Wie der Elektromotor unverzichtbar wurde

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Dass ein Elektromotor Arbeit verrichten kann, weiß man seit 1834. Nutzen konnte das zunächst kaum jemand, denn es gab keine Stromversorgung. Letztendlich setzte sich der Drehstrommotor durch und wurde zum regelrechten Arbeitstier in der Industrie.

Die Selbstverständlichkeit, mit der heute elektrische Antriebe Teil unseres Lebens sind, macht deren Bedeutung klar: Kein Kassettenrekorder oder DVD-Player, kein Fensterheber oder komfortabler Sitzversteller im Auto, keine Medikamentenpumpe oder moderne Beinprothese würde funktionieren, hätten nicht im 19. Jahrhundert Tüftler und naturwissenschaftliche Pioniere die Grundlagen gelegt. Diese Grundlagen, das sind zunächst Erkenntnisse der Elektrodynamik und der Kraftübertragung, später dann die Erfindungen in der Elektrotechnik, die heute die Basis für Automatisierung, Elektrifizierung und letztendlich auch Industrie 4.0 sind. Was uns heute so selbstverständlich erscheint, musste sich gerade Ende des 19. und zu Beginn des 20. Jahrhunderts seinen Platz in der Industrie erkämpfen. Wie zäh die Einführung vor allem der Drehstrommotoren war, soll dieser kurze Exkurs in die Geschichte zeigen.

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Zwar finden sich bereits in den Aufzeichnungen Leonardo da Vincis Ideen zu Antriebsmaschinen, doch deren Zeit war noch nicht reif: Er konnte das Problem der Energiequelle nicht lösen. Statt dessen erfindet er Walzwerke, automatische Druckerpressen oder Bohrmaschinen und entwickelt damit die Idee einer automatisierten Produktion in größeren Stückzahlen. Als Antriebsenergie nutzte man im 16. und 17. Jahrhundert allerdings Wasserkraft, Windkraft oder Muskelkraft von Mensch und Tier. Damit war eine Industrialisierung, wie wir sie heute kennen, nicht möglich.

Doch der Energiehunger wuchs: Gerade im Bergbau reichten die vorhandenen Maschinen für den Abbau von Erzen aus immer größeren Tiefen nicht mehr aus; aber auch andere Industriezweige kamen mit Wasser- und Windkraft an ihre Grenzen. Die Idee, Dampfkraft zu nutzen, stammte zwar bereits aus der Antike, doch eine brauchbare Dampfmaschine wurde erst im 18. Jahrhundert entwickelt. Es war allerdings die Erfindung des Kondensators von James Watt 1765 erforderlich, um daraus 1769 eine effiziente, für die Industrie nutzbare Dampfmaschine zu machen – das Antriebsaggregat, welches das große Zeitalter der Industrialisierung einleitete. Sie wurde stetig verbessert und veränderte nicht nur die Industrie, sondern auch die Arbeit der Menschen sowie die ganze westliche Gesellschaft.

Kein Elektromotor läuft ohne Energie

Angesichts der Dimensionen einer Dampfmaschine ist es verständlich, dass sie sich vorrangig für die Großindustrie, wie die Metallver- und -bearbeitung oder die Textilindustrie, eignete – ganz zu schweigen von den Kosten. Handwerk und Gewerbe konnten ihren Bedarf an entsprechend dimensionierten Kraftmaschinen erst viel später decken: mit Elektromotoren.

Die Forschung an elektrischen Maschinen selbst nahm schon zu Beginn des 19. Jahrhunderts Fahrt auf, indem sie die Entdeckungen von Wissenschaftlern wie Michael Faraday, Christian Oersted oder Heinrich Friedrich Emil Lenz zusammenführte. Doch erst dem Ingenieur Moritz Hermann Jacobi gelang es, 1834 den ersten brauchbaren Motor zu bauen. Für diese „magnetische Maschine“, wie er den Motor nannte, setzte er je acht Elektromagnete für den fest stehenden und den beweglichen Teil ein. Um den Motor stetig am Laufen zu halten, konstruierte Jacobi einen Kommutator zur Stromrichtungsänderung. So hatte Jacobi zwar bewiesen, dass ein Elektromotor Arbeit verrichten konnte, doch er scheiterte an der nötigen Energiequelle. Für seine Experimente hatte ihm nämlich Zar Nikolaus I. teure Zink-Platin-Batterien spendiert.

Es sollte also noch einige Jahrzehnte dauern, bis die Elektromotoren für den Antrieb von Maschinen einsatzfähig waren. Zudem zweifelten zahlreiche Ingenieure selbst bis in die 1870er-Jahre noch daran, dass „Magnetismus und Elektrizität“ als „bewegende Kräfte in der Industrie“ (Dr. Julius Dub 1873 in „Die Anwendung des Elektromagnetismus“) Anwendung finden könnten. Es gab schließlich keine durchgängige, zeitlich unbegrenzte Stromversorgung. Und daran arbeiteten parallel zahlreiche Ingenieure.

Einer von ihnen hatte einen großen Anteil an dieser Entwicklung: Werner Siemens. Er entdeckte 1866 das dynamoelektrische Prinzip und entwickelte darauf aufbauend die Dynamomaschine. Sein Generator musste nur zu Beginn an eine Batterie angeschlossen werden, um im Elektromagneten ein Magnetfeld zu erzeugen. Danach wurde immer ein Teil des erzeugten Stroms genutzt, um das Magnetfeld weiter zu verstärken, bis der Elektromagnet seine maximale Feldstärke erreicht hatte. Wurde der Generator ausgeschaltet, war dennoch ein ausreichend starkes Magnetfeld für den nächsten Start vorhanden. Damit stand nun endlich eine dauerhafte und dennoch wirtschaftliche Stromquelle zur Verfügung.

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