Geblechte Abschirmungen und Blechpakete

Aus Sekels Magnetic Shielding
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Die „Blechung“ als wirksame Maßnahme zur Reduzierung der Wirbelstromverluste findet in vielen Bereichen der Elektrotechnik Anwendung, z. B. als Rotor- und Stator-Pakete in Elektromotoren, oder als geblechte Transformatorkerne. Aber auch bei Abschirmungen gegen höherfrequente Felder ist die Blechung eine Option.

Abschirmungen für Magnetfelder höherer Frequenzen

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Magnetische Felder mit Frequenzen im kHz- und MHz-Bereich können durch massive metallische Materialien kaum noch sinnvoll geschirmt werden. Die Gründe dafür sind die durch die Feldverdrängung (siehe auch Abbildung) auftretende Verringerung des effektiv nutzbaren Materialquerschnittes, der Permeabilitätsabfall und die auftretenden Verluste durch Ummagnetisierung (Hysterese) und Wirbelströme. Die entstehende Verlustleistung ist näherungsweise proportional zur Frequenz (Hystereseverluste) bzw. zum Quadrat der Frequenz (Wirbelstromverluste):

Dies macht deutlich, dass die thermische Belastung der Abschirmung mit der Frequenz stark ansteigt.

Verlustmechanismen in Blechpaketen

Die Hystereseverluste können durch Materialien mit niedriger Koerzitivfeldstärke (z. B. Nickel-Eisen-Werkstoffe wie MUMETALL®) verringert werden. Gegen die Wirbelstromverluste helfen Legierungen mit hohem spezifischem Widerstand (wie z. B. Silizium-Eisen, Kobalt-Eisen, bei sehr hohen Frequenzen Ferrite und mit Abstrichen Pulverwerkstoffe) oder die Ausführung mit dünnen Blechen. Typische Blechstärken liegen im Bereich zwischen 0,05 und 1,0 mm. Natürlich ist die geeignete Wahl der Blechrichtung von großer Bedeutung. Die Wirbelströme breiten sich in einer Ebene aus; diese Ebene muss unterbrochen werden.

Blechpakete als Abschirmungen

Für die konkrete Ausführung von geblechten Abschirmungen sind auch praktische Aspekte relevant, wie beispielsweise die Ausführung der Isolation zwischen den Blechen, die den Füllfaktor des Blechpaketes möglichst wenig reduzieren soll und dennoch den auftretenden elektrischen Spannungen zwischen den Blechlagen widerstehen muss. Außerdem spielt der Aspekt der mechanischen Stabilität eine große Rolle. Blechpakete können beispielsweise durch eine (oder Kombinationen) der folgenden Befestigungen aufgebaut werden:

  • Schweißen
  • Stanzpaketieren
  • Kleben
  • Backlack
  • „Exoskelett“

Unsachgemäße Fixierung kann dazu führen, dass die Abschirmung beispielsweise durch Bandlagenkurzschlüsse nicht wie vorgesehen funktioniert, dass personengefährdende Spannungen auftreten oder dass die Abschirmung unter den mitunter hohen Kräften des magnetischen Feldes beschädigt oder zerstört wird.  

Praxisbeispiele geblechter Abschirmungen

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Aufgrund ihres teils beachtlichen Gewichts werden geblechte Abschirmungen meistens (aber nicht ausschließlich) stationär eingesetzt. Beispiele für den Einsatz geblechter Abschirmungen sind:

  • Teilchenbeschleuniger, beispielsweise zur Abschirmung von Undulatorfeldern
  • Induktive Erwärmungsanlagen (z. B. von Drähten, Bändern oder zur Rotor-Aufschrumpfung)
  • Anlagen zur Aufmagnetisierung durch hohe Strompulse
  • Militärische Großgeräte
  • Medizinische Geräte

Unsere Kompetenzen im Bereich geblechte Systeme und Blechpakete:

  • Berechnung und Auslegung der magnetischen Kreise
  • Beratung zur Wahl geeigneter Materialien
  • Lieferung von Band- und Tafelwerkstoffen, i. d. R. ab Lager
  • Herstellung von Einzelblechen oder von fertigen
  • Blechpaketen

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