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Ausblick

Dynamoelektrisches Prinzip

Werner von SIEMENS
(1816 - 1892)
von Giacomo Brogi [Public domain], via Wikimedia Commons

Generatoren mit Permanentmagneten haben in ihrer Einsatzmöglichkeit deutliche Grenzen. Die Stärke des Magnetfeldes ist begrenzt, außerdem sind große Permanentmagneten sehr schwer. Die Erschütterungen, die beim Betrieb großer Generatoren unvermeidlich sind, führen dazu, dass die Permanentmagneten allmählich ihren Magnetismus verlieren.

Beim Ersatz des Permanentmagneten durch einen Elektromagneten stand man vor dem Dilemma, dass man zum Betrieb des Elektromagneten eine elektrische Spannung benötigte, die man mit dem Generator erst erzeugen wollte.

Im Jahre 1867 erkannte Werner von SIEMENS (1816 - 1892), dass eine separate Gleichstromquelle für den Elektromagneten eines Generators entbehrlich ist, wenn man den Restmagnetismus des Eisenkerns vom Elektromagneten nutzt: Im Eisenkern behalten nämlich nach dem Abschalten des Stroms eine Reihe von Elementarmagneten ihre durch den Spulenstrom aufgezwungene Richtung bei (remanenter Magnetismus). Dreht sich nun der Anker in dem schwachen noch vorhandenen Magnetfeld, so entsteht eine kleine Induktionsspannung, die in der Lage ist, einen kleinen Strom für die Feldmagneten zu bewirken. Das Statorfeld vergrößert sich und damit auch die Induktionsspannung im rotierenden Anker usw.

Um den Restmagnetismus zu nutzen schaltete Siemens die Ankerwicklung und die Statorwicklung über einen Verbraucher in Serie (Hauptschlussgenerator). Daneben ist die Selbsterregung des Generators (dynamoelektrisches Prinzip) u.a. auch im Nebenschluss möglich.

Schemazeichnung des ersten selbsterregenden Generators

Erster selbsterregender Generator von Siemens (Deutsches Museum, München)

Man könnte nun meinen, dass das "Aufschaukeln" der Generatorspannung nach dem dynamoelektrischen Prinzip grenzenlos sei. Dies ist jedoch nicht der Fall, da ohmsche Verluste in den Wicklungen und das Erreichen der Sättigungsmagnetisierung (mehr als alle Elementarmagnete können im Eisen nicht ausgerichtet werden) Grenzen aufsetzen.

Hinweise:

  • Beim Fahrraddynamo wird das elektrodynamische Prinzip nicht angewandt. Darum spricht man besser von der Fahrradlichtmaschine und nicht vom Dynamo.

  • Auf den sehr schönen Seiten des Deutschen Museums in München wird auch auf die Leistungen von Siemens eingegangen.

Mit der Entdeckung des elektrodynamischen Prinzips war nun der Bau von großen Generatoren möglich, die keine externe Spannungsquelle benötigten. Diese Erfindung verhalf zusammen mit anderen Erkenntnissen (z.B. Trommelanker) dem Generatorbau und damit der Entwicklung der Elektrotechnik im 19. Jahrhundert zum Durchbruch. Schon im Jahre 1882 baute Edison in New York das erste Elektrizitätswerk, das im Wesentlichen zur Versorgung von Kunden diente, die sich bereits eine elektrische Beleuchtung leisten konnten. Die Generatoren wurden damals mit Dampfmaschinen angetrieben.

Hinweise:

  • Die Bedeutung des dynamoelektrischen Prinzips wird auch in den folgenden Sätzen des Werner von Siemens (1880) deutlich: "Wenn man früher einem Elektrotechniker eine Aufgabe stellte, bei welcher die Elektrizität größere Arbeit auszuüben hatte, dann pflegte er wohl zu sagen, die Elektrizität tut keine Hausknechtsarbeit, die ist für feine Arbeit bestimmt. Sie kommandiert, dirigiert, löst Kräfte aus und ein, aber schwere Arbeit selbst zu tun, ist nicht ihre Sache! Das hat sich nun in der neuen Zeit vollständig geändert. Die dynamoelektrische Maschine befähigt uns jetzt, elektrische Ströme von jeder gewünschten Stärke billig herzustellen."

  • Einen geschichtlichen Abriss der Starkstromtechnik kann man ebenfalls auf der Seite des Deutschen Museums in München einsehen.