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

Energie wird in Form eines elektromagnetischen Wechselfeldes auf 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 durch den ohmschen Widerstand aufheizen. Die dabei übliche Frequenz liegt im Bereich von etwa 20 bis 50 kHz.

Obwohl Induktionsbeheizung prinzipiell bei allen metallenen (und damit elektrisch leitenden) Töpfen (z. B. auch aus Kupferboden) funktioniert, wird für einen hohen Wirkungsgrad mit einem handelsüblichen Induktionskochfeld Kochgeschirr mit einem Boden aus ferromagnetischem Material (von lateinisch ferrum ‚Eisen‘) empfohlen. Die Gründe dafür sind:

• Ferromagnetisches Material im Topfboden bündelt das elektromagnetische Wechselfeld in demselben. Die eingekoppelte elektromagnetische Energie erzeugt Wirbelströme in den Außenflächen des Topfes. Aufgrund des ohmschen Widerstandes des ferromagnetischen Materials wird ein großer Teil der elektrischen Energie (etwa 2/3 der Heizleistung) in thermische Energie umgesetzt.
• Ein weiterer Teil der im Magnetfeld gespeicherten Energie wird im Topfboden durch den Ummagnetisierungsverlust (Hysterese) in thermische Energie gewandelt. Dies entspricht etwa 1/3 der Heizleistung.^[1]
• Im nicht ferromagnetischen Topfboden wird das Magnetfeld weniger gebündelt und kann sich somit in stärkerem Maße im Raum ausbreiten. Dies kann zu ungewünschter Wechselwirkung mit der Umgebung der stromdurchflossenen Spule führen: Elektromagnetische Umweltverträglichkeit

Ferromagnetisches Material ist daran zu erkennen, dass ein Magnet an ihm haften bleibt.

Das Material muss für einen guten Wirkungsgrad der Wandlung elektromagnetischer in Wärmeenergie einen deutlich höheren spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen als das gut leitende HF-Kupfer der Induktionsspule. Das ist bei Eisenlegierungen meistens der Fall. Induktionstaugliches Kochgeschirr erfüllt diese Bedingungen normalerweise und lässt sich am Symbol, das die Drahtwendel einer Spule in einem Quadrat zeigt, auf dem Topf- oder Pfannenboden erkennen. Dieses Symbol hat jedoch keine Funktionsgarantie. Man kann einen Topf nur im Praxistest auf Induktionstauglichkeit prüfen. Dabei sind dickere Böden für eine bessere Wärmeverteilung vorteilhaft.

Die meisten Induktionskochfelder schalten das Erregerfeld automatisch aus, sobald sich kein, ein zu kleiner oder ein ungeeigneter Topf auf dem Kochfeld befindet.
Allerdings kann sich die Elektronik von einem aufliegenden metallischen Gegenstand, den sie für einen Topf hält, täuschen lassen.

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.

Da bei Induktionskochfeldern aufgrund ihrer Funktionsweise nicht nur der Boden des Kochgefäßes, sondern auch die Seitenwände erhitzt werden, wird die Wärme besser verteilt, und das Kochgut wird schneller erwärmt. Darüber hinaus ist die Reaktionszeit sehr kurz. Deshalb erhitzt sich das Kochgut rasch. Weiterhin lässt sich durch die kurze Reaktionszeit der Kochvorgang genauer dosieren als bei einem Elektroherd mit Kochplatten.

Die Kochfläche bleibt neben dem Topf kühl, da sie sich nicht selbst erwärmt und die Wärme nicht leitet. Die Fläche darunter wird einzig durch Konduktion, d. h. nur sekundär durch den Kontakt mit dem Topf erwärmt (thermische Rückleitung und -strahlung des Topfes). Aus diesem Grund können Lebensmittelreste nicht auf dem Kochfeld neben dem Topfboden einbrennen, was eine einfachere Reinigung zulässt. Nach längerer Kochzeit wird jedoch auch die Kochfläche so heiß, dass Verletzungsgefahr besteht.

• Nur ein sehr geringer Teil der elektromagnetischen Strahlung bleibt ungenutzt, sofern das Kochfeld komplett durch den Topf- oder Pfannenboden abgedeckt wird. Der Anteil an nicht genutzter Energie durch Konvektion, Wärmestrahlung und Wärmeleitung ist für die Kochstelle sehr gering.
• Im Vergleich zum Gasherd wird weniger Energie durch Konvektion (durch die neben der Pfanne aufsteigenden warmen Gase) an die Umgebung abgegeben.
• Im Vergleich zum konventionellen Elektroherd mit Heizspirale oder Infrarotheizung wird dem Kochprozess deutlich weniger Energie durch Strahlung und Konvektion entzogen. Zudem wird das Kochgerät nicht über das zunächst zu erwärmende Kochfeld erwärmt: Wasser kocht, obwohl das Kochfeld kühler als 100°C ist.
• Im Vergleich mit einem Holzherd entsteht durch die Kochstelle kein Feinstaub.

• Für das Kochen auf einem Induktionskochfeld sind Kochgefäße mit ferromagnetischem Boden erforderlich. So eignen sich alle aus Guss- oder Tiefzieh-Stahl gefertigten Töpfe gut. Hingegen können Edelstahltöpfe nur eingeschränkt und Aluminiumtöpfe und Kupfergefäße gar nicht verwendet werden. Daneben sind alle elektrisch nichtleitenden Kochgefäße nicht verwendbar, insbesondere solche aus Glas und Keramik.
• Zur Kühlung der Steuerelektronik ist ein Lüfter erforderlich, der – je nach Auslegung – mehr oder weniger laut arbeitet. Jedoch übertönen die beim Kochen auftretenden Nebengeräusche (Dunstabzug, Zischen beim Braten, etc.) das Lüftergeräusch, so dass es meist nicht wahrgenommen wird.
• Je nach Verhältnis zwischen der Größe der Töpfe und der Kochplatte kann es zu einem (normalerweise äußerst geringem) Brummen kommen.
• Elektroherdplatten und Glaskeramikkochfelder können auch unkonventionell verwendet werden, beispielsweise aufbacken von Pizza, Brötchen, Tortillawraps in der Infrarotstrahlungshitze direkt auf dem Glaskeramikkochfeld, was bei Induktionskochfeldern nicht geht.

Das Bundesamt für Gesundheit der Schweiz ließ 2006/07 Induktionskochherde auf Einhaltung der ICNIRP-Referenzwerte für die Magnetfeldexposition untersuchen.^[2] Grundlage der Festlegung der Referenzwerte der äußeren Felder sind Basisgrenzwerte für Feldstärken im Körperinneren, bei denen in der wissenschaftlichen Literatur ein Auftreten gesicherter gesundheitlicher Beeinträchtigungen veröffentlicht ist. Aus der niedrigsten inneren Feldgröße, bei der für den jeweiligen Frequenzbereich ein solches Auftreten beschrieben ist, werden unter der Voraussetzung der maximalen Kopplung des äußeren Feldes zur exponierten Person die Referenzwerte der äußeren Felder, hier der magnetischen Flussdichte, abgeleitet. Dabei fließt zusätzlich ein Sicherheitsfaktor ein, der auch die Datenqualität und individuelle Unterschiede der Empfindlichkeit berücksichtigt. Auch im ungünstigsten Fall kann der Referenzwert damit nicht zu einer Überschreitung des Basisgrenzwertes führen. Bei den in Induktionskochgeräten zur Anwendung kommenden Frequenzen ist eine im menschlichen Körper verursachte neuronale Erregung (Kribbeln, Muskelzucken u.ä.) ausschlaggebend. Die ICNIRP-Richtlinien von 1998 ermittelten aus den bis dahin veröffentlichten Untersuchungen mit einem Sicherheitsfaktor von 50 einen Referenzwert der magnetischen Flussdichte von 6,25 µT.^[3] Die Richtlinien von 2010 konnten aufgrund der durch zwischenzeitliche Veröffentlichungen verbesserten Datenlage den Sicherheitsfaktor auf 10 reduzieren und legten den Referenzwert damit auf 27 µT fest.^[4]

Die geprüften Geräte hielten bei bestimmungsgemäßem Gebrauch in 30 Zentimeter horizontaler Entfernung vom Gerät, entsprechend der geltenden Messvorschriften,^[5] den Referenzwert von 6,25 µT der zu diesem Zeitpunkt geltenden ICNIRP-Richtlinien ein. Bei realistischen geringeren horizontalen Abständen wurde dieser Wert teilweise überschritten, im Abstand von 1 Zentimeter vor dem Gerät erreichte er maximal 10 µT, seitlich und hinten bis zu 26 µT. Infolgedessen empfehlen das Schweizer Bundesamt für Gesundheit und das deutsche Bundesamt für Strahlenschutz einen Mindestabstand von 5 bis 10 cm zur Vorderkante des Herdes.^[6][7]

Oberhalb des Kochfeldes unmittelbar neben dem Kochgeschirr waren deutlich höhere Flussdichten bis 84 µT messbar. Bei nicht bestimmungsgemäßem Gebrauch durch Verwendung zu kleiner Kochgeschirre oder durch nicht auf die Kochzone zentrierte Positionierung, wodurch die Kochzone nicht vollständig abgedeckt wird, oder durch Verwendung von Kochgeschirren mit unebenem Boden oder solchen, die nicht ferromagnetisch sind, entstehen darüber hinaus noch stärkere Streufelder. Da den Referenzwerten die Annahme einer maximalen Kopplung, d.h. maximaler exponierter Körperquerschnitte, zugrunde liegt, was hier nicht gegeben ist, sind dennoch die Basisgrenzwerte nicht zwangsläufig überschritten. Um diese Frage zu klären, soll Ende 2011 im Auftrag des Schweizer Bundesamts für Gesundheit eine weitere Studie zu den Wirkungen im menschlichen Körper abgeschlossen werden.^[8]

Durch die magnetischen Wechselfelder können im Prinzip Herzschrittmacher in ihrer Funktion beeinflusst werden. Auch wenn moderne Geräte gegen solche Störbeeinflussung geschützt sind, wird von den Herstellern empfohlen, mit einem Herzschrittmacher einen Mindestabstand von 40 cm von einem Induktionskochfeld einzuhalten.

Die Induktionsspule und die Pfanne darauf bilden einen elektrischen Kondensator. Bei eingeschalteter Induktionsspule wird die Pfanne elektrisch geringfügig und fortlaufend umgeladen. Wird die Pfanne berührt, kann ein geringer Ableitstrom durch den Körper fließen. Um solche Ableitströme während des Kochens zu vermeiden, empfiehlt das schweizerische Bundesamt für Gesundheit die Verwendung nichtmetallischer Kochutensilien.^[6] Moderne Induktoren werden gegen solche Ströme abgeschirmt. Dabei wird eine Graphitschicht auf das Deckblatt des Induktors aufgetragen. Diese Graphitschicht ist wiederum mit einem Erdungskabel verbunden. Bei älteren Induktoren kann es in dem Kochgeschirr zu Spannungen von über 200 V kommen. Das wird von Menschen an empfindlichen Stellen wie zum Beispiel Handrücken (Blutadern) als leichtes, bis mittelmässiges „Kribbeln“ empfunden. Nach der obengenannten Erdung darf die Spannung nicht höher als 30 V liegen (bzw. Erdung der Graphitschicht über 5 kΩ).

Störemission

Induktions-Kochfelder arbeiten im unteren Langwellenbereich (50 kHz) und emittieren elektromagnetische Wellen bei diesen Frequenzen. Die Arbeitsfrequenz liegt jedoch unterhalb ziviler Langwellensender (>100 kHz) und auch unterhalb der vereinbarten 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. Der Schutz der Elektronik erfolgt an der Zählertafel durch Hochfrequenzsperren, die auch die Ausbreitung der hochfrequenten Störungen aus dem Verteilnetz des Energieversorgers über das Hausnetz begrenzen.

Die Tabelle zeigt die Verkaufszahlen in einigen europäischen Staaten mit Stand 2004.^[9] 2005 wurden in Deutschland rund 80.000 Stück verkauft.

Commons: Induktionskochfeld – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Schweizer Bundesamt für Gesundheit: Magnetfeldexposition durch Induktionskochherde. Studie.
• Erklärung zum Induktionsherd und der Induktion

1. ↑ herd.josefscholz.de
2. ↑ Clementine Viellard, Albert Romann, Urs Lott, Niels Kuster: B-Field Exposure from Induction Cooking. Zürich : IT'IS Foundation, 2007
3. ↑ Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Bundesamt für Strahlenschutz (Übers.); International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection: Richtlinien für die Begrenzung der Exposition durch zeitlich veränderliche elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder (bis 300 GHz) (ICNIRP). In: Horst Heller (Red.): Berichte der Strahlenschutzkommission. Heft 23 : Schutz der Bevölkerung bei Exposition durch elektromagnetische Felder (bis 300 GHz). Berlin : H. Hoffmann, 1999
4. ↑ International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection: Guidelines for Limiting Exposure to Time-varying Electric and Magnetic Fields (1 Hz to 100 kHz). In: Health Physics 99 (2010), Nr. 6, S. 818-836
5. ↑ Euronorm EN 50366 „Verfahren zur Messung der elektromagnetischen Felder von Haushaltsgeräten und ähnlichen Elektrogeräten im Hinblick auf die Sicherheit von Personen in elektromagnetischen Feldern“, 2008 in Anpassung an die im Wesentlichen technisch identische internationale Norm IEC 62233 ersetzt durch die gleichnamige EN 62233
6. ↑ ^{a b} Eidgenössisches Departement des Inneren, Bundesamt für Gesundheit: EMF-Faktenblatt Induktionskochherd
7. ↑ Bundesamt für Strahlenschutz: Häufig gestellte Fragen zum Thema „Elektrische und magnetische Felder bei Haushaltsgeräten“ im Internet Archive, abgerufen am 9. Januar 2013
8. ↑ BAG-Projekt Induzierte Felder und Ströme im Körper von kochenden Personen als Folge der Magnetfeldbelastung vor Induktionskochherden
9. ↑ Elektrohändler 11/2005, Seite 32f., siehe auch http://www.eh-online.de/fileadmin/Bilder/PDF/11-05/eh1105-special.pdf @1@2Vorlage:Toter Link/www.eh-online.de (Seite nicht mehr abrufbar. Suche in Webarchiven)