Spulen (Induktivitäten) Grundlagen: AC-Filterung, Energiespeicherung & Berechnung

Spulen (Induktivitäten) sind in der Hobbyelektronik seltener als Widerstände, aber unverzichtbar bei Wechselstrom (AC). Sie speichern Energie im Magnetfeld, filtern Signale und transformieren AC-Spannungen. Dieser Guide deckt Grundlagen, Typen, Berechnung und Anwendungen ab.

Was ist eine Spule (Induktivität)?

Eine Spule ist ein passives Bauelement, das Energie vorübergehend im Magnetfeld speichert. Aufbau: Drahtwicklung (meist Kupfer) auf einem Spulenträger (Kern). Kernmaterialien:

• Eisenkern (hohe Permeabilität)
• Ferritkern (hohe µ, hohe Frequenzen)
• Luftkern (µ_r = 1, keine Sättigung)
• Keramikkern

Ferrit & Eisen erzeugen stärkere Felder → mehr Energiespeicherung bei gleicher Baugröße.

Funktionsweise: Faradaysches Induktionsgesetz

Strom durch Draht → Magnetfeld. Wicklung bündelt Feld. Strom fließt → magnetische Energie. Strom stoppt → Feld kollabiert → magnetische Energie wird zurück in elektrische Energie gewandelt (Induktionsspannung). Dieser Übergang braucht Zeit → Widerstand gegen Stromänderung = Induktivität.

Analogie: Schwungrad (Wasserrad). Anlauf braucht Energie/Drehmoment, Abbremsen braucht Zeit. Spule = elektrisches Schwungrad.

Induktivität L = Φ / I (magnetischer Fluss / Strom). Einheit: Henry (H), benannt nach Joseph Henry.

Spule vs. Kondensator

Beide speichern Energie, aber:

Eigenschaft	Kondensator	Spule
Energiespeicherung	Elektrisches Feld	Magnetisches Feld
Entladung	Elektrische Energie	Elektromagnetische Induktion → elektrische Energie
Hauptanwendung	Hochvolt-Netzteile, Pufferung, Filter (DC)	AC-Anwendungen: Radio, TV, Schaltnetzteile, Filter
Verhalten bei f=0 (DC)	Offen (Sperre)	Kurzschluss (Drahtwiderstand)
Verhalten bei f→∞	Kurzschluss	Offen (hoher ohmscher Widerstand)

Spulen-Symbole

Induktivität berechnen & messen

Einflussfaktoren auf L

L ∝ N² × µ × A / l

• N = Windungszahl
• µ = Permeabilität Kernmaterial (µ_r × µ₀)
• A = Querschnittsfläche Wicklung
• l = magnetische Weglänge (Spulenlänge)

Luft: µ_r = 1 → niedrige L. Ferrit: µ_r = 100–10.000 → hohe L. Metallverbundkerne: weichere Sättigung, bessere Thermik.

Formel für zylindrische Luftspule (Wheeler-Formel, approximativ)

L (µH) = (N² × D²) / (18D + 40L)
N = Windungen, D = Spulendurchmesser (inch), L = Spulenlänge (inch).
Umrechnung: 1 µH = 10⁻⁶ H, 1 H = 10⁶ µH.

Online-Rechner oder Fertigspulen mit bekanntem Wert nutzen.

Spulen in Reihe & Parallel

Wie Widerstände: Reihe = Summe, Parallel = Kehrwertsumme.

Reihe: L_ges = L₁ + L₂ (gleicher Strom → gleiche Flussänderung)

Parallel: 1/L_ges = 1/L₁ + 1/L₂ (Strom teilt sich → geringere Flussänderung pro Spule)

Gespeicherte Energie in einer Spule

E = ½ × L × I²

Beispiel: I = 15 A, L = 200 mH = 0,2 H
E = 0,5 × 0,2 × 15² = 0,1 × 225 = 22,5 Joule

Typische Anwendungen

• Boost-Converter (Spannungserhöhung, Stromerniedrigung)
• Netzfilter / Drossel: AC blockieren, DC durchlassen (Common Mode Chokes)
• Frequenztrennung (Crossovers, RF-Filter)
• Resonanzkreise (RF, Analog, abgestimmte Kreise)
• Motoren, Transformatoren, Relais, Schaltnetzteile
• HF-Spulen in Funktechnik

Messung der Induktivität

Standard-Multimeter kann Induktivität nicht messen (außer Modelle mit RLC-Funktion, oft ungenau). Richtig: LCR-Meter / RLC-Meter (Brückenmessung). Alternativ: Formel & Geometrie messen.

Zusammenfassung

Spulen sind das magnetische Gegenstück zum Kondensator. Unverzichtbar in AC-Technik, Schaltnetzteilen, HF. Kerngröße, Material, Windungen bestimmen L. Energie = ½LI². Messung nur mit LCR-Meter genau. Danke fürs Lesen!