Induktionsherd

Ein Induktionskochfeld ist ein Kochfeld, bei dem das metallische Kochgeschirr durch induktiv erzeugte Wirbelströme erwärmt wird.

Wirkungsweise

Einbauherdoberteil mit 4 Induktionskochfeldern und Glaskeramik-Oberfläche

Energie wird in Form eines magnetischen Wechselfeldes in den Boden des Kochgeschirrs übertragen und dort in Wärme umgewandelt.

Unterhalb der aus Glaskeramik bestehenden Kochfläche befindet sich eine stromdurchflossene Spule, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Dieses induziert in einem darüber platzierten metallischen Topf durch Induktion Wirbelströme, die das Metall des Topfes und von dort durch Wärmeübertragung den Inhalt aufheizen. Die dabei üblicherweise angewandten Frequenzen liegen im Bereich von etwa 25 bis 50 kHz.

Obwohl Induktionsbeheizung prinzipiell bei allen metallenen (stromleitenden) Töpfen (z.B. auch aus Aluminium) funktioniert, ist für eine ausreichend gute Funktion mit handelsüblichen Induktionskochfeldern spezielles Kochgeschirr mit Böden aus ferromagnetischem Material notwendig. Die Gründe sind:

• Das magnetische Wechselfeld der Induktionsspule breitet sich ohne Topf in alle Richtungen aus und wird von gut leitenden, nicht ferromagnetischen Töpfen sogar abgestoßen. Der Einsatz von ferromagnetischem Material im Topfboden bewirkt eine Bündelung dieses Feldes, wodurch die abgestrahlte elektromagnetische Energie gezielt in die elektrisch leitende Unterseite des Topfes übertragen wird. So wird einerseits das erforderliche Feld geringer, andererseits wird die Abstrahlung an die Umwelt minimiert^[1].
• Die Ummagnetisierungsverluste im Topfboden liefern über die Wirbelstromwärme hinaus zusätzliche Wärme. Sie tragen etwa 1/3 zur Heizleistung bei^[2].

Das (ferromagnetische) Material muss weiterhin einen ausreichend höheren spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen als das Kupfer der Induktionsspulen. Das ist bei Eisen der Fall.

Um zu überprüfen, ob Kochgeschirr für Induktionskochflächen geeignet ist, kann ein Magnet an den Boden gehalten werden. Bleibt dieser haften, ist der Boden (ferro)magnetisch und damit geeignet.

Die meisten Induktionskochfelder schalten automatisch ab, sobald kein oder kein geeigneter, d.h. ferromagnetischer Topf auf der Kochplatte steht.

Elektrischer Aufbau

Induktionskochplatte mit abgenommener Abdeckung:
Zu sehen ist die große Kupferspule, darunter die Elektronik; rechts oben: Netzfilter; unten rechts: Ventilator zur Kühlung; unten unter dem Aluminium-Kühlkörper: IGBT; links unten: blaue Kondensatoren des Resonanzkreises; links oben: Hilfsspannungsversorgung; weißer Knopf in der Mitte: Temperatursensor

Eine große flache einlagige Spule aus Hochfrequenzlitze erzeugt das magnetische Wechselfeld unter der Kochfläche. Sie bildet mit Kondensatoren einen Schwingkreis, der von IGBT-Schalttransistoren angetrieben wird. Dafür gibt es verschiedene Schaltungskonzepte. Die Schalttransistoren werden zum Beispiel mit im Resonanzkreis liegenden Stromwandlern gesteuert und aus einem regelbaren Gleichspannungs-Zwischenkreis gespeist. Die Gleichspannung wird über steuerbare Gleichrichter aus der Netzwechselspannung gewonnen - ihre Höhe bestimmt die Heizleistung. Eine weitere Möglichkeit ist die Pulsweitensteuerung der Anregung des Resonanzkreises.

Vorteile

• ähnlich wie beim Gasherd sehr kurze Reaktionszeit bei Änderungen der Einstellung (sehr kurze Vorwärmzeit; schnelles, genau dosierbares Anbraten)
• schnelles Ankochen größerer Mengen – und auch mit schweren Töpfen, da die Wärme im Topfboden direkt durch die Induktion erzeugt wird und die Kochplatte nicht erst erwärmt werden muss,
• die Kochfläche bleibt neben dem Topf kühl, da diese sich nicht selbst erwärmt, sondern nur sekundär durch den Kontakt mit dem Topf erwärmt wird (sog. Rückerwärmung)
• deutlich erleichterte Reinigung, da Lebensmittelreste kaum einbrennen: die Glaskeramikoberfläche erhitzt sich nur unterhalb des Topfes durch diesen – nicht jedoch auf den kritischen Flächen um den Topf herum
• verbesserte Sicherheit, da Energie nur gezielt an Metall abgegeben wird: versehentlich (oder von kleinen Kindern) angeschaltete Induktionskochflächen heizen nur, wenn ein Topf darauf steht
• Energieersparnis:
  • bei kurzen Kochzeiten, da nur eine relativ geringe Masse erwärmt wird und weder, wie beim Gasherd, große Teile der Energie durch Strahlung und Konvektion verloren gehen, noch Energie in der heißen Platte deponiert bleibt (deshalb z. B. besonders geeignet für das Kochen mit einem Schnellkochtopf)
  • Wärmeerzeugung nur im Topf – auch bei abweichenden Topfdurchmessern: ist der Topf zu klein, erwärmt sich nur dieser; die ihn umgebende Fläche des Kochfeldes bleibt kalt.

Nachteile

Da für die Funktion des Induktionskochfeldes ein ferromagnetischer Boden des Kochgeschirrs empfehlenswert oder sogar erforderlich ist, können einige Typen von Edelstahltöpfen kaum, sowie Aluminiumtöpfe nicht verwendet werden. Alle Glas-, Keramik- u. a. nichtleitenden Töpfe sind grundsätzlich ungeeignet. Daher ist manchmal die Anschaffung neuer Töpfe und Pfannen notwendig.

Als Alternative zu teurem Spezialgeschirr empfehlen sich einfache emaillierte Stahltöpfe und eiserne Bratpfannen. Auch handelsübliche Edelstahltöpfe mit mehrlagigem Topfboden eignen sich für das Kochen mit Induktion. Diese sind auf der Verpackung, z. T. auch der Unterseite mit einem speziellen Symbol gekennzeichnet.

Es scheint zumindest bei preiswerten Einzel-Induktionskochfeldern das Problem zu geben, dass sich diese nicht mit kleinen Leistungen betreiben lassen, was den Gebrauchswert etwas einschränkt. Man darf sich darüber auch durch die Anzahl der Leistungsstufen nicht hinwegtäuschen lassen.

Ein weiterer Nachteil ist bei einigen Geräten die Geräuschentwicklung, welche sich zum einen als niederfrequentes Betriebsgeräusch am Lüfter und zum anderen als hochfrequentes Geräusch am Topf bemerkbar macht.

Personen mit Herzschrittmacher sollten beachten, dass diese Geräte mit einem starken Magnetfeld arbeiten, das den Herzschrittmacher blockieren oder in anderer Weise stören und daher gefährlich sein könnte.

Elektromagnetische Umweltverträglichkeit (EMVU)

Das Bundesamt für Gesundheit der Schweiz hat die „Magnetfeldexposition durch Induktionskochherde“ in einer Expositionsstudie auf Einhaltung der ICNIRP-Grenzwertempfehlungen untersucht. Demnach können die Felder menschliches Gewebe geringfügig erwärmen, wodurch jedoch bisher keine gesundheitlichen Folgen nachgewiesen werden konnten. Gemäß der Grenzwerte aus der 26. BImSchV liegen die von Induktionsherden ausgehenden magnetischen Wechselfelder bei sachgemäßer Anwendung innerhalb der Grenzwerte. Dennoch wird ein Mindestabstand von 5 bis 10 cm zur Vorderkante des Herdes empfohlen. ^[3]

Andere Untersuchungen raten bereits jetzt von der Benutzung von Induktionsherden ab, da es bisher kaum wissenschaftliche Untersuchungen zu hochfrequenten Magnetfeldern gibt. Demnach wird bemängelt, dass sich die Grenzwerte aus dem 26. BImSchV ausschließlich auf niederfrequente Strahlung bis zu einer Frequenz von 800 Hz beziehen, während die von Induktionsherden verwendeten Frequenzen im Bereich von 25 bis 50 kHz liegen. Des Weiteren wird kritisiert, dass sich bisherige Erkenntnisse zur Wirkung magnetischer Wechselfelder und deren Grenzwerte häufig nur auf Untersuchungen für Netzfrequenz von 50 Hz stützen. Folglich ist es wissenschaftlich ungeklärt, inwieweit elektromagnetische Strahlung biologische Wirkungen und Langzeitschäden hervorrufen können. Aufgrund dessen wird in diesen Untersuchungen grundsätzlich vom Einsatz von Induktionsherden abgeraten. In einer Studie mit nach eigenen Aussagen sehr unsicherer Datenlage wurde bei Magnetfeldern dieser Stärke eine Zunahme von Kinderleukämie festgestellt. ^[4][5]

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

Störemission

Induktions-Kochfelder arbeiten im unteren Langwellenbereich und emittieren elektromagnetische Wellen bei diesen Frequenzen. Die Arbeitsfrequenz liegt jedoch unterhalb ziviler Langwellensender und auch unterhalb der unteren Messgrenze zur Prüfung der Elektromagnetischen Störaussendung (150 kHz).

Weitere Störungen bei höheren Frequenzen werden durch die Leistungshalbleiter (IGBT, Thyristoren) erzeugt; sie müssen hinsichtlich Netzrückwirkung (leitungsgebundene Störungen) und Abstrahlung so gering wie auch bei anderen Elektrogeräten sein.

Störimmunität

Induktionsherde enthalten komplexe elektronische Baugruppen und sind daher potentiell empfindlicher gegenüber transienten Überspannungen im Stromnetz als andere Elektroherde.

Einzelnachweise

1. ↑ Angabe der Universität München
2. ↑ http://www.herd.josefscholz.de/Induktion/Induktion.html
3. ↑ http://www.bfs.de/de/elektro/faq/faq_haushalt.html/#5
4. ↑ http://www.strahlentelex.de/Stx_06_460_E01.pdf.
5. ↑ http://www.strahlentelex.de/Stx_02_366_E02-04.pdf

Weblinks

• Schweizer Bundesamt für Gesundheit: Magnetfeldexposition durch Induktionskochherde. Studie.
• Elektrosmogreport 4 2002: Magnetische Wechselfelder von Induktionskochfeldern. Vorstellung einiger Messungen an Induktionskochfeldern, Bewertung im Kontext zu gesetzlichen Grenz- sowie Vorsorgewerten, PDF, 134 KB.