Elektrische und magnetische Felder abschirmen
Sabine Hartl
Kann mir jemand von euch helfen, welche (einfach zu besorgenden)
Materialien sich am besten eignen zur Abschirmung von:
1) elektrischen Feldern
- statisch
- niederfrequent
2) magnetischen Feldern
- statisch
- niederfrequent
3) Hochfrequenten Wechselfeldern (Eine Unterscheidung
elektrisch/magnetisch macht hier ja keinen Sinn mehr, richtig?)
Besonders schwierig scheint es zu sein, Magnetfelder effektiv
abzuschirmen, oder? MU-Metall ist selbst in sehr dünnen (wirksam?)
Blechen sehr teuer. Auf einer Webpage habe ich gelesen, dass statt
MU-Metall auch entsprechend dickes (keine Ahnung, _wie_ dickes)
Stahlblech Magnetfelder abschirmt. Stimmt das?
Hintergrund dieser Frage ist erst mal reine Neugier bzw. theoretisches
Interesse :-) Allerdings im Rahmen eines Projekts, eine aktive (d.h.
mit Verstärkertechnik) Lautsprecherbox außen möglichst feldfrei zu
bekommen. (_Nicht_ aufgrund Elektrosmog Hype übrigens ;-)]. Wie würdet
ihr da vorgehen? Dicke (wie dicke?) Stahlbleche sowohl für
elektrische, magnetische und elektromagnetische HF-Felder? Oder eher
eine (allerdings dann komplizierte) Schalenkonstruktion? Taugt
Alu-Folie für irgendwas?
Würden Abschirmsysteme für PCs etwas taugen, oder sind die für ganz
andere Felder als Lautsprecher ausgelegt?
Danke!
Mit freundlichen Grüßen,
Sabine
Robert Zehn
> Kann mir jemand von euch helfen, welche (einfach zu besorgenden)
> Materialien sich am besten eignen zur Abschirmung von:
>
> 1) elektrischen Feldern
> - statisch
> - niederfrequent
Ein leitendes Material. Im inneren eines faradayschen Käfigs ist man
von Feldern von außen abgeschirmt. Umgedreht dürfte es auch klappen.
Bei niederfrequenten Feldern hat der Leiter genug Zeit zum reagieren.
> 2) magnetischen Feldern
> - statisch
> - niederfrequent
Hmm. Vielleicht ein stark diamagetisches Material. Gibt es sowas?
Ich glaube nicht.
> 3) Hochfrequenten Wechselfeldern (Eine Unterscheidung
> elektrisch/magnetisch macht hier ja keinen Sinn mehr, richtig?)
Hm, ich glaube die sind kaum abzuschirmen, da das Material so schnell
nicht "reagieren" kann. Man darf das aber nicht mit
elektromagnetischen Wellen (ähnlich Licht, das ist aber noch
viel hochfrequenter) verwechseln, die lassen sich durchaus abschirmen.
> Besonders schwierig scheint es zu sein, Magnetfelder effektiv
> abzuschirmen, oder? MU-Metall ist selbst in sehr dünnen (wirksam?)
> Blechen sehr teuer. Auf einer Webpage habe ich gelesen, dass statt
> MU-Metall auch entsprechend dickes (keine Ahnung, _wie_ dickes)
> Stahlblech Magnetfelder abschirmt. Stimmt das?
Hm, kann ich mir kaum denken. Stahl ist doch ferromagnetisch und würde
das Magnetfeld noch verstärken, oder?
> Hintergrund dieser Frage ist erst mal reine Neugier bzw.
> theoretisches Interesse :-) Allerdings im Rahmen eines Projekts,
> eine aktive (d.h. mit Verstärkertechnik) Lautsprecherbox außen
> möglichst feldfrei zu bekommen. (_Nicht_ aufgrund Elektrosmog
> Hype übrigens ;-)]. Wie würdet ihr da vorgehen? Dicke (wie dicke?)
> Stahlbleche sowohl für elektrische, magnetische und
> elektromagnetische HF-Felder? Oder eher eine (allerdings dann
> komplizierte) Schalenkonstruktion? Taugt Alu-Folie für irgendwas?
Hm, beim Computer können ja simple Bleche offenbar gut abschirmen,
aber was genau wird da abgeschirmt? Ich vermute mal hauptsächlich
elektromagnetische Wellen und vielleicht auch elektische Felder.
Magnetfelder dürfte es eigentlich nicht abschirmen können, so wie
ich das sehe.
> Würden Abschirmsysteme für PCs etwas taugen, oder sind die für ganz
> andere Felder als Lautsprecher ausgelegt?
Keine Ahnung. Naiv würde ich mal vermuten, daß ein Lautsprecher
ähnliche elektromagnetische Effekte erzeugt (also hauptsächlich
elektromagnetische Wellen wegen des hochfrequenten Stroms), aber
ein Lautsprecher dürfte viel unproblematischer sein (20 KHz vs
GHz-Bereich).
Sollte hier nicht noch ein Experte vorbeikommen kannst Du ja mal
in de.sci.ing.misc oder de.sci.ing.elektrotechnik fragen.
Gruß
Robert
Burkhard Reuter
> Kann mir jemand von euch helfen, welche (einfach zu besorgenden)
> Materialien sich am besten eignen zur Abschirmung von:
>
> 1) elektrischen Feldern
> - statisch
Hier reicht Alufolie. An die Masseleitung des Signals oder den
Schutzleiter
anschließen. Aber statisches elektrisches Feld heisst Gleichsspannung
und da muss man eigentlich nix abschirmen (es sei denn, Du hast
dermaßen hohe Spannungen, dass ein Überschlag (Funken) droht und es
um Sicherheit geht.
> - niederfrequent
Du meinst wahrscheinlich Netzfrequenz 50 Hz (als am störendsten).
Siehe weiter unten, da immer (!) mit magnetischem Feld gekoppelt und
dieses wesentlich stärker stört.
> 2) magnetischen Feldern
> - statisch
Das ist schwierig. Ein Beispiel sind die Lautsprechermagnete. Sehr
schön zu sehen, wenn man die Boxen direkt neben den Fernseher stellt.
Da hilft nur: Abstand. Oder wie bei "niederfrequent" beschrieben.
> - niederfrequent
Also Netzfrequenz oder Audiobereich. Hier koppelt das Magnetfeld
hauptsächlich durch Induktion in Leiterschleifen oder Spulen störend
auf Signalleitungen ein (so genannte "Brummschleifen"). Wenn die
Verbindung zwischen den einzelnen Geräten kein Problem ist (also
keine Schleifen verlegen, sondern sternpunktförmig verschalten), dann
geht es sicher um die Abschirmung empfindlicher Verstärker. Da hilft
nur räumlich kleiner Aufbau. Wenn Abschirmung, dann ist da Mu-Blech
die beste Variante. Aber "normales" Stahlblech geht auch. Natürlich:
Je dicker, desto besser. Ich hab immer so ca. 0,5 - 1 mm genommen,
zeigt schon Wirkung. Vorsicht! Nicht eine "Störquelle" abschirmen
wollen (z. B. Netztrafo). Der induziert so starke Wirbelströme in ein
massives Stahlblech, dass die selbst schon wieder eine Störquelle
sind. Von Verlusten usw. ganz zu schweigen.
Es gibt bei verschiedenen Elektronik-Versendern
Stahlblech-Abschirmboxen mit aufklemmbaren Deckeln. Teilweise auch
für Leiterplattenmontage.
> 3) Hochfrequenten Wechselfeldern (Eine Unterscheidung
> elektrisch/magnetisch macht hier ja keinen Sinn mehr, richtig?)
Hochfrequent denk ich mal was im Rundfunk-/Fernseh-Bereich. Da nimmt
man der Einfachheit halber Kuper- oder Messingbleche. Hier wirkt sich
die elektrische Komponente durch kapazitive Einkopplung stärker aus.
Deshalb reicht irgendwas gut leitfähiges. Das muss dafür "hermetisch"
dicht sein, also keine Spalten oder Löcher haben. Bei Schaltungen mit
Spulen koppelt allerdings auch weiterhin die magnetische. "Gute"
Geräte schirmen ihre HF-Teile deshalb auch mit dünnen Stahlblechen
ab.
> eine (allerdings dann komplizierte) Schalenkonstruktion? Taugt
> Alu-Folie für irgendwas?
Zum Einwickeln von Speisen ;-). Aber für Deine Zwecke (Audio-Technik)
eher nichts.
> Würden Abschirmsysteme für PCs etwas taugen, oder sind die für ganz
> andere Felder als Lautsprecher ausgelegt?
Na ja, die kleinen PC-Boxen bestehen zum Teil aus Stahlblech, damit
die Felder der Lautsprecher den Monitor nicht so beeinflussen. Über
Audio-Qualität brauchen wir dabei aber nicht zu reden. Ansonsten ist
alles, was halbwegs "dicht" ist, gut zum Abschirmen von Verstärkern
geeignet. Aber nochmals: Vorsicht mit den großen Spulen (passive
Frequenzweichen) und Netztrafos. Die brauchen viel Abstand zu viel
Metall.
Grüße, Burkhard.
Mathias Wellner
habe gerade das Fach Elektromagnetische Verträglichkeit absolviert, mal
schauen, ob's was gebracht hat.
1. Elektrische Felder
Hierfür reicht eine sehr dünne, leitfähige Schicht aus. Im Prinzip
macht's auch eine Alu-Folie, ist nur die Frage wegen Ästhetik und
Haltbarkeit. Das Prinzip läuft so: Das elektrische Feld verursacht in der
Schicht Ladungen, welche durch die Leitfähigkeit verteilt werden und ein
Gegenfeld aufbauen.
2. Magnetische Felder
a) niederfrequent
Um dagegen anzugehen, muss man den magnetischen Fluss umlenken, was nur
mit hochpermeablen Materialien (wie eben Mu-Metall) geht.
Eine gute Formel zur Näherung ist:
a_s = 20*log(1+(my_r*t)/(2*R))
Sie gilt für eine Hohlkugel, im Ernstfall größere Kugel nehmen als
tatsächlicher Körper, da die Dämpfung dann schlechter wird.
a_s .. Daempfung in dB
my_r .. relative Permeabilitaet
t .. Dicke
R .. Radius der Kugel
Nun kannst Du selbst rechnen, wie gut eine dickere Schicht eines
schlechteren Materials wirkt.
b) hochfrequent
In diesem Fall nutzt man den Skin-Effekt aus, das heisst, der durch das
Magnetfeld entstehende Strom (siehe Maxwellsche Gleichung
rot H = S + dD/dt) erzeugt ein Gegenfeld. Das klappt um so besser, je
größer die Oberfläche ist. Auch die Permeabilität muss nicht so extrem
hoch sein.
Es gibt dafür eine Menge Formeln, die alle sehr kompliziert sind.
3. Elektromagnetische Kopplung
Hier setzt die Theorie von Shelkunoff an.
Am Ende erhält man für dünne Materialien:
a_s=140,6+20*log(k*kappa*t[mm]) in dB
k=1 für Fernfeld
kappa .. Leitfähigkeit (Cu, kappa=57*10^6 S/m)
t .. Materialstärke
Für dicke Materialien erhält man:
a_s=108,6+130,3*t[mm]*Wurzel(f[MHz]*my_r*kappa_r)+20*log(k*Wurzel(kappa_r
/(f[MHz]*my_r))
my_r .. relative Permeabilität
Es sind aber alles Faustformeln, die oft bessere Ergebnisse als in der
Praxis hervorbringen.
So, das wär's zur Theorie, von der Praxis habe ich als Student noch keine
Ahnung...
Ciao, Mathias
--
email: ma...@mwellner.de
home: www.mwellner.de
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Content-Encoding: 8bit
Dieter Michel
> Kann mir jemand von euch helfen, welche (einfach zu besorgenden)
> Materialien sich am besten eignen zur Abschirmung von:
>
> 1) elektrischen Feldern
> - statisch
> - niederfrequent
>
> 2) magnetischen Feldern
> - statisch
> - niederfrequent
>
> 3) Hochfrequenten Wechselfeldern (Eine Unterscheidung
> elektrisch/magnetisch macht hier ja keinen Sinn mehr, richtig?)
> Hintergrund dieser Frage ist erst mal reine Neugier
> bzw. theoretisches Interesse :-) Allerdings im Rahmen
> eines Projekts, eine aktive (d.h. mit Verstärkertechnik)
> Lautsprecherbox außen möglichst feldfrei zu bekommen.
ergänzend zu den bereits geposteten Vorschlägen:
- eine magnetische Abschirmung bei konventionellen
Lautsprechern kannst Du dadurch verbessern, daß
Du einen (rausoperierten) Ferrit-Lautsprecher-
magneten gegensinnig zu dem im Lautsprecher
eingebauten hinten auf die Polplatte klebst und
zusätzlich eine Weicheisen-Abschirmkappe über die
Magnetstruktur stülpst. Kann man evtl. auch fertig
kaufen, weil das in magn. abgeschirmten Lautsprechen
so gemacht wird, die in unmittelbarer Nähe zu Farb-
Videomonitoren betrieben werden sollen.
- Zur weiteren Abschirmung evtl. gleich die ganze
Box aus Weicheisen (ausreichend dick) herstellen,
auch Lautsprecher"gitter" aus Weicheisenplatte
mit vielen Bohrungen. Dann hast Du auch gleich
einen Faraday'schen Käfig.
- Ansonsten evtl. Akkubetrieb des Verstärkers,
um Wechselfelder aus dem Netzteil zu vemeiden.
> MU-Metall ist selbst in sehr dünnen (wirksam?)
> Blechen sehr teuer.
Nicht nur das, es ist auch schwer zu verarbeiten.
Wenn Du's biegst, mußt Du eigentlich die gebogene
Konstruktion wieder ausglühen bzw. anlassen.
Sehr umständlich.
Viele Grüße,
Dieter Michel
Sabine Hartl
ich erst so spät antworte (Computer ging nicht...).
"Burkhard Reuter" <B.Re...@Reuter-Elektronik.de> wrote in message news:<ahhjmr$59l$06$1...@news.t-online.com>...
> [Magnetfeld abschirmen]
> Wenn Abschirmung, dann ist da Mu-Blech
> die beste Variante. Aber "normales" Stahlblech geht auch. Natürlich:
> Je dicker, desto besser. Ich hab immer so ca. 0,5 - 1 mm genommen,
> zeigt schon Wirkung. Vorsicht! Nicht eine "Störquelle" abschirmen
> wollen (z. B. Netztrafo). Der induziert so starke Wirbelströme in ein
> massives Stahlblech, dass die selbst schon wieder eine Störquelle
> sind. Von Verlusten usw. ganz zu schweigen.
Hab ich das richtig verstanden: Wenn ich die Abschirmung zu dicht um
die Störquelle baue, wird die Abschirmung selbst magnetisch und nutzt
deshalb nichts mehr?? *dumm frag* Wie dicht kann man denn gehen bei
gewöhnlichen Netzteilen oder Lautsprechern?
> [Hochfrequente Wechselfelder abschirmen]
> Hochfrequent denk ich mal was im Rundfunk-/Fernseh-Bereich. Da nimmt
> man der Einfachheit halber Kuper- oder Messingbleche. Hier wirkt sich
> die elektrische Komponente durch kapazitive Einkopplung stärker aus.
> Deshalb reicht irgendwas gut leitfähiges. Das muss dafür "hermetisch"
> dicht sein, also keine Spalten oder Löcher haben. Bei Schaltungen mit
> Spulen koppelt allerdings auch weiterhin die magnetische. "Gute"
> Geräte schirmen ihre HF-Teile deshalb auch mit dünnen Stahlblechen
> ab.
Würde denn ein etwas dickeres Stahlblech (1 bis 3 mm) neben der
magnetischen Abschirmung auch die Funktion des von Dir angesprochenen
Kuper- bzw. Messingbleches übernehmen können? Sozusagen: Stahlblech =
eines für alles? <:-)
Du schreibst, für HF muss man "hermetisch" abschirmen. D.h. bei einem
Kasten von 100x50x30 cm auch keine 2 cm grossen Schlitze oder so??
Danke nochmals für die Hilfe!
Sabine
Sabine Hartl
> habe gerade das Fach Elektromagnetische Verträglichkeit absolviert, mal
> schauen, ob's was gebracht hat.
Ja, vielen Dank für Deine Formeln, werd gleich mal versuchen, ob ich
damit zurecht komme. Falls nicht: Hast Du die zusammengesammelt oder
stammen die aus einem einzigen Buch, was man vielleicht in einer
Uni-Bib bekommen kann? *neugierig*
Gruß,
Sabine
Sabine Hartl
danke für Deine Infos. Noch eine kurze Nachhak-Frage. :-) ...
Dieter Michel <dmi...@prosound.de> wrote in message news:<3D3DB76C...@prosound.de>...
> - Zur weiteren Abschirmung evtl. gleich die ganze
> Box aus Weicheisen (ausreichend dick) herstellen,
> auch Lautsprecher"gitter" aus Weicheisenplatte
> mit vielen Bohrungen. Dann hast Du auch gleich
> einen Faraday'schen Käfig.
Es reicht ein Weicheisen_gitter_, d.h. die Kanten des
Weicheisen-Kastens müssen sich nicht bündig berühren? Bei einer
ungefähren Kastengröße von 100x50x30cm: Wie gross dürfen denn die
Löcher in der Metallabschirmung sein? Würden die Feldlinien zum Teil
ausbrechen, wenn ich an den Kanten jeweils etwa 2 bis 3cm Abstand
lasse zwischen den Weicheisen-Blechen?
Würde die Effektivität der Abschirmung eigentlich auch stark leiden,
wenn ich auf einer Seite (z.B. auf der Vorderfront, wo die Membranen
zu sehen sind) auf ein Abschirmungsblech ganz verzichte und nur die
anderen Seiten mit Blechen auskleide?
Nochmals vielen Dank für Deine und die anderen Antworten,
Sabine
Sabine Hartl
Dieter Michel <dmi...@prosound.de> wrote in message news:<3D3DB76C...@prosound.de>...
> - Zur weiteren Abschirmung evtl. gleich die ganze
> Box aus Weicheisen (ausreichend dick) herstellen,
Was wäre denn "ausreichend" dick? *wieder mal dumm frag* Ursprünglich
wollte ich auf Spanplatten Weicheisenbleche befestigen (entweder
aussen oder innen, weiss noch nicht, was am besten zu konstruieren
geht, eventuell kombiniert mit einer doppelten Wand, die mit Sand
gefüllt werden kann zur Stabilisierung von Schwingungen). 1mm zu dünn?
2mm? 3mm? *keine Ahnung hab :)*
Bye,
Sabine
Holger Bruns
wrote:
>Du schreibst, für HF muss man "hermetisch" abschirmen. D.h. bei einem
>Kasten von 100x50x30 cm auch keine 2 cm grossen Schlitze oder so??
Irgendwie bist du bei den Physikern damit eh nicht ganz an der
richtigen Adresse. Wenn du etwas abschirmen willst, dann solltest du
sowohl die Störsignalquelle als auch die Senke abschirmen. Wie sehr,
hängt von den Erfordernissen ab. Siehe CE-Kennzeichen. HF muß also
keinesfalls hermetisch abgeschirmt werden. Deine Schlitze machen nicht
viel aus, da ein Weißblechgehäuse immer wie ein Faraday'scher Käfig
wirkt. Eine gute Art, Störungen klein zu halten, ist die Einhaltung
gewisser Aufbauregeln. Als Netztrafo kann man zur Vermeidung
magnetischer Streufelder einen Ringkerntrafo einsetzen. Ein- und
Ausgänge sollten aufeinander angepaßt sein, also Eingangsimpedanz
gleich Ausgangsimpedanz. Das kann man zum Beispiel mit Pi-Filtern
hinkriegen. So vermeidest du stehende Wellen, die mit ihren Spannungs-
und Strombäuchen für ganz schön viel Wirbel in deiner Schaltung sorgen
können. Leitungen sind wegen ihrer parasitären Induktivität kurz zu
halten. Spulen von Ein- und Ausgangskreisen sollte man immer um 90
Grad gedreht einbauen, damit es durch den Transformator-Effekt keine
unerwünschten magnetischen Rückkopplungen gibt. Bei HF-Aufbauten
empfiehlt es sich, wenigstens eine Platinenfläche auf GND zu legen und
ganz zu lassen. SMD-Bauteile sind wegen ihrer kleinen Abmessungen
besser für HF geeignet als bedrahtete Bauteile. Du kannst auch die
Geometrie der Weißblechgehäuse für die HF-Schaltungen als Filter
einsetzen; das sind die sogenannten Topfkreise. Frühe Fernsehtuner
waren meist so aufgebaut.
>Danke nochmals für die Hilfe!
Du könntest ja mal mit Suchmaschinen nach "design rules" gucken.
Holger
Burkhard Reuter
> Hab ich das richtig verstanden: Wenn ich die Abschirmung zu dicht
> um die Störquelle baue, wird die Abschirmung selbst magnetisch und
> nutzt
> deshalb nichts mehr?? *dumm frag* Wie dicht kann man denn gehen bei
> gewöhnlichen Netzteilen oder Lautsprechern?
Die Abschirmung wird nicht magnetisch, sondern die Wechselfelder (die
Du ja abschirmen willst) induzieren Wirbelströme innerhalb der
Abschirmbleche. Diese können ziemlich stark sein, je näher an der
Spule (Trafo), desto stärker. Die Wirbelströme bauen selbst wieder
Magnetfelder auf. Damit "strahlt" dann die Abschirmung selbst!
Erfahrungswert: min. einige cm Abstand von Trafos. Es gibt übrigens
auch Trafos mit eingewickelter Schirmfolie zwischen Primär- und
Sekundärwicklung. Das dämpft kapazitiv aus dem Netzt eingekoppelte
Störungen (Rauschen, "Knistern") schon ganz ordentlich.
> > [Hochfrequente Wechselfelder abschirmen]
> > Hochfrequent denk ich mal was im Rundfunk-/Fernseh-Bereich. Da
> > nimmt
> > man der Einfachheit halber Kuper- oder Messingbleche. Hier wirkt
> > sich
> > die elektrische Komponente durch kapazitive Einkopplung stärker
> > aus. Deshalb reicht irgendwas gut leitfähiges. Das muss dafür
> > "hermetisch"
> > dicht sein, also keine Spalten oder Löcher haben. Bei Schaltungen
> > mit
> > Spulen koppelt allerdings auch weiterhin die magnetische. "Gute"
> > Geräte schirmen ihre HF-Teile deshalb auch mit dünnen
> > Stahlblechen ab.
>
> Würde denn ein etwas dickeres Stahlblech (1 bis 3 mm) neben der
> magnetischen Abschirmung auch die Funktion des von Dir
> angesprochenen
> Kuper- bzw. Messingbleches übernehmen können? Sozusagen: Stahlblech
> = eines für alles? <:-)
Ja. Wobei im HF-Bereich die Stärke des Bleches eher untergeordnet
ist.
> Du schreibst, für HF muss man "hermetisch" abschirmen. D.h. bei
> einem
> Kasten von 100x50x30 cm auch keine 2 cm grossen Schlitze oder so??
Ein 2cm langer Schlitz wirkt bei Frequenzen im GHz-Bereich (Handy!)
wie eine prima Antenne. Auch darunter hat er eine gewisse
Koppelwirkung. Da gerade die im Audio-Bereich ärgerlichen Störungen
durch alles was schaltet (Knacken und Knistern) teilweise ein
Spektrum bis in den hohen MHz-Bereich aufweisen, können empfindliche
Empfänger gestört werden. Deine Audio-Schaltung ist aber kein "guter"
HF-Empfänger. Manche IC reagieren aber auf HF-Einstrahlung mit
Verzerrung des Audio-Signals. Wenn Du schon einen solchen Aufwand
treibst, dann lieber richtig. Bei den angegeben Maßen ist ein Kasten
mit dicht schließenden Deckeln eigentlich nicht das Problem. Aber
alle rein und raus gehenden Leitungen sollten dann über
Durchführungskondensatoren laufen. Wärmeentwicklung in der Kiste
beachten!
Weitere Fragen lieber persönlich oder in passender NG. Ist hier doch
etwas OT.
Grüße, Burkhard.