Prof. Dr. Thorsten Jungmann (Stand 2025-09-02)
Die Spule wird in der Elektrotechnik auch als Induktivität bezeichnet. Diese Bezeichnung für das Bauelement birgt jedoch das Risiko, mit der Induktivität als technische Eigenschaft des Bauelementes und physikalisches Phänomen verwechselt zu werden. Daher spreche ich in diesem Skript von der Spule, wenn ich das Bauteil meine, und von der Induktivität, wenn ich das Phänomen meine.
1 Wie sieht sie aus?
Eine Spule besteht aus einem aufgewickelten Draht, der meist zu mehreren Windungen um einen Träger oder einen Kern gelegt ist. Sie kann luft- oder kerngeführt sein. Kleine Spulen wirken unscheinbar wie Drahtwicklungen oder elektronische Bauteile auf Leiterplatten, große Spulen in Maschinenbau und Energietechnik sind massive Wicklungen aus Kupferdraht oder -bändern.
Spulen und Drosseln
Ringkernspule
Sitzt sekundär hinter dem Trafo und vor den Ausgangs-Elkos des Netzgerätes, bildet mit ihnen einen LC-Tiefpass. Die Spule speichert Energie pro Schaltperiode und macht aus dem gepulsten Gleichrichterstrom einen nahezu stetigen Ausgangsstrom. Sie dämpft Stromspitzen und verbessert die Regelung.
2 Was kann sie?
Die Spule speichert Energie in einem Magnetfeld, wenn Strom durch sie fließt. Sie kann elektrische Ströme beeinflussen, indem sie Spannungen induziert, magnetische Felder erzeugt oder Stromänderungen verzögert.
Beispiele:
- In Motoren erzeugen Spulen Magnetfelder, die Drehbewegungen antreiben.
- In Generatoren sind es die Spulen, in denen durch Bewegung im Magnetfeld Spannungen induziert werden.
- Im Transformator dienen Spulen als Primär- und Sekundärwicklung zur Übertragung von Energie durch elektromagnetische Induktion.
- In Relais und Schützen erzeugt die Spule ein Magnetfeld, das einen mechanischen Kontakt schließt oder öffnet.
- Als Bauelement ist die Spule Teil von Filtern (Tiefpass, Hochpass, Bandpass) oder absorbiert als Drossel Stromspitzen.
3 Wie funktioniert sie?
Die Funktion einer Spule beruht auf den Gesetzen des Elektromagnetismus:
- Fließt Strom durch den aufgewickelten Leiter, entsteht ein Magnetfeld.
- Wird der Strom geändert, ändert sich auch das Magnetfeld, was nach dem Induktionsgesetz eine Spannung induziert.
- Die Größe der induzierten Spannung hängt von der Windungszahl, der Stromänderung und dem Kernmaterial ab.
- Die Energie, die in den Aufbau des Magnetfeldes fließt, wird in der Spule gespeichert. Sie kann nach dem Abschalten des Stroms nicht einfach „verpuffen“, sondern fließt dann zurück in den Stromkreis.
4 Wie sieht sie von innen aus?
Im Inneren einer Spule befindet sich der aufgewickelte Leiter. Oft wird ein magnetisch wirksamer Kern (z. B. Eisen, Ferrit) eingebaut, der die magnetische Feldstärke und die Induktivität erhöht. Die Wicklung kann aus lackisoliertem Kupferdraht oder aus massiven Kupferbändern bestehen. Je nach Bauform gibt es Luftspulen, Eisenkernspulen oder spezielle Wicklungen für hohe Ströme und Spannungen. Zum Abstimmen von Schwingkreisen kann die Induktivität von speziellen Spulen durch eine Schraube verstellt werden.
5 Welche Rolle spielt sie in der Lehre?
Die Spule ist ein zentrales Bauelement, um elektromagnetische Zusammenhänge zu verstehen. Sie verdeutlicht den Zusammenhang von Strom, Magnetfeld, Induktion und gespeicherter Energie. Magnetspulen werden auch als Solenoid bezeichnet. In der Lehre wird sie als Grundlage für das Verständnis von Motoren, Generatoren, Transformatoren, Relais und Schützen behandelt.
6 Welche Rolle spielt sie in der Praxis?
Spulen sind Teil so gut wie jedes elektrotechnischen Gerätes und jeder Anlage. Sie finden sich in elektrischen Maschinen (Motoren, Generatoren), in der Energietechnik (Transformatoren), in Schalt- und Steuerungstechnik (Relais, Schütze) sowie in Filtern, Drosseln und Speicherdrosseln (z. B. in den Netzteilen empfindlicher elektronischer Geräte). Sie sind ein unverzichtbares Bauelement, um elektrische Energie zu wandeln, zu speichern und zu steuern.
Symbolik
- Kennbuchstabe in Schaltplänen: L (streng genommen nicht normgerecht, aber sehr gebräuchlich)
