Geschichten der Galvanotechnik – Der Woolrich-Generator und seine erste industrielle Anwendung in einer Galvanik

Abb. 1: Prinzip der frühen Generatoren [1]Bis es zur ersten industriellen Nutzung der Energieerzeugung des damals als „magnet-elektrischen Induktionsmaschine“ bezeichneten Generators kam, dauerte es noch eine Dekade.

John Stephen Woolrich (1820–1850) aus Birmingham kam als junger Chemiker auf die Idee, diese Energie anstatt von Daniell'schen oder Bunsen'schen Zellen zur Erzeugung metallischer Überzüge zu nutzen. Im Jahr 1842 erhielt Woolrich das britische Patent 9431 für die Verwendung eines elektrischen Generators beim Galvanisieren anstelle von Batterien. Geld und Mittel eine eigene Galvanik zu erbauen fehlten. Als er mit den Elkingtons einen Geldgeber gefunden hatte, konnte er mit der industriellen Nutzung des Generators beginnen. So errichtete er in London eine Fabrik, wo eine kleine Dampfmaschine mehrere magnetische Maschinen zum Vergolden und Versilbern metallener Artikel in Bewegung setzte [2]. Ein großer Erfolg war ihm jedoch nicht gegönnt, da er schon 1850 sehr jung im Alter von 29 Jahren verstarb.

Woolrich ließ 1844 aber auch eine „kolossale magnetische Maschine“ für die Elkingtons (Elkington Silver Electroplating Works) von Prime & Son, einer anderen Birminghamer Firma, herstellen, die diese zum Versilbern von Löffeln, Gabeln und anderen „Tischgeräten“ aus Neusilber nutzen sollten.

Zur Ausführung der Generatoren würde man heute sagen, dass es sich um permanent erregte Gleichstrommaschinen mit 4 und später 8 Magneteisen-Magneten, in Form eines Hufeisens in der Polarität wechselnd um den Rotor gleichmäßig verteilt angeordnet, handelte (Abb. 2).

Der Rotor bestand aus 6–10 axialen Spulenkörpern, die mit seidenumsponnenem Kupferdraht gewickelt wurden und mit einem Eisenkern durch die Magnetpole rotierten (Abb.2). Der Strom wurde über einen Kommutator so abgegriffen, dass die Polarität gleichblieb und somit ein Gleichstrom erzeugt wurde. Die Wicklungsanzahl und optimierte Drehzahl musste so gewählt werden, dass die erwünschten Prozessdaten für die galvanische Abscheidung erreicht wurden. Diesbezüglich wurden sicherlich viele Optimierungsversuche unternommen, die heute leider nicht mehr dokumentiert vorliegen. Die elektrischen Kennwerte Stromstärke und Spannung, wie wir sie heute kennen, waren zu dieser Zeit noch nicht definiert. Die Prozessführung wurde in [2] wie folgt beschrieben: „Das Gewicht des in einer bestimmten Zeit auf der Oberfläche von metallenen Gegenständen sich absetzenden Goldes, Silbers etc. variirt einerseits je nach der Anzahl der Umdrehungen der Maschine und dem Gehalt der Metalllösung in welche der Gegenstand eingetaucht wird, und andererseits je nach dem Abstand der Armatur- Enden von den Magnetpolen; je größer die Oberfläche des Gegenstandes ist, desto näher muß der Magnet an die Armatur gebracht werden; je kleiner sie ist, desto größer muß die Entfernung seyn.“ [sic!].

Abb. 3. Kommutator des Woolrich- Generators [4]Ein großes Problem war die Aufrechterhaltung des Luft- spaltes und die damit verbundene Stabilität der Lager sowie der Verschleißelemente des Kommutators (Abb.3), wobei in der Anwendung viele Optimierungen unternommen wurden.

Es wird berichtet, dass M. Faraday in den 1840er Jahren anlässlich des Treffens der British Association in Birmingham auf seine Kosten zusammen mit einigen seiner wissenschaftlichen Freunde den Herren Prime & Son's Works einen Besuch abstattete. Dabei drückte er seine große Freude über die Weiterentwicklung seiner großartigen Forschung aus, dass seine Entdeckung so früh und umfassend angewendet und so erfolgreich in die Praxis umgesetzt wurde [5].

Die Berechnungen zur Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu den damals üblichen Zellen führten hingegen M. H. Jacobi 1852 zu einem negativen Ergebnis. „Aus allen diesen durch ihre Allgemeinheit für sämmtliche elektromagnetische Maschinen geltenden Formeln läßt sich ein Schluß ziehen auf die Anwendbarkeit dieser Kraft zu industriellen Zwecken … in Bezug auf die Unterhaltungskosten allen gebräuchlichen Motoren nachsteht.“ [sic!] [6]. Eine verbesserte Wirtschaftlichkeit sollte sich erst später ergeben.

Mit der Investition und Anwendung der Woolrichschen- Magnetinduktionsmaschine durch die Elkingtons wurde diese zum ersten industriell genutzten Generator in der Geschichte, welcher durch eine Dampfmaschine angetriebenen wurde (Abb. 4). Über die Verwendung wird 1863 berichtet, dass „… wo man eine harte Silberschicht verlangt, wird der elektrische Strom durch eine magneto- elektrische Maschine erzeugt, welche von einer Dampfmaschine bewegt wird; man erhält dadurch einen sehr intensiven Strom, der das Silber langsam niederschlägt, wodurch es sehr hart und compact wird…“ [sic!] [8].

Abb. 4: Illustration aus Messrs. Elkington, Mason & Co‘s Electro-Plate Works, Newhall-Street, Birmingham [7], “In the illustration in the middle of the first page, the vats for plating may be seen to the right of the Magneto-Electric machine”

Der Durchbruch der Energieerzeugung mittels Generatoren im großen Maßstab sollte aber erst später erfolgen. Grundlage dafür waren die Nutzung von Elektromagneten, die durch die Eigenerregung des vom Generator erzeugten Stromes versorgt wurden. Die Grundlage dazu schufen fast zeitgleich die Herren W. Siemens und C. Wheatstone mit der Entdeckung des elektrodynamischen Prinzips. Eine erste Anwendung der auf diesem Prinzip basierenden Gramme’schen Dynamo-Maschine [9] erfolgte ab 1875 großtechnisch bei der Norddeutschen Affinerie für die elektrolytische Kupferraffination (siehe auch [10]).

Literatur

[1] Engelmeyer, P. C. v.: Uebersicht über Dynamo- maschinen, Polytechnisches Journal, Band 292, 1894, 10–16
[2] NN.: Ueber die Anwendung der magnet-elektrischen Maschine zum Versilbern und Vergolden der Metalle, Polytechnisches Journal, Band 107, 1848, Nr. XIII, S. 55–57
[3] https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=38742153 
[4] https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fd/Thinktank_Birmingham_-_object_1889S00044%282%29.jpg?1636095715549 
[5] Thomas, J. M.: Michael Faraday and The Royal Institution: The Genius of Man and Place, 1991
[6] Jacobi, M. H.; Stammer, K.: Jacobi, über die Theorie der elektromagnetischen Maschinen, Polytechnisches Journal, Band 125, 1852, Nr. XCV, 438–445
[7] The Illustrated exhibitor and magazine of art, 1852, 295ff
[8] NN.: Ueber Elkington's Fabrik für Galvanoplastik, Polytechnisches Journal, Band 170, 1863, Nr. LXXX, 269–271
[9] NN.: Gramme's magneto-elektrische Maschine, Polytechnisches Journal, Band 202, 1871, Nr. LVI, 239–241
[10] Landau, U.: Geschichte(n) der Galvanik – Emil Wohlwill: Ein Mann mit vielen Fähigkeiten, Galvanotechnik 8/2017, 1570–1573