Anwendungen zur elektromagnetischen Induktion

Ausführliche Informationen dazu sind in gesonderten Beiträgen unter den Stichwörtern „Generatoren“ und „Transformatoren“ zu finden.

Funkeninduktor

Ein Funkeninduktor dient als Hochspannungstransformator. Er ist aus zwei über einen stabförmigen Eisenkern gewickelten Zylinderspulen aufgebaut. Durch die Primärspule fließt ein zerhackter Gleichstrom, der durch einen selbsttätigen Unterbrecher (wagnerscher Hammer, Wehnelt-Unterbrecher) erzeugt wird. In der Sekundärspule entsteht eine Wechselspannung zwischen 1 und 100 kV. Nach dem Prinzip des Funkeninduktors arbeiten z.B. die Zündspulen der Ottomotoren, die die Hochspannungsimpulse für die Zündkerzen liefern.

Induktionshärten

Das Härten ist ein häufig angewandtes metallurgisches Verfahren, bei dem durch starkes Erhitzen und schlagartiges Abkühlen die Festigkeit eines Metalls erhöht wird. Um chemische Verunreinigungen zu vermeiden, wählt man oft Verfahren zum Erwärmen ohne Nutzung einer offenen Flamme. Zu diesen Verfahren zählt das Induktionshärten, bei dem man Metalle durch induzierte Wirbelströme auf Glühtemperaturen erhitzt.
Die Wirbelströme entstehen nach dem Induktionsgesetz, wenn man einen leitfähigen Gegenstand einem zeitlich veränderlichen magnetischen Feld aussetzt. Zu diesem Zweck bringt man das zu härtende Metall in das Feld eines mit Wechselstrom betriebenen Elektromagneten. Das Feld des Elektromagneten induziert im Metall Wirbelströme, die ihrerseits Reibungswärme an den Werkstoff abgeben und ihn dadurch zum Glühen bringen.
Das Induktionshärten weist gegenüber herkömmlichen Härtungsverfahren eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird die Wärme dem gesamten Körper relativ gleichmäßig, von allen Seiten und auch von innen zugeführt. Dadurch werden vor allem bei größeren Werkstücken thermische Spannungen vermieden.

Induktionsschleifen

Mithilfe von Induktionsschleifen kann der Straßenverkehr überwacht werden. Häufig steuert man mit ihrer Hilfe Ampelanlagen. Die Funktionsweise von Induktionsschleifen beruht auf der elektromagnetischen Induktion. Die Induktionsschleife wird unmittelbar unter der Fahrbahn verlegt. Sie kann permanent von Strom durchflossen werden und dann als Leiterschleife wirken oder im Ausgangszustand auch stromlos sein.
Im ersten Fall erzeugt die Induktionsschleife ein schwaches Magnetfeld. Bewegen sich Pkw oder Lkw durch dieses Magnetfeld hindurch, dann ändert sich dessen Stärke. Da viele Bauteile eines Fahrzeuges aus Eisen sind, verstärkt sich das Schleifenfeld. Das ist ähnlich wie bei einer Spule, bei der sich das Magnetfeld ebenfalls verstärkt, wenn man einen Eisenkern einbringt.
Die Veränderung des Feldes induziert einen kurzzeitigen Stromstoß in der Leiterschleife, der nach entsprechender Verstärkung als Steuerimpuls an Ampelanlagen oder Verkehrüberwachungsanlagen weitergeleitet werden kann. Durch zwei hintereinanderangeordnete Schleifen kann man auch die Geschwindigkeit von Fahrzeugen messen.
Relativ empfindlich muss die Stromstärkemessung in einer stromlosen Induktionsschleife funktionieren. Bei dieser Variante nutzt man die Tatsache, dass die meisten Fahrzeuge von einem schwachen Magnetfeld umgeben sind. Dieses stammt z.B. aus der Lichtmaschine, wo nach dem Generatorprinzip mithilfe eines Magnetfeldes Strom gewonnen wird. Bewegt sich ein Fahrzeug relativ zu Induktionsschleife, dann induziert das Magnetfeld des Fahrzeuges einen Stromfluss in der Schleife, der zu Mess- und Steuerzwecken genutzt werden kann.

Elektrizitätszähler

Elektrizitätszähler, die auf der Grundlage der elektromagnetischen Induktion arbeiten, bezeichnet man auch als Induktionszähler. Sie besitzen zwei Elektromagnete. Einer der Magnete wird vom Verbraucherstrom durchflossen, an dem anderen liegt die Verbraucherspannung an. Wird eine elektrische Energie über den Zähler bezogen, dann induziert der Verbraucherstrom unmittelbar in seiner Spule ein Magnetfeld. Die Verbraucherspannung ruft in ihrem Stromkreis einen Stromfluss hervor, durch den ebenfalls ein Magnetfeld induziert wird. Allerdings baut sich dieses Feld später als das Feld der Stromspule auf. Es ist gegenüber dem ersteren Feld phasenverschoben. Beide Magnetfelder wirken demzufolge insgesamt wie ein Drehfeld und versetzen dadurch eine Aluminiumscheibe, in der sie Wirbelströme induzieren, in Rotationsbewegung. Ein mit der Aluminiumscheibe verbundenes Zählwerk registriert die Anzahl der Umdrehungen, die zu Strom und Spannung proportional ist.
Ein Bremsmagnet stoppt die Aluminiumscheibe nach dem Prinzip der Wirbelstrombremse sofort ab, wenn der Verbraucher keine elektrische Energie mehr aus dem Netz bezieht.