammensetzungen mitgefällte Phasen von [cX, [-:, )'-, Fe,O₃} und ffc f*. , ■>-, Mn^O₃J Magnetoxiden enthalten.

dadurch gekennzeichnet,daß Eine Leitung bzw. Kabel nach Anspruch 1, ifedxxtec die Teilchen magnetischer Art eine maximale Größe _f die durch mechanische und Herstellungsgesichtspunkte (wie Kohäsion, Bearbeitbarkeit usw...) und eine minimale Größe, die durch die kritische Magnetdomänengröße bestimmt ist, aufweisen.

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dadurch gekennzeichnet ,daß 9. Eine Leitung bzw. Kabel nach Anspruch 1, ineAxxber die Teilchengrößenverteilung so ontimiert ist, daß ein maximaler Ballungsfaktor bei minimalem Entmagnetisierungsfaktor durch rein mechanische Mittel und gegebenenfalls zusätzliche magnetische Ausrichtungsmittel erreicht wird.

10. Ein Verfahren zur Herstellung einer Leitung bzw. eines

Kabels mit absorbierenden Mischungen nach Anspruch !,gekennzeichnet durch ujft&äirxAnwendung folgender Vorgänge:

- Mischen der magnetischen Teilchen und des elastischen Matrixmaterials in einem langsamen Mischer, Granulierung der Masse, Einbringen der granulierten Masse

in klassische Extrusionsmaschinen; >.

- Vormischung von magnetischen Teilchen und dem Matrixmaterial in Pulverform und Einbringen in die Extrusionsmaschinen;

- Plasisolzumischung mit überzug aus einem mechanischen Stützmaterial und Verdampfung des Lösungsmittels;

- Aufstreuen des Grundtragmaterials und Einbringen der magnetischen Teilchen von der Oberfläche durch ein kaltes Werkzeug am Ausgang des Extrusionskopfes.

11. Ein Verfahren zur Herstellung einer Leitung bzw. eines

Kabels mit absorbierenden Mischungen nach Anspruch 10,dadurch gekennzeichnet ,daß . . _

xsea,xxbexn das elastische Matrixmaterial ein Plastik der Polyvinylchlorid- oder Vinylacetatart ist, und zwar mit einem optimalen Anteil von Weichmacher und Adherenzgrundmittel,um die mechanischen Eigenschaften zu erhöhen sowie ein' optimaler Anteil an Schmiermittel, um die Bearbeitbarkeit beim Extrusionsverfahren bei gegebener Teilchenkonzentration zu erhöhen.

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