Wie Holtz die Spannung hielt Der Mann mit Einfluss: Wilhelm Holtz und seine Hochspannungsmaschine

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Bevor Generatoren zuverlässig Strom liefern konnten, waren Influenzmaschinen die erste Wahl. Wilhelm Holtz entwickelte 1865 ein Modell, das erstmals kontinuierlich Hochspannung erzeugte – und damit Geschichte schrieb.

Der deutsche Physiker und Erfinder Wilhelm Holtz erfand die erste Influenzmaschine, die nach ihm als Holtzmaschine benannt wurde. Mit dieser Maschine war es erstmals möglich, eine kontinuierliche Spannung auf Basis der Influenz zu erzeugen. Da es zum Leben von Wilhelm Holtz vergleichsweise wenige Details zu berichten gibt, werden wir zwar hauptsächlich auf sein Leben und seine Erfindungen eingehen, aber auch jeweils kurz auf andere Wissenschaftler rund um Influenzmaschinen eingehen.

Das lateinische Wort influenz bedeutet Einfluss – aus dem Englischen kennen wir natürlich auch die Begriffe to influence (beeinflussen) oder Influencer als Wortkreation, um eine Person zu beschreiben, die über das Internet einen relevanten Einfluss auf Teile der Gesellschaft hat.

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In der Physik steht das Wort „Influenz“ für die elektrostatische Induktion, bei der elektrische Ladungen durch ein elektrisches Feld verschoben werden können. Auf diesem Prinzip basieren mehrere Varianten der Influenzmaschine, die enorm wichtig für die Elektrizitäts-Forschungsgrundlagen gegen Ende des 19. Jahrhunderts waren.

Studium, Holtzmaschine und Elektrophor

Geboren wurde Wilhelm Holtz am 15. Oktober 1836 in Saatel, westlich von Stralsund. Aus Stralsund stammte auch seine Mutter Regina Ilsabe Lübke, Tochter eines Mühlenbesitzers und verheiratet mit Christian Ludwig Holtz. Letzterer besaß ein Rittergut.

Wilhelm Holtz hatte fünf ältere Brüder und studierte von 1857 bis 1862 in mehreren Städten Physik sowie weitere Naturwissenschaften. Neben Dijon und Edinburgh war auch Berlin eine seiner Studienstationen, wo er nach dem Ende seines Studiums blieb und an der Universität Experimente mit Elektrizität durchführte. Daraus ging auch die Holtzmaschine hervor, die er 1865 präsentierte.

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Die Maschine basiert auf dem Elektrophor des deutsch-schwedischen Forschers Johan Carl Wilcke, der 1732 in Wismar geboren wurde und 1796 im Alter von 63 Jahren in Stockholm verstarb. Das Elektrophor beschrieb er im Jahr 1762. Der bekannte Physiker Alessandro Volta (1745 in Como geboren, wo er im Jahr 1827 auch verstarb) verbesserte das Elektrophor im Jahr 1775. Es bestand dann aus einer runden Metallplatte mit einem isolierten Griff und einer separaten, runden Sektion aus einem nicht-leitenden Material. Verwendet wurde damals eine Mischung aus Harz, Schellack und Siegelwachs. Auf dem nicht-leitenden Teil erzeugt man dann beispielsweise durch ein Katzenfell Reibungselektrizität. Hält man die Metallplatte in einem geringen Abstand darüber, verteilt sich die Ladung so, dass sich an der Unterseite der Metallplatte entweder positive oder negative Teilchen sammeln.

Kontinuierliche Hochspannung dank Holtzmaschine

Das Elektrophor war in der Lage, Ladungen zu trennen und durch geschickte Verwendung dadurch auch vergleichsweise hohe elektrische Spannungen zu erzeugen – allerdings alles nur auf einem Niveau für frühe Grundlagenforschungen und ohne eine konstante, langlebige Spannung zu liefern. Erst mit der Holtzmaschine änderte sich dies, denn sie konnte das Prinzip der Ladungstrennung, wie es vom Elektrophor bekannt war, so nutzen, dass kontinuierlich Spannung erzeugt werden konnte.

Es handelte sich also um eine Art von Generator, der aber nicht elektrodynamisch funktionierte, sondern die Einflüsse von elektrischen Feldern auf elektrische Ladungen ausnutzte. Die Holtzmaschine aus dem Jahr 1865 gilt dabei als erste Influenzmaschine, die mechanisch kontinuierlich arbeitete und somit kontinuierliche Hochspannung erzeugen konnte. Die erste Influenzmaschine überhaupt wurde gegen Ende des 18. Jahrhunderts von Abraham Bennet erfunden, verfügte aber über keine mechanische Rotation.

Nach der Holtzmaschine entstanden bis zur folgenden Jahrhundertwende noch weitere Influenzmaschinen, durch die es möglich wurde, kontinuierliche Hochspannungen zu erzeugen. Dabei waren sie den damals noch verwendeten sogenannten Elektrisiermaschinen überlegen, die wiederum Reibungselektrizität verwendeten, aber deutlich ungleichmäßigere Spannungen als die Influenzmaschinen lieferten. Vor allem für die Forschung auf dem Feld der Elektrizität waren Influenzmaschinen eine wichtige Hilfe, vielleicht sogar ein Meilenstein.

Weitere Influenzmaschinen

Beispiele für Influenzmaschinen, die auf die Holtzmaschine folgten, sind der Kelvin-Generator und die Wimshurstmaschine. Letztere war in der Lage, durch parallel montierte, aber gegeneinander rotierende Scheiben eine elektrische Spannung von bis zu 100.000 Volt zu erzeugen. Sie stammt aus dem Jahr 1878 und wurde vom englischen Erfinder James Wimshurst (1832–1903) entwickelt. Ihr Nutzen war groß; selbst noch Anfang des 20. Jahrhunderts wurde die Wimshurstmaschine benutzt, um die damals noch neuartigen Röntgenröhren mit Strom zu versorgen.

Der Kelvin-Generator wiederum stammt aus dem Jahr 1867 und wurde vom Physiker William Thomson (1824–1907), der später als Lord Kelvin bekannt wurde, kreiert. Er verfolgte aber einen anderen Ansatz bei der Verwendung der Influenz: Die Influenz in Wassertropfen wird verwendet, um Spannung von bis zu 20.000 Volt zu erzeugen, weswegen der Apparat auch als Wassertropfengenerator bezeichnet wurde.

Obwohl es bereits viel modernere Arten von Generatoren gibt, werden Influenzmaschinen noch immer bei Teilchenbeschleunigern eingesetzt. Dabei handelt es sich um die sogenannten Pelletrons, die prinzipiell an einen Bandgenerator erinnern. Statt eines Bandes gibt es aber eine Kette aus metallischen, leitenden Elementen mit isolierenden Verbindungen. Die seit Mitte der 1960er-Jahre eingesetzten Pelletrons können Spannungen von bis zu 22 Megavolt erzeugen.

Doppeltrichter- oder Ventilröhre

Die zweite wichtige Erfindung von Holtz war die Doppeltrichterröhre, die auch als Ventilröhre bekannt ist - jedoch nicht zu verwechseln damit, was wir heute unter einer Elektronenröhre verstehen. Dieses Ventil von Holtz verfügt über zwei Kanäle und in Abhängigkeit von der Polung einer angeschlossenen Spannung fließt der Strom nur durch einen der beiden. Die Ventilröhre von Holtz war die erste, durch die Elektrizität gleichgerichtet werden konnte.

Der 1856 in Breslau geborene deutsche Physiker Leo Graetz nahm eine solche Technologie als Grundlage für seine Graetz’sche Zelle, einen elektrolytischen Gleichrichter. Nach Leo Graetz ist auch die Graetz-Schaltung benannt, ein Vollweg-Gleichrichter mit vier Dioden. Eine genaue Quelle dafür, wann die Ventilröhre von Holtz vorgestellt wurde, liegt nicht vor – wir vermuten auf Basis unserer Recherche aber in etwa die Jahre 1866 bis 1869.

Weitere akademische Laufbahn und Lebensende

Im Jahr 1869 promovierte Wilhelm Holtz an der Universität Halle und forschte danach als Assistent an der Universität Greifswald zu Blitzen und Blitzableitern, allerdings primär im theoretischen Bereich. Eine Nervenkrankheit verhinderte nämlich, dass er sich intensiver im praktischen, experimentellen Sektor engagieren konnte. Durch seine Forschungen ergaben sich 1878 und 1880 zwei Veröffentlichungen über Blitzableiter sowie mögliche Ursachen für eine gesteigerte Blitzgefahr.

In Greifswald habilitierte er sich schließlich im Jahr 1881. Drei Jahre später erhielt er einen Professortitel und arbeitete bis zum Jahr 1910 dort als Dozent weiter, bis er emeritiert wurde. Während seiner Zeit als Wissenschaftler beschäftigte sich Holtz ebenfalls mit Akustik, Optik und Magnetismus, aber sein bei weitem nachhaltigster Beitrag zur Wissenschaft war die Holtzmaschine, die im Sektor der Forschung zur Stromerzeugung und -nutzung gänzlich neue Wege für Experimente öffnete. Am 27. September 1913 verstarb Wilhelm Holtz, drei Wochen vor seinem 77. Geburtstag, in Greifswald. (sb)

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