Benutzer:Elektramus/Geschichte der Elektrizitätsmessung

Die Geschichte der Elektrizitätsmessung umfasst die Entwicklung von Stromzählern seit dem Ende des 19. Jahrhunderts.

Beginn der Elektrifizierung

Doppeltarif Zähler mit Schaltuhr vor 1920

Mechanischer Zähler von 1987

Mit der zunehmenden Inbetriebnahme von Generatoren zur Erzeugung von elektrischer Energie und dem Aufbau der ersten Versorgungsnetze entstand ein Bedarf für die Messung und Verrechnung der bezogenen Energie in Industriebetrieben und Haushalten. Am Anfang wurde die Gebühr pro Gerät, zum Beispiel pro Lampe, festgelegt, ohne den tatsächlichen Energiebezug zu berücksichtigen. Da seinerzeit vor allem in Privathaushalten Elektrizität überwiegend für die Beleuchtung verwendet wurde, erschien dieses Prinzip zunächst einigermaßen akzeptabel, als aber die Zahl der erhältlichen elektrischen Geräte stieg und auch zunehmend in kleineren und mittleren Betrieben mit elektrischen Maschinen gearbeitet wurde, lag es im Interesse der Elektrizitätswerke wie der Kunden, genauere und vor allem den tatsächlichen Verbrauch erfassende Systeme zu entwickeln.

Hoher Energieumsatz wurde einerseits durch die Industrie während des Tages und andererseits durch die Haushalte am Abend verursacht. Um diesen Verbrauch zu lenken, versuchten die Energieerzeuger, mit günstigeren Tarifen während der Nacht eine bessere Wirtschaftlichkeit ihrer Installationen zu erreichen. Dadurch wurden Elektrizitätszähler mit umschaltbaren Tarifen notwendig.

Thomas Alva Edison stellte 1880 den ersten brauchbaren Elektrizitätszähler für Gleichstrom her. Zwischen Edison und George Westinghouse wurde ein erbitterter Kampf im Rahmen des sogenannten Stromkrieges über die Vorteile und Zweckmässigkeit von Gleichstrom- oder Wechselstrom-Systemen in den USA geführt, beteiligt war insbesondere Nikola Tesla. Wechselstrom setzte sich durch, wodurch entsprechende Zähler gefragt waren.

Heute findet in Europa und Amerika der Wechsel von elektromechanischen Zählern zu elektronischen Zählern statt. Dies sind Zähler mit vielfältigen Zusatzfunktionen wie z. B. Datenkommunikation. Auslese- und Auswertezentralen ermöglichen eine Übersicht und Steuerung der Stromzähler. Diese Funktionalität war bisher nur im übergeordneten Übertragungsnetz möglich.

Bevölkerungsreiche Länder wie China und Indien sind seit Jahren bemüht, Haushaltsstromzähler flächendeckend einzuführen. Dabei wird der Einbau elektronischer Zähler mit Zahlsystemen auf Chipkartenbasis favorisiert. Mit zunehmender E-Mobilität entsteht auch wieder ein Bedarf nach Gleichstromzählern. Diese werden in Europa mehrheitlich in die Ladesäulen eingebaut, in China hingegen in die Fahrzeuge.

Erfinder und Konstrukteure von Elektrizitäts-Zählern

Im Buch „Die elektrischen Verbrauchsmesser“ von 1891 wurden schon 66 verschiedene Zähler beschrieben, von denen nachfolgend auf einige eingegangen wird.

Erfinder/Konstrukteur	Hersteller	Baujahr	Messung für	Messprinzip	Einheit	Technische Lösung
Samuel Gardiner	USA	1872	Gleichstrom	Strom	h	Erster bekannter Zähler mit Patent. Misst nur die Zeit, in der Strom geflossen ist. Anwendung bei DC-Bogenlampen
Thomas Alva Edison	Edison	1881	Gleichstrom	Elektrolyt	Ah	Zähler für Gleichstrom mit mechanischer Bremsung
Georg Hummel	Schuckert, Nürnberg	1887	Gleichstrom	Motorzähler	Wh	Verbesserte Stromzähler mit reduziertem Eisenanteil. 1893 gründete Hummel eine Zählerfabrik in München
Hermann Aron	Aron Werke Berlin	1894	Wechselstrom	Pendel	Ah	Der aronsche Pendelzähler war ein Vorläufer der später verwendeten Ferraiszähler
Werner von Siemens	Siemens & Halske	1886	Wechselstrom	Magnetmotor	-	-
François Borel	Borel et Paccaud, Lausanne	1886	Wechselstrom	Ferraris (Induktion)	Ah	Drehfeld mit um 90° versetzten Spulen und mit vier Luftflügeln als Bremse
Oliver B. Shallenberger	Westinghouse	1887	Wechselstrom	Luftspule	Ah	-
Galileo Ferraris	Turin	1888	Wechselstrom	Ferraris	Wh	Nur Patent, kein in Serie produzierter Zähler bekannt.
Otto Titus Blathy	Ganz Budapest HU	1889	Wechselstrom	Ferraris	Wh	- (in Arbeit)
Sebastian Ziani	-	-	-	-	-	-
Georg Hookham	Chamberlain & Hookham, Birmingham	1896	-	-	-	-
Richard Theiler	Theiler+Cie Zug. CH	1896	Wechselstrom	Ferraris	-	-
Arthur Wrigth	-	1900	Gleichstrom	-	-	-

Zähler von Shallenberger

Tesla und Ferraris hatten über viele Jahre einen erbitterten Patentstreit über das "Ferrarisprinzip". François Borel hatte zur der Zeit die gleiche Lösung, aber sein Wirken lenkte er auf die Kabelherstellung. Borel hat ab 1887 über 500 Zähler für den Netzeinsatz geliefert und somit auch den Beweis für das funktionstüchtige und umsetzbare Messprinzip geliefert. Dies trifft nicht auf alle oben beschriebene Messgeräte zu.

Der erste elektronische Zähler wurde im Frühling 1971 von Landis & Gyr in Zürich vorgestellt.

Messprinzipien von Zählern

Prinzip	Beschreibung
Elektrolyt	Bei Stromdurchgang scheidet sich an der Kathode Zink ab, dieselbe Menge wird an der Anode gelöst. Kathode und Anode werden gewogen. Aus dem Gewichtsunterschied kann die Strommenge (Ladung) ermittelt werden.
Motorzähler Magnetmotor	Funktion wie ein Motor. Ein zwischen Magnetpolen rotierender Kupferzylinder wirkt als Wirbelstrombremse.
Pendel	Am Pendel ist eine Dauermagnet befestigt. Eine Spule unterhalb des Pendels wird vom Strom durchflossen. Dadurch wird der Pendelgang beschleunigt. Aus Zeitvergleich mit Taschenuhr kann der Stromverbrauch (die Ladung in Amperestunden, Ah) berechnet werden.
Luftspule	Eine rotierende Spule ist innerhalb der Stromspule angeordnet. In der rotierenden Spule wird ein Drehmoment erzeugt.
Ferraris (Induktion)	Spulen für Wechselstrom und Spannung induzieren in eine Aluminiumscheibe ein magnetisches Drehfeld, welches in ihr durch Wirbelströme ein Drehmoment erzeugt. Dieses ist in jedem Augenblick proportional zum Produkt aus Stromstärke und Spannung und somit im zeitlichen Mittel zur Wirkleistung. Die Scheibe läuft in einer aus einem Dauermagneten bestehenden Wirbelstrombremse, die ein zur Geschwindigkeit proportionales Bremsmoment erzeugt. Die Drehbewegung der Scheibe wird auf ein Zählwerk übertragen, welches durch Aufsummierung Wirkenergie misst. Dieses Prinzip setzte sich nach 1920 durch und wurde von allen Herstellern übernommen.
Elektronisch	Verschiedenen Messprinzipien kommen zur Anwendung - Hallsensor - Analog-Digital-Umsetzung der Augenblickswerte von Stromstärke und Spannung; deren Multiplikation auf digitaler Ebene

Weblinks

Commons: Stromzähler – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien