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Porträt

Als der Strom günstig und flexibel wurde

| Autor / Redakteur: Barbara Stumpp / Simone Käfer

Der Nachbau einer Dynamomaschine von 1866.
Der Nachbau einer Dynamomaschine von 1866. (Bild: Siemens)

Energieeffizienz und Gewichtsreduktion sind immer noch wichtige Themen in der Antriebstechnik. Ihre Geschichte begann mit der Erfindung des Dynamo vor 150 Jahren.

Wird heute der Begriff Dynamo erwähnt, denken die meisten sofort an den elektrischen Generator, der die Fahrradbeleuchtung mit Strom beliefert. Licht war schließlich auch der eigentliche Anlass zur Entwicklung leistungsfähiger Generatoren. Im Jahr 1808 hatte der Brite Humphry Davy mit einem elektrischen Lichtbogen der Welt bewiesen, dass eine elektrische Lichtbogenlampe alle anderen Lichtquellen in den Schatten stellte. Ein spannendes Thema für Leuchttürme. Allerdings kam der Strom für diese Lampen von leistungsschwachen rotierenden Stromerzeugern mit Permanentmagneten. So ein Generator brachte es bei 2000 kg Gewicht nur auf schlappe 700 W Leistung. Der Grund: Das Magnetfeld der eingesetzten Stahlmagnete war zu schwach und wurde durch betriebsbedingte Erschütterungen noch weiter geschwächt.

Der große Paukenschlag in Sachen wirtschaftliche Stromerzeugung kam 1867, als Werner von Siemens auf der Pariser Weltausstellung seinen Dynamo vorstellte. Bis zu diesem Zeitpunkt brauchten Maschinen zur Stromerzeugung in der Regel eine externe Stromquelle – ein Handicap. Dass nun kostengünstig und flexibel Strom erzeugt werden konnte, wo man ihn brauchte, trieb die Einsatzmöglichkeiten von elektrischem Strom voran. Allerdings war die Entwicklung des Dynamos nicht alleine von Siemens' Verdienst. Die Entwicklungen basierten im Wesentlichen auf dem faradayschen Prinzip: Das Herz eines Generators besteht aus einer Spule und einem Magneten. Bewegt man Spule oder Magnet, wird in der Spule Strom induziert, und zwar umso mehr, je mehr Wicklungen die Spule hat, je stärker der Magnet ist und je schneller beide relativ zueinander bewegt werden.

Eine selbst erregte Maschine

Außer von Siemens befassten sich auch Michael Faraday, Charles Wheatstone und Joseph Sinsteden mit der Stromerzeugung. Die drei Letzteren verwendeten für ihren Generator einen Dauermagneten aus Eisen oder Stahl mit einem leider relativ schwachen Magnetfeld. Auf diese Art einen ausreichend starken Strom zu erzeugen, war selbst mit einem großen Leistungsaufwand nicht möglich. Um diese Nachteile zu überwinden, führte von von Siemens einen Teil des vom Generator erzeugten Stroms in den Elektromagneten zurück, um hier die magnetische Wirkung zu erhöhen. Dadurch konnte er einen stärkeren Strom erzeugen, der seinerseits wieder zurückgeführt wurde. Das ging so weiter bis der Elektromagnet seine maximale Feldstärke erreicht hatte. So musste man nur anfangs eine Batterie anschließen. Dieses Prinzip wird als positive Rückkopplung bezeichnet, die Dynamomaschine als selbst erregt.

Wahrscheinlich war der erste, der das Problem anging, der französische Instrumentenbauer Hippolyte Pixii im Jahr 1832. Er entwickelte den ersten bekannten Wechselstromgenerator. Pixii baute seinen Generator auf Basis des faradayschen Prinzips, der magnetischen Induktion und des rotierenden Magnets. Letzterer bewegte sich an einer Spule mit Eisenkern vorbei und wurde von einer Handkurbel angetrieben.

Galerie der Vergessenen

Bereits 1853 entwickelte Ányos Jedlik das dynamoelektrische Prinzip und baute so 1861 eine Dynamomaschine – fünf Jahre vor von Siemens und Wheatstone. Diese geriet in Vergessenheit. Allerdings wurden seine Apparate bei der Weltausstellung 1873 in Wien ausgestellt, wo er auf Empfehlung von Werner von Siemens mit dem Fortschrittspreis ausgezeichnet wurde. Der dänische Eisenbahningenieur und Erfinder Søren Hjorth erhielt bereits im Jahr 1854 das erste Patent auf eine selbst erregte Dynamomaschine, wurde aber ebenfalls vergessen.

Auch der Brite Henry Wilde versuchte 1864, die leistungsschwachen Stahlmagnete des Generators durch Elektromagnete zu ersetzen. Er entwickelte ebenfalls einen selbstladenden Dynamo unabhängig von von Siemens. Wilde war der erste, der seine Erfindung veröffentlichte. Seine Unterlagen überbrachte Faraday 1866 der Royal Society. Die Maschine fand große Beachtung, zumal Wilde in spektakulären Demoshows die Fähigkeit seiner Erfindung vorführte, indem er Eisenbarren zum Schmelzen brachte.

Aufbau und Querschnitt der Dynamomaschine, um 1866
Aufbau und Querschnitt der Dynamomaschine, um 1866 (Bild: Siemens)

Wild weigert sich eine Auszeichnung anzunehmen

Wilde wollte den Ruhm nicht so einfach von Siemens überlassen und begann, seine Urheberschaft einzuklagen. Sogar die Urheberschaft des Wortes „Dynamo“ durch Werner von Siemens focht er an. Als die Royal Society ihm ihre höchste Auszeichnung, die Albert-Medaille, verleihen wollte, hatte Wilde Einwände: Per Anwalt ließ er mitteilen, dass es ihm nicht passe, nicht als alleiniger Erfinder anerkannt zu sein. Die Medaille erhielt er dann im Jahre 1900. Publik gemacht wurde die Erfindung auch durch einen Vortrag von Heinrich Gustav Magnus, den dieser am 17. Januar 1867 in der Königlich-Preußischen Akademie der Wissenschaften gehalten hatte.

Wenn sich auch der Ruhm etwas ungerecht verteilte, stand letztlich ein Generator da, der – verglichen mit den schweren, leistungsarmen Stromerzeugern mit ihren Permanentmagneten – jetzt nur noch 15 % des vorherigen Gewichts hatte und nur rund ein Viertel kostete, dafür aber 35 % mehr Antriebsleistung bot. Das machte die Stromerzeugung deutlich kostengünstiger und leistungsfähiger und legte die Basis für elektrische Antriebe, deren wirtschaftlichen Betrieb und damit auch für die Starkstromtechnik. Maßgeblich beeinflusst von den von Siemensschen Innovationen vollzog sich bei der Erzeugung und Übertragung elektrischer Energie ab den 1880er-Jahren eine dynamische Entwicklung, die das Produktionsprogramm der gesamten Elektrobranche nachhaltig veränderte.

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