Was ist ein
Faradayscher Käfig?

Ein Faradayscher Käfig ist eine geschlossene Hülle aus elektrisch leitfähigem Material, die elektrische und elektromagnetische Felder abschirmt. Benannt ist das Prinzip nach dem britischen Physiker Michael Faraday, der es 1836 erstmals beschrieb.

Was ursprünglich ein physikalisches Experiment war, bildet heute die Grundlage professioneller Abschirmlösungen: In der Medizin schützt das Prinzip beispielsweise MRT-Untersuchungsräume vor hochfrequenten Störsignalen, im Informationsschutz bildet es die Grundlage für elektromagnetische Abstrahlsicherheit, und in Industrie sowie Forschung schafft es kontrollierte elektromagnetische Umgebungen.

Auf dieser Seite erfahren Sie, wie ein Faradayscher Käfig funktioniert, wo Ihnen das Prinzip im Alltag begegnet, welche Materialien zum Einsatz kommen und wie es in professionellen Abschirmlösungen umgesetzt wird.

Funktionsprinzip: Wie funktioniert ein Faradayscher Käfig?

Ein Faradayscher Käfig basiert auf einer möglichst geschlossenen Hülle aus elektrisch leitfähigem Material. Trifft ein elektrisches oder elektromagnetisches Feld auf diese Hülle, verteilen sich elektrische Ladungen und Ströme im leitfähigen Material so, dass die Feldwirkung im Inneren stark reduziert wird.

Bei hochfrequenten elektromagnetischen Wellen, beispielsweise Funk-, Mobilfunk- oder WLAN-Signalen, wird ein wesentlicher Teil der auftreffenden Energie an der leitfähigen Oberfläche reflektiert bzw. innerhalb des Materials gedämpft. Wie stark, gibt die Schirmdämpfung an. Sie wird in Dezibel (dB) angegeben und hängt unter anderem von Frequenz, Material, konstruktivem Aufbau und insbesondere von der Qualität aller Übergänge und Durchführungen ab.

Für professionelle Abschirmlösungen reicht deshalb eine leitfähige Wand allein nicht aus. Türen, Fenster, Lüftung, Filter, Kabel- und Medienführungen sowie sämtliche Verbindungen zwischen den einzelnen Schirmelementen müssen in das Abschirmkonzept einbezogen werden. Bereits kleine konstruktive Schwachstellen können die Schirmwirkung des Gesamtsystems maßgeblich beeinflussen. Kritische Komponenten wie HF-Türen und HF-Fenster müssen projektspezifisch in das Gesamtkonzept integriert werden.

HF-Türen & HF-Fenster

Faradayscher Käfig im Alltag

Das Prinzip des Faradayschen Käfigs begegnet uns auch im Alltag:

Professionelle Abschirmsysteme basieren auf demselben physikalischen Grundprinzip, allerdings mit definierten Anforderungen an Frequenzbereich, Schirmdämpfung und konstruktive Ausführung. Bei HF-Kabinen und Schirmräumen entscheidet deshalb das präzise Zusammenspiel aller Komponenten über die tatsächliche Schirmwirkung.

Zu den FAQ

Auto und Flugzeug:

Leitfähige Außenstrukturen können elektrische Ladungen, beispielsweise bei einem Blitzeinschlag, über die Außenhaut ableiten.

Geschirmte Kabel:

Leitfähige Schirmungen reduzieren elektromagnetische Störeinflüsse auf die übertragenen Signale.

Mikrowellenherd:

Das Metallgehäuse und das feinmaschige Gitter in der Tür begrenzen die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen nach außen.

Faradayscher Käfig und Magnetfeldabschirmung sind nicht dasselbe

Ein Faradayscher Käfig dient insbesondere der Abschirmung elektrischer und hochfrequenter elektromagnetischer Felder. Statische Magnetfelder durchdringen eine leitfähige Hülle dagegen praktisch ungehindert, niederfrequente Magnetfelder werden nur begrenzt gedämpft.

Für Anwendungen mit starken statischen Magnetfeldern, beispielsweise MRT-Systeme, kommen deshalb zusätzliche Magnetfeldabschirmungen aus geeigneten ferromagnetischen Materialien zum Einsatz. Diese lenken magnetische Feldlinien gezielt und folgen damit einem anderen physikalischen Wirkprinzip.

Bei komplexen Projekten können beide Abschirmarten miteinander kombiniert werden. Schwarz plant und realisiert sowohl HF-Abschirmungen als auch Magnetfeldabschirmungen und stimmt beide Systeme auf die jeweilige Anwendung und die baulichen Rahmenbedingungen ab.

Magnetfeldabschirmung

Aus welchen Materialien besteht ein Faradayscher Käfig?

Für einen Faradayschen Käfig können unterschiedliche elektrisch leitfähige Materialien eingesetzt werden. Welches Material technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist, hängt unter anderem vom geforderten Frequenzbereich, der notwendigen Schirmdämpfung, der Konstruktion und den baulichen Rahmenbedingungen ab.

Aluminium

Verbindet eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit mit geringem Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und guter Verarbeitbarkeit. Schwarz setzt Aluminium insbesondere für die modular aufgebauten HF-Abschirmkabinen ein.

Kupfer

Besitzt eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit und wird ebenfalls für HF-Abschirmungen eingesetzt. Je nach konstruktivem Aufbau und Anwendungsfall kann Kupfer beispielsweise als Blech, Folie oder Geflecht zum Einsatz kommen.

Stahl

Kann sowohl für konstruktive HF-Abschirmungen als auch, in entsprechend geeigneter Materialausführung, für Magnetfeldabschirmungen eingesetzt werden. Bei Magnetfeldabschirmungen steht dabei nicht die elektrische Leitfähigkeit, sondern die magnetische Permeabilität des Werkstoffs im Vordergrund.

Schirmgewebe und Geflechte

Kommen insbesondere dort zum Einsatz, wo flexible oder luftdurchlässige Übergänge benötigt werden. Entscheidend ist auch hier die elektrisch leitfähige und konstruktiv zuverlässige Einbindung in das Gesamtsystem.

Schirmdämpfung: Wie viel dB braucht welche Anwendung?

Schirmdämpfung
20 dB
40 dB
60 dB
80 dB
100 dB
120 dB

Reduktion der Feldstärke
Faktor 10
Faktor 100
Faktor 1.000
Faktor 10.000
Faktor 100.000
Faktor 1.000.000

Die Schirmdämpfung beschreibt, um welchen Faktor die Feldstärke im Inneren gegenüber außen reduziert wird. Weil sie in Dezibel angegeben wird, steigen die Faktoren schnell.

Die erforderliche Schirmdämpfung hängt von der jeweiligen Anwendung und dem relevanten Frequenzbereich ab. Bei MRT-Anwendungen werden typischerweise etwa 90 bis 100 dB gefordert, Schwarz realisiert projektspezifisch bis zu 120 dB. Für Informationsschutz, Industrie sowie Forschung und Labore wird die Schirmdämpfung projektspezifisch nach Schutzanforderung, Störquelle bzw. Messaufgabe und dem relevanten Frequenzbereich ausgelegt.

Entscheidend ist nicht der höchstmögliche Einzelwert, sondern die für die jeweilige Anwendung erforderliche Schirmleistung über den definierten Frequenzbereich.

Wo wird ein Faradayscher Käfig professionell eingesetzt?

Faradayscher Käfig im MRT und in der Medizin

MRT-Systeme arbeiten mit hochfrequenten Signalen und reagieren empfindlich auf elektromagnetische Störungen aus ihrer Umgebung. Eine professionell ausgeführte HF-Kabine bildet einen Faradayschen Käfig um den Untersuchungsraum und schafft die erforderliche elektromagnetische Umgebung für eine zuverlässige Bildgebung.
Schwarz plant und realisiert komplette HF-Kabinen für MRT-Systeme unterschiedlicher Hersteller und Feldstärken, einschließlich Türen, Fenstern, Filtern, Durchführungen, Quench-System und Innenausbau.
HF-Kabinen für MRT-Räume

Abhörsichere und abstrahlsichere Räume (Informationsschutz)

In sicherheitskritischen Bereichen müssen vertrauliche Informationen vor ungewollter Weitergabe geschützt werden. Je nach Schutzanforderung kann ein Raum beispielsweise abhörsicher, abstrahlsicher oder mit einer Kombination beider Schutzfunktionen ausgeführt werden.
Für die elektromagnetische Abstrahlsicherheit bildet der Faradaysche Käfig die technische Grundlage: Die leitfähige Raumhülle reduziert elektromagnetische Abstrahlungen und verhindert deren unkontrollierte Ausbreitung aus dem geschützten Bereich. Für die akustische Abhörsicherheit kommen ergänzend konstruktive Schallschutzmaßnahmen zum Einsatz, die Türen, Wände, Decken, Böden sowie technische Durchführungen einbeziehen.
Die konkreten Anforderungen werden durch nationale und internationale Regelwerke definiert. In Deutschland können beispielsweise Vorgaben des Bundesamtes für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) relevant sein. Welche Anforderungen im jeweiligen Projekt anzuwenden sind, wird projektspezifisch festgelegt.
Schwarz entwickelt und realisiert entsprechende Schutzräume unter anderem für Bundesregierung, Behörden, Bundeswehr, Botschaften sowie weitere sicherheitskritische Einrichtungen und Unternehmen.
abhörsichere und abstrahlsichere Räume

Faradayscher Käfig in der Industrie

In industriellen Prüf- und Produktionsumgebungen können elektromagnetische Störeinflüsse Messungen, Prüfprozesse oder empfindliche Elektronik beeinträchtigen. Faradaysche Käfige und HF-Schirmräume schaffen definierte elektromagnetische Bedingungen für Prüfstände, Mess- und Kalibrierbereiche sowie weitere technisch sensible Anwendungen.
Schwarz entwickelt die Abschirmung projektspezifisch und integriert dabei erforderliche Türen, Tore, Fenster, Filter, Lüftungs- und Medienführungen in das Gesamtsystem.
HF-Abschirmung für die Industrie

Faradayscher Käfig in Forschung und Labor

Forschungseinrichtungen und Labore benötigen kontrollierte elektromagnetische Umgebungen, um empfindliche Messungen reproduzierbar durchführen zu können. Schirm- und Messkabinen reduzieren externe elektromagnetische Störeinflüsse und können gleichzeitig verhindern, dass Signale aus dem Prüfraum nach außen gelangen.
Schwarz entwickelt dafür projektspezifische Abschirmräume und Kabinensysteme, abgestimmt auf Messaufgabe, erforderlichen Frequenzbereich und Schirmdämpfung.
Schirm- und Messkabinen

Projekt-Insight: Hochspannungsprüfhalle

sicher geplant und fachgerecht integriert

Dass das Prinzip des Faradayschen Käfigs nicht auf klassische Raumgrößen beschränkt ist, zeigt eines unserer aktuellen Projekte: Für das neue Hochspannungslabor der PFISTERER Holding SE in Winterbach realisiert Schwarz gemeinsam mit dem Auftraggeber mainka GmbH & Co. KG eine großformatige elektromagnetische Abschirmung für Anwendungen der Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HVDC).

7.800 m² Schirmungsfläche mit rund 1.800 Schirmungsmodulen
Integration in eine 50 x 30 x 28 m große Hochspannungshalle
Schirmungstore bis 5 x 7 m sowie Schirmungstüren und -fenster in verschiedenen Ausführungen

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Faradayscher Käfig, Abschirmkäfig, Schirmkabine, HF-Kabine:  
Was ist der Unterschied?

Begriff
Faradayscher Käfig
Abschirmkäfig
Schirmkabine / Messkabine
HF-Kabine

Bedeutung
Physikalisches Grundprinzip: Eine möglichst geschlossene, elektrisch leitfähige Hülle reduziert elektrische und elektromagnetische Felder im geschützten Bereich.
Allgemeiner Begriff für eine konstruktive Umsetzung dieses Prinzips, vom kleinen Gehäuse bis zum begehbaren Abschirmraum.
Raum- oder kabinenförmige Abschirmlösung, vor allem für Mess-, Prüf- und Laboranwendungen.
Professionell ausgeführte Raumabschirmung für hochfrequente elektromagnetische Felder, einschließlich HF-Türen, HF-Fenstern, Filtern, Lüftung sowie Kabel- und Mediendurchführungen. Typische Anwendungen: MRT-Räume, Informationsschutz, Industrie.

Die Begriffe werden in der Praxis nicht immer einheitlich verwendet. Entscheidend ist deshalb weniger die Bezeichnung als die technische Anforderung: Welche Frequenzen müssen mit welcher Schirmdämpfung abgeschirmt werden, und welche Schnittstellen muss das Gesamtsystem erfüllen?

Wie Schwarz Shielding Faradaysche Käfige umsetzt

Schwarz Shielding Systems entwickelt und realisiert auf Basis dieses Prinzips professionelle Abschirmräume und Kabinensysteme für unterschiedlichste technische Anforderungen. Der abgeschirmte Raum wird dabei als technisches Gesamtsystem betrachtet:

1. Planung und konstruktive Auslegung

2. Eigene Fertigung  wesentlicher Komponenten

3. Montage  des Systems

4. Abschließende messtechnische Prüfung

Kritische Komponenten wie HF-Türen und HF-Fenster werden projektspezifisch in das Gesamtkonzept integriert. Die modular aufgebauten Aluminium-Kabinen ermöglichen hohe Schirmleistungen bei flexibler Montage. Abhängig von der Ausführung können spätere Anpassungen, Erweiterungen oder der Austausch einzelner Komponenten erleichtert werden.

Häufige Fragen zum Faradayschen Käfig

Ist ein Auto ein Faradayscher Käfig?

Ja, weitgehend. Eine geschlossene Metallkarosserie leitet elektrische Ströme, beispielsweise bei einem Blitzeinschlag, über die Außenhaut ab und reduziert so die Feldwirkung im Innenraum. Fahrzeuge mit hohem Kunststoffanteil oder offener Bauweise, etwa Cabrios, bieten diesen Effekt nur eingeschränkt. Mit einem professionellen HF-Schirmraum, der für definierte Frequenzbereiche und Schirmdämpfungen konstruiert und messtechnisch geprüft wird, ist ein Fahrzeug nicht vergleichbar.

Ist ein Flugzeug ein Faradayscher Käfig?

Im Wesentlichen ja. Die leitfähige Außenstruktur eines Flugzeugs kann Blitzströme um die Kabine herum ableiten und weist damit Eigenschaften eines Faradayschen Käfigs auf. Wie beim Auto gilt: Ein professioneller HF-Schirmraum ist damit nicht vergleichbar.

Ist ein Haus oder Wohnmobil ein Faradayscher Käfig?

Nur bedingt. Ein Haus ist keine durchgehend leitfähig verbundene Hülle, selbst bei Stahlbetonbauten schwächen Fenster, Türen und Öffnungen die Wirkung. Bei Wohnmobilen hängt es von Bauweise und Material ab. Eine definierte, messtechnisch nachgewiesene Schirmdämpfung ist in der Regel nicht gegeben.

Muss ein Faradayscher Käfig geerdet werden?

Erdung und Potenzialausgleich müssen entsprechend der konkreten Anwendung sowie den elektrischen und sicherheitstechnischen Anforderungen geplant werden. Für die HF-Schirmwirkung ist nicht pauschal ‘möglichst viel Erdung’ entscheidend, sondern insbesondere die elektrisch leitfähige und HF-technisch korrekte Ausführung des gesamten Schirmsystems.

Wie hoch ist die Schirmdämpfung eines Faradayschen Käfigs?

Das hängt von Anwendung und relevantem Frequenzbereich ab. Bei MRT-Anwendungen werden häufig 90 bis 100 dB gefordert, Schwarz realisiert projektspezifisch bis zu 120 dB. Entscheidend ist die für die Anwendung erforderliche Schirmleistung über den definierten Frequenzbereich, nicht der höchstmögliche Einzelwert.

Schirmdämpfung

Kann man einen Faradayschen Käfig selbst bauen?

Das physikalische Prinzip lässt sich mit leitfähigen Materialien relativ einfach demonstrieren. Eine professionelle Abschirmung mit definierter und reproduzierbarer Schirmdämpfung ist dagegen wesentlich komplexer. Insbesondere Türen, Fugen, Fenster, Lüftung sowie Kabel- und Mediendurchführungen können die Schirmwirkung maßgeblich beeinflussen und müssen in das Gesamtsystem integriert werden.

Was ist der Unterschied zwischen einem Faradayschen Käfig und einer Magnetfeldabschirmung?

Ein Faradayscher Käfig schirmt vor allem elektrische und hochfrequente elektromagnetische Felder ab. Eine Magnetfeldabschirmung, beispielsweise für die starken statischen Magnetfelder eines MRT, arbeitet dagegen mit geeigneten ferromagnetischen Materialien, die den magnetischen Fluss gezielt lenken. Beide Systeme folgen unterschiedlichen Wirkprinzipien, können aber innerhalb eines Projektes kombiniert werden.

Magnetfeldabschirmung

Was ist der Unterschied zwischen einem Faradayschen Käfig und einem abhörsicheren Raum?

Der Faradaysche Käfig kann die Grundlage für die elektromagnetische Abstrahlsicherheit eines geschützten Raumes bilden. Für die akustische Abhörsicherheit sind zusätzlich konstruktive Schallschutzmaßnahmen erforderlich. Je nach Schutzanforderung kann ein Raum abhörsicher, abstrahlsicher oder mit beiden Schutzfunktionen ausgeführt werden. Die konkrete Ausführung erfolgt projektbezogen entsprechend den jeweils geltenden Anforderungen und wird kontrolliert und nachgewiesen.