Magnetfelder für die Löschung von Daten

Allgemeines

Magnetfelder H werden in Degaussern

• in Luftspulen ohne Kern oder
• im Luftspalt ferromagnetischer Joche

erzeugt und durch Angabe

• der Feldstärke H in [kA/m], [Oe]
• der Flussdichte B = µ₀ * H in [T], [G], [kG]

beschrieben.

I. allg. werden die kompletten Datenträger

• Festplattenlaufwerke (Größe bis 3,5″)
• Magnetband-Kassetten (LTO-Spezifikation, ULTRIUM-Format)

zum Löschen der Daten in bzw. durch das Luft-Magnetfeld des Degaussers gefahren.

Die quantitativen Anforderungen an das frei zugängliche Magnetfeld Ha ergeben sich entsprechend aus

• der erforderlichen Stärke der Feldes (vorgegeben durch Material der Magnetschichten)
• den geometrischen Abmessungen der Datenträger (i. allg. der 3,5″-Festplattenlaufwerke)

Die Stärke des Feldes sollte H > 800kA/m bzw. B = µ₀*H > 1,0T sein.
Die geometrischen Abmessungen der 3,5″-Festplatten sind l * b * h ≈ 147mm * 102mm * 26mm.
Die 3,5″-Magnetscheiben selbst haben einen Durchmesser Ø = 3,5*25,4mm = 88,9mm.

Elektromagnetische Felderzeugung

Für den Zusammenhang zwischen dem magnetischen Fluss Φ und der Durchflutung Θ = n*i gilt in einem magnetischen Kreis das Durchflutungsgesetz Θ = n*i =Φ * R_magn.

Die Durchflutung Θ = n*i ist die magnetische Spannungsquelle und ergibt sich aus der Zahl n der stromdurchflossenen Windungen der Feldspule und der Stärke des Feldstroms i. Der magnetische Widerstand wird durch R_magn. = Θ/Φ = l_mag./µ₀*µ*A dargestellt
(l_magn. = magnetische Weglänge, µ = magnetische Leitfähigkeit entlang l_magn, A = Querschnittsfläche ).

Wird ein Magnetkreis durch eine Reihenschaltung aus Abschnitten mit unterschiedlichen µ-Werten aufgebaut, werden die Teilwiderstände addiert.
Für ein Joch mit Luftspalt gilt Θ = n*i =Φ * R_magn. = Φ * ( R_{magn. Joch} + R_{magn. Spalt}).

Felderzeugung in einer Luftspule (Spule ohne Kern)

Für die Datenlöschung ist ein ausgedehntes und homogenes starkes Luftfeld entscheidend.
In der HELMHOLTZ-Spulenanordnung (Bild) bildet sich in einem zylindrischen Teilvolumen (axial l ≈ R/3, radial r ≈ R/2) zwischen den beiden Einzelspulen ein sehr homogenes Feld aus.

Um in diesem Bereich eine Feldstärke H = 800kA/m bzw. einen Flussdichtewert B = µ₀*H = 1,0T

• auf einer axialen Länge l > 25,4mm
• innerhalb eines Querschnitts mit D ≈ 3,5´´ ≈ 90mm

zu erreichen, ist eine magnetische Durchflutung Ө ≈ 100.000 A erforderlich.
Bei einer angenommenen max. Stromdichte j = 5A/mm² ergibt sich für den Gesamtquerschnitt
der Cu-Wicklung ein Wert von ACu gesamt ≈ 20.000mm².

Aus dieser Abschätzung folgt, dass die für Datenlöschungen erforderlichen starken Magnetfelder in Luftspulen mit technisch üblichen Stromstärken bzw. Stromdichten nicht erzeugt werden können.

Um die benötigten Durchflutungen Θ = n*i erreichen zu können, wird i. allg. das Feld mit einem Stromstoß aus einer Kondensatorentladung erzeugt.
Wegen des nur kurzzeitigen Stromflusses ist die Wärmeentwicklung in der Feldwicklung pro Feldaufbau trotz sehr hoher Stromdichten begrenzt.
Eine derartige Lösung wird in den Magnetisierungseinrichtungen für die Magnetisierung von Hartmagneten seit langem genutzt. (www.m-pulse.eu).

Felderzeugung im Luftspalt eines Jochs

Im Degausser von FUJITSU wird das Feld im Luftspalt eines Doppel-E-Jochs durch Seltene-Erden-Permanentmagnete erzeugt.
Die Datenträger (Festplattenlaufwerke, Magnetbandkassetten) werden durch das Feld zwischen rechteckförmigen Polen gefahren. Die größere Seite des Rechtecks ist größer als der Durchmesser einer 3,5″-Festplatte.

Wird das Feld im Spalt eines ferromagnetischen Jochs nicht permanentmagnetisch, sondern elektromagnetisch durch eine Durchflutung Θ = n*i erregt (Skizze), gilt für

• die Feldstärken im Joch und im Luftspalt Θ = n*i = ∑ H_j*l_j ≈ (H*l)_Joch + (H*l)_Spalt
• für den Magnetfluss Φ durch den Magnetkreis Θ = n*i = Φ*(R_{mag. Joch} + R_{mag. Spalt}).

Wegen des geringen magnetischen Widerstands des Jochs R_{mag. Joch} ~ 1/µ_Fe mit µ_Fe >>1 fällt ein großer Teil der gesamten magnetischen Spannung Θ = n*i über dem Luftspalt ab und es gilt Θ = n*i ≈ (H*l)_Spalt .

Der magnetische Widerstand des Luftspalts R_{mag. Spalt} = (l/µ₀*A)_Spalt ~ 1/A ist wegen der Feldaufweitung, d. h. der Vergrößerung der Querschnittsfläche A schwierig quantitativ zu bestimmen
(vgl. Darstellung).
Diese Feldaufweitung hängt von der Größe

• der Spaltlänge l_Spalt
• des Verhältnisses der Spaltlänge zu den Querabmessungen der Pole
• der Aussteuerung des ferromagnetischen Jochs bzw. der Polflächen

ab und hat im Spalt

• eine Vergrößerung des Querschnitts A_Spalt > A_Joch
• wegen B_Spalt*A_Spalt = B_Joch*A_Joch eine niedrigere Flussdichte B_Spalt < B_Joch
• eine inhomogene Verteilung der Flussdichte B im Querschnitt A_Spalt

zur Folge.