Induktionsspulen

Induktionsspulen sind elektrische Spulen, die zur Erzeugung oder Abnahme von elektromagnetischen Feldern eingesetzt werden. Sie spielen eine zentrale Rolle in Systemen, die Energieübertragung oder Induktion nutzen, wie Transformatoren, Induktionsheizungen, drahtlose Energieübertragung und Induktionskochfelder. Ihre Funktionsweise beruht auf dem Gesetz von Faraday: Wird der Strom durch die Spule zeitlich verändert, entsteht eine sich ändernde magnetische Flussdichte, die in benachbarten Leitern eine Spannung induziert oder eine Kopplung zwischen Wicklungen bewirkt. Die in einer Spule gespeicherte magnetische Energie beträgt 1/2 L I^2, mit der Induktivität L, die von der Wicklungszahl N, dem Kernmaterial und der Geometrie abhängt.

Konstruktion: Induktionsspulen bestehen aus Kupferdraht, oft mit Lackisolierung, zu einer oder mehreren Wicklungen gewunden. Sie können auf einem Eisenkern oder als Luftkern ausgeführt sein. Eisenkernspulen verwenden laminierten oder gekröpften Kern, um Wirbelströme zu reduzieren. Spulen können als Solenoid-, Doppelkern- oder Pancake-Anordnungen ausgeführt sein, je nach benötigtem Feldprofil und Resonanz.

Anwendungen: In Transformatoren dienen Induktionsspulen als Primär- und Sekundärwicklungen zur Spannungsanpassung. In der Induktionsheizung werden Hochfrequenzspulen in Resonanz betrieben, um ein starkes Magnetfeld zu erzeugen, das Werkstücke erwärmt. In der drahtlosen Energieübertragung koppeln Spulen über Luftspalte durch magnetische Kopplung. Auch im Zündsystem älterer Fahrzeuge stammen Spulen zur Spannungsverstärkung.

Design und Betrieb: Frequenz, Leistung, Kühlung, Isolation und Verluste bestimmen die Auslegung. Hohe Frequenzen erhöhen Skin-Effekt und Wirbelstromverluste, erfordern geeignete Materialien und Kühlung.