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Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik Die dynamoelektrische Maschine von Werner von Siemens

Werner Siemens war ein rastloser Erfinder. Mit seiner Dynamomaschine ließ sich ab 1866 mechanische Energie auf ökonomische Weise in elektrische Energie umwandeln. Auch als Firmengründer hatte Siemens Fortune. Aus seiner Hinterhofwerkstatt wurde ein international erfolgreiches Unternehmen.

Stand: 20.04.2012

Werner von Siemens | Bild: BR

1820 macht der dänische Naturforscher Hans Christian Oerstedt eine grundlegende Entdeckung: Eine Kompassnadel wird von einem stromdurchflossenen Draht in ihrer Nähe aus der Nord-Süd-Richtung abgelenkt. Der Theorie nach führt dieser sogenannte Elektromagnetismus dazu, dass auch auf die Elektronen in einem Draht, der im Feld eines Magneten bewegt wird, eine Kraft ausgeübt wird. Fünf Jahre später gelingt dem Engländer Michael Faraday der Nachweis der elektromagnetischen Induktion: Zwischen den Enden einer Drahtspule, in die ein Magnet eingeführt wird, entsteht aufgrund der Kraftwirkung auf die Leitungselektronen eine elektrische Spannung, in einem angeschlossenen Messgerät fließt ein elektrischer Strom. Aus mechanischer Bewegungsenergie kann auf diesem Weg elektrische Energie gewonnen werden. Es fehlen nur noch geeignete Maschinen für die Umwandlung.

Die ersten Generatoren

1832 wird ein Generator entwickelt, in dessen Spulen durch einen rotierenden Hufeisenmagneten eine Wechselspannung induziert wird. In der Folge bauen Erfinder in verschiedenen europäischen Ländern immer leistungsfähigere Generatoren. Ihr Problem aber ist, dass sie zur Erzeugung des Magnetfelds auf die relativ schwachen Permanentmagneten angewiesen sind, die man durch Magnetisierung eines Formstücks aus Stahl erzeugt. Die leistungsfähigeren Elektromagnete aber müssen aufwendig durch teure Batterien gespeist werden.

Werner Siemens - ein einfallsreicher Erfinder

Auch Werner Siemens, Absolvent der preußischen Artillerie- und Ingenieurschule Berlin und Gründer der "Telegraphen-Bau-Anstalt Siemens & Halske", begeistert sich für die Idee, den Strom für die Elektromagnete durch den Generator selbst erzeugen zu lassen. Dazu soll der Restmagnetismus im Eisenkern der Magnete genügen: Er sorgt für einen Anfangsstrom, der dann das Magnetfeld verstärkt, das wiederum führt zu einem stärkeren Induktionsstrom usw. - bis das Maximum des Erregerfeldes erreicht ist. 1866 gelingt Siemens in seinem Berliner Labor der Nachweis, dass dieses elektrodynamische Prinzip auch in der Praxis funktioniert.

Die naturwissenschaftlichen Grundlagen der von Siemens geschaffenen Dynamomaschine werden in der Sendung ausführlich erklärt: In einem bewegten Draht im Feld eines Hufeisenmagneten wird eine Spannung induziert. Biegt man den Draht zu einer Spule mit Hunderten von Windungen und lässt diese im Magnetfeld rotieren, so wird zwischen den Enden der Wicklung eine technisch nutzbare Wechselspannung induziert, die durch einen Polwender oder Kommutator in eine Gleichspannung verwandelt werden kann. Durch einen Eisenkern in der Spule, den Anker, kann die induzierte Spannung wesentlich verstärkt werden. In einem letzten Schritt wird ein Teil des induzierten Stroms einem Elektromagneten zugeführt, der den bisherigen Permanentmagnet ersetzt.

Siemens - ein Name steht für Elektrotechnik

Siemens meldet seine Erfindung umgehend zum Patent an und präsentiert seinen Generator auf der Weltausstellung 1867. Mit leistungsfähigen Generatoren dieser Art kann nun Energie per Leitungsdraht in alle Gegenden eines Landes transportiert werden - ein enormer Fortschritt. Über Jahrhunderte konnte Energie – abgesehen vom Einsatz von Tieren oder Sklaven – nur an den Stellen gewonnen werden, wo sie die Natur etwa als Wasser- oder Windkraft zur Verfügung stellte. Die Dampfmaschine erlaubte zwar seit dem 18. Jahrhundert eine standortunabhängige Energieerzeugung, die Maschinen waren aber groß und schwer und für Haushalte und Kleinbetriebe zu aufwändig. Zudem musste die nötige Kohle von oft weit entfernten Bergwerken angeliefert werden. Elektrische Energie, die in Wasser- oder Kohlekraftwerken erzeugt wurde, ließ sich dagegen preisgünstig ohne jedes Verkehrsmittel über Leitungsdrähte verteilen.

Werner Siemens, der schon mit der Telegrafentechnik als Industrieller erfolgreich gewesen war, kümmert sich nun mit Nachdruck um die Weiterentwicklung der elektrischen Energietechnik. Schon 1881 stellt Siemens die erste elektrische Straßenbahn vor. 1888 wird er für sein Lebenswerk geadelt.

Aber auch andere Erfinder bleiben nicht untätig. Thomas A. Edison versorgt 1882 ein ganzes Viertel von New York mit einer Generatorstation. Im gleichen Jahr wird in Bayern die erste Überlandleitung über 57 Kilometer zwischen München und Miesbach in Betrieb genommen.

Ohne elektrische Energie scheint das Leben in einer modernen Zivilisation unvorstellbar. Sie wird heute noch überwiegend in Großkraftwerken aus Wasserkraft, aus der Verbrennung von Kohle oder aus Kernkraft gewonnen – meist mit negativen Auswirkungen auf die Umwelt. Die Umstellung auf eine dezentrale Energiegewinnung aus alternativen Energiequellen ist eine Aufgabe, der wir bewältigen müssen.


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