Strom : Erzeugung, Verteilung und Anwendung der Elektrizität 3499177234

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Deutsches Museum

Kulturgeschichte der Naturwissenschaften und der Technik

Zu der Buchreihe «Kulturgeschichte der Naturwissenschaften und der Technik» Naturwissenschaftliche und technische Gegenstände sind nicht eindeutig, sondern vieldeutig. Ihre humanen, sozial- und geistes­ geschichtlichen Beziehungen zeigen sich nicht in Funktionsbe­ schreibungen. Ebenso sagt die rein fachliche Darstellung der Ge­ schichte von Naturwissenschaft und Technik nichts aus über deren gesellschaftliche, wirtschaftliche und allgemein geistesgeschicht­ liche Voraussetzungen und über die sich ergebenden Konsequen­ zen. Demgegenüber versucht die gemeinsam vom Deutschen Museum und dem Rowohlt Taschenbuch Verlag herausgegebene neue Buchreihe Kulturgeschichte der Naturwissenschaften und der Technik) auch jene Bezüge, welche die Fachgebiete übergrei­ fen, zu beschreiben und durch Bilder zu veranschaulichen. Die Bände richten sich an Lehrer und Ausbilder; doch sind sie so gestaltet, daß jeder interessierte Laie sie verstehen kann. Es zeigt sich, daß der Weg durch die Geschichte nicht eine zusätzliche Erschwerung des Lehr- und Lernstoffes bedeutet, sondern das Verständnis der modernen Naturwissenschaften und der Technik erleichtert.

Helmut Lindner

Strom Erzeugung, Verteilung und Anwendung der Elektrizität

Deutsches Museum

Rowohlt

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Die Buchreihe zur Kulturgeschichte der Naturwissenschaften und der Technik entstand im Rahmen zweier Projekte am Deutschen Museum, die vom Bundesminister für Bildung und Wissenschaft und der Stiftung Volkswagenwerk finanziell unterstützt wurden. Verantwortlich für Konzeption der Reihe: Bert Heinrich, Friedrich Klemm t, Michael Matthes, Jürgen Teichmann. Die Interpretation der Fakten gibt die Meinung des Autors, nicht die des Deutschen Museums wieder. Redaktion im Deutschen Museum: Bert Heinrich Bildredaktion: Ludvik Vesely Bildrechte: Albrecht Hoffmann Redaktionsassistenz: Edeltraut Hörndl Diese Veröffentlichung wurde mit Mitteln des Bundesministers für Bildung und Wissenschaft gefördert.

Originalausgabe Umschlagentwurf: Wemer Rebhuhn (Gr. Bild: Magnetelektrische Maschine der Gesellschaft Alliance, System Nollet, 1859. Aus den Sammlungen des Deutschen Museums. Kl. Bild: Lichtschalter, Ende des 19. Jahrhunderts. Aus den Sammlungen des Deutschen Museums. Beide Fotos: Bildstelle des Deutschen Museums, München) Radaktion: Jürgen Volbeding Layout: Edith Lackmann Veröffentlicht im Rowohlt Taschenbuch Verlag GmbH, Reinbek bei Hamburg, April 1985 Copyright © 1985 by Rowohlt Taschenbuch Verlag GmbH, Reinbek bei Hamburg Satz Times (Linotron 202) Gesamtherstellung Clausen & Bosse, Leck Printed in Germany 1680-ISBN 3 499 17723 4

Inhalt 1. Einleitung

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2. Zeittafel

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3. Wissenschaftliche Grundlagen: Die Elektrizitätslehre Magnetismus und Elektrizität bis zum Ende des 18. Jahrhunderts Der Kompaß im Mittelalter Petrus Peregrinus: Der Magnetstein als Abbild des Himmels William Gilbert: Die Erde als großer Magnet Nicht nur der Bernstein ist elektrisch Die erste Elektrisiermaschine? Merkurialischer Phosphor oder Elektrizität? Elektrische Leiter und Isolatoren Elektrisiermaschinen und Leidener Flasche

Eine neue Theorie Die atmosphärische Elektrizität wird gebändigt: Der Blitzableiter Von der statischen zur strömenden Elektrizität Die tierische Elektrizität bei Galvani Berührungselektrizität und Voltasche Säule Heilen ohne Medikamente Die Verbindung von Elektrizität und Magnetismus Dynamismus und Atomismus Die Entdeckung Oersteds Galvanometer Elektromagnet Das Ohmsche Gesetz Die Arbeiten Faradays und die Entdeckung der elektromagnetischen Induktion

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4. Die ersten Anwendungen Galvanische Elemente Trogbatterien für Schmelzflußelektrolyse Konstante galvanische Elemente Elektrische Beleuchtung Ein übermächtiger Konkurrent: Das Gaslicht Das elektrische Bogenlicht

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Drei Probleme beim Bogenlicht Eine neue Art der Stromerzeugung: Magnetelektrische Maschinen Die ersten Ausführungen Vielfältige Anwendungen Magnetelektrische Maschinen ersetzen Batterien Großmaschinen für Leuchttürme Berechnung und Dimensionierung elektrischer Maschinen Die ersten Elektromotoren: Elektromagnetische Maschinen Rotationsapparate Das wichtigste Bauteil: Der Elektromagnet Ritchies rotierender Elektromagnet Moritz Hermann Jacobi: Wissenschaftler und Techniker Johann Philipp Wagner: Ein elektromagnetischer Prometheus? Der elektrische Funke als Revolutionär Galvanoplastik Die Arbeiten Jacobis Galvanisieranstalten

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5. Der Durchbruch Dynamoelektrische Maschinen Werner von Siemens Vom Prinzip zur brauchbaren Maschine Ein neuer Anfang: Dynamomaschine und Glühlampe Der alte Konkurrent: Das Gaslicht Elektrisches Licht mit verbesserten Chancen Von der Schwierigkeit eines Vergleichs Edison: Zauberer oder Betrüger? Das Edison-System in Deutschland Der Stand von 1885

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6. Die Elektrotechnik - eine eigenständige Technikdisziplin Ausstellungen Elektrizitätsausstellungen Fachgesellschaften Elektrotechnische Vereine Verband Deutscher Elektrotechniker Fachzeitschriften Verankerung an den Hochschulen Mangelndes Lehrangebot Der Ruf nach Lehrstühlen Bildungsgang und Berufsaussichten Die elektrotechnische Industrie

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Stürmischer Aufschwung Die Krise um 1900 Patentwesen

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7. Das elektrische System Gleichstrom oder Wechselstrom Aufgaben eines Elektrizitätswerks Transformator für Wechselstrom Akkumulator für Gleichstrom Die Situation in Frankfurt um 1890 Elektrische Kraftübertragung Die Entscheidung: Drehstromübertragung Lauffen-Frankfurt Fortschritt durch Konkurrenz Gasglühlicht und Metallfadenlampe Elektromotor und andere Antriebe Die Grundlage der Elektrifizierung: Elektrizitätswerke Elektrizität im Haushalt «Alles elektrisch> Kochen Heizen Antrieb Unfälle . Elektrizität in Industrie, Gewerbe und Landwirtschaft Industrie Gewerbe Landwirtschaft Die Elektrifizierung des Verkehrs Eisenbahnen Elektroautos Verbundsystem und Elektrizitätswirtschaft

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8. Studien im Deutschen Museum

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Anhang Literatur- und Quellenverzeichnis Personen- und Sachregister Bildquellen

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1. Einleitung In der Einleitung einer allgemein verständlichen Einführung in die Erzeu­ gung und Anwendung der Elektrizität in Industrie und Gewerbe kurz vor der Wende zum 20. Jahrhundert heißt es: «Wenn wir aus der Gegenwart rückwärts schauend die Reihe der Jahrhunderte bis in das Dunkel sagenhafter Vorzeit überblicken und die Entwickelung der mensch­ lichen Kultur vor dem geistigen Auge vorüberziehen lassen, so fällt uns auf, wie das Gangmaß dieser Entwickelung mit dem Eintritt unsres Jahrhunderts beschleunigt wird, so daß das Jahr 1800 als ein Wendepunkt der Geschichte, als der Abschluß eines alten Jahrtausends erscheint. Nicht ungeheure Kriege sind es oder gewaltige Umgestaltungen in den staatlichen Verbänden der Menschen oder neue große sitt­ liche Ideen, welche die großen in alle menschlichen Verhältnisse eingreifenden Veränderungen der Gegenwart bedingen, sondern es ist der sich immer weiter entfaltende Kampf der Menschen gegen die Naturkräfte und die fortschreitende Unterwerfung dieser Tyrannen unter den menschlichen Willen. Eine ununterbro­ chene, immer dichter werdende Reihe von Siegen vermehrt von Jahr zu Jahr die Macht und den Besitz der Menschheit und gibt ihr neue und stets wirksamere Waf­ fen für den Kampf in die Hand. Jeder solcher Sieg wirkt umgestaltend auf die menschlichen Verhältnisse zurück, in dem er die Erwerbs- und Verkehrsbedingungen ändert, und manches geht dabei in Trümmer, was sich in Jahrhunderten eingelebt und durch die Bande der Gewöh­ nung und der Erinnerung mit dem Denken und Fühlen der Menschen verbunden hat. Daher denn die Unruhe und die Kämpfe unserer Tage; sie sind unfroh, aber sie sind groß» (Wilke, 1899 S. 1).

Diesen optimistischen Standpunkt eines Ingenieurs um 1900 können wir heute nicht mehr uneingeschränkt teilen, wie die Diskussion über das Energieproblem und die Einführung der Mikroelektronik zeigt. Je nach Interessenlage finden sich Befürworter und Gegner bei der Einführung einer neuen Technik. Häufig wird dabei auf verschiedenen Ebenen argu­ mentiert. Der Techniker sieht einen Fortschritt, wenn zum Beispiel ein bestimmtes technisches Problem gelöst oder der Wirkungsgrad einer Ma­ schine erhöht wird. Ein Handwerker oder ein Unternehmer, der mit alten Techniken produziert, fühlt sich durch eine neue Technik in seiner Exi­ stenz bedroht. Die Reihe könnte man beliebig fortsetzen und an Beispie­ len aus der Geschichte illustrieren. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts, das oft als das Zeitalter des Damp­ fes bezeichnet wird, fand eine neue Energieform, die Elektrizität, An­ wendung in den verschiedensten Bereichen. Die Erzeugung, Verteilung und Anwendung der elektrischen Energie im 19. und beginnenden 20. Jahrhundert sind Gegenstand dieses Buchs. Eine Beschränkung auf

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wesentliche Entwicklungslinien in Deutschland mußte bei der Fülle der Details vorgenommen werden. Obwohl die Geschichte der Elektrotech­ nik nicht einmal zwei Jahrhunderte umfaßt, so ist sie doch weit weniger technikgeschichtlich und wirtschaftsgeschichtlich aufgearbeitet als an­ dere Gebiete wie etwa der Maschinenbau oder der Bergbau. Die Nach­ richtentechnik wurde hier ausgeklammert, da sie in einem anderen Band der Reihe (Rolf Oberliesen: Information, Daten und Signale. Geschichte technischer Informationsverarbeitung. Reinbek 1982, rororo-Taschenbuch 7709) behandelt wurde. Die Elektrizität als Sekundärenergie ist bei ihrer Erzeugung (genaugenommen wird Energie nicht erzeugt, sondern nur von einer Energieform in eine andere umgewandelt) auf Primärträger angewiesen. Diese sind Gegenstand eines weiteren Buches der Reihe (Jo­ chim Varchmin/Joachim Radkau: Kraft, Energie und Arbeit. Energie und Gesellschaft. Reinbek 1981, rororo-Taschenbuch 7701). Im Gegensatz zu anderen Technikdisziplinen besitzt die Elektrotechnik (elektrische Nachrichtentechnik und Starkstromtechnik) einen wissen­ schaftlichen Vorlauf. Im 17. und 18. Jahrhundert wurde eine Vielzahl von elektrischen und magnetischen Phänomenen beobachtet und versucht, ihre Gesetzmäßig­ keiten zu erfassen und darüber Theorien aufzustellen. Ein wichtiges Hilfsmittel für die Untersuchungen war die Elektrisiermaschine, die die Reibungselektrizität für die Versuche lieferte. Eine praktische Verwer­ tung der Ergebnisse gab es mit Ausnahme des Blitzableiters nicht. Im ersten Drittel des 19. Jahrhunderts erfolgten die Entdeckungen und Erfindungen, die für die ersten technischen Anwendungen ausreichten. Im zweiten Drittel des 19. Jahrhunderts wurde die Elektrizität dort zum erstenmal angewandt, wo ein Bedürfnis bestand und sie der herkömm­ lichen Technik überlegen war: auf dem Gebiet der Nachrichtentechnik. Das Interesse der Eisenbahn- und Staatsverwaltungen, des Militärs und des Handels vor dem Hintergrund der allgemeinen Industrialisierung för­ derte den Aufschwung des Telegrafenwesens, in dessen Folge eine An­ zahl von Firmen für die Produktion der Apparate und Kabel entstanden. Von der Elektrizitätslehre als Teil der Physik spaltete sich die angewandte Elektrizitätslehre ab, deren Ergebnisse sich in den Lehrbüchern für Tele­ grafie niederschlugen. Grundkenntnisse der Elektrizitätslehre reichten für die Konstruktion aus, gefragt war in erster Linie der Feinmechaniker für die technische Realisierung. Völlig erfolglos blieben die Versuche, elektromagnetische Maschinen, also Elektromotoren, der praktischen Verwendung zuzuführen. Die Bat­ terien für ihren Antrieb waren so kostspielig, daß sie gegenüber den herkömmlichen Antriebsarten keinerlei Chance hatten. Die magnetelek­ trischen Maschinen, die Generatoren, zeigten ähnliche Nachteile und konnten sich nur in speziellen Fällen bei der Versorgung von Bogenlam­

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pen oder in galvanischen Anlagen behaupten. Die verhängnisvolle Be­ hauptung, daß im System Stromerzeuger-Stromverbraucher höchstens ein Wirkungsgrad von 50 Prozent möglich sei, ließ alle Verbesserungen letztlich als unwirtschaftlich erscheinen. Die Erfindung der Dynamomaschine, als Motor und Generator glei­ chermaßen zu verwenden, leitete im letzten Drittel des 19. Jahrhunderts die Starkstromtechnik ein, die ihre ersten Erfolge auf dem Gebiet der Beleuchtung und in Konkurrenz zum Gas erzielte. Auf Weltausstellungen und internationalen Elektrizitätsausstellungen stellte die junge Elektro­ technik - diese Bezeichnung wurde 1879 geprägt - ihre Erzeugnisse ins rechte (elektrische) Licht und warb vor einer breiten Öffentlichkeit für ihre Produkte. In dieser Zeit wurden elektrotechnische Vereine gegrün­ det, eigene elektrotechnische Fachzeitschriften herausgegeben und Lehr­ stühle der Elektrotechnik an den technischen Hochschulen errichtet. Mit dem Bau elektrischer Zentralen und der Einführung von Glühlampen drang die elektrische Beleuchtung in die Städte ein und machte der Gas­ beleuchtung das Leben schwer. Kaum war die Starkstromtechnik auf der Basis des Gleichstroms etabliert, kamen Wechselstrom und Drehstrom auf, die die Fernübertragung elektrischer Energie einleiteten und die Ver­ netzung der verschiedenen Anlagen ermöglichten. Damit waren die tech­ nischen Grundlagen gegeben, die einzelnen Elektrizitätswerke zu einem Verbundsystem zusammenzufassen. Ein Netz von Hochspannungsleitun­ gen überzog bald Deutschland ähnlich dem bereits vorhandenen Telegra­ fen- und Fernsprechnetz. Strom kommt zwar aus der Steckdose, aber sein Weg ist weiter, nicht nur räumlich, auch zeitlich gesehen reicht er weit zurück. Dieses Buch soll dazu beitragen, diesen Entwicklungsgang zu erhellen. Es möchte ein Ein­ stieg in die Geschichte der Elektrotechnik sein, von der hier nur ein klei­ ner und vorwiegend auf Deutschland bezogener Teil sichtbar gemacht werden kann.

In diesem Buch werden verschiedene Bezeichnungen verwendet, sie bedeuten im einzelnen: V

Volt

Einheit der elektrischen Spannung

kV

Kilovolt

1000 V

A

Ampere

Einheit der elektrischen Stromstärke

W

Watt

Einheit der elektrischen Leistung

kW

Kilowatt

1000 W

MW Megawatt

1000000 W

kWh Kilowattstunde

Einheit der elektrischen Arbeit

PS

frühere Einheit der Leistung von Maschinen und Motoren; Umrechnung in die heutige Bezeichnung: 1 PS = 0,736kW

min-1

Pferdestärke

Umdrehungen pro Minute; frühere Bezeichnung: U/min

2. Zeittafel

Zeit

Entwicklung der Elektrotechnik

Zeit

AUgemeinhbtorische, gesell­ schaftliche und technische Daten

Die Geschichte der Elektrotechnik ist reich an Mehrfacherfindungen, so daß manche Entdekkung oder Erfindung von mehreren Personen beansprucht wird.

2.Jh. n. Chr. 4.Jh. n. Chr.

In der Antike sind der Bernstein und der Magneteisenstein bekannt. Kompaß für die Südweisung im Landverkehr in China bekannt. Kompaß für Seefahrer in China nachweisbar.

Ended. 12. Jh.

Kompaß im Abendland bekannt.

1269

Brief über den Magneten von Pe­ trus Peregrinus mit der Beschrei­ bung eines magnetischen Perpe­ tuum mobile.

1096 bis 1291 Ended. 12.Jh. Um 1235

Zeit der Kreuzzüge. Gründung der ersten Universitäten. Bauhüttenbuch des Villard de Honnecourt mit Beschreibung ei­ nes mechanischen Perpetuum mobile.

Um 1320 Einsatz von Feuerwaffen. Um 1445 Gutenberg erfindet den Buch­ druck mit beweglichen Lettern. 1492 Entdeckung Amerikas durch Columbus. 1517 Thesenanschlag Luthers. 1543 Kopernikus: