Techniklexikon

Spule

Allgemein: Isolierkörper mit darauf aufgewickeltem Draht zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (Elektromagnet, Magnetismus). Die sich um den Draht herum ausbildenden magnetischen Kraftlinien vereinigen sich in dem von den Windungen umschlossenen Raum und ergeben dort eine hohe Feldliniendichte. Sp. ohne Eisenkern nennt man Luftspulen. (Einlagige Luftsp. mit theoretisch unendlich dicht liegenden Windungen nennt man Solenoid. ) Durch Einfügen eines weichmagnetischen (Hyste-rese, Hysteresis) Kerns entsteht ein Elektromagnet. Eine Sp. mit Eisenkern ist eine Induktionsspule (Induktion). Da die magnetischen Wechselfelder nicht nur in der Sp. Induktionsspannungen hervorrufen, sondern auch im Kern, entstehen Wirbelströme, die Verluste bedeuten. Um sie in erträglichen Grenzen zu halten, werden die Eisenkerne entweder aus gegeneinander isolierten Blechen aufgebaut oder aus pulverisiertem Material geformt. Elektrodynamik und Elektrotechnik, Induktivität, eine Reihenschaltung von mehreren, meist sehr vielen, koaxialen Leiterschleifen, oft mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt. Ihre grosse Bedeutung in der Elektrotechnik erhält die Spule auf Grund der Tatsache, dass sich in ihrem Inneren ein homogenes, annähernd divergenzfreies Magnetfeld ausbildet. Eine (einlagige) Zylinderspule mit nebeneinanderliegenden Wicklungen heisst Solenoid; liegen die Wicklungen übereinander, spricht man von einer Flachspule. Kombinationen aus Zylinder- und Flachspule heissen mehrlagige Spulen. Ist die Spulenachse ringförmig gebogen, so nennt man dies eine Ringspule oder ein Toroid.

Werden alle n Windungen vom gleichen magnetischen Fluss F durchsetzt, so wird eine Spannung U = –n dF / dt induziert (Induktion). Die Abgängigkeit vom durch die Spule fliessenden Strom I wird durch die Selbstinduktivität (oder kurz: Induktivität) L beschrieben: U = -L dI / dt; die magnetische Energie der Spule beträgt dann W_m = -LI² / 2. Die induktive Wirkung zweier Spulen aufeinander wird durch die (Gegen-)Induktionskoeffizienten L₁₂ beschrieben. Reale Spulen besitzen ausser ihrer Induktivität auch immer eine Eigenkapazität und einen ohmschen Widerstand, im Wechselstromkreis wirken sie als frequenzabhängiger Blindwiderstand (Induktanz, induktiver Widerstand). Die Induktivität L einer Spule im Wechseltromkreis kann durch Einfügen eines Eisenkerns enorm vergrössert werden. Zur Abschirmung der Umgebung gegen Streufelder aus der Spule wird diese oft mit einem Abschirmbecher (einem koaxialen Metallzylinder) umhüllt.

In der Elektrotechnik bezeichnet man Spulen im Stromkreis oft auch als »Induktivität L«, dies ist von der physikalischen Grösse Induktivität (L) zu unterscheiden. Eingesetzt werden Spulen in Elektromagneten, Elektromotoren und Transformatoren. Weiterhin nutzt man sie in der Messtechnik, in der nichtminiaturisierten Elektronik (etwa in Filtern), in der Schwachstromtechnik (als Drosselspulen) und in der Hochfrequenztechnik, wo sie wegen des Skineffekts oft nicht mehr aus massiven Drähten, sondern aus Litze hergestellt werden.