So schirmen Sie das Magnetfeld ab

Kann das Magnetfeld abgeschirmt werden, sodass der Magnet nur von einer Seite anzieht? Wie kann man verhindern, dass sich zwei Magnete anziehen oder abstoßen? Müssen Sie ein empfindliches Gerät vor den Auswirkungen eines magnetischen Felds schützen?

Wenn Sie Holz, Kunststoff, Glas, Aluminium oder Papier zwischen den Magneten und die Büroklammern im Bild legen, zieht der Magnet die Büroklammer weiterhin an. Wenn Sie ein Stahlmesser unter den Magneten halten, fallen die Büroklammern herunter:

Das Messer schirmte das Magnetfeld ab und die Büroklammern wurden nicht mehr angezogen. Wie ist das möglich?

Ablenkung von Magnetfeldlinien

Magnetfeldlinien bilden immer geschlossene Schleifen. Sie durchlaufen den gesamten Magneten, verlassen den Nordpol und treten in den Südpol ein. Eine höhere Feldliniendichte bedeutet ein stärkeres Magnetfeld. Das Magnetfeld ist im Inneren des Magneten und an den Polen am stärksten. Mit zunehmender Entfernung vom Magneten nimmt die Dichte der Feldlinien ab.

Kein Material kann Magnetfeldlinien stoppen. Es gibt jedoch Materialien wie Stahl, die sie ablenken können. Wenn Sie ein Stahlblech neben den Magneten legen, beginnen die Magnetfeldlinien durch das Blech zum Südpol zu verlaufen, was für sie den Weg des geringsten Widerstandes darstellt. Rechts vom Blech verlaufen keine Magnetfeldlinien, deshalb wirkt die Magnetkraft nicht auf Metallgegenstände hinter dem Blech.

Wenn Sie ein empfindliches Gerät vor magnetischen Feldern schützen müssen, können Sie es auch in ein Stahlgehäuse legen. Die Magnetfeldlinien verlaufen durch das Paket und umgehen das Gerät:

Ablenkung von Magnetfeldlinien — Antimagnetische Eindämmung: Objekte im Ring werden nicht durch magnetische Felder beeinflusst

Welche Materialien schirmen sie ab?

Alle ferromagnetischen Materialien:

Eisen
Nickel
Kobalt
Materialien, die diese Metalle enthalten (wie Stahl oder Ferrit)
einige Verbindungen der Seltenerdmetalle (z. B. CrO₂)

Alle anderen Materialien (nicht magnetische Metalle, Holz, Kunststoff, Glas, Pappe, Styropor usw.) haben keinen Einfluss auf magnetische Magnetfeldlinien.

Jedes Material, das von Magneten angezogen wird, kann das Magnetfeld abschirmen. Für starke Magnete wird am häufigsten Stahl verwendet, da dieser leicht verfügbar ist und eine große Menge an Magnetfeldlinien aufnehmen kann. Aber Achtung, einige Edelstahlsorten sind nicht ferromagnetisch und können nicht zur Abschirmung verwendet werden. Bei schwachen Magnetfeldern kommt vor allem das spezielle Abschirmmaterial Mu-Metall zum Einsatz.

Nicht alle ferromagnetischen Materialien sind gleich wirksam. Wichtige Eigenschaften sind hohe Permeabilität und Sättigungspunkt.

Permeabilität

Magnetfeldlinien versuchen, den Weg des geringsten Widerstandes vom Nord- zum Südpol zu nehmen. Unter normalen Umständen wählen sie den kürzesten Weg. Gleichzeitig halten sie Abstand zu anderen Magnetfeldlinien, als würden sich die Magnetfeldlinien gegenseitig abstoßen.

Die Permeabilität ist ein Maß dafür, wie gut ein Material ein magnetisches Feld „leitet“. Magnetische Feldlinien breiten sich problemlos durch Materialien mit hoher Permeabilität aus. Deshalb bevorzugen sie manchmal den Weg durch das durchlässige Material, auch wenn dieser länger ist und näher an anderen Magnetfeldlinien liegt:

Luft

Stahl

Mu-Metall

Je durchlässiger ein Material ist, desto besser zieht es die umgebenden Magnetfeldlinien an. Stahl hat eine 2 000-mal höhere Durchlässigkeit als Luft. Das spezielle magnetische Abschirmmaterial Mu-Metall weist eine bis zu 300 000-mal höhere Permeabilität als Luft auf.

Sättigungspunkt

Der Sättigungspunkt bestimmt die maximale Magnetfeldlinien, die das Material aushalten kann. Bei zu vielen Magnetfeldlinien wird das Material gesättigt und kann keine weiteren Magnetfeldlinien aufnehmen. Dadurch verringert sich die Abschirmwirkung. Materialien mit hoher Durchlässigkeit neigen dazu, schneller gesättigt zu sein als weniger durchlässige Materialien.

Mu-Metall ist ideal für schwache Felder, da es dank seiner hohen Permeabilität nur sehr wenige Magnetfeldlinien durchlässt. Bei starken Magnetfeldern tritt jedoch eine Sättigung ein und überschüssige Magnetfeldlinien werden nicht abgeschirmt. Stahl kann zwar viel mehr Magnetfeldlinien aufnehmen, weist jedoch eine geringere Permeabilität auf und lässt immer einen kleinen Teil des Magnetfelds durch.

	Luft	Stahl	Mu-Metall
Relative Permeabilität	1	2 000	300 000
Sättigungspunkt	Unendlichkeit	22 000 Gauß	8 000 Gauß

In den meisten Fällen ist Stahl ein geeignetes Material. Wir verwenden Stahl auch zum Schutz von Paketen, wenn wir starke Magnete per Post versenden.

Wenn Sie ein Problem mit der Sättigung haben, können Sie Folgendes versuchen:

Verwenden Sie ein dickeres Blech. Allerdings erhöhen sich dadurch das Gewicht und die Kosten des Abschirmmaterials.
Verwenden Sie ein Material mit einem höheren Sättigungspunkt (z. B. Stahl statt Mu-Metall). Allerdings verringert sich dadurch die Durchlässigkeit.
Platzieren Sie das Blech weg vom Magneten, wo das Magnetfeld schwächer ist. Dafür muss das Blech dann aber grösser sein.
Drehen Sie das Blech senkrecht zum Erdmagnetfeld, da dieses sonst ebenfalls zur Sättigung beiträgt.

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Schließen Sie den Kreis

Wenn Sie einen Magneten oder ein empfindliches Gerät abschirmen möchten, umgeben Sie es von allen Seiten (nicht nur in Richtung des Magneten) mit Abschirmmaterial. Dadurch entsteht ein geschlossener Magnetkreis, der für eine bessere Abschirmung sorgt.

Begrenzen Sie die Lücken

Ermöglichen Sie den reibungslosen Übergang der magnetischen Feldlinien von einem Blatt zum anderen. Magnetfeldlinien können einen kleinen Luftspalt überwinden und größere Lücken können die Abschirmwirkung schwächen. Wenn Sie Bleche verwenden, sollten diese sich überlappen:

Das Ergebnis wird noch besser, wenn Sie die Bleche zusammendrücken und so die Kontaktfläche vergrößern.

Mehrere Schichten

Mehrere dünnere Schichten schirmen besser ab als eine dickere Schicht. Sie können die Abschirmbleche mit Kunststoff, Pappe oder anderem Material trennen:

Abgerundete Kanten

Magnetfeldlinien können nicht plötzlich ihre Richtung um 90° ändern. An scharfen Kanten verlaufen sie geradlinig weiter und verlassen das Blech. Versuchen Sie, die Kanten der Blätter möglichst abzurunden.

Kleiner ist besser

Empfindliche Objekte sollten besser mit einem kleineren Schild abgedeckt werden. Ein großer Schild verändert den Verlauf der Kraftlinien erheblich und benötigt hierfür eine hohe Durchlässigkeit.

Hochfrequenz

Bei einem magnetischen Wechselfeld ist die Permeabilität des Abschirmmaterials geringer. Bei den meisten Materialien lässt die Abschirmwirkung bei Frequenzen um 1 kHz nach:

Für hochfrequente Felder eignen sich die Abschirmmaterialien Finemet (Frequenz einige kHz) oder CobalTex (Frequenz einige MHz).

Stahl + Mu-Metall

Wenn Sie gleichzeitig einen hohen Sättigungspunkt und eine hohe Permeabilität benötigen, können Sie eine Kombination aus Stahl und einem Material mit hoher Permeabilität verwenden:

Andere Materialien

Obwohl Mu-Metall bei schwachen Feldern die gängigste Wahl ist, gibt es auf dem Markt Alternativen mit unterschiedlicher Permeabilität und Sättigungspunkt. Sie können Folgendes versuchen:

Giron
MagnetShield
PaperShield
Shieldene (rostfrei)
Jointshield

Zwei Magnete

So schirmen Sie Anziehungskräfte ab

Wenn es erforderlich ist, dass sich zwei Magnete nicht mehr gegenseitig anziehen, ist die Situation komplizierter. Wenn Sie ein Stahlblech zwischen die Magnete legen, interagieren sie nicht mehr miteinander, werden aber beide von dem Blech zwischen ihnen angezogen. Da das Blatt näher ist als der andere Magnet, ist die Kraft zwischen dem Magneten und dem Blatt sogar noch größer als die Kraft zuvor zwischen den Magneten. Letztendlich werden die Magnete noch stärker als zuvor vom anderen Magneten angezogen.

Gibt es ein Abschirmmaterial, das keine Magnete anzieht?

Nein. Alle Materialien mit hoher Permeabilität ziehen Magnete an. Wird das Material nicht von den Magneten angezogen, kann es den Verlauf der magnetischen Feldlinien nicht beeinflussen.

Dieses Problem kann durch die Verwendung von zwei Blättern gelöst werden. Der Magnet auf der linken Seite wird vom linken Blatt angezogen. Der Magnet auf der rechten Seite wird vom rechten Blatt angezogen. Magnete und Folien ziehen sich nicht mehr an. Zwischen Magnet und Platte kann ein Füllmaterial, beispielsweise Styropor, platziert werden. Oder legen Sie das Blatt direkt auf den Magneten. Allerdings kann es dann zur Sättigung kommen, es kommt dabei auf die Haftkraft des Magneten, die Dicke des Blechs und das Material an, aus dem das Blech besteht.

Um die Anziehungskraft zwischen zwei Magneten abzuschirmen, werden zwei Bleche benötigt.

Wie man die abstoßende Kraft abschirmt

Bei abstoßenden Magneten genügt ein Blech. Bei entsprechender Blechdicke und Magnetabstand kann erreicht werden, dass die Anziehungskraft zwischen Magnet und Blech gleich groß ist wie die Abstoßungskraft zwischen den Magneten. Die Kräfte heben sich gegenseitig auf und die Magnete bleiben an ihrer Stelle.

Natürlich ist es auch weiterhin möglich, wie im vorherigen Fall zwei Blätter zu verwenden.