Ein Induktor spielt in zahlreichen Anwendungen eine entscheidende Rolle. Bild: nanoslavic, Pixabay.com
Ein Induktor, alternativ auch Magnetspule oder Spule genannt, stellt in der Elektrotechnik zum einen ein grundlegendes Bauteil dar, welches elektrischen Strom in ein magnetisches Feld umwandeln kann. Zum anderen kann ein Induktor auch für ein elektromagnetisches Feld sorgen, das Wirbelströme zur induktiven Erwärmung von Bauteilen und Werkstücken erzeugt.
Was kann man sich unter einem Induktor vorstellen?
Im Grunde genommen besteht ein Induktor lediglich aus einem Draht, der coilartig um einen magnetischen Kern gewickelt ist. Als Basismaterial für den Draht fungieren meistens Kupfer oder andere leitfähigen Materialien.
Fließt jetzt elektrischer Strom durch die Spule, erzeugt dies ein Magnetfeld. Wie stark das Magnetfeld ausgeprägt ist, hängt immer von der Stromstärke, der Kernart sowie der Anzahl der Spulenwindungen ab.
Induktionserwärmung: Konstruktion und Material des Induktors beeinflussen die Effizienz
In diesem Fall überträgt der Induktor den Strom aus dem jeweiligen Induktionsgerät in ein zu erwärmendes Werkstück. Dafür erzeugen die Induktoren elektromagnetische Felder, die Wirbelströme in einem leitfähigen Material induzieren.
Hierdurch kommt es dann zur Erwärmung des Werkstücks. In der Regel sind Induktoren dieser Art als Spulen gestaltet, durch die ein Wechselstrom fließt. Die Effizienz der Induktionserwärmung ist dabei primär von der Material- und Konstruktionsqualität der Spule abhängig. Zudem kann auch das Material des Werkstücks die Wärmeentwicklung beeinflussen.
Wie genau funktioniert ein Induktor aus elektrotechnischer Perspektive?
Wird ein elektrotechnisch genutzter Induktor ein- oder ausgeschaltet, erzeugt dies eine Änderung des magnetischen Feldes. In diesem Fall entsteht eine so bezeichnete Induktionsspannung. Diese Spannung wirkt dann der Änderung des Stroms beziehungsweise des Magnetfelds entgegen.
Dadurch kann der Strom durchgehend stabil gehalten werden. Das macht den Induktor zu einer wichtigen Komponente in Geräten und Anwendungen, die eine konstante Stromversorgung benötigen oder bei denen plötzliche Stromänderungen vermieden werden sollen.
So funktionieren Induktoren für die Erwärmung von Werkstücken
In diesem Fall fließt Wechselstrom mit periodischer Richtungsänderung durch den Induktor. Daraus entsteht ein magnetisches Feld, das ebenfalls periodisch seine Richtung ändert. Dabei kommt es zu einer Induktion von Wirbelströmen im elektrisch leitfähigen Werkstück.
Der elektrische Widerstand des Materials und sekundär auch mögliche Ummagnetisierungsverluste führen dann zur Erwärmung durch die Wirbelströme. Die jeweilige Widerstandsstärke beeinflusst dabei den Grad der Erwärmung.
Was sind die Vorteile einer Erwärmung von Werkstücken mit Induktoren gegenüber herkömmlichen Verfahren?
- hohe Energieeffizienz dank kurzer Erwärmzeiten und hoher Energiedichten
- bessere Umweltverträglichkeit (keine offenen Flammen und weniger CO2-Ausstoß)
- sehr gute Präzision durch punktgenaue Erwärmung
- permanente Prozesskontrolle dank präziser Temperatursteuerung
- reduzierter Aufwand für Ausschuss- und Nachbearbeitung
- schnelle und einfache Integration in Fertigungsabläufe (Automatisierung)
- geringerer Platzbedarf im Vergleich zu einem klassischen Induktionsofen
Elektrotechnik und industrielle Anwendungen: Darum ist der Induktor gerade hier einfach unersetzlich
Die Bedeutung des Induktors in der Elektrotechnik und Elektronik kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. In zahlreichen Anwendungen spielt er eine entscheidende Rolle.
Gleiches gilt für Induktoren, die gezielt zur Erwärmung von Werkstücken genutzt werden. Diese Art von Induktoren sind gerade in der industriellen Fertigung zu einer unverzichtbaren Komponente geworden. Im Folgenden die zwei wichtigsten Einsatzszenarien!
Energieübertragung: Da Hochleistungsinduktoren in der Lage dazu sind, elektrische Energie mithilfe von magnetischen Feldern in mechanische Energie, und umgekehrt, umzuwandeln, kommen Induktoren häufig in Transformatoren und Induktionsspulen von elektrischen Motoren und Generatoren zum Einsatz.
Als eine wichtige Komponente in diesem Bereich stellen die Induktoren dabei eine kontinuierlich effiziente Übertragung der benötigten Energie sicher.
Induktionserwärmung: Induktoren zur Erwärmung kommen schon lange in klassischen Bereichen wie Löten, Härten, Schmelzen oder Glühen zum Einsatz. Mittlerweile nutzen aber auch Bereiche wie Forschung und Entwicklung verstärkt die Induktionserwärmung.
Außerdem wird die Erwärmung via Induktoren immer häufiger in der Lebensmitteltechnik und Werkstoffprüfung, bei der Erwärmung von Packstoffen, in vielen Herstellungsprozessen im Automobilbereich sowie für die Draht- und Kabelerwärmung verwendet. Dabei ist eine gezielte Temperatursteuerung möglich.
Die vorteilhafte Vielseitigkeit von Induktoren ermöglicht zusätzliche Einsatzoptionen
Neben diesen beiden primären Einsatzszenarien finden Induktoren noch in vielen weiteren Bereichen mit jeweils unterschiedlicher Intention Anwendung.
Die Bandbreite an Verwendungsmöglichkeiten reicht von Autozündesystemen und Schwingkreisen über die Metallverarbeitung bis hin zur Audiobranche. Widmen wir uns einigen exemplarischen Beispielen für die branchenübergreifende Vielseitigkeit von Induktoren!
Verhindern von Stromspitzen: Induktoren werden genutzt, um plötzliche Änderungen der Stromstärke zu vermeiden. Dies betrifft zum Beispiel Schaltungen, die eine konstante Stromversorgung benötigen. Im Allgemeinen können sie zudem dabei helfen, die Lebensdauer empfindlicher Bauteile zu verlängern. Das gelingt, indem die Induktoren Spannungsspitzen absorbieren und dämpfen.
Filtertechnik: Gemeinsam mit Kondensatoren bilden Induktoren in vielen elektronischen Geräten zuverlässige Filtersysteme, die bestimmte Frequenzen mithilfe der magnetischen Felder durchlassen oder eben blockieren. Davon profitieren zum Beispiel Kommunikationssysteme, da verschiedene Signale sauber getrennt und selektiert werden können.
Speicherung von Energie: Die Fähigkeit, ein Magnetfeld zu generieren, macht einen Induktor ebenfalls interessant für die Leistungsversorgung in Stromversorgungsmodulen, Signalverarbeitungsgeräten, Gleichrichtern und ähnlichen Anwendungen.
Denn Induktoren speichern Energie in Form eines Magnetfelds, die beim Abschalten des Stroms dann wieder freigesetzt wird. Dank dieser Fähigkeit eignen sich Induktoren ideal für die Depotierung von Energie.
Elektromagnetische Interferenz (EMI): Zudem wird der Induktor verwendet, um elektromagnetische Störungen zu unterdrücken beziehungsweise zu dämpfen. Dies ist besonders in Geräten wichtig, die in Umgebungen mit hohem elektromagnetischem Rauschen betrieben werden. Das ist zum Beispiel in der Audiobranche, Medizintechnik sowie der Luftfahrt der Fall.
