Strom erzeugen - das Generatorprinzip einfach erklärt

Dieser Artikel befasst sich mit der Erzeugung von Wechsel- oder Drehstrom, wie ihn Generatoren liefern. Gleichstrom wird mittels chemischer Reaktionen in Batterien erzeugt, die hier jedoch nicht behandelt werden sollen. Der Artikel ist bewusst einfach und ohne Formeln gehalten, damit auch physikalische Laien eine ungefähre Vorstellung davon bekommen, wie ein Generator funktioniert.

Wechselstrom erzeugen - so arbeiten Generatoren

• Die Elektrizität verdankt ihren Siegeszug vor allem den sog. Dynamomaschinen; so wurden nämlich Stromgeneratoren früher genannt.
• Betrachtet sei im Folgenden eine der einfachsten Formen, die nur aus den notwendigsten Teilen, um Strom zu erzeugen, besteht und das Prinzip erläutert.
• Zwischen den Polen (Nord- und Südpol) eines kräftigen Hufeisenmagneten liegt ein Ring aus (weichem) Eisen.
• Auf diesem Ring befindet sich eine Isolierung (im einfachsten Fall Isolierband) und darauf unzählige Windungen blanker Kupferdraht. Die Windungen bilden eine einzige, in sich geschlossene Schraubenlinie.


Magnet im Generator - seine Funktion einfach erklärt

Was macht nur ein Magnet in einem Generator und wie erzeugt man damit Strom? Die Funktion lässt …

• Dieser Ring ist nun so an einer Achse befestigt, dass er sich wie ein Schwungrand in diesem Magneten drehen lässt.
• Beim Drehen ändert jede der Drahtwindungen ständig ihre Lage zu dem Magneten, vor allem ihre Entfernung von den beiden Polen.
• Wird ein elektrischer Leiter (in diesem Fall der Kupferdraht) einem ständig wechselnden Magnetfeld ausgesetzt, so entstehen  dort Spannungen (Stichpunkt Induktion), die selbst diesem Wechsel folgen.
• Die Polung der induzierten Spannungen wechselt also mit der Polung des Magneten.
• Diese induzierten Wechselspannungen lassen sich abgreifen (zum Beispiel durch Kohlebürstchen oben und unten) und als Wechselstrom prinzipiell einem Verbraucher (beispielsweise einem Lämpchen) zuführen.
• Die Stärke des Stroms, den Sie mit dieser (sehr einfachen) Generatorvorrichtung erzeugen können, hängt selbstredend von der Stärke des Magneten und den Windungszahlen bzw. dem Aufbau der Ringspule im Generator, Rotor genannt, ab. 
• Daher haben Generatoren, die Strom für die Industrie und etliche Haushalte erzeugen, ganz andere Dimensionen, verfügen über Elektromagneten (siehe unten) und werden beispielsweise durch Turbinen (Dampf, Wasserkraft) angetrieben. Das Prinzip ist jedoch das gleiche.

Ein Blick in die Historie - der Erfinder Werner von Siemens

• Bis in das 19. Jahrhundert hinein war es nur möglich, Gleichstrom nach dem Vorbild der Voltaschen Batterien zu erzeugen.
• Erst die Erfindung des Unternehmers Werner von Siemens im Jahr 1866 machte es möglich, Wechselstrom praktisch in unbegrenzten Mengen zu erzeugen und diesen für vielfältige industrielle Prozesse sowie in Haushalten und für die öffentliche Beleuchtung zu nutzen.
• Der vielseitige Erfinder baute übrigens schon 1879 die erste elektrische Eisenbahn, 1880 den ersten elektrischen Aufzug und bereits 1881 die erste elektrische Straßenbahn.
• Er verbesserte das oben beschriebene einfache Verfahren, indem er eine Maschine erfand, die den zum Erzeugen des Magnetfeldes nötigen Strom selbst liefert. Er ersetzte also den (unpraktischen) Dauermagneten durch einen Elektromagneten (mit magnetisiertem Eisenkern). 
• Beim Anlaufen des Rotors wird durch das kleine Magnetfeld dieses Kerns bereits ein schwacher Strom erzeugt. Gestaltet man die Wicklung des Rotors so, dass dieser Strom das Magnetfeld verstärkt, wird das Eisen zunehmend magnetisiert.
• Läuft der Generator genügend schnell, verstärken sich Magnetfeld und induzierte Spannung gegenseitig, bis schließlich die gewünschte Spannung erreicht ist. Dieses von Siemens erfundene Verfahren wird auch dynamoelektrisches Prinzip genannt.