Definieren, Messen und Erreichen von elektromagnetischer Abschirmung und Leitfähigkeit

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1 Definieren, Messen und Erreichen von elektromagnetischer Abschirmung und Leitfähigkeit Dr.-Ing. T. Stegmaier, Dipl.-Ing. (FH) G. Schmeer-Lioe Institut für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf (ITV) Direktor: Prof. Dr.-Ing. Heinrich Planck Festvortrag bei der Fa. Kirson, Regensburg, 16. November 2002 Institut für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf Direktor: Prof. Dr.-Ing. H. Planck

2 Elektrizität im Alltag am Arbeitsplatz: Maschinen, Rechner, Bürogeräte im Privatleben Fernseher, Geräte, Mobilfunk, Sendestationen, Nachtspeicherheizungen, Hochspannungsnetz Elektrizität im Alltag "Nebenwirkungen": Entstehung elektromagnetischer Felder: Störwirkung auf andere Geräte Beeinflussung der Gesundheit und Lebensqualität des Menschen und der Umwelt

3 Elektromagnetische Wellen Elektrische Spannung erzeugt ein elektrisches Feld strahlenförmige Ausbreitung Elektrischer Strom erzeugt ein Magnetfeld kreisförmige Ausbreitung Elektromagnetische Wellen Elektrisches und magnetisches Feld eines Leiters über der Erde

4 Elektromagnetische Wellen Durch Überlagerung von elektrischen und magnetischen Feldern entsteht ein elektromagnetisches Feld (EMF) Lichtgeschwindigkeit bestimmte Frequenz bestimmte Wellenlänge Elektromagnetische Wellen Einteilung: Niederfrequent: Frequenzbereich: Hz Hochfrequent: Frequenzbereich: > Hz

5 Elektromagnetische Wellen Niederfrequente EM Felder Oberleitung der Eisenbahn: 16 2/3 Hz Technischer Wechselstrom: 50 Hz Industrielle Anwendung: Frequenzgesteuerte Motoren Ultraschall-Schweißgeräte bis Hz 2-3, Hz Elektromagnetische Wellen Hochfrequente EM Felder Radio und Fernsehen: Hz Mobilfunk: Hz Radar: Hz Mikrowellen: Hz

6 Elektromagnetische Felder: Frequenzbereiche Elektromagnetische Wellen Was ist Elektrosmog? Dauerexposition des Menschen durch künstlich erzeugten ektrischen und magnetischen Wellen

7 Risiken für den Menschen bei Dauerexposition Erhöhte Zellteilungsgeschwindigkeit Beeinträchtigung des Immunsystems Erhöhung der Krebserkrankungen Fehlbildung bei Embryonen Veränderung der biologischen Abläufe Beeinflussung von Herzschrittmachern Risiken für den Menschen bei Dauerexposition Schwindelerscheinungen Augenflimmern Schlappheit Übelkeit Schlafstörungen Beeinträchtigung der Lernfähigkeit im Brennpunkt: Mobilfunkstationen > 900 MHZ

8 Grenzwerte: Elektrische Felder Einhaltung von Grenzwerten am Beispiel von Haushaltsgeräten Feldstärke [V/m] ,1 0,5m Fernseher 0,5m Kühlschrank 0,5m Toaster 0,05m Heizdecke Geräte 0,3m Fön 0,5m Staubsauger 0,3m Bügeleisen max. Werte BfS EPA-Vorschlag Baubiologie Grenzwerte: Magnetische Felder Einhaltung von Grenzwerten am Beispiel von Haushaltsgeräten magn. Flußdichte [µt] ,1 0,01 0,5m Fernseher 0,5m Kühlschrank 0,5m Toaster 0,05m Heizdecke Geräte 0,3m Fön 0,5m Staubsauger 0,3m Bügeleisen max. Werte BfS EPA-Vorschlag Baubiologie

9 Elektromagnetische Wellen Chance von High Tech Textilien? Schutz von Mensch Schutz von Geräten / Funktionen Schutz vor Spionage Elektromagnetische Wellen Aufgaben der Textilentwicklung Grundlagenforschung Materialentwicklung Produktentwicklung Zusammenarbeit Industrie/Institute Zertifizierung von Materialien / Systemen

10 Einsatzbereiche für Textilien Räume: Medizin und Pharmaindustrie Labor Elektronik und EDV-Anlagen Privathaushalte Schutzkleidung für starke berufliche Exposition Bekleidungstextilien für Beruf, Freizeit, Sport Vorhänge, Betthimmel und Decken für den Heimbereich Faserverbund: Mobile Fahrzeuge Textile Produkte Gewebe für Schutzkleidung Tapeten Vorhänge Boden- und Deckenbeläge Schutzhüllen für elektrische Geräte Ummantelung für Gehäuse und Kabel Verpackungsmaterialien Faserverstärkte Produkte

11 Reinraumoverall für die Elektronikindustrie (WZB) HF-Schutzanzug (Autoflug)

12 Abschirmgewebe für Heimbereich Abschirmsysteme für Betttextilien Einlagen für - Matratzenbezug - Zudecke (Gebr. Sanders)

13 Prüfverfahren und Normen für Flächengebilde Messung am textilen Flächengebilde ITV-Prüfverfahren: Schirmdämpfung bei niederfrequenten EMF 10 Hz - 30 MHz Military Standard MIL-STD-285 Messung am Endprodukt DIN (Entwurf) HF-Schutzkleidung 30 MHz - 1 GHZ anwendungsbezogene Test (ohne Normung) Geschirmte Räume erforderlich

14 ITV-Prüfvorrichtung Bestimmung der Schirmdämpfung bei niederfrequenten elektromagnetischen (elektrischen und magnetischen) Feldern Prüfung nach MIL-Standard 285 HF-Absorber an Wand Metall Messobjekt Empfangsantenne Sendeantenne

15 Prüfung nach DIN Textile Werkstoffe Materialien gegen elektrische Felder: Elektrisch leitende Werkstoffe (Edelstahl, Silber, Nickel, Kupfer, Gold, Carbon) Materialien gegen magnetische Felder: ferromagnetische Werkstoffe

16 Textile Werkstoffe Werkstoffe für textile Anwendung: Metallfaserbeimischung in Spinngarnen Metallfaden, silberbeschichtet Metallfaden, umsponnen Umwindegarn mit leitfähiger Seele Zwirne mit Metallfilamenten in Entwicklung: leitfähige Polymere Textile Flächen: Beschichtungen auf Gewebe/Gestricke/Gelege Verbundwerkstoffe, z.b. mit Netzeinlage Textile Werkstoffe Leitfähige Filamente Z-Typ M-Typ

17 Textile Werkstoffe Leitfähige Filamente K-Typ S-Typ Textile Werkstoffe Leitfähiges Filament mit Metallbeschichtung

18 Textile Flächen Gewebe mit leitfähigem Garn (ELG) Textile Werkstoffe Anforderungen in Textilien: Verarbeitbarkeit textiler Touch, Softness Vermeidung allergischer Reaktionen (Nickel) Körperverträglichkeit (Dienstleistung ITV) Pflege, Waschbarkeit positiv: antistatische Wirkung (Berufsbekleidung)

19 Abschirmwirkung PES-Textilien mit und ohne ELG elektr. Feldstärke [V/m] ,01 0, Generatorfrequenz [khz] Referenz S-Typ K-Typ Z-Typ Abschirmwirkung Berechnung der Abschirmung D = 20 lg ( E ohne / E mit ) Maßeinheit für die Schirmung: Dezibel (db) 20 db 90 % Schirmung 40 db 99 % Schirmung 60 db 99,9 % Schirmung 80 db 99,99 % Schirmung

20 antistatische und schirmende Wirkung Leitfähige Garne (Stahl und Kohlenstoff): für antistatische Schutzbekleidung Abstand 5 * 5 mm ergibt 20 db Abschirmwirkung gegen niederfrequenten elektrischen Felder nicht gegenüber magnetischen Feldern antistatische und schirmende Wirkung Abschirmung [db] Schirmdämpfung gegenüber elektrischen Feldern Gestrick mit Silber-Metallgarnen Gewebe mit Carbon(Kern)-Fasern Gewebe mit Metallgarnen,a=8mm schirmend antistatisch 0,01 0, Frequenz [khz]

21 Schirmwirkung MHZ HF-Transmissionsdämpfung nach MIL-Standard 285, vertikal pol. Welle Textilien 99,9999% 60 99,999% 99,99% 99,9% 99 % 90 % Dämpfung in db bzw. in % Frequenz in MHz Messungen von Prof. Pauli und Dr. Moldan Kupfergewebe, verzinnt textiles Schirmgewebe Bw-Gewebe mit Metallfäden Schirmwirkung 1-10 GHZ HF-Transmissionsdämpfung nach MIL-Standard 285, vertikal pol. Welle Textilien 99,9999% 60 99,999% 99,99% 99,9% 99 % 90 % Dämpfung in db bzw. in % Frequenz in GHz Messungen von Prof. Pauli und Dr. Moldan Kupfergewebe, verzinnt Feinsilbergewebe Feinsilbergewebe textiles Schirmgewebe Bw-Gewebe mit Metallfäden

22 Funktionelle Kombinationen Kombination mit wearable electronics: Schutztasche für Elektronik (z.b. Handy) elektrische Signal- und Versorgungsbahnen: gleichzeitig EMF-Schutz Kombination mit medizinischen Funktionen: versilberter Faden gegen Neurodermitis? Versuchsprodukte der Fa. Kirson A: Polyestergelege mit leitfähiger Beschichtung B: Polyestergelege Nullmuster

23 Versuchsprodukte der Fa. Kirson C: Polyestergelege mit leitfähigen Fasern D: Glasgelege mit leitfähigem Vlies Versuchsprodukte der Fa. Kirson Abstandsabhängiger Widerstand von Flächengebilden Widerstand in Ohm 1E+15 1E+12 1E+09 1E mm 100 mm 50 mm 10 mm 1 A B C D Material

24 Versuchsprodukte der Fa. Kirson Schirmdämpfung gegenüber niederfrequenten elektrischen Feldern Abschirmung [%] A: PES-Gelege mit Rußanteil B: PES-Gelege C: PES-Gelege mit Edelstahl 0 0,01 0, Frequenz [khz] Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

25 Zertifizierung von Materialien Textil-Prüfsiegel des

26 Abschirmwirkung PES-Textilien mit und ohne ELG elektr. Feldstärke [V/m] ,01 0, Generatorfrequenz [khz] Blindwert Referenz Schutzanzug PES/CO- K2/1-fil-K- 8/10 PES/CO- K2/1-fas-F- 1%

27 Versuchsprodukte der Fa. Kirson Schirmdämpfung gegenüber niederfrequenten elektrischen Feldern 60 Abschirmung [db A: PES-Gelege mit Rußanteil B: PES-Gelege C: PES-Gelege mit Edelstahl ,01 0, Frequenz [khz]