DE3341468C2

DE3341468C2 -

Info

Publication number: DE3341468C2
Application number: DE3341468A
Authority: DE
Inventors: Ken Ishino; Yasuo Hashimoto; Yoshikazu Tokio/Tokyo Jp Narumiya
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1982-11-24
Filing date: 1983-11-17
Publication date: 1987-12-03
Also published as: DE3341468A1; GB2130786A; US4539433A; GB2130786B; GB8331428D0

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Abschirmung in Form eines textilen Flächengebildes, das von ineinandergewobenen faserförmigen, flexiblen Textilerzeugnissen gebildet wird.

Eine derartige elektromagnetische Abschirmung ist aus DE-OS 30 24 888 bekannt, bei der das textile Flächengebilde von Fasern gebildet wird, die mit einer dünnen Nickelschicht bedeckt sind. Ein derartiges textiles Flächengebilde weist zwar eine gewisse Flexibilität, nicht aber ein ausreichend hohes Absorptionsvermögen gegenüber elektromagnetischer Strahlung auf. Das bekannte textile Flächengebilde wird daher in Weich-PVC einkaschiert, das eine absorbierende Wirkung besitzt.

Aus der DE-OS 28 29 255 ist ein Abdichtstreifen zum Abdichten und Abschirmen von Fugen an elektrischen Geräten bekannt, der aus einem mehrlagigen Metallgeflecht gebildet ist. Nachteil dieses als Abschirmdichtung dienenden Abdichtstreifens ist es, daß die Dämpfung elektromagnetischer Strahlung nicht ausreichend ist.

In DE-OS 28 27 676 ist eine elektromagnetische Abschirmdichtung beschrieben, die aus einer Metallteilchen umschließenden Schale besteht. Diese Dichtung hat den Nachteil, daß sie nur eine geringe Flexibilität aufweist, so daß ihr Einsatz auf einige wenige Spezialgebiete beschränkt ist.

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, die elektromagnetische Abschirmung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß sowohl eine hohe Flexibilität als auch ein hohes Absorptionsvermögen bezüglich elektromagnetischer Strahlung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das faserförmige Textilerzeugnis einen im wesentlichen elektrisch leitenden Kern und eine Ferritverbundschicht aufweist, die um den Kern herum aufgebracht ist und die eine Mischung aus Ferritpulver und einem Bindemittel zum Verbinden des Ferritpulvers so aufweist, daß das Volumenverhältnis des Ferritpulvers zur Mischung im Bereich von 0,2 bis 0,8 liegt.

Damit wird ein elektromagnetisches Abschirmmaterial geschaffen, das biegsam genug ist, um jede gewünschte Form zu bilden und das hohes Absorptionsvermögen bezüglich elektromagnetischer Energie besitzt.

Demnach weist die elektromagnetische Abschirmung einen biegsamen leitfähigen Kern sowie einen um diesen herum aufgebrachten Ferritverbundwerkstoff auf, der aus einer Mischung von Ferritpulver und einem Bindemittel zum Verbinden des Ferritpulvers besteht. Damit ist das sich ergebende Abschirmmaterial biegsam und weist eine hohe Zugfestigkeit auf. Darüber hinaus kann es elektromagnetische Wellen gut absorbieren, da der Mittelleiter mit Ferritmaterial bedeckt ist. Anwendungsbereiche der Erfindung liegen beispielsweise bei einer elektromagnetischen Abschirmung für einen Abschirmraum für Versuche, einem Abschirmmaterial für eine Kabelkupplung für Hochfrequenzübertragung, einer elektromagnetischen Abschirmung für einen Mikrowellenofen oder einer Abschirmung für das Gehäuse eines Computers usw.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Abschirmverbundwerkstoffes;

Fig. 2 die Herstellung des Werkstoffes nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Abschirmwerkstoffs;

Fig. 4a und 4b eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abschirmwerkstoffes;

Fig. 5 ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Abschirmwerkstoffes nach Fig. 1 und

Fig. 6 Kurvenschaubilder, die die Beziehung zwischen dem Mischvolumenverhältnis des Ferritpulvers und der elektromagnetischen Energiedämpfung aufzeigen.

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Abschirmung weist allgemein eine Struktur mit einem Mittelleiter und einem auf diesem aufgebrachten Ferritwerkstoff auf. Wenn bei einer derartigen Struktur der Werkstoff in das elektromagnetische Feld gebracht wird, so fließt im Mittelleiter Strom, der dann zu ohmschen Verlusten führt und außerdem ein elektrisches Feld um den Leiter herum erzeugt. Dieses durch den Mittelleiter erzeugte elektrische Feld wird dann durch die magnetischen Verluste durch den Ferritwerkstoff gedämpft. Wenn, theoretisch gesprochen, die komplexe Permeabilität des Ferritwerkstoffs ausgedrückt wird durch die Gleichung:

dann kann der die Verluste darstellende tan ( δ _μ ) ausgedrückt werden mit:

tan ( δ _μ ) = μ′′/μ′

wobei μ′ der Realteil und m′′ der Imaginärteil der Permeabilität ist.

Damit weist die Struktur eines mit einem Ferritwerkstoff bedeckten Mittelleiters die Eigenschaft auf, elektromagnetische Energie zu absorbieren.

Fig. 1 zeigt die Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Abschirmung bzw. des Abschirmmaterials. Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein langgestreckter Mittelleiter aus einem Textilerzeugnis und mit dem Bezugszeichen 2 ein den Mittelleiter 1 bedeckender Ferritverbundwerkstoff gekennzeichnet. Der Ferritverbundwerkstoff besteht aus einer Mischung aus Ferritpulver und einer hochmolekularen Verbindung, wie etwa Kunststoff. Das Mischungsverhältnis des Ferritpulvers zur Mischung liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2 und 0,8. Wenn das Verhältnis größer als 0,8 ist, würde die Mischung ihre Biegsamkeit verlieren, und wenn das Verhältnis kleiner als 0,2 wäre, würde die elektromagnetische Energie nicht ausreichend absorbiert. Die Dicke d des Ferritwerkstoffs beträgt 1 bis 5 mm. Der Mittelleiter besteht aus einem Kohlenstofftextilerzeugnis oder einem mit Kupferionen dispergierten Acrylharz. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der Mittelleiter ein Mischgespinst aus einem leitenden Textilerzeugnis, wie etwa einem Kohlenstofftextilerzeugnis und einem dielektrischen Textilerzeugnis, wie etwa einem Acrylharz oder Glas sein. In diesem Fall besitzt der Mittelleiter eine große Zugfestigkeit.

Vorzugsweise ist der Durchmesser des Ferritverbundwerkstoffs 2 mehr als doppelt so groß als der Durchmesser des Mittelkerns 1, so daß eine ausreichende Dämpfung erhalten wird.

Fig. 2 zeigt das Herstellungsverfahren der elektromagnetischen Abschirmung nach Fig. 1. Dabei wird die Mischung mit dem Ferritpulver in den Trichter 3 eingebracht und die hochmolekulare Verbindung (in der dargestellten Ausführung Silikonkautschuk) befindet sich im Zylinder 5 des Extruders. Das leitende Textilerzeugnis 1 wird in Richtung P senkrecht zur Achse einer Schraube 5 a gezogen, die sich so dreht, daß die Mischung - in der Zeichnung nach links - extrudiert und dann das leitende Textilerzeugnis 1 mit der Mischung bedeckt wird. Das mit der Mischung bedeckte Textilerzeugnis tritt aus der Ziehdüse bzw. -trichter 4 aus, durch den die Form des Erzeugnisses bestimmt wird. Dabei werden die Abmessungen des Textilerzeugnisses 1 und der Druck der Mischung so eingestellt, daß das gewünschte Erzeugnis erhalten wird. Es ist hier anzumerken, daß das in Fig. 2 dargestellte Herstellungsverfahren gleich ist wie das Verfahren zur Herstellung elektrischer Drähte, bei denen ein Mittelleiter mit einem Isoliermaterial bedeckt wird.

Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Ferritverbundwerkstoff eine Mischung aus (Ni-Zn)-Ferritpulver, das einen durchschnittlichen Durchmesser von 2 µm aufweist und nach einer Sinterung in 1250°C gemahlen wird, sowie Silikonkautschuk auf. (Mn-Zn)-Ferritpulver ist ebenfalls verwendbar. Diese Ferritwerkstoffe (Ni- Zn-Ferrit und Mn-Zn-Ferrit) liefern eine hohe Permeabilität und hohen magnetischen Fluß. Der Mittelleiter liefert die ohmschen Verluste zur elektromagnetischen Welle. Wenn der Realteil der komplexen dielektrischen Konstante des Textilerzeugnisses ε′ = 6 und der Imaginärteil ε′′ = 24 ist, so beträgt der Verlust tan ( δ _ε ) = ( e′′/ε′) = 4. Damit liefert das leitende Textilerzeugnis große ohmsche Verluste. Damit liefert das Abschirmmaterial nach Fig. 1 sowohl magnetische Verluste als auch ohmsche Verluste zur Absorption der elektromagnetischen Energie.

Es ist hier festzustellen, daß die Struktur nach Fig. 1 biegsam und stark genug ist, da sie einen Mittelleiter aufweist, der mit einem Textilerzeugnis aus Ferritverbundmaterial bedeckt ist. Das in Fig. 1 dargestellte Textilverbunderzeugnis wird in ein Gewebe gewoben, das ebenfalls biegsam genug ist, um jede gewünschte Form zu bilden. Dieses Gebilde dient als elektromagnetische Absorptionswand. Der Ferritverbundabsorber weist ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich der Dämpfung elektromagnetischer Wellen auf, da die Struktur einen Leiter mit einer Ferritbedeckung aufweist. Die Dämpfungseigenschaften des Absorbers sind in der Tabelle 1 im Vergleich mit einem herkömmlichen Ferritabsorber (ohne Mittelleiter) dargestellt.

Tabelle 1

Der Prüfling (1) ist ein herkömmlicher Ferritverbundwerkstoff (ohne Mittelleiter) mit einem Durchmesser von 3 mm, der Prüfling (2) ist ein herkömmlicher Ferritverbundwerkstoff (ohne Mittelleiter) mit einem Durchmesser von 5 mm, der Prüfling (3) weist die Struktur nach Fig. 1 mit einem Mittelleiter (Durchmesser: 0,5 mm), der mit einem Ferritverbundwerkstoff mit einem Durchmesser von 3 mm bedeckt ist, und der Prüfling (4) weist die Struktur nach Fig. 1 mit einem Mittelleiter (Durchmesser: 1,0 mm) auf, der mit einem Ferritverbundwerkstoff mit einem Durchmesser von 5,0 mm bedeckt ist.

Es ist hier anzumerken, daß die Struktur des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Abschirmmaterials, das mit dem Textilerzeugnis nach Fig. 1 gewoben ist, biegsam genug ist, um sich jeder komplizierten Struktur anzupassen, und ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich der Absorption elektromagnetischer Energie aufweist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist mit dem Bezugszeichen 10 eine langgestreckte nichtleitende hochmolekulare Verbindung in der Form eines Textilerzeugnisses und mit 11 eine leitende Spule gekennzeichnet, die um das nichtleitende Textilerzeugnis 10 herumgewunden ist. Damit ist die Struktur aus nichtleitendem Textilerzeugnis 10 und leitender Spule 11 elektrisch ähnlich dem leitenden Kern 1 nach Fig. 1. Der aus dem Textilerzeugnis 10 und der Spule 11 bestehende Kern wird mit dem Ferritverbundwerkstoff 2 bedeckt, der aus einer Mischung aus Ferritpulver mit einer hochmolekularen Verbindung besteht. Das Mischungsverhältnis des Ferritwerkstoffs zur Mischung liegt im Bereich zwischen 0,2 und 0,8, wie es bei der Ausführungsform nach Fig. 1 der Fall ist. Das Textilerzeugnis 10 dient dazu, dem Abschirmmaterial Zugfestigkeit zu geben. Das Material der Spule ist ein Kohlenstofftextilerzeugnis oder Akrylharz mit Kupferionen(-harz) dispergiert.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 weist das Merkmal auf, daß der Ferritverbundwerkstoff 2 fest mit dem langgestreckten Kern 10, 11 verbunden ist und der ohmsche Verlust der Abschirmung zunimmt, da die Gesamtlänge des Leiters 11 größer ist als die des Leiters 1 in Fig. 1.

Fig. 4a und 4b zeigen eine weitere Ausführungsform der elektromagnetischen Abschirmung, bei der der leitende Draht 13 (Fig. 4b) zu einem Netz 12 gewoben ist, wie es in Fig. 4b dargestellt ist. Der Ferritverbundwerkstoff 2 ist auf beiden Seiten des Netzes 12 aufgebracht, wie es in Fig. 4a dargestellt ist. Der Struktur nach Fig. 4a ist ebenfalls biegsam und kann jede gewünschte Außenform bilden. Das Mischungsverhältnis des Ferritpulvers zur Mischung liegt im Bereich zwischen 0,2 und 0,8.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Abschirmmaterials nach Fig. 1. Dabei ist der Ferritverbundwerkstoff im flüssigen Zustand im Becken 34 enthalten. Das Textilerzeugnis 31 wird in die Ferritverbundflüssigkeit 33 eingetaucht. Dann wird das Textilerzeugnis 31 herausgezogen und durchläuft dann ein Loch 35 mit vorbestimmtem Durchmesser im Block bzw. Zieheisen 36. Danach wird das Textilverbunderzeugnis getrocknet. Der Vorgang nach Fig. 5 wird mehrfach wiederholt, so daß der Überzug die gewünschte Dicke erhält.

Fig. 6 zeigt die Versuchskurven zur Verdeutlichung der Beziehung zwischen dem Mischungsvolumenverhältnis des Ferritpulvers zur Ferritmischung und dem Verlust (tan ( δ _μ ) = μ′′/μ′). Die einzelnen Parameter haben dabei die folgenden Werte:
Kurve A: durchschnittlicher Durchmesser des Ferritpulvers 3 µm, Frequenz 2450 MHz.
Kurve B: durchschnittlicher Durchmesser des Ferritpulvers 2 µm, Frequenz 100 MHz.
Kurve C: durchschnittlicher Durchmesser des Ferritpulvers 2 µm, Frequenz 500 MHz.
Kurve D: durchschnittlicher Durchmesser des Ferritpulvers 2 µm, Frequenz 1000 MHz. Der Prüfling ist ein Ferrit aus der Gruppe Ni-Zn, das mit Silikonkautschuk gemischt ist. Wie aus den Kurven nach Fig. 6 zu ersehen ist, ist bei einem Mischungsverhältnis von weniger als 0,2 der Verlust nicht ausreichend. Daher wird das Mischungsverhältnis des Ferritpulvers zur Mischung mit mehr als 0,2 gewählt. Wenn andererseits das Verhältnis größer als 0,8 ist, so ist die Mischung zu hart, um die gewünschte Gestalt anzunehmen. Daher wird das Mischungsverhältnis im Bereich zwischen 0,2 und 0,8 gewählt.

Claims

1. Elektromagnetische Abschirmung in Form eines textilen Flächengebildes, das von ineinandergewobenen faserförmigen, flexiblen Textilerzeugnissen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das faserförmige Textilerzeugnis einen im wesentlichen elektrisch leitenden Kern (1) und eine Ferritverbundschicht (2) aufweist, die um den Kern (1) herum aufgebracht ist und die eine Mischung aus Ferritpulver und einem Bindemittel zum Verbinden des Ferritpulvers so aufweist, daß das Volumenverhältnis des Ferritpulvers zur Mischung im Bereich von 0,2 bis 0,8 liegt.

2. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) aus einem Kohlenstofftextilerzeugnis und/oder einem Acrylharz mit dispergierten Kupferionen gebildet ist.

3. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Textilerzeugnis (1, 2) langgestreckt ist und einen kreisförmigen Querschnitt hat.

4. Elektromagnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kerns (1) mit der Ferritschicht 3 bis 5 mm beträgt.

5. Elektromagnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kerns (1) mit der Ferritschicht mehr als doppelt so groß ist wie der Durchmesser des Kerns (1) selbst.

6. Elektromagnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferritpulver aus der Ni-Zn-Gruppe ist.

7. Elektromagnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) aus einem Mischgespinst aus leitenden und dielektrischen Textilerzeugnissen besteht.

8. Elektromagnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) ein nichtleitendes Innenteil (10) sowie eine um das Innenteil (10) gewickelte, leitende Spule (11) aufweist (Fig. 3).