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03.02.1999 10:11

Sehen, was nicht sichtbar ist

Sabine Gerbaulet Science Communication Centre - Abteilung Kommunikation
Technische Universität Darmstadt

Am Fachgebiet Theorie Elektromagnetischer Felder der TU Darmstadt untersucht Prof. Dr.-Ing. Thomas Weiland, wie sich elektromagnetische Felder nachweisen und reduzieren lassen. Ein Beitrag zur Versachlichung der Diskussion um den "Elektrosmog".

Sehen, was nicht sichtbar ist
Wie sich "Elektrosmog" nachweisen und technisch reduzieren läßt

"Die Benutzung von Mobiltelefonen und CD-Spielern ist untersagt" teilt die Stewardess den Reisenden im Flugzeug mit. Aus gutem Grund: Elektronische Geräte können sich gegenseitig stören und damit in ihrer Funktionsfähigkeit behindern. Zuhause mag es harmlos sein, wenn die Bohrmaschine des Nachbarn den Radioempfang beeinträchtigt. An Bord von Flugzeugen, in Kraftfahrzeugen oder in der Medizintechnik hängt vom korrekten Funktionieren der elektronischen Helfer bisweilen das Leben ab. Die Industrie investiert bei der Entwicklung Millionen, um das Problem der elektromagnetischen Verträglichkeit in den Griff zu bekommen. Am Fachgebiet Theorie Elektromagnetische Felder der TU Darmstadt forscht man unter der Leitung von Professor Dr.-Ing. Thomas Weiland an der exakten Berechnung und zweckmäßigen Visualisierung elektromagnetischer Felder.
Die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist ein Spezialgebiet der Elektrotechnik. Sie beschäftigt sich mit der gegenseitigen Beeinflussung elektronischer Geräte durch elektromagnetische Strahlung. Es geht aber nicht nur darum, die Abstrahlung elektromagnetischer Energie zu verhindern oder zu minimieren, was bei Funkgeräten beispielsweise ohnehin nicht sinnvoll wäre. Vielmehr arbeiten Fachleute vor allem daran, elektrische Geräte und Baugruppen unempfindlich gegenüber elektromagnetischer Einstrahlung zu machen. Denn nicht nur ein Herzschrittmacher, sondern auch die Elektronik in Flugzeugen und Rechnern muß unter allen erdenklichen Umständen bei "Elektrosmog" fehlerfrei arbeiten. Auch Anti-Blockiersysteme (ABS) und Airbags im Kraftfahrzeug müssen gegen die Felder von Funktelefonen oder anderen möglichen Störern immun sein.
Bislang ist die EMV-gerechte Entwicklung wissenschaftlich sehr aufwendig und daher mit erheblichen Kosten verbunden. Der hohe Aufwand rührt aus der komplizierten Mathematik her: Man beschreibt die elektromagnetischen Felder mit den sogenannten Maxwellschen Gleichungen, die James Clerk Maxwell bereits 1860 auf rein theoretischer Basis entwickelte. Diese grundlegende Gruppe von vier Differentialgleichungen läßt sich rechnerisch nur sehr schwer lösen. Mitte der siebziger Jahre entwickelte Professor Weiland ein spezielles Verfahren, den Raum, in dem sich die elektromagnetische Strahlung ausbreitet, in kleine Quader zu zerlegen und damit diesen mit einem regelmäßigen Gitter zu belegen. Durch diese Umsetzung wird aus dem kontinuierlichen Raum ein diskreter Raum, in dem der Zustand jeder kleinen Zelle durch analytische Gleichungen beschrieben werden kann. So gelang Thomas Weiland mittels der Finiten Integrationstechnik die Abbildung der fundamentalen Maxwellschen Gleichungen auf Matrizengleichungen. Statt wie bisher mit einer abgeleiteten Differentialgleichung zu arbeiten, wird nun die Integralform der Maxwellschen Gleichung zur Ermittlung der Lösung für alle Quader im Gitternetz genutzt. Resultat: Auch komplizierte Fragestellungen können heute mit einem leistungsfähigen Rechner fast mühelos gelöst werden.
Berechnete Weiland in den achtziger Jahren während seiner Tätigkeit am CERN in Genf und am DESY in Hamburg elektromagnetische Effekte von Beschleunigeranlagen und trug damit zu ihrer Optimierung bei, so wandte er sich nach seinem Wechsel an die TU Darmstadt der Berechnung elektromagnetischer Strahlung an industriellen Bauteilen zu. Da die EMV-gerechte Entwicklung von Bauteilen und Geräten sehr teuer ist, besteht ein enormer Bedarf für Weilands Rechenmethode. Seit Anfang der neunziger Jahre arbeitet Weiland zusammen mit einer Arbeitsgruppe aus Ingenieuren, Physikern, Informatikern und Mathematikern an der Entwicklung einer Software namens MAFIA (Solution of Maxwell's Equations by the Finite Integration Algorithm), die am Ende so einfach wie ein CAD-Programm zu bedienen sein soll. Wegen der hohen Genauigkeit der Rechnersimulation macht sie kostspielige Tests weitgehend überflüssig. Simulieren lassen sich nicht nur elektromagnetische Effekte bei komplizierten Bauteilen. Auch in Bereichen, die sich zum Beispiel wegen ihrer äußerst geringen räumlichen Ausdehnung einem meßtechnischen Zugriff entziehen, lassen sich so die Einflüsse elektromagnetischer Felder bestimmen.
Ein weiterer entscheidender Schritt ist auch das von Professor Weiland entwickelte Visualisierungsverfahren, das anschauliche, dreidimensionale Bilder auf dem Bildschirm entstehen läßt. Damit erhalten elektromagnetische Felder für den Fachmann eine neue Qualität und werden für das Auge erfahrbar - ein Weg, die mit ihnen verbundenen Effekte besser zu verstehen.
Weilands Berechnungsmethode konnte sich schon bei zahlreichen Problemen bewähren: Mit ihrer Hilfe wurden beispielsweise Satellitenantennen, Röntgen-Computertomographen, Mikrowellenöfen sowie Temperaturverteilungen bei Tumorbehandlungen berechnet. Außerdem wird das Verfahren angewendet, um die Auswirkungen von elektromagnetischen Feldern auf die Umwelt und den Menschen zu untersuchen. So wurde die thermische Belastung - hervorgerufen durch die Abstrahlung eines Mobiltelefons - im Kopf eines Menschen berechnet. Hier zeigt sich ein großes Anwendungsfeld für das Verfahren: Mit seiner Hilfe ist es in Zukunft möglich, die Einwirkung elektromagnetischer Felder auf die Umwelt und den Menschen so weit wie möglich zu reduzieren. Für den Entwurf von Mobiltelefonen bedeutet dies, daß der Konstrukteur nun solange im Rechner die Abstrahlung simuliert, bis eine effektive und befriedigende Anordnung von Schaltkreisen, Verkabelung und Antenne gefunden ist, die einen schonenden Einsatz gewährleistet.
Elektromagnetische Wellen kann man nicht riechen, nicht fühlen, nicht schmecken. Aber mit Hilfe der Arbeiten von Professor Weiland kann man sie präzise berechnen - und so deren möglicherweise unerwünschten Auswirkungen besser abschätzen bzw. unterbinden.
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Weitere Informationen: Fachgebiet Theorie Elektromagnetischer Felder, TU Darmstadt, Tel. 06151/16 4028, Fax 06151/16 4611; e-mail: weiland@temf.tu-darmstadt.de
Unter dieser Adresse ist auch Fotomaterial erhältlich.

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Merkmale dieser Pressemitteilung:
Biologie, Elektrotechnik, Energie, Informationstechnik, Meer / Klima, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungsprojekte
Deutsch

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