Magnetische Abschirmung

Die magnetische Abschirmung bezeichnet einen Vorgang, bei dem ein Magnetfeld durch gezielte Umleitung seiner Feldlinien aus einem bestimmten Bereich ausgeschlossen wird. Dazu werden üblicherweise Permanentmagneten genutzt oder sogenannte Gegenfelder induziert. In bestimmten Fällen kann zudem ein ausreichend großer Abstand genügen, um einen Abschirmungs-Effekt zu erreichen.

Wie funktioniert die magnetische Abschirmung?

Die Abschirmung eines Magnetfelds kann beispielsweise nötig sein, um einen bestimmten Gegenstand oder auch Personen vor einem von außen einwirkenden Magnetfeld zu schützen. Ein klassisches Beispiel hierfür sind wissenschaftliche Experimente, die frei von der Beeinflussung durch das Erdmagnetfeld und andere Magnetfelder durchgeführt werden müssen, um Verfälschungen zu vermeiden.
Räume, in denen eine solche Abschirmung erfolgt, werden als Nullfeldkammern bezeichnet und kommen auch bei der Eichung von Magnetsonden zum Einsatz.

Weiterhin müssen Felder bestimmter Magnetsysteme in einigen Fällen eingeschlossen werden, um unerwünschte Wechselwirkungen und damit Störungen wie Rückkopplungen oder Übertragungsprobleme zu vermeiden. Dies ist unter anderem der Fall bei:

  • Verstärkern und Mikrofonen
  • Röhrenmonitoren
  • Kathodenstrahlröhren-Oszilloskopen
  • Netztransformatoren
  • Tonband- und Plattenspielermotoren
  • MRT-Geräten

Auch auf den menschlichen Organismus können magnetische Felder Einfluss nehmen. Konkrete Grenzwerte festzulegen, ab denen die Wirkung der Magnetfelder die organische Molekülstruktur potenziell schädigt, ist jedoch bislang nur bedingt möglich.
Gesetzliche Vorgaben und Richtwerte finden sich dennoch im Richtlinienkatalog der ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) sowie in der deutschen Verordnung über elektromagnetische Felder und in der DGUV15 der Berufsgenossenschaft Holz und Metall.

In vielen Fällen wird ein hochpermeabler, weichmagnetischer Hohlkörper genutzt, um eine Abschirmung vorzunehmen. Als hochpermeabel bezeichnet man ferromagnetische Stoffe, die imstande sind, Magnetfelder besonders gut zu leiten. Als weichmagnetisch werden all jene Stoffe bezeichnet, die schnell magnetisiert, aber ebenso schnell entmagnetisiert werden können, sobald sie von dem vorher angelegten Magnetfeld getrennt werden.

Ein Magnetfeld besitzt, der zweiten Maxwellgleichung entsprechend, keinen Quellpunkt. Deshalb ist es nicht möglich, eine einfache Abschirmung in Form einer Wand zu nutzen, um den Fluss der Feldlinien zu stoppen. Vielmehr wird diesen ein vermeintlich vorteilhafterer, da leichter „beschreitbarer“ Weg geboten. Abhängig von dem zum Abschirmen des Magnetfeldes gewählten Material und dessen Form fällt der Effekt unterschiedlich stark aus. Je permeabler und in sich geschlossener der ferromagnetische Hohlkörper oder die genutzte Spule sind, desto besser funktioniert die Abschirmung.

Befinden sich zum Beispiel Schlitze in dem umgebenden Material, kann dies zu Streuflüssen führen – also zu Feldlinien, die nicht vollständig durch den Abschirm-Gegenstand geleitet werden. Zu diesem Effekt, der sich auch messen lässt, kann ein falsch gewähltes, zu niederpermeables Material wie gewöhnlicher Stahl oder aber eine magnetische Sättigung des Gegenstands führen. Letztere entsteht, wenn der gewählte Körper bereits magnetisiert wurde und in dessen Innerem kein ausreichender Platz mehr für das neu hinzukommende magnetische Feld ist. Dessen Feldlinien verlaufen dann entsprechend in einem Streufeld außerhalb des Gegenstands.

Mit welchen Stoffen lässt sich ein Magnetfeld abschirmen?

Um zu vermeiden, dass die Isolierung nicht oder nur eingeschränkt funktioniert, sollten idealerweise Stoffe aus folgender Materialliste zur Magnetfeld-Abschirmung genutzt werden:

  • MU-Metall
  • Permenorm 5000 H2
  • Weicheisen
  • Silizium-Eisen
  • Vacoflux 50
  • Vitrovac 6025 150X
  • Vitroperm

Bei diesen Legierungen handelt es sich um Materialien mit einer hohen relativen Permeabilität, welche das präzise Umleiten des jeweiligen Magnetfeldes ermöglicht. Das Abschirmen eines Magnetfelds mit Alufolie ist zum Beispiel keine ideale Option, da die Permeabilität von Aluminium nur bei etwa 1 liegt und sich damit kaum von der umgebenden Luft unterscheidet.

MU-Metall besteht hauptsächlich aus Nickel und ist hochpermeabel, weshalb es zu Forschungszwecken, für Maschinen und in der Medizintechnik zum Einsatz kommt. Allerdings ist es entsprechend teuer und neigt zu einer schnellen magnetischen Sättigung. Für besonders hohe Feldstärken ist es deshalb weniger gut geeignet. Hier kommen eher Permenorm 5000 H2 aus Eisen und Nickel, Vacoflux 50 aus Eisen und Kobalt oder Weicheisen (eine reine Eisenlegierung) zum Einsatz. Verbundwerkstoffe auf Kunststoffbasis, die ferromagnetische Partikel enthalten, sind ebenso bedingt zur magnetischen Abschirmung geeignet wie Gewebe. Das liegt daran, dass Maschen, Luftblasen und andere Unterbrechungen die Permeabilität deutlich senken und zur Entstehung von Streufeldern führen können.


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