6 Werner von Siemens, der Namensgeber der Leitwerteinheit

Die internationale Einheit des elektrischen Leitwertes ist das Siemens. Während der elektrische Widerstand ein Maß für das Hindernis der Ladungsträger beim Strömen ist, stellt der elektrische Leitwert als Kehrwert des Widerstandes ein Maß für die Güte oder Qualität eines elektrischen Leiters hinsichtlich der Strömung von beweglichen elektrischen Ladungsträgern dar.

Werner von Siemens (1816-1892) mit seiner ersten Dynamomaschinevon 1866

Bild 17: Werner von Siemens (1816-1892) mit seiner ersten Dynamomaschinevon 1866

Festgelegt ist die Sl Einheit l Siemens mit dem Einheitenzeichen S wie die Widerstandseinheiti Ohm (C)) als der elektrische Leitwert zwischen zwei Punkten eines fadenförmigen, homogenen Metalldrahtes von konstanter Temperatur, durch den bei einer elektrischen Spannung von 1 Volt (V) zwischen den beiden Punkten ein zeitlich unveränderter Strom von der Stärke 1 Ampere (A) fließt:

Formel

Damit ist die Einheit des elektrischen Leitwertes eine von den Einheiten Ampere (A) und Volt (V) abgeleitete Einheit des Internationalen Einheitensystems, wobei die Einheit Ampere (A) eine Basiseinheit ist und die Einheit Volt (V) bereits eine von den Einheiten Ampere (A), Kilogramm (kg), Meter (m) und Sekunde (s) mehrfach abgeleitete Einheit darstellt.

Eine Entdeckung des Physik Nobelpreisträgers Klaus von Klitzing läßt erwarten, daß längerfristig zur Festlegung von 1 Siemens (S) und 1 Ohm (0) das Plancksche Wirkungsquantum (h = 6,6252.10 34 W) und die elektrische Elementarladung (e = ± 1,6021 10 19 As) wegen der größeren Genauigkeit verwendet werden.

Man hat der Sl Einheit des elektrischen Leitwertes den besonderen Namen Siemens zu Ehren des deutschen Elektrotechnikers Werner von Siemens (Bild 17) gegeben. Werner Siemens wurde am 13. Dezember 1816 in Lenthe bei Hannover als Sohn eines Gutspächters geboren. Aus finanziellen Gründen konnte er nicht studieren, so daß er die militärische Laufbahn einschlug und 1838 preußischer Artillerieoffizier wurde. Die Erfindung eines Galvanisierungsverfahrens im Jahre 1841 und eines Zeiger und Drucktelegrafen im Jahre 1846 zeigten bereits früh seine besondere technische Begabung. Er wandte sich zunächst der elektrischen Nachrichtentechnik zu und gründete 1847 mit Johann Georg Halske (1814¬1890) in Berlin die "Telegraphen Bauanstalt Siemens & Halske", Weltfirma Siemens AG wurde. Nachdem die Firma 1848 die erste Telegrafenlinie zwischen Berlin und Frankfurt am Main mit interirdischen Kabeln erfolgreich gebaut hatte, schied Werner Siemens aus der Armee aus, um sich nur noch dem Gebiet der jungen Elektrotechnik widmen zu können.

Schnittzeichnung des ersten \"Dynamo\"

Bild 18: Schnittzeichnung des ersten "Dynamo", wie Werner Siemens die Maschine nannte

Werner Siemens gehörte damals zu den ersten Fach¬leuten, die sich Gedanken machten über eine wirt¬schaftliche Möglichkeit zur Erzeugung elektrischer Energie. Am 29. 5.1856 berichtete er in einem Brief an seinen Bruder William Siemens (1823 1883) über die erfolgreiche Konstruktion eines Magnetstrom Erzeugers mit Doppel T Anker. Dieses Gerät stellte eine der ersten praktisch brauchbaren Vorrichtungen dar, die auf dem Prinzip des Faradayschen Induktionsgesetzes eine elektrische Spannung erzeugen konnten. Jedoch war es auch mit diesem Gerät nicht möglich, elektrische Energie in großem Umfang für die Versorgung der Industrie, Handwerksbetriebe und Haushalte zu erzeugen. Der Größe und Stärke von natürlichen Magneten war eine Grenze gesetzt, so daß Generatoren mit Dauermagneten nur begrenzt mechanische Arbeit in elektrische Energie umwandeln konnten.

Erst eine Idee, die Werner Siemens im Jahre 1866 hatte, verhalf dem Induktionsgesetz von Michael Faraday zu seiner großen praktischen Bedeutung. Werner Siemens erfand in diesem Jahr mit seiner "Dynamomaschine" einen Gleichstromgenerator, der keinen Dauermagneten benötigte. Er hatte festgestellt, daß beim Abschalten des Erregerstromes eines Elektromagneten ein schwacher Magnetismus im Eisen zurückblieb. Anstatt eines Dauermagneten nutzte er diesen Restmagnetismus, um eine Induktionsspannung zu erzeugen.

Werner Siemens stellte mit dem Bau eines ersten Versuchsgerätes seine Idee unter Beweis. Zwischen den Polschuhen eines hufeisenförmigen Weicheisenge stelles ordnete er einen drehbaren Doppel¬T Anker an. Der nach der ersten Magnetisierung des Weicheisens zurückgebliebene Restmagnetismus genügte, uni in der Ankerwicklung eine Wechselspannung zu induzieren, sobald der Anker in die richtige Richtung gedreht wurde. Mit dem Stromwender wurde die Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt, die dann über Bürsten abgegriffen werden konnte. Von dem erzeugten Gleichstrom zweigte man einen Teil ab und schickte ihn durch die Wicklung des Elektromagneten (Nebenschlußprinzip). Dies führte zur Verstärkung des Restmagnetismus, wodurch die in der Ankerwicklung induzierte Spannung erhöht wurde. Der Magnetismus des Weicheisengestelles und die induzierte Ankerspannung erfuhren eine kontinuierliche Steigerung bis zu einem Grenzwert, der von der Drehzahl des Ankers abhängig war. Diesen Vorgang der Selbsterregung eines Generators ohne Verwendung eines besonderen Dauermagneten bezeichnete man als dynamo¬elektrisches Prinzip. DerTechnik war es jetzt mit der Erfindung der Dynamomaschine grundsätzlich möglich, elektrische Ströme von fast unbegrenzter Stärke auf einfache Weise wirtschaftlich zu erzeugen. Die Voraussetzungen für den Großmaschinenbau waren geshaffen. Die erste Dynamomaschine von Werner Siemens hatte eine Leistung von etwa 30 Watt bei einer Drehzahl von 1200 min ' (Bild 18). Über seine erfolgreichen Experimente mit der Dynamomaschine berichtete Werner Siemens zum ersten Mal in einem Brief vom 4.12.1866 an seinen Bruder William in London. In diesem Brief schrieb er:

"Ich habe eine neue Idee gehabt. Nimmt man eine elektromagnetische Maschine, welche so konstruiert ist, daß der feststehende Magnet ein Elektromagnet mit konstanter Polrichtung ist, während der Strom des beweglichen Magneten gewechselt wird; schaltet man ferner eine Batterie ein, welche den Apparat also bewegen würde und dreht nun die Maschine in entgegengesetzter Richtung, so muß der Strom sich steigern. Es kann darauf die Batterie angeschlossen und entfernt werden, ohne die Wirkung aufzuheben."

Am 17. 1. 1867 verlas Professor Gustav Magnus (1802 1870) in der Akademie der Wissenschaften in Berlin eine von Werner Siemens verfaßte Arbeit, die die Umwandlung von mechanischer Arbeit in elektrische Energie ohne Verwendung von Dauermagneten beinhaltete. Damit war die Erfindung des dynamo elektrischen Prinzips der Öffentlichkeit bekanntgegeben und das elektrotechnische Zeitalter begründet. Die wirtschaftliche elektrische Energietechnik konnte ihren Anfang nehmen.

Als man nun elektrische Energie preiswert in großem Umfang mit Hilfe von Generatoren erzeugen konnte, gewann der elektromotorische Antrieb sprunghaft an Bedeutung. Die Gleichstrommaschine von Werner Siemens funktionierte nicht nur als Generator, sondern konnte auch als Motor betrieben werden. Legte man an die beiden Anschlußklemmen der Dynamomaschine eine Gleichspannung, so lief sie als Motor und konnte zum Antrieb von Arbeitsmaschinen verwendet werden. Die Fabriken erhielten mit dem Elektromotor endlich eine langersehnte Antriebsmaschine, die praktisch und bequem war. Es dauerte nicht lange, bis der Elektromotor vielerorts die alten Wasserräder, Windräder und Dampfmaschinen verdrängt hatte und die führende Stellung unter den Antriebsmaschinen einnahm.

Elektrische Straßenbahn in Berlin

Bild 19: Elektrische Straßenbahn in Berlin

Elektromotoren eroberten sich aber nicht nur bei stationären Antrieben einen sicheren Einsatzort, sondern auch bei Schienenfahrzeugen. Bereits im Jahre 1879 stellte die von Werner Siemens und Johann Georg Halske (1814 1890) gegründete Firma Siemens & Halske auf der Gewerbeausstellung in Berlin eine Lokomotive vor, die von einem Elektromotor mit 2 kW Nennleistung angetrieben wurde. Lange dauerte es dann nicht mehr, bis die Offentlichkeit einen Nutzen von diesem neuartigen Antrieb hatte. Am 12. 5. 1881 fuhr durch den Berliner Vorort Lichterfelde bereits die erste von einem Elektromotor angetriebene Straßenbahn, die unser Straßenbild in den Städten bis heute prägt (Bild 19).

Neben diesen Pionierleistungen war Werner Siemens 1877 an der Schaffung des deutschen Patentgesetzes und 1887 an der Gründung der "Physikalisch Technischen Reichsanstalt" beteiligt. Werner von Siemens starb am 6. Dezember 1892 fast 76jährig in Charlottenburg bei Berlin, nachdem er vom Deutschen Kaiser 1888 in Anerkennung seiner Leistungen als Erfinder und Unternehmer geadelt wurde.