Stromkrieg

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche

Der Stromkrieg (englisch war of currents) war um 1890 ein Streit zwischen Thomas Alva Edison (1847–1931) und George Westinghouse (1846–1914), ob die von Edison favorisierte Gleichspannung oder die von Westinghouse favorisierte Wechselspannung die geeignetere Technik für die großflächige Versorgung der Vereinigten Staaten von Amerika mit elektrischer Energie und den Aufbau von Stromnetzen sei. Dabei ging es im Kern um Marktanteile für ihre jeweiligen Elektrofirmen Edison General Electric, die ab Anfang der 1890er Jahre als General Electric firmierte, und Westinghouse Electric. Bei dem Stromkrieg handelte es sich um den ersten Formatkrieg der Industriegeschichte – eine wirtschaftliche Auseinandersetzung um einen technischen Standard.

Technische Hintergründe[Bearbeiten]

Erste Gleichstromnetze[Bearbeiten]

Thomas Alva Edison

In der Anfangszeit der elektrischen Energietechnik um die Jahre 1880 bis 1900 waren kleinere, regionale Stromnetze in Form von Inselnetzen vorhanden, welche mit Gleichspannung betrieben wurden. Gleichspannung ist technisch zur Versorgung von Glühlampen und den damals verfügbaren Gleichstrommotoren geeignet, zu der Zeit waren noch keine praktikablen Wechselstrommotoren verfügbar. Außerdem erlaubten Gleichspannungsnetze die direkte Verbindung mit Akkumulatoren zur elektrischen Energiespeicherung, welche grundsätzlich nur mit Gleichspannung arbeiten. Heute übliche Gleichrichter und deren Gegenstücke, die Wechselrichter, waren damals noch nicht verfügbar.

Schaltungsschema von Edisons Dreileitersystem für Gleichspannung

Edison bevorzugte Gleichspannungssysteme, in denen bei konstanter Last ein Gleichstrom fließt, da er verschiedene Patente zu Gleichspannungsgeräten hielt und Einkünfte hieraus nicht verlieren wollte. So entwickelte Edison einen der ersten Stromzähler, um den Verbrauch an elektrischer Energie messen und danach verrechnen zu können. Dieser als Edisonzähler bezeichnete Stromzähler konnte nur Gleichströme erfassen.[1][2] Erste Stromnetze von Edison, wie in nebenstehender Schaltungsschema vereinfacht dargestellt, sahen in jedem Stadtviertel ein kleines Kraftwerk vor und bestanden aus Gleichstromgeneratoren, mit G1 und G2 in der Skizze bezeichnet. Diese lokalen Edison-Stromnetze besaßen eine Ausbreitung von etwa 1,5 km Durchmesser. Der von ihm entwickelte Gleichstromgenerator Typ Jumbo war 24 t schwer und hatte ungefähr 100 kW Leistung, die für zirka 1200 Glühlampen ausreichte.[3][4]

Diese von Dampfmaschinen angetriebenen Generatoren erzeugten eine sogenannte bipolare Gleichspannung, bezogen auf Erdpotential jeweils auf einen Außenleiter eine positive Gleichspannung von +110 V und auf einen zweiten Außenleiter eine negative Spannung von −110 V. Dadurch sind, mit dem Mittenleiter, der auf Erdpotential liegt, in Summe drei Leiter nötig, weshalb diese Form auch als Dreileiternetz bezeichnet wird.

Durch die Kombination von zwei Generatoren und einer gegenüber Erdpotential positiven und negativen Spannung standen den Verbrauchern zwei unterschiedlich hohe Gleichspannungen zu Verfügung: 110 V und 220 V. Übliche Verbraucher zu der Zeit waren die damals üblichen Kohlenfadenlampen, eine erste Bauform der Glühlampe. Diese wurden mit Spannungen um die 100 V betrieben und zwischen Erde an einen der beiden Außenleiter angeschlossen. Die Lampen wurden in der Anzahl zwischen den beiden Außenleitern möglichst gleichmäßig aufgeteilt. Weitere wesentliche Verbraucher zu der Zeit waren elektrische Gleichstrommotoren für den mechanischen Antrieb von beispielsweise Werkzeugmaschinen. Gleichstrommotoren wurden aufgrund der höheren Leistung im Vergleich zu Glühlampen auf eine höhere, die doppelte Spannung von 220 V ausgelegt, und zwischen den beiden Außenleitern angeschlossen. Dadurch könnten die Querschnitte der Kabel in vertretbarem Rahmen gehalten werden, um den Spannungsverlust längs der Leitung nicht zu stark ansteigen zu lassen.

Diese Form von Dreileiternetz nach Edison ist in Niederspannungsnetzen im nordamerikanischen Raum heute in Form der Einphasen-Dreileiternetze üblich. Die Dreileiteranordnung wird allerdings mit Wechselspannung und einer Netzfrequenz von 60 Hz betrieben. Das Prinzip von Edison mit zwei unterschiedlich hohen Spannungen, die niedrige Spannungen für den Betrieb von leistungsschwachen Geräten wie Beleuchtung und eine hohe Spannung für Geräte mit hohen Stromverbrauch wie Wäschetrockner, ist erhalten geblieben. Von Edisons Dreileiternetzen zu unterscheiden sind auch heute verfügbare Drehstromanschlüsse, wie sie vor allem in Europa üblich sind. Dabei sind auch zwei unterschiedlich hohe Spannungen verfügbar, welche allerdings über einen anderen Verkettungsfaktor zueinander ein anderes Verhältnis als in Einphasennetzen aufweisen. Außerdem steht bei Dreiphasenwechselstrom ein Drehfeld für den direkten Antrieb von Drehfeldmaschinen wie dem Asynchronmotor zur Verfügung, was bei Einphasen-Dreileiternetzen grundsätzlich nicht verfügbar ist.

Erste Wechselspannungsnetze[Bearbeiten]

Schaltungsschema des Wechselspannungsnetzes von Westinghouse

Zu Beginn der Elektrifizierung New Yorks mit Gleichspannung war der Transformator noch nicht erfunden. Erste Arbeiten zu Transformatoren von Lucien Gaulard und John Dixon Gibbs stammen aus Anfang der 1880er Jahre und waren als sogenannte Lufttransformatoren sehr ineffizient. Diese Transformatoren hatten einen offenen magnetischen Kreis und somit einen hohen magnetischen Streufluss. Mit diesen ersten Transformatoren konnte die niedrige Wechselspannung auf höhere Spannungsniveaus gebracht und so über größere Distanzen transportiert werden. Allerdings war in der Anfangszeit eine starke Lastabhängigkeit gegeben, denn durch das Zu- und Wegschalten einzelner Verbraucher kam es bei den in Reihenschaltung geschalteten Lufttransformatoren aufgrund des hohen Streuflusses und der nur geringen magnetischen Kopplung zu Spannungsänderungen, womit sich die einzelnen Wechselspannungsverbraucher gegenseitig störend beeinflussten. Bei Glühlampen führte dies zu unterschiedlichen Helligkeiten, je nachdem wie viele elektrische Geräte in der Nachbarschaft gerade eingeschaltet waren.[5] Bei den ersten Gleichstromsystemen fehlte diese störende gegenseitige Beeinflussung, da keine Lufttransformatoren eingesetzt wurden.

George Westinghouse erkannte trotz anfänglicher Vorteil der Gleichstromnetze die Vorteile von Wechselspannung, welche sich mit der seit den 1890er Jahren verfügbaren und verbesserten Transformatoren mit geschlossenen Eisenkern ergab: Durch den Transformator konnten höhere elektrische Spannungen erreicht werden und damit kann die elektrische Energie auch über größere Strecken mit geringeren Verlusten transportiert werden. Ein Prinzip, wie es heute in der elektrischen Energietechnik grundlegend angewendet wird.

Westinghouse hatte zu der Zeit auch mit rechtlichen Problemen zu kämpfen: Patentrechtlich beschränkten die Hersteller damals häufig das Benutzungsrecht verkaufter Glühlampen auf lizenzierte Stromnetze. Hotels und Büros mit eigenen Generatoren wurden erfolgreich mit gerichtlichen Verfügungen auf Unterlassung der weiteren Nutzung ihrer Glühlampen belegt. Die Glühlampenhersteller sicherten sich so auch den Markt der elektrotechnischen Infrastruktur und behinderten freien Wettbewerb und Innovation. Diese Auswirkungen des Patentrechts wurden in den Zeitungen der damaligen Zeit kritisch kommentiert.[6] Westinghouse konnte im Gegensatz zu Edison seinen Kunden keine komplette Lösung inklusive Stromversorgung anbieten, da er keine Patentrechte für die Produktion von Glühlampen besaß. Auch die Vermarktung von Wechselstrommotoren war durch die entstehende Energieinfrastruktur behindert.

Ablauf des Streites[Bearbeiten]

George Westinghouse

Die Diskussion über die Gefährlichkeit von Wechselspannung ging nicht von Edison aus, vielmehr beschäftigten sich Politiker und die Zeitungen damit. Es wurde erwartet, dass der populäre Thomas Edison dazu Stellung bezieht. Edison sah das gesamte Geschäftsmodell Elektrizität durch etwaige Unfälle und dadurch ausgelöste Akzeptanzprobleme gefährdet. Insbesondere war Sicherheit von Elektrizität verglichen mit der von Gas ausgehenden Brandgefahr eines seiner zentralen Argumente.[7]

Experimente mit Tieren waren notwendig, um die unbekannten Wirkungen der Elektrizität auf Lebewesen zu erforschen. Diese riefen später bei Tierschützern Empörung hervor; damals regte indes die Gesellschaft zur Verhinderung von Grausamkeiten an Tieren die Entwicklung der Elektrokution als schmerzlose Alternative für das damals häufige Ertränken herumstreunender Tiere an. Eine führende Rolle bei den Experimenten und der öffentlichen Kampagne gegen Wechselspannung spielte Harold P. Brown, der damals nicht bei Edison angestellt war, aber dort um Unterstützung bat und diese auch bekam. Edison selbst spielte die Rolle eines angesehenen Experten. Ohne Westinghouse zu nennen, forderte er die Politik auf, die maximale Spannung zu limitieren. Brown hingegen forderte Westinghouse auf, sich gemeinsam öffentlich einem Stromschlag gleicher Spannung in Gleichspannung respektive Wechselspannung auszusetzen.[8]

Auch das Töten verurteilter Menschen durch Erhängen sollte durch den elektrischen Stuhl ersetzt werden, was als schmerzfreier angesehen wurde. Ein Unternehmen Edisons bekam den Regierungsauftrag zur Entwicklung. Der bei Edison tätige Ingenieur Harold P. Brown setzte dazu das Wechselspannungssystem des Konkurrenten Westinghouse ein, um dieses als gefährlich zu diskreditieren. Des Weiteren wurde versucht, die Redensart to be westinghoused für das Töten mit elektrischen (Wechsel-)Strom einzuführen und somit über Westinghouses Technik zu spotten und ein negatives Öffentlichkeitsbild zu verpassen. Westinghouse fühlte sich durch die Experimente zutiefst beleidigt, da er nicht wollte, dass jemand durch seine Forschung zu Schaden käme.

Westinghouse versuchte angeblich eine Streitbeilegung. Edison soll jedoch nie auf ein Schreiben von ihm geantwortet haben. Das Schlüsselprodukt der Elektrifizierung waren Glühlampen, deren Patentrechte bei Edison lagen. Kohlenfadenlampen waren nahezu die alleinigen Verbraucher elektrischer Energie in Hotels, Büros und Privathaushalten. Edison konnte über dieses Schlüsselprodukt die elektrische Infrastruktur kontrollieren, weswegen Westinghouse an einer Einigung und einer Firmenfusion gelegen war.

Der Streit wurde durch den Kauf der United States Electric Lighting Co. durch Westinghouse im Jahr 1888 verschärft, da die Edison Electric Light Co. gegen dieses Unternehmen seit 1885 einen Prozess um die Patente auf Glühlampen führte, den sie in allen Gerichtsinstanzen gewann, der aber erst 1892 zum Abschluss kam. Im schwebenden Verfahren musste die Edison Electric Light Co. die Verletzung ihrer Patente hinnehmen. Edison fühlte sich durch Prozessverschleppungsstrategien und weil Nikola Tesla – zunächst Mitarbeiter bei ihm in Menlo Park in New Jersey – bei Westinghouse Wissen eingebracht hatte, von beiden betrogen.

Nikola Tesla[Bearbeiten]

Nikola Tesla: Mitarbeiter zunächst bei Edison in Frankreich und in den USA, dann Cheferfinder bei Westinghouse

Nikola Tesla (1856–1943), der für Edison gearbeitet und diesen nach einem Streit verlassen hatte, wurde wenig später von George Westinghouse kontaktiert, der bei einer Vorlesung auf ihn aufmerksam geworden war. Tesla hatte 1882 in den USA, zeitgleich und voneinander unabhängig mit Galileo Ferraris in Italien, das Prinzip des Zweiphasenwechselstroms mit einem rotierenden magnetischen Feld ersonnen. In den Folgejahren kam es aufgrund der Parallelentwicklung zu Patentstreitigkeiten. Auf dieser technischen Grundlage wurde im Jahr darauf der erste Zweiphasenmotor gebaut, welche ohne verschleißende Bürsten arbeitete. Westinghouse erwarb die Patentrechte an Teslas sogenannten Polyphasenpatenten, welche auch einen Zweiphasenmotor umfassen.[9] Außerdem stellte er Nikola Tesla als Berater ein und begann 1888 den Zweiphasen-Elektromotor im US-Massenmarkt einzuführen. Diese Arbeit und der Einfluss von Westinghouse führte in Folge zur Entwicklung des amerikanischen Stromnetzes mit einer Netzfrequenz von 60 Hz.

Der heute in elektrischen Energienetzen übliche Dreiphasenwechselstrom und die heute weit verbreiteten Drehstrom-Asynchronmaschinen als Antriebsmotor wurden, unabhängig von dem in Nordamerika ausgetragenen Stromkrieg, von Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski Ende der 1880er Jahre bei der Firma AEG entwickelt.[10]

Franklin Leonard Pope[Bearbeiten]

Das erste mehrstufige Wechselspannungsnetz baute George Westinghouse in Zusammenarbeit mit Franklin Leonard Pope und William Stanley. Es wurde 1886 im Wohnort von Pope, Great Barrington, Massachusetts, installiert. Ein von einer Dampfmaschine angetriebenen Generator erzeugte 500 V Wechselspannung, die auf 3000 V hinauftransformiert und in den Ort geleitet wurden. Dort wurde die Spannung auf 100 V heruntertransformiert und in die Häuser zur Energieversorgung der Glühlampen geleitet.[11] Franklin Leonard Pope war ein früherer Freund von Thomas Alva Edison und gilt als Wegbereiter für dessen Aufstieg. Seit zirka 1870 waren Pope und Edison jedoch zerstritten. Pope starb am 13. Oktober 1895 durch einen Stromschlag, als er die Stromversorgung in Great Barrington nach einem Unwetter reparieren wollte. Pope war populär und zeitweise auch Präsident des American Institute of Electrical Engineers. Sein Tod führte zu umfangreichen Aktivitäten zur Verbesserung der Sicherheit elektrotechnischer Anlagen in den USA, welche die Grundlage für den National Electrical Code bildeten. Eine Reaktion von Edison auf den Tod seines ehemaligen Freundes und späteren Widersachers im Streit um Wechsel- oder Gleichspannung ist nicht bekannt.

Ausgang des Streits[Bearbeiten]

Ein früher Transformator von 1885

In der Fachwelt wurde die Entscheidung, welches System sich für die Energieversorgung besser eignet, 1891 durch die erfolgreiche Betriebsaufnahme der Ames Hydroelectric Generating Plant[12] und der Drehstromübertragung Lauffen–Frankfurt beeinflusst. Die Unternehmen von Westinghouse bekamen 1892 den prestigeträchtigen Auftrag zur Lieferung ihres Wechselspannungssystems für die Weltausstellung in Chicago 1893. Dazu gehörte auch eine große Anzahl einer von Westinghouse neu entwickelten Glühlampe, der sogenannten Westinghouse-Stopper-Lamp, die durch eine einrastende Steckverbindung Edisons Patent der Schraubfassung umging.[13][14] Damit war Edison im Streit unterlegen – der Markt hatte sich für die technischen Vorteile des Wechselspannungssystems entschieden. Persönlich zeigte sich Edison jedoch noch lange uneinsichtig, ehe er schließlich sein Eintreten für das Gleichspannungssystem als größten Fehler seiner Karriere einräumte.

In den USA brachte ein Wasserkraftwerk der Westinghouse-Unternehmen bei den Niagarafällen und der Anschluss Buffalos an die elektrische Stromversorgung im Jahr 1896 die endgültige Wende zu Gunsten des Wechselspannungssystems.[15] Danach produzierte auch General Electric, hervorgegangen aus einer Fusion der Edison General Electric Co. und der Thomson-Houston Co. im Jahr 1892, Produkte für die Energieversorgungsinfrastruktur mit Wechselspannungstechnik.

1896 gründeten General Electric und Westinghouse gemeinsam das Board of Patent Control, welches bis 1911 bestand. Diese Organisation regelte Patentstreitigkeiten zwischen den Unternehmen außergerichtlich und vertrat die Patentinteressen beider Unternehmen gegenüber Dritten. Informationen über Patentverletzungen wurden gesammelt und mehr als 600 Verfahren gegen Dritte eingeleitet. Der persönliche Streit zweier Männer wurde spätestens 1896 durch professionelles Management mit ausschließlich an wirtschaftlichen Erwägungen orientierten Entscheidungen ersetzt. Edison hatte seit Gründung von General Electric keine operativen Kompetenzen mehr. Charles A. Coffin, der zuvor Leiter der mit den Edison-Unternehmen zu General Electric Co. fusionierten Thomson-Houston Co. war, leitete das Unternehmen von Beginn an. Lewis Howard Latimer, der seit 1884 für Edison-Unternehmen arbeitete, wurde von General Electric in das Board of Patent Control entsandt.

Nach dem Auslaufen der Glühlampenpatente von Edison und der Basispatente auf Wechselspannungstechniken von Westinghouse konnte kein Unternehmen mehr den Markt technologisch kontrollieren.

Während in Europa die Gleichspannungsnetze Mitte des 20. Jahrhunderts so gut wie verschwunden waren, stellte der New Yorker Stromversorger Consolidated Edison die Lieferung von Gleichspannung erst Ende November 2007 endgültig ein. Zuletzt waren vor allem noch ältere Aufzüge in Manhattan auf die Gleichspannungsversorgung angewiesen, 1998 wurden noch 4.600 Kunden mit Gleichspannung beliefert. Die Aufzüge wurden bei der Einstellung der Versorgung mit Gleichrichtern auf Wechselspannung umgestellt oder erneuert.[16]

Die Bezeichnung Stromkrieg[Bearbeiten]

Der Bezeichnung Stromkrieg (engl. war of currents) wurde in der damaligen Presse nicht verwendet. Die erstmalige Umschreibung der öffentlich geführten Auseinandersetzung zwischen Edison und Westinghouse mit Stromkrieg ist nicht belegt. In neuerer Zeit wird der Streit – motiviert durch Diskussionen um Standards wie zum Beispiel bei TV-Signalen, Musik- und Video-Kassetten und DVD-Formaten – auch als Systemstreit um die Marktbeherrschung durch Patente auf Basistechnologien interpretiert.

In der damaligen Zeit tauschten die Kontrahenten ihre Ansichten zur Gefährlichkeit von Wechselstrom über die Presse aus. Am 13. Dezember 1888 schrieb George Westinghouse in einem Leserbrief an die New York Times, dass von Wechselspannung keine besondere Gefahr ausgehe. [17] Am 24. Juli 1889 berichtete die New York Times, Edison sei überzeugt, dass 1000 V Wechselspannung einen Menschen sicher töten könnten. Die Dokumente sind exemplarisch für das Erscheinungsbild des Streits in den damaligen Medien. [18]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Helmuth Poll: Der Edisonzähler. Deutsches Museum München, 1995, ISBN 3-924183-30-9, S 30–45.
  2.  Tom McNichol: AC/DC: the savage tale of the first standards war. John Wiley and Sons, 2006, ISBN 978-0-7879-8267-6.
  3. Pearl Street Station. IEEE Global History Network, 2012, abgerufen am 29. Dezember 2013 (englisch).
  4. National Historic Mechanical Engineering Landmarks: Edison “Jumbo” Engine-Driven Dynamo and Marine-Type Triple Expansion Engine-Driven Dynamo. ASME, 1980, abgerufen am 29. Dezember 2013.
  5.  Friedrich Uppenborn: History of Electric transformers. E. & F.N. Spon, London ; New York 1889, S. 35–41 (Online).
  6. siehe etwa Incandescent Lamp Proceedings. In: The Electrical World. Vol. XXII, No. 17, 5. August 1893, S. 94.
  7. Paul Israel: Edison: A Life of Invention. John Wiley&Sons, 1998, ISBN 978-0-471-36270-8, S. 326.
  8. Paul Israel: Edison: A Life of Invention. John Wiley&Sons, 1998, ISBN 978-0-471-36270-8, S. 328–330.
  9. Patent US381968: Mode and plan of operating electric motors by progressive shifting; Field Magnet; Armature; Electrical conversion; Economical; Transmission of energy; Simple construction; Easier construction; Rotating magnetic field principles.
    Patent US381969: Novel form and operating mode; Coils forming independent energizing circuits; Connected to an alternating current generator; Synchronous motor.
    Patent US381970: Current from a single source of supply in the main or transmitting circuit induce by induction apparatus.
    Patent US382279: Rotation is produced and maintained by direct attraction; Utilizes shifting poles; Induction magnetic motor.
    Patent US382280: New method or mode of transmission; Dynamo motor conversion with two independent circuits for long distance transmission; Alternating current transmission.
    Patent US382281: Improvements in electromagnetic motors and their mode or methods of their operations.
    Patent US382282: Method of Converting and Distributing Electric Currents.
  10.  Gerhard Neidhöfer: Michael von Dolivo-Dobrowolsky und der Drehstrom: Anfänge der modernen Antriebstechnik und Stromversorgung. 2. Auflage. VDE-Verlag, 2008, ISBN 978-3-8007-3115-2.
  11. Great Barrington 1886 - The first practical AC power delivery system. Edison Tech Center, 2010, abgerufen am 27. Oktober 2013 (englisch).
  12. Ames Hydro: Making History Since 1891. In: HydroWorld.com. 27. August 2013, abgerufen am 27. Oktober 2013 (englisch).
  13. Ed Reis: Early Lamps by Westinghouse. Engineers' Society of Western Pennsylvania, 2005, abgerufen am 29. Dezember 2013 (englisch).
  14. 1890's Incandescent Lamps: 1893 New Beacon Stopper Lamp. In: Past Technology. 2000, abgerufen am 29. Dezember 2013.
  15. Niagara Falls History of Power: In Search of Long Distance Transmission. In: Niagara Falls Thunder Alley. Rick Berketa, abgerufen am 29. Dezember 2013 (englisch).
  16. Con Edison, Pressemeldung vom 14. November 2007
  17. No Special Danger.; Alternating Currents In Electric Light Wires. In: The New York Times. 13. Dezember 1888 (Online-Archiv der New York Times, abgerufen am 29. Dezember 2008).
  18. Testimony Of The Wizard; Edison′s Belief In Electricity'S Fatal Force. He Is Positive That An Alternating Current Of 1,000 Volts Would Surely Kill A Man. In: The New York Times. 24. Juli 1889 (Online-Archiv der New York Times, abgerufen am 29. Dezember 2008).