DE2851388C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellenleiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Hochfrequente Störungen (Radio Frequency Interference - RFI) sind seit langem ein in vielen Bereichen der Technik auftretendes Problem z. B.:

• - hochfrequente Störung beeinträchtigt den Radio-, Fernsehempfang und bedingt Schutzmaßnahmen gegen die von verschiedenen Störungsquellen abgestrahlten elektromagnetischen Felder. Solche Störquellen sind z. B. Hochspannungs-Zündstromkreise in Kraftfahrzeugen oder Elektromotoren oder Stromversorgungseinrichtungen.
• - Stromversorgungsleitungen, die sich im Bereich einer Sendeanlage mit hoher Leistung 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 sicherer Betrieb der angeschlossenen Einrichtungen und Geräte möglich ist.
• - Bei elektronischen Datenverarbeitungsanlagen, welche z. B. in Industriebetrieben eingesetzt werden, ist insbesondere für die Verbindungsleitungen solcher Anlagen ein Schutz gegen asymmetrische Störspannungen (Gleichtaktstörung - common-mode RFI) erforderlich, der häufig nicht durch eine Kabelabschirmung erreicht werden kann.

Zum Schutz vor elektromagnetischen Feldern der verschiedenen Störquellen wird meist der zu schützende Gegenstand mit einer Abschirmung versehen. Zur elektrostatischen Abschirmung von z. B. Leitungen reichen bereits metallische Folien aus, während zur magnetischen Abschirmung ferromagnetische Werkstoffe verwendet werden.

Aus dem DE-GM 69 41 807 ist beispielsweise ein magnetisch abgeschirmtes Kabel bekannt, bei dem mindestens eine Ader von einer thermoplastischen, ferromagnetischen Masse umgeben ist. Durch die Mischung aus pulverförmigen ferromagnetischen Abschirmwerkstoff, welcher eine hohe elektrische und magnetische Leitfähigkeit aufweist, und thermoplastischen Material ist fertigungstechnisch einfach ein Kabel mit hoher Abschirmwirkung herstellbar.

Weiterhin ist aus der DE-OS 18 05 353 ein halbleitendes Material bekannt, welches aus einer Mischung eines Polymeren und elektrisch leitendem, pulverförmigem Metall besteht. Zur Abschirmung des elektrischen Leiters wird dieser mit Schichten unterschiedlicher Mischungsverhältnisse überzogen. Bei einem Gewichtsanteil des leitenden Metalls von 80 bis 90 Prozent und einer Teilchengröße von 0,05 bis 200 µm wird eine leitfähige Schicht und dadurch ein Schutz durch Abschirmung erzielt.

Ein Schutz vor elektromagnetischen Feldern der verschiedenen Störquellen läßt sich auch durch Absorption erreichen.

Absorption heißt Dämpfung (Amplitude bzw. Intensität) der elektromagnetischen Welle, bei deren Eindringen in das absorbierende Medium.

In der US-PS 31 91 132 und US-PS 33 09 633 ist das Grundprinzip einer derartigen RFI-Entstörung durch magnetische und dielektrische Dämpfung im Fortpflanzungsmedium der bei der Leitung des Stromes in derartigen Leitungen und Kabeln entstehenden elektrischen und magnetischen Felder 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.

Die Leitung bzw. das Kabel gemäß der US-PS 31 91 132 bzw. US-PS 33 09 633 besteht aus mindestens einem elektrischen Leiter, der mindestens teilweise von einer Isolation umgeben ist. Die Isolation besteht aus einer Mischung von Stoffen, die auf Grund ihrer frequenzabhängigen Dämpfung der elektromagnetischen Wellen durch Absorptionsverluste gewählt werden.

Die oben angeführten Patente beschreiben die Anwendung von Ferriten 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, Stakelon, 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, Dezember 1970, Seite 804 ff (Smaller, Newman); Band MAG-11, Heft 5, September 1975, Seite 1446 ff (Broese von Groenou). Diese Literaturstellen beschreiben die Wechselwirkungen in granularen Magnetstoffen, den Einfluß der kritischen Größe der magnetischen Domänen auf die Dämpfung und die Abhängigkeit der Dämpfung von der mechanischen Behandlung des Magnetikums.

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 µm beträgt und vorzugsweise in der Größenordnung von 50 bis 100 µm liegt. Die Teilchen behalten somit eine Domänenstruktur, so daß 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.

Bei der US-PS 33 09 633 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 Fig. 1 und 2 auf.

Angesichts der ständigen Zunahme der Störquellen nach Zahl und Intensität und andererseits der steigenden Notwendigkeit, niedrigere Störwerte einzuhalten, geht die Entwicklung nach einer breiteren Anwendung des Prinzips der elektromagnetischen Kompatibilität und dementsprechend nach schärferen Vorschriften und Auflagen gegen hochfrequente Störungen aller Arten. Die Verwirklichung des Prinzips bedingt dabei eine bessere Entstörung (z. B. eine Verringerung von 10 dB der Störabstrahlung bei Kraftfahrzeugen) bei einem breiteren Frequenzbereich der Entstörung (z. B. eine Erweiterung der oberen Grenze von 250 MHz auf 1000 MHz).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fertigungstechnisch einfach herzustellenden Wellenleiter zu schaffen, welcher in einem weiten Frequenzbereich eine hohe Absorption ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wellenleiter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Dämpfung höherer Frequenzen und/oder in einem größeren Frequenzbereich dadurch möglich ist, daß das Material des umgebenden absorbierenden Mediums unter Berücksichtigung der Ausbreitungsgesetze in der Leitungs- bzw. Kabelstruktur durch eine Abstimmung der Eigenschaften des magnetischen Materials, der Granulometrie der daraus hergestellten magnetischen Teilchen, der granulometrischen Verteilung und der Konzentration dieser Teilchen optimiert wird. Dadurch wird auf überraschend einfache Art und Weise die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst. Diese Parameter stehen im Einklang 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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im nachfolgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig. 1a, 1b und 1c drei Ausführungen von RFI-Entstörleitungen,

Fig. 2a, 2b und 2c drei Ausführungen von RFI-Entstörkabeln,

Fig. 3 schematisch die Beziehungen zwischen den verschiedenen Parametern und Bedingungen bei der Optimierung,

Fig. 4a und 4b Diagramme, aus denen die effektive Permeabilität μ′ und der magnetische Dämpfungstangens tg für Mischungen mit verschiedener maximaler Korngröße in Abhängigkeit der Frequenz ersichtlich ist,

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

Fig. 6a und 6b Diagramme, aus denen die effektive Permeabilität μ′ und der magnetische Dämpfungstangens für Mischungen mit verschiedenen Konzentrationen in Abhängigkeit von der Frequenz ersichtlich sind,

Fig. 7a und 7b Diagramme für die Abhängigkeit der Dämpfung von der Konzentration des magnetischen Materials,

Fig. 8 ein Diagramm, aus dem die Dämpfung α in Abhängigkeit der Frequenz zweier koaxialer Kabel entsprechend dem Aufbau nach Abb. 2a ersichtlich ist,

Fig. 9a, 9b und 9c Schemata der verschiedenen möglichen räumlichen Anordnungen idealer Kugelteilchen,

Fig. 10 ein Diagramm, aus dem die verschiedenen, durch Wahl verschiedener Kugelmühlendrehzahlen möglichen Korngrößenverteilungen ersichtlich sind und

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

Die Leitung nach Fig. 1a umfaßt einen Leiter, der in üblicher Weise durch einen Leitdraht (Kupfer usw.) oder mehreren Litzen von Drähten kleineren Querschnitts, einen absorbierenden Mantel 2 aus dem oben angeführten Funkentstörungsmaterial und einer Außenisolierung 3 aus Plastik, Polymer und/oder Textilgewebe gebildet wird.

Gemäß Fig. 1b ist ein schraubenförmiger Leiter 1 auf eine absorbierende Seele 2 gewickelt. 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.

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

Fig. 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 sichergestellt. Beim Mantel 3 handelt es sich um eine isolierende (bzw. leitende) Schutzschicht. Selbstverständlich ist mit den gleichen Mitteln auch ein mehradriger koaxialer Aufbau möglich.

Fig. 2b zeigt ein typisches Entstörkabel für Gleichtakt- (common-mode-) Störungen, bei dem 1 ein Leiter, 7 ein Dielektrikum und 6 die Erdungselektrode ist. Zusammen bilden diese Teile ein verlustarmes 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 einer Veröffentlichung in IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility Mai 1976, Seite 59, ff. beschrieben.

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

Fig. 3 zeigt die Kompliziertheit der Optimierung 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 ω 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′ - j μ′′

dabei bedeutet μ′ die bekannte magnetische Permeabilität und μ′′ die Dämpfungspermeabilität; das Verhältnis μ′′/μ′ stellt den bekannten tg w _m , den magnetischen Dämpfungstangens dar. Das elektrische Verhalten des magnetischen Mediums, das in die Dämpfung α ( ω ) über die aufbaubedingten und Fortpflanzungsfaktoren eingeht, wird in ähnlicher Weise durch die Dielektrizitätskonstante beschrieben:

Es muß vermerkt werden, daß hier im wesentlichen die magnetische Absorption betrachtet wird, d. h. ε* geht nur über die (B) Funktion ein; es gilt der besondere Fall, bei dem ε* = ε′ (d. h. tg δ _e = 0).

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.

Wie bereits erläutert, hat die Granulierung des Grundmaterials (d. h. die Herstellung der Körner in der richtigen Korngröße und Verteilung aus kompakten magnetischen Stoffen oder aus größeren Körnern) selbst einen Einfluß auf μ′ und μ′′. 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) festzulegen. Da als Matrix (E) kein magnetisches Medium in Frage kommt (da der Magnetismus an einen kristallinen Festkörper gebunden ist), trägt seine Dielektrizitätskonstante ε′ und insbesondere 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 Linien in Fig. 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.

Beim beschriebenen Wellenleiter werden magnetische Materialien mit einer vorgeschriebenen Absorption μ′′ und Permeabilität μ′ (C) hergestellt, die nach der Granulierung (D) die zur Erreichung der neuen Ziele (A) erforderlichen Eigenschaften aufweisen müssen.

Diese magnetischen Materialien weisen Aufbau und chemische Zusammensetzung derart auf, daß die erwünschte Absorption bei niedrigsten Kosten erreicht wird. Zum Beispiel ist die Verwendung von Schrottferrit ein typischer Schritt in dieser Richtung.

Diesem Material wird eine optimale granulare Form (C) gegeben, damit eine Einbettung in eine elastische Matrix (E) bei höchster Konzentration (F) und geeigneter mechanischer Eigenschaft in bezug auf Festigkeit und Biegsamkeit (G) ermöglicht wird.

Weiterhin wird den granularen magnetischen Teilchen eine Korngröße, -form und -größenverteilung (D) derart gegeben, daß eine Mischung mit einem Volumenanteil von mindestens 60% erreicht wird.

In bezug auf die Schritte (D), (E), (F) und (G) wird eine Leitung bzw. ein Kabel geschaffen, das mit konventionellen Maschinen leicht herstellbar ist.

Es ist bekannt, daß die Grenzen der Anwendung 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 eingebracht 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 einen hohen spezifischen Widerstand (10⁵ bis 10⁸ Ωm). Unter diesen Verhältnissen sind Verluste durch Wirbelströme bis zu sehr hohen Frequenzen, bei denen eine ausreichende 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 einander überlagert sind. Jeder dieser Vorgänge ist mit Verlusten μ′′ behaftet, deren Maximum dann eintritt, wenn die Domänenwände und die Spins sich in "Resonanz" befinden.

Von diesen Bedingungen wird zur Erzielung von absorbierenden Wirkungen in vorteilhafter Weise Gebrauch gemacht. 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 Entstörungswirkung zu erhalten.

Die letztgenannte Resonanz wird auch als "natürliche magnetische Resonanz" bezeichnet. Die Kreisfrequenz ( ω ) der Präzessionsbewegung des elementaren magnetischen Spinmoments um ein angelegtes Feld H ist abhängig von dem gyromagnetischen Verhältnis γ, und zwar gemäß folgender Gleichung, in der μ _o die Permeabilität des Vakuums bezeichnet:

ω = γμ _o H (1)

Die kleinste Resonanzfrequenz beträgt dann (ohne externe Felder):

Dabei bedeutet H _a das anisotrope Feld im Kristall. Da das gyromagnetische Verhältnis γ praktisch 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 der Betrachtung der die entmagnetisierenden Faktoren erhöhenden Einflüsse feststellen, daß die Verluste der Spinresonanz sich bis zu den folgenden Frequenzen ausbreiten:

Darüber verschwinden die Verluste: Ein hoher Wert der Sättigungsmagnetisierung M _S ist deshalb von Vorteil, um eine ausreichende Dämpfung bis zu hohen Frequenzen zu erzielen.

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

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

Diese Gleichung verdeutlicht die Notwendigkeit einer Erhöhung der Sättigungsmagnetisierung M _s , um die Permeabilität μ′ _rot für eine gegebene ferrimagnetische 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 μ′ _rot 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'sche 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 Blochschen 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 Materials, wobei dieser zusätzliche Mechanismus zu dem der Drehpermeabilität μ′ _rot hinzukommt.

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

darin beschreibt α die Starrheit und m die Masse der Wand.

Die Starrheit α ist mit der niedrigen Frequenz-Permeabilität μ′ _Wand verknüpft durch die Beziehung

α ≃ 16f M _s ²/l ( μ′ _Wand -1) (6)

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

Das Verhältnis e/l zeigt, daß die ferrimagnetische Resonanz durch geringere Anisotropie f _Wand (Wandresonanz) reduziert wird, während es bei gegebener Frequenz möglich ist, die Permeabilität durch Erhöhung von M _s zu erhöhen.

Gleiches gilt, 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′ _Wand bei Ferriten niedriger Porosität höher wäre, weil die Magnetisierungsrotation leichter wird. Eine reduzierte Porosität ergibt eine weiter verminderte Innenform-Anisotropie H _a und daher ist μ′ _rot höher und f _spin 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 Teilchengröße, bei der Wandresonanz auftreten kann. Der praktische Wert der Wanddicke e liegt im Bereich von einigen Hundertsteln µm; der Wert der Domänenbreite l liegt zwischen etwa 10 bis 100 µm (z. B. 20 µm bei einem Mn-Zn-Ferrit; 50 µm bei einem Ni-Zn-Ferrit).

Wird ein solches Ferrit immer feiner zu einem Pulver vermahlen (entweder um es in eine Mischung gemäß der Erfindung einzubringen oder als erste Fertigungsstufe vor dem endgültigen Glühen), so wird schließlich jedes Teilchen nur einige Domänen oder auch nur eine Domäne umfassen. 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 wesentlich, bei der Zerkleinerung des Ferrits in Teilchen, um es in ein biegsames, elastisches Bindematerial einzubringen, eine ausreichende Mindestgröße der Teilchen (d. h. mindestens der obengenannten Teilchengröße entsprechend) zu erhalten, um eine maximale Permeabilität und Dämpfung zu gewährleisten. Durch das Mahlverfahren selbst wird die magnetische Permeabilität 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 Mischungkohäsion und andererseits wegen des Extrusionsverfahrens (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 ein Kompromiß zu finden, da die Ferritgranulierung liegen muß zwischen
10 bis 100 µ für die kleineren Teilchen aus magnetischen Gründen und
150 bis 300 µ für die größeren Teilchen aus mechanischen Gründen.

Diese Annahmen wurden in einer Reihe von Versuchen mit magnetischen Materialien entsprechend den obengenannten erfindungsgemäßen Bedingungen nachgeprüft:

AnisotropiefeldH _a reduziert SättigungsmagnetisierungM _s mittel oder hoch Hohe Dichte, niedrige Porosität
mechanische Zerlegung der Kristallit.

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

In Fig. 4a und 4b sind vergleichende Messungen der effektiven Permeabilität μ′ _eff und der Verlust tg δ _m für zwei gleiche Mischungen mit 85 Gewichtsprozent Mn-Zn-Ferrit in PVC-Plastik jedoch verschiedener Teilchengröße, nämlich 210 µm 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 α (in dB/Meter) wurde mit einer koaxialen Leitung, bestehend aus dem Entstörkabel nach Abb. 1b mit einem Seelendurchmesser von 3 mm und einer Leiterwicklung von 30 Windungen/cm (Abb. 5a) bzw. einem Seelendurchmesser von 3 mm und 50 Windungen/cm (Abb. 5b) gemessen. Die Kurven α /f zeigen die Dämpfung pro Meter, geteilt durch die Frequenz.

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 g/cm³, bei einer relativen Permeabilität μ′ (für kompaktes Ferrit) zwischen 1000 und 2500 Gauß/Oersted.

Fig. 4a zeigt eine effektive Permeabilität μ′ _eff bezogen auf μ₀ von 5,5 für die kleine Granulometrie (125 µ) und 6 für die größere Granulometrie (210 µ) bei niedrigen Frequenzen, 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 δ _m ist größer als 0,1 bei 20 MHz und steigt bis auf 0,4 bei 100 MHz an. 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 α /f der Leitung, bei der es sich um eine komplexe Funktion von m′ _eff und tg δ _m handelt, läßt die gleichen Effekte erkennen; die Maxima der Dämpfung beim kleinen Kabel bei etwa 170 MHz und beim größeren Kabel etwa 80 MHz, sind dem schraubenförmigen Aufbau eigen und zeigen erfindungsgemäß die Möglichkeit einer frequenzabhängigen Optimierung der Entstörung.

Bei Verwendung von Ferriten mit einer relativen Permeabilität μ′ im Bereich zwischen 1000 und 2500 Gauß/Oersted wird die aktuelle Permeabilität der granularen Struktur mit vielen Lücken und mit einer Permeabilität gleich μ₀ (relative Permeabilität gleich 1) (Plastik 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

an, wobei f = 4/3 · π · a′/s′ das Verhältnis des Teilchenvolumens 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 85 Gewichtsprozent eines Ferrit-Mn-Zn mittlerer Dichte von 4,75 ± 0,05 g/cm³ und einem PVC-Bindematerial von 1,35 ± 0,1 g/cm³ an, so ergibt das Gewichtsverhältnis 85-15% ein Volumenverhältnis von

und

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  μ′ _eff / μ₀ = 1,55 ± 0,24 80% f = 0,531 ± 0,0214,41 ± 0,29 85% f = 0,609 ± 0,0195,69 ± 0,37 90% f = 0,718 ± 0,0178,67 ± 0,64

Bei anderen Ferriten wäre f und m _eff / μ₀ selbstverständlich verschieden. Daraus ergibt sich der Vorteil einer möglichst hohen Konzentration, da die Absorptionsleistungen im direkten Zusammenhang mit μ _eff 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′ _eff ), die sich auf die gleiche Weise errechnet.
• - Die obengenannten Messungen zeigen, daß die interessierende Leitungsdämpfung α, die direkt abhängig ist von μ _eff und den Verlusten, sich noch schneller mit der Konzentration ändert.
• - Somit ist die Ferritkonzentration ebenso wie die Granulometrie ein wesentlicher, bei der Herstellung von Entstörleitungen und -kabeln zu berücksichtigender Faktor.

Fig. 6a und 6b zeigen die bei vier verschiedenen Konzentrationen (Granulometrie zwischen 0 und 210 µ) gemessene Permeabilität μ′ _eff / m₀, was die angeführten Berechnungen bestätigt. Aus Fig. 7a und 7b ist die bei gleichem Aufbau wie in Fig. 5a und 5b gemessene Dämpfung α /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 des biegsamen, elastischen Bindematerials ist.

Bei einigen kommerziell verfügbaren Ferriten sind folgende mittlere Dichten in g/cm³ zu verzeichnen:

Beispielsweise besitzt eine Mischung aus 85% Durchschnittsferrit Mn-Zn mit einer Dichte von 4,68 mit einem PVC-Bindematerial mit einer Dichte von 1,35 eine Dichte von

(0,85 × 4,68) + (0,15 × 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:

• - 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, abhängt.

Bisher wurden vorwiegend granulare Ferrite Mn-Zn und Ni-Zn verwendet, 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 billige Materialien 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 Materialien Fe₂O₃-Mn_0,8Zn_0,2 bis zu Fe₂O₃MnO).
• b) Ferrite mit Mn und Fe, die die den Manganferriten eigenen Eigenschaften beinhalten, bei denen beide Kationen mit Mehrfachvalenzen auftreten können; Materialien die zwischen Magnetit (Fe₃O₄ = Fe₂O₃-FeO), wobei Eisen zweiwertig ist und Mn₃O₄ = Mn₂O₃-MnO, wobei Mangan dreiwertig ist, liegen (quartäre Ferrite Fe_II-Fe_III, Mn_II- Mn_III).
• c) Optimierte Kombinationen zwischen a) und b) mit geringem Kupferzuschlag zur Verbesserung des Sinterverfahrens.
• d) Solche Sonderferrite lassen sich mit einem vereinfachten Fertigungsverfahren unter Verwendung von einer Glühstufe in kontrollierter Atmosphäre herstellen. Ein Beispiel wird unten angeführt.
• e) Eisenoxide mit verschiedenen kristallinen Phasenformen ( αFe₂O₃, βFe₂O₃, γFe₂O₃, kubisches Eisen-Sesquioxid) sowie Fe₃O₄ (Magnetit) und die entsprechenden Phasen von Manganoxid Mn₂O₃, 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 ferrimagnetische Pulver der Art ( α, β, γ, Fe₂O₃) _x · ( α, β, γ, Mn₂O₃) _y · (Fe₂O₃XO)_1-x-y zu erhalten, wobei x und y die Anteile der Phasen α, β, γ der magnetischen Oxide und X das zweiwertige Magnetion bzw. die zweiwertigen Magnetionen der genannten Ferrite darstellen. Solche Strukturen ergeben hervorragende Ergebnisse bei geringem Aufwand für die Herstellung der Pulver für absorbierende Mischungen (Siehe 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 geeignete Sättigungsmagnetisierung M _s , Anisotropiefeld H _a 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 10⁴ Ω · m bei Ni-Zn-Ferrit, verringert sich auf 1 Ω · m bei Mn-Zn stoechiometrischen Ferriten und erreicht 10^-4 Ω · m beim oben angeführten Magnetit. Dies ist immer noch weit entfernt von der Leitfähigkeit des reinen Eisens (10^-8 Ω · m), was die früheren Bemerkungen über Wirbelströme bestätigt.

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

Bei niedrigen Frequenzen (z. B. 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 5 µ 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 10 µ. Diese Granulometrie wird durch das Herstellungsverfahren 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.

Fig. 8 zeigt den Vergleich der Dämpfung α (in dB/m) zweier koaxialer Kabel nach Fig. 2a mit einem Außendurchmesser der absorbierenden Seele von 3,2 mm und einem Isoliermantel von 0,2 mm Dicke zwischen dem absorbierenden 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 Frequenzen erkennen. Die Dämpfung α des Kabels ist eine komplexe Funktion nicht nur von μ′ und der magnetischen Verluste, sondern auch der charakteristischen Kabelimpedanz ZC, die abhängig ist von der verteilten Kapazität dieses Kabels und damit von der scheinbaren komplexen dielektrischen Konstante ε* der absorbierenden Mischung.

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

Auch in diesem Falle lassen sich die Ergebnisse durch geeignete Kombinationen (z. B. quartäre Ferrite oder Mn-Zn- Ferrite mit Carbonyleisen) nach der Frequenz optimieren. Bei einer Struktur mit hoher Kabelimpedanz beispielsweise dem Zündentstörkabel, ergeben Ferrite die höchste Dämpfung α.

Es werden 80% als praktisch erreichbare Grenze angesehen, 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 granulometrischen Bedingungen?

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

(Fig. 9a) bei einer einfachen kubischen Anordnung, wobei jedes Teilchen sechs Berührungspunkte mit daneben liegenden Teilchen aufweist,

(Fig. 9b) bei einer räumlich 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.

bei einer flächenzentrierten kubischen Anordnung, wobei jedes Teilchen zwölf Berührungspunkte mit daneben liegenden Teilchen aufweist (Fig. 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 das Volumenverhältnis kann höher sein. Außerdem besitzen die Teilchen keine einheitliche Größe, da das Vermahlen bzw. das Fertigungsverfahren eine ganze Reihe von Korngrößen ergibt und man einen möglichst geringen Abfallanteil anstrebt. Die zu großen Teilchen können nach einer zweiten Zerkleinerung verwendet werden, jedoch müssen die zu kleinen Teilchen entfernt oder zumindest ihr Anteil auf ein Mindestmaß beschränkt werden.

Zur Optimierung der Konzentration und Granulometrie ist es vorteilhaft, Teilchen zweiter Größenordnung zu verwenden, um die Leerräume zwischen den Teilchen in einer kubischen Anordnung (Fig. 9a, b, c) zu füllen, und 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 von Rechnungen läßt sich zeigen, daß bei einen gegebenen Volumen eingesetzt werden können:

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

Daraus leiten sich verschiedene wichtige Erkenntnisse ab.

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

entspricht, und zwar bei einer Dichte von 1,35 ± 0,1 des Bindematerials.

• - 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, einige Prozente mehr zu erzielen, jedoch ist dann das Bindemittel häufig nicht mehr ausreichend, um eine gute mechanische Festigkeit, insbesondere auf Biegung, zu gewährleisten. Bei den genannten Ferriten und PVC ist ein Wert von 94% als der praktisch erreichbare Höchstwert anzusehen.
• - Tatsächlich umfaßt die Pulvermischen 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 granulometrische Selektion in der Menge reduziert werden.

Eine optimale granulometrische Verteilung kann mit einem geeigneten Prozentsatz an Teilchen jeder Korngröße definiert werden. Um den 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.

Fig. 10 zeigt, wie diese Verteilung durch Verstellung der Drehzahl einer Walzenmühle und Anpassung der Absaugung geändert werden kann. Die Kurve A für 100 min¹ ist offensichtlich die günstigste, um zu erreichen, daß der Großteil der Teilchen Korngrößen im Bereich von 80 bis 200 µ aufweist und außerdem noch ein Anteil in der Nähe der geforderten Verteilung im Bereich von 45 bis 80 µ liegt, wobei alle anfallenden kleineren Teile trotzdem noch ausgeschieden bzw. wieder aufbereitet werden müssen. Die Kurve B zeigt die bei 220 min^-1 erzielten sehr viel weniger günstigen Ergebnisse.

Die Vermahlung kann in der trockenen oder nassen 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 Verteilung sehr feiner 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′/μ₀.

Es wurde ebenfalls bereits festgestellt, daß durch die beschriebenen hohen Konzentrationen der magnetischen Teilchen von über 80%, das elastische Bindematerial weniger als das halbe und sogar nur ein Drittel des Volumens der gesamten Mischung einnimmt. Daher ist es wichtig, das elastische Bindematerial der Matrix, z. B. 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 von 90 Gewichtsprozent mit PVC angegeben.

Als erster Schritt wird ein Gemisch in der wäßrigen Phase von Oxiden, wie z. B. Fe₂O₃, Mn₃O₄, ZnO, MgO, NiO usw. im gewünschten Verhältnis über 24 Stunden in einer Stahlmühle hergestellt. Darauf folgt ein Vorglühen des sich ergebenden Produktes in atmosphärischer Luft, bei etwa 900°C 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 gepreßt. 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.

Hier 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 einem Extrudiertrichter (gegebenenfalls in einer Formpresse für Gußteile) zugeführt. 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 Fig. 11 ist die Bedeutung des Weichmacheranteils (Diäthylphthalat, DOP) in der Mischung ersichtlich; aufgetragen ist die mechanische Festigkeit (Anzahl der Biegungen bis zum Bruch der Probe) in Abhängigkeit vom Weichmacheranteil (in g je 100 g PVC). Der erzielbare Höchstwert liegt 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 (Blei- dibasisches Stearat). Die Gewichtskonzentration von 90% erhält man mit 1845 g Ferritpulver für 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 Fig. 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 bis 5 g PVC und 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 etwa aufwendige Verfahren ermöglicht höchste Ferritkonzentrationen.

Eine weitere Ausführung, die sich jeweils mit einer 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 Extrusionsdüse aufgestreut wird, z. B. beim Durchlauf durch einen mit Ferritpulver gefüllten Kasten und mit einem kalten Werkzeug das Ferrit in den Kern eingedrückt wird.

Das gleiche Herstellungsverfahren wird grundsätzlich angewandt, wenn dem elastischen Bindematerial, 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, SPDM, NOrdel, Hypalon und schließlich Silikongummi verwendet, wie es bereits zum Beispiel aus dem kanadischen Patent 7 13 475 für vulkanisierte Elastomerprodukte bekannt ist.

Die gleichen Verfahren können bei ferromagnetischen metallischen Stoffen angewandt werden. Insbesondere 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 es z. B. Phenyl-β-Naphtilamin) als Skin-Schutz des metallischen ferromagnetischen Materials beizufügen. Die Teilchen können auch durch eine Vorbehandlung mit Natriumsilikat, Kaliumsilikat, Silikon, Harz usw. galvanisch isoliert werden.

Claims (4)

1. Wellenleiter mit einem Überzug zur Absorption von Hochfrequenzstörungen und mit mindestens einem metallischen Leiter (Fig. 1; 1), welcher mindestens teilweise von einer Mischung (2) aus Bindematerial (z. B. Plastik, Gummi, Polymeres) und in diesem eingebetteten, magnetischen Teilchen umgeben ist, bei dem die Mischung (2) mindestens 60 Volumenprozent an magnetischen Teilchen (z. B. Metalloxyde, Ferrite), bezogen auf das Gesamtvolumen der Mischung (2), enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Teilchen eine allgemeine Spinellstruktur (Y₂O₃) (XO) aufweisen und aus einem ferrimagnetischen Material bestehen, welches in an sich bekannter Weise eine niedrige Anisotropie von ±4 × 10⁴ erg/cm³ für 20°C, eine mittlere bis hohe Sättigungsmagnetisierung von 20 bis 150 Gauß × cm³/g für 20°C und eine niedrige Porosität von <15% aufweist und daß die magnetischen Teilchen zerkleinert und mit dem Bindematerial gemischt werden.

2. Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ferrimagnetische Material die zweiwertigen, metallischen Ionen X Mn und Zn in einem Verhältnis von 0<Zn<0,2 und 1<Mn<0,8 enthält, daß die zweiwertigen, metallischen Ionen X Mn und Fe in einem Verhältnis von 0<Mn<1 und 1<Fe<0 auftreten, daß die dreiwertigen, metallischen Ionen Y Mn und Fe in einem Verhältnis von 0<Mn<1 und 1<Fe<0 enthalten sind und daß die zweiwertigen und dreiwertigen Ionen X und Y in diesen Zusammensetzungen mitgefällte Phasen von {α, β, γ, Fe₂O₃} und {α, β, γ, Mn₂O₃} Magnetoxiden enthalten.

3. Wellenleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der magnetischen Teilchen in einem Größenbereich zwischen 10 µm und 300 µm liegen.

4. Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ausführung des Wellenleiters als Koaxialkabel auf der Innenseite des Koaxialkabels mindestens teilweise ein Überzug der Mischung (2) zur Absorption von Gegentaktstörungen aufgebracht ist und daß an der Außenseite des Kabels ein Überzug aus einer anderen Mischung (2) zur Unterdrückung von Gleichtakt-Störungen vorgesehen ist.