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Wie der Elektromotor unverzichtbar wurde

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Elektrische Kraftübertragung zwischen Show und Hinterzimmer

Aus heutiger Sicht hätte damit der Weg frei sein können für den Elektromotor. Doch er hatte Konkurrenz: In Anlehnung an die Dampfmaschine waren inzwischen verschiedenste oszillierende Maschinen oder Kleindampfmaschinen entstanden, zudem wurden zunehmend Gas-, Sterling- und später auch Benzinmotoren eingesetzt. Außerdem gab es beim Elektromotor zwei bis dahin ungelöste Probleme: Man konnte zum einen die Leistung nicht im Voraus berechnen, sodass Ingenieure die Maschine nach „Erfahrung“ dimensionierten; zum anderen entstanden Schäden durch Erwärmung.

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Angesichts der raschen Entwicklungen in der Elektrotechnik während der 1880er-Jahre konnten solche Hürden schnell genommen werden. Je mehr man sich mit den Elektromotoren befasste, desto mehr Vorteile erkannte man gegenüber bisherigen Antrieben: sie benötigten keine festen Fundamente, konnten in bewohnten Räumen eingesetzt werden, vertrugen Feuchtigkeit, waren in unterschiedlichsten Lagen montierbar und brauchten wenig Platz. Dennoch: Von einem Massenprodukt konnte keine Rede sein – schon gar nicht in der Industrie. Neben dem Berg- und Hüttenwesen waren erste Anwendungen häufig dort, wo bisherige Antriebe nicht möglich oder schwer einsetzbar waren: Straßenbahnen, Lokomotiven, Fahrstühle oder Kräne. Das waren massenwirksame Einsatzbereiche, die Forschung für Einsätze in Industrie und Handwerk fand „im Hinterzimmer“ statt.

Der Drehstrom-Asynchronmotor macht elektrische Antriebe massentauglich

Dann aber veränderte die Entdeckung des mehrphasigen Wechselstroms einiges. Bisher nutzte man Gleichstrommotoren mit recht geringem Wirkungsgrad, bis Galileo Ferraris entdeckte, wie sich mit mehrphasigen Wechselströmen ein Drehfeld erzeugen ließ. Auch Tesla machte dazu Ende der 1880er-Jahre Versuche, doch einen überzeugenden Wechselstrommotor konnte er nicht entwickeln. Das gelang 1889 dem AEG-Chefentwickler Michail von Dolivo-Dobrowolsky: Er erfand den Drehstrom-Induktionsmotor – heute als Drehstrom-Asynchronmotor bekannt. Der Wirkungsgrad dieses 75-kW-Motors betrug bereits 80 %.

Nicht einmal zehn Jahre später entwickelte Emil Ziehl, der spätere Gründer von Ziehl-Abegg, den Außenläufermotor für die Berliner Maschinenbau AG. Trotzdem: Die Einführung von Elektroantrieben mit Wechselstrom verlief schleppend. Die Forschung hingegen verlief im Vergleich dazu ab etwa 1890 ziemlich rasant: Schnell entwickelten Ingenieure Berechnungsverfahren für Drehstrommotoren, verfassten Schriften, erfanden Kühlmethoden und beschäftigten sich mit dem Problem des Anfahrens. Es musste sichergestellt sein, dass das Drehmoment ausreichend ist, ohne das Netz zu sehr zu belasten. Das war noch immer ein Problem, sodass für Leistungen über 0,75 kW statt der günstigeren Käfigläufer Schleifringläufer-Motoren eingesetzt werden mussten, die sowohl störanfälliger als auch teurer waren. Außerdem stellten Elektrizitätswerke strenge Anschlussbedingungen auf, die 25 Jahre in Kraft blieben. Erst in den 1930er-Jahren stieg die Verbreitung der Drehstrommotoren signifikant an, nachdem Stromverdrängungsläufer eingesetzt wurden, die bessere Anlaufeigenschaften aufwiesen. Zudem war nun eine kostengünstige Serienproduktion kleinerer Motoren möglich, weil man den Läufer in Aluminiumdruckguss herstellen konnte.

Kleine Maschinen nutzen erstmals elektrische Antriebe

Inzwischen war auch die Elektrifizierung weiter fortgeschritten, sodass mit der neuen Motorentechnik elektrische Antriebe nun in Handwerksbetrieben und Kleingewerbe Einzug fanden: Mit ihnenwurden beispielsweise Webstühle, Kaffeemühlen, Zahnbohrmaschinen, Knetmaschinen oder Zentrifugen ausgestattet. Durch die rasche Ausbreitung der Asynchronmotoren beschäftigten sich Forscher, Konstrukteure und Ingenieure immer intensiver mit den Produkten: Schnell entstanden die Grundformen aller bis heute bekannten Varianten, schnell konnte auch das Verhältnis von Masse zu Leistung gesenkt werden.

Mit den Asynchronmotoren begann eine neue Ära, denn sie revolutionierten die Fabriken erneut, indem sie das System aus Riemen, Riemenscheiben und Wellen beseitigten, das für den Betrieb von Maschinen mit Dampfmaschinen erforderlich war. In großem Umfang setzten sie sich allerdings erst nach dem Ersten Weltkrieg in der Industrie durch. Auch wenn häufig Gleichstrommotoren eingesetzt wurden – beispielsweise in der ersten Handbohrmaschine, die Fein 1895 präsentierte – nutzte man sie bereits als Antriebe für Werkzeugmaschinen, wie Bohrmaschinen oder Drehbänke. Ein Vorteil war, dass man nun die Arbeitsmaschine ohne Rücksicht auf die Transmissionen aufstellen konnte. Das erleichterte zudem den Bau von Fabriken.

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Stefanie Michel

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Journalist, MM MaschinenMarkt