Luftspule

Luftspulen sind induktive Bauteile ohne weichmagnetischen Kern. Spulen mit einem Kern sind unter Spule (Elektrotechnik) beschrieben.

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Der Name Luftspule rührt von dem Kernmaterial Luft, allerdings wird aus herstellungstechnischen Gründen die Spule meistens nicht freitragend sondern auf einem nichtmagnetischen Kern, der nur den Aufbau mechanisch fixiert, gewickelt.

Aufbau

  Luftspulen werden in verschiedenen Formen gebaut. Sehr häufig werden Zylinderspulen verwendet, bei denen der Draht spiralförmig aufgewickelt ist. Kleinere Luftspulen können so unter Verwendung von steifem Draht selbsttragend ausgeführt werden.
Aufwendig herzustellen sind Kreisringspulen, auch Toroidspulen genannt. Die magnetischen Feldlinien verlaufen bei der Kreisringspule überwiegend im Spuleninneren.

Flachspulen können Spiral- oder Rechteckform haben. Sie können auch leicht in Leiterplatten eingeätzt werden (Planarspulen). Es lassen sich jedoch nur verhältnismäßig kleine Induktivitäten auf diese Weise herstellen.

Um freitragende Spulen herzustellen, wird auch Backlackdraht eingesetzt, der beim oder nach dem Wickeln oberflächlich miteinander verbacken (verklebt) wird.

Anwendungen

Luftspulen besitzen im Vergleich zu Spulen mit weichmagnetischem Kern relativ kleine Induktivitäten. Durch das Fehlen eines magnetischen Kerns ist die Magnetisierungskennlinie linear und die Spule weist keine Sättigung auf.

Die Verwendung von Luftspulen erfolgt meistens im Hochfrequenzbereich z. B. als Drosselspule, in Filtern oder in Schwingkreisen. Es gibt jedoch auch Anwendungen in der Hochspannungstechnik, so als Kurzschlussbegrenzungsdrossel.  

Eine neue Anwendung sind Luftspaltmotoren ^[1], die durch Reduzierung der Wirbelstromverluste eine höhere Effizienz haben.

Beim Einsatz als Kurzschlussbegrenzungsdrossel ist die geringe Induktivität zwar von Nachteil, jedoch wünscht man sich auch bei hohen Strömen keine Sättigung. Dieses kann nur von Luftspulen bewerkstelligt werden, deren Induktivität von durchfließenden Strom unabhängig ist.

Luftspulen mit besonders großem Durchmesser werden als Rahmenantennen verwendet.

Typische Induktivitätswerte von Luftspulen liegen im Bereich 100 nH bis 100 µH.

Ein weiteres Anwendungsgebiet für Luftspulen sind passive Frequenzweichen für Mehrweg-Lautsprecher. Da es in diesem Bereich um vergleichsweise sehr niedrige Frequenzen geht, sind die erforderlichen Induktivitäten recht hoch. Gängige Werte liegen zwischen 0,1 und 6,8 mH. Problematisch ist die für hohe Induktivitäten erforderliche große Windungszahl der Luftspulen, die bei geringen Drahtquerschnitten schnell zu einem unerwünscht hohen Gleichstromwiderstand führt. Gerade in Tiefpässen für Tieftonlautsprecher sind diese hohen Induktivitäten jedoch erforderlich.
In diesem Bereich ist ein geringer ohmscher Widerstand zwischen Verstärker und Lautsprecher wünschenswert, um eine hohe Dämpfung zu erhalten. Aus diesem Grund werden in handelsüblichen Boxen zumeist Ferritkernspulen für den Tiefpass eingesetzt. Bei diesen ist jedoch die Hysterese und bei höheren Leistungen die Sättigung von Nachteil.

Quellen

1. ↑ http://sternen-motoren.de/