Meilensteine der Elektronik

Vom Selen zum Siliziumkarbid: Historie der Leistungselektronik

| Autor / Redakteur: Martin Schulz * / Gerd Kucera

Bild 1: Die Plattengröße des Selengleichrichters bestimmte seine Stromtragfähigkeit. Ein wichtiges Einsatzgebiet waren Stromversorgungen.
Bild 1: Die Plattengröße des Selengleichrichters bestimmte seine Stromtragfähigkeit. Ein wichtiges Einsatzgebiet waren Stromversorgungen. (Bild: Infineon)

Fundamente der Elektronik: Georg Simon Ohm erkannte 1821 die Proportionalität von Strom, Widerstand und Spannung; Jöns Jakob Berzelius entdeckte 1818 das Selen, 1823 Silizium und 1824 Tantal.

Definition der Elektrizität: Die Elektrizität ist der reine Zweck der Gestalt, die sich von ihr befreit; die Gestalt, die ihre Gleichgültigkeit aufzuheben anfängt, denn die Elektrizität ist das unmittelbare Hervortreten oder das noch nicht von der Gestalt herkommende, noch durch sie bedingte Dasein, oder noch nicht die Auflösung der Gestalt selbst, sondern der oberflächliche Prozeß, worin die Differenzen ihre Gestalt verlassen, aber sie zu ihrer Bedingung haben und noch nicht an ihnen selbstständig sind. (Georg Wilhelm Friedrich Hegel, 1770-1831)

Hegels Vorstellung davon was Elektrizität sei stammt aus einer Zeit, in der das Thema eher philosophisch als ingenieurwissenschaftlich betrachtet wurde. Der wissenschaftliche Ansatz zum Verständnis der Elektrizität geht aber ebenfalls auf das siebzehnte Jahrhundert zurück. Stephen Gray beschrieb bereits 1727 den Unterschied zwischen Leitern und Nichtleitern. Siebzig Jahre später, 1800, erfindet Alessandro Volta die Batterie; aber knapp 100 Jahre dauerte es, bis Georg Simon Ohm 1821 die Proportionalität von Strom, Widerstand und Spannung beschrieb – das Ohm’sche Gesetz.

Erste Schritte der Elektrifizierung

James Clerk Maxwell entwickelt 1864 das häufig als Maxwells wunderbare Gleichungen bezeichnete System aus nur vier Gleichungen, mit denen sich alle elektromagnetischen Zusammenhänge mathematisch erfassen lassen. Heute ist Elektrizität der omnipräsente Begleiter in allen Industrienationen obwohl, oder gerade weil, sie nur genau zwei Dinge ermöglicht: Elektrizität erlaubt die Übermittlung von Information oder den Transport von Energie.

1890 stritten Westinghouse und Edison um die Versorgung der Vereinigten Staaten von Amerika mit Elektrizität. Kern des Zwists war die Frage, ob sich die von Edison bevorzugte Gleichspannung oder das von Westinghouse favorisierte Drehspannungssystem durchsetzen würden. Das Ergebnis ist bekannt, die Wechselspannung gewann das Rennen.

Alle weltweit installierten Industrienetze zur Verteilung von elektrischem Strom an Endverbraucher sind heute Wechselspannungsnetze. Gleichspannungsnetze bleiben dagegen die bevorzugten Lösungen in der Welt der Energieübertragung über lange Distanzen; hier haben sie sich wegen der höheren Effizienz der Gleichstromtechnik durchgesetzt.

In den Anfängen der Elektrifizierung waren lediglich Glühlampen und wenige elektrische Motoren als Verbraucher am Netz; eine lokale Anpassung der Spannung an eine Applikation war daher unnötig. Ende der 1880er entwickelte Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski den Drehstrom-Asynchronmotor, der zwar zum Arbeitspferd der Industrie wird, dessen Drehgeschwindigkeitsregelung aber noch schwierig ist.

1891 führt Harry Ward Leonard mit dem nach ihm benannten Leonard-Satz eine Kombination aus rotierenden elektrischen Maschinen ein, die auf mechanisch-elektromagnetischem Weg eine Veränderung von Frequenz und Amplitude eines Drehstromsystems gestattet.

Es sollte weitere 90 Jahre dauern, bis diese Aufgabe großflächig ohne den Einsatz mechanischer Komponenten möglich wurde, obwohl mit dem 1874 von Ferdinand Braun entdeckten Gleichrichtereffekt bereits eine wichtige Grundlage geschaffen war – ein Schritt in Richtung Halbleiter-Diode.

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