Von Generatoren und Motoren

Generatoren sind aus dem Prozess der Stromerzeugung nicht wegzudenken, in ihnen geschieht ein kleines Wunder der Technik: die Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie.

Das System basiert auf dem physikalischen Prinzip der elektromagnetischen Induktion, dem Prinzip also, dass ein Magnetfeld unter bestimmten Bedingungen elektrische Spannung und damit elektrischen Strom erzeugen kann. Dahinter steckt, dass elektrische und magnetische Felder auf demselben Phänomen beruhen - ein Prinzip, dass in den 1830er Jahren von Michael Faraday entdeckt und beschrieben wurde.

Eine praktische Veranschaulichung dieses Prinzips kennt man vielleicht noch von Versuchen aus dem Physikunterricht: Eine Spule (ein mit leitendem Draht (z.B. Kupfer) spiralförmig umwickelter Körper) wird zwischen zwei Magneten auf und ab bewegt - in der Folge fließt elektrischer Strom. Egal ob das Wasser eines Flusses oder Stausees, Wind, oder Dampf, der bei Verbrennungsprozesses entsteht, das Prinzip der Stromerzeugung ist dasselbe: Die Bewegungsenergie wird mittels eines Generators in elektrische umgewandelt.

Motoren, wie wir sie aus dem Alltag kennen, sind nichts anderes als die Umkehrung des Generators: Eine bestimmte Energieform - etwa thermische oder elektrische - wird in mechanische Energie umgewandelt, so wird es möglich, einen Körper zu bewegen. Die Bewegung, in die die Energie umgewandelt wird, ist meist eine Drehbewegung (unter den Antriebsformen von Maschinen bzw. Motoren gibt es den Drehantrieb und den Linearantrieb). Ein Vorläufer heutiger Motoren war die Dampfmaschine, die Ende des 18. Jahrhunderts in den Fabriken zu einer komplett neuen Arbeitsform führte. Dabei wird Wasser erhitzt, der Wasserdampf steigt auf, ein Kolben nimmt die Bewegung auf, er wird durch den Druck des Wasserdampfes in Bewegung gesetzt (das ist ungefähr wie bei einem Kochtopf, bei dem sich der Deckel hebt) und wird über eine Kurbel mit einem Rad verbunden, das die lineare Bewegung des Kolbens in eine Rotation übersetzt. (Korrekt nennt man die Dampfmaschine daher auch Kolben-Wärmekraftmaschine.)

Weiterentwickelt wurde die Dampfmaschine zur Dampfturbine, die im Unterschied zur nicht sehr effizienten Dampfmaschine heute noch betrieben wird, und bei der der Wasserdampf direkt die Drehbewegung der Turbine auslöst. Auf dieser Grundlage können Turbinen größere Maschinen betreiben als ein Kolben/Kurbel-Antrieb. Mitte des 19. Jahrhunderts wurde mit dem Otto-Motor dann der Verbrennungsmotor entwickelt, wie wir ihn noch heute für Fahrzeuge verwenden. Ein Gemisch aus einem Kraftstoff (Benzin, Gas, Diesel) und Luft wird verbrannt, durch die daraus entstehende hohe Temperatur und den Druck wird ein Kolben angetrieben, der entweder ein Hubkolben oder ein Rotationskolben sein kann, dessen Aktivität schließlich nur noch in die gewünschte Bewegungsform transformiert werden muss. Der Verbrennungsmotor brachte im Vergleich zur Dampfmaschine zahlreiche Vorteile. Er war viel kleiner und leichter, was grundlegend für seine Nutzung in mobilen Maschinen wie dem Automobil war, er erlaubte größere Leistungen, weil die Verbrennungsprozesse mehr Energie freisetzen, und er erlaubte aufgrund leicht transportierbarer Kraftstoffe einen raschen und flexiblen Einsatz.