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Charles F. Brush:
Der vergessene Windenergie-Pionier

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Die grosse Brush-Windmühle in Cleveland, Ohio

    Die Ausmasse waren gigantisch und damals weltweit unerreicht: Rotordurchmesser: 17 m, 144 Rotorblätter aus Zedembolz.

    Die Anlage lief 20 Jahre lang und lud die Batterien im Keller seines Wohnhauses. Trotz der Grösse der Windkraftanlage betrug die Leistung des Generators nur 12 kW. Das liegt daran, dass die langsam rotierenden  Anlagen amerikanischen Typs keinen besonders hohen Wirkungsgrad aufwiesen. Der Däne Poul la Cour entdeckte, dass schnelllaufende Anlagen mit wenigen Rotorblättern für die Stromerzeugung effizienter sind.

Artikel über die Brush-Windmühle in “Scientific American"

    Am 20 Dezember 1890 veröffentlichte die Zeitschrift «Scientific American» eine detaillierte Beschreibung der Brush-Windmühle. Ihr vollautomatisches elektrisches Steuerungssystem wird im Artikel besonders hervorgehoben. Das Prinzip der Verwendung von Spulen blieb bei späteren Generationen von Windkraftanlagen erhalten - bis etwa 1980 der Computer Einzug in die Steuerungen bleit.

    «Es ist schwierig, die Auswirkungen einer Erfindung auf die gängige Praxis und auf die Industrie abzuschätzen. Gelegentlich werden neue Erfindungen präsentiert, die einen starken Einfluss auf eineganze Reihe von verwandten Erfindungen und Industrien haben: Sie revolutionieren die bestehende Praxis, führen neuartige Techniken ein und etablieren neue Disziplinen. Die kommerzielle Entwicklung der Elektrizität ist ein gutes Beispiel dafür.

    Nachdem Brush die elektrische Beleuchtung mittels Lichtbogenlampen erfolgreich abgeschlossen hatte, wurde die Beleuchtung mit Hilfe von Glühlampen schnell weiterentwickelt und perfektioniert. Auch das Gaslicht wurde in vielerlei Hinsicht verbessert. Gleichzeitig machte die Verteilung elektrischer Energie Fortschritte, und auch die wichtigsten Antriebsmittel für Dynamos wurden entscheidend verbessert. In dieser Hinsicht wurde viel im Bereich Dampf - und Wassermotoren erreicht. Windenergie ist schon oft als Antrieb für Dynamos vorgeschlagen worden, aber die Anpassung der Windmühlen für diesen Zweckscheint mit Problemen übersät. Wenige haben sich daran gewagt, da nicht nur Fragen des Antriebsmittels und des Dynamos zu lösen sind, sondern auch die Leistungsübertragung vom Windrad zum Dynamo sowie Vorrichtungen zur Regelung, Spelcherung und Nutzung des Stroms.
    Mit Ausnahme der dargestellten, gigantischen Windmühle samt Elektrizitätswerk ist unskein funktionierendes elektrisches  Beleuchtungssystem  bekannt, das auf Windenergie beruht.
   Die hier vorgesteilte Mühle samt all ihren elektrischen Vorrichtungen und das komplette System, das wir hier besprechen wollen, wurde von Charles F. Brush (Cleveland, Ohio) entworfen und unter seiner persönlichen Aufsicht entsprechend seinen Plänen gebaut.Dieses Beispiel an gewissenhafter Ingenieurskunst ist unübertroffen.

Artikel in «Scientific American»

    Der Leser möge nicht dem Irrtum aufsitzen, das durch Wind erzeugte elektrische Lichtwäre billig, weil der Wind nichts kostet. Im Gegenteil, die Kosten für das Werk sind so hoch, dass sie die kostenlose Nutzbarkeit des Antriebsmittels mehr als aufwiegen. Es liegt jedoch eine grosse Befriedigung darin, eine der unbändigsten Naturgewalten zu nutzen.

    Wer in der schönen Stadt Cleveland an der Euclid Avenue vorbeikommt, wird die herrliche Residenz von Brush beinerken, und dahinter den Park, in dem sich - montiert auf einem hohen Turm - das angesprochene immense Rad samt dem Elektrizitätswerk befindet. Der Turm hat eine rechteckige Form und ist ungefáhr 60 Fuss hoch. Er ist auf einen schmiedeeisernen Bolzen mit einem Durchmesser von 14 Zoll gesetzt, der 8 Fuss tief in das feste, unterirdische Mauerwerk reicht. Der Bolzen ragt überirdisch 12 Fuss in die Höhe und passt in die Ausnehmungen des Eisenrahmens des Turmes. Das Gewicht des Turmes, 80000 Pfund, wird von einem Absatz am oberen Ende des Bolzens getragen. Der Absetz ist mit einem gekreuzten Träger im unteren Teil des Turmrahmens verbunden.

    Im oberen Teil des Turmes ist die Antriebswelle gelagert. Diese Welle ist 20 Fuss lang und 6 1/2 Zoll stark. Sie verfügt über selbstschmierende Lager mit einer Linge von 26 Zoll und trägt das grosse Riemenrad, dessen Durchmesser 8 Fuss bei einer Breite von 32 Zoll beträgt. Der Rotor mit einem Durchmesser von 56 Fuss ist auf die Antriebswelle montiert und besteht aus 144 Blättern, die wie bei einem Propeller verwunden sind. Die Rotorfläche betrigt rund 1800 Quadratfuss, und die Länge der Hauptwindfahne, die den Rotor in den Wind dreht, misst 60 Fuss bei einer Breite von 20 Fuss. Die Mühle wird mittels einer seitlich abstehenden Hilfsfahne automatisiert, weiche den Rotor im Falle eines starken Sturmes aus dem Wind dreht. Die Hauptwindfahne kann gegen den Turm geklappt werden, sodass sie parallel zum Rotor steht. So dreht sie den Rotor immer aus dem Wind, wenn die Maschine nicht in Betrieb ist. Die Zwischenwelle ist unterhalb der Antriebswelle angebracht und hat einen Durchmesser von 3 1/2 Zoll. Sie trägt eine Riemenscheibe mit 16 Zoll Durchmesser bei einer Breite von 32 Zoll und ist mit der 8 Zoll dicken Hauptantriebswelle über den Antriebsriemen verbunden. Dieser Riemen ist als Doppelriemen mit einer Breite von 32 Zoll ausgefohrt. Die Zwischenwelle trägt zwei weitere Riemenscheiben mit einem Durchmesser von 6 Fuss und einer Breite von 6 1/2 Zoll, welche die Dynamowelle, die an beiden Enden ebenfalls mit Riemenscheiben ausgestattet ist, mittels zweier Riemen drehen.
    Der Dynamo - eine Eigenentwicklung von Brush - ist auf einem vertikalen Gleltlager montiert und teilweise mit einem Gewicht gegengelagert. Man sieht weiters, dass die Zwischenwelle mit dem Hauptriemen an der Antriebswelle hängtund dass der Dynamo über die Dynamoriemen teilweise gegen die Zwischenwelle gespannt wird. So wird die notwendige Spannung der Riemen sichergestellt. Die Gesamtlast auf die Dynamoriemen beträgt 1200 Pfund, die des Antriebsriemens 4200 Pfund. Die Enden der Zwischenwelle laufen in Gleitführungen, die mittels Ausgleichshebeln eine identische Bewegung an beiden Enden erzwingen. Die  Riemenscheiben sind so pproportioniert, dass der Dynamo 50-mal schneller läuft als der Rotor. Die Drehzahl des Dynamos beträgt bei Volllast 500 U/min, die Nennleistung 12000 Watt.
    Die automatischen Schalter entnehmen dem Dynamo ab einer Drehzahl von 330 Umdrehungen pro Minute Strom. Ein selbsttätiger Regler stellt sicher, dass die elektromotorische Spannung nie über 90 Volt steigt. Die Schaltung ist so ausgelegt, dass sie bei 75 Volt automatisch ausund bei 70 Volt wieder einschaltet. Die Bürsten des Dynamos werden automatisch nachgeführt, wenn sich die Last ändert. Das Dynamofeld ist leicht verkoppelt. Der Strom fliesst vom Dynamo zu den Kontaktschuhen aus poliertem und gehärtetem Stahl, die von einem Querbalken des Turmes getragen werden. Die Kontakte gleiten auf ringförmigen Metallplatten im Kreis um den Bolzen. Von diesen Platten führen unterirdische Leitungen zum Wohnhaus. Um gegen extremen Winddruck gerüstet zu sein, verfügt der Turm über schräg nach aussen verlaufende Beine mit Stützrädern, die mit geringem Spiel über konzentrischen, kreisförmigen Schienen laufen, deren Mittelpunkt der Bolzen bildet. Normalerweise berühren die Räder die Schiene nicht, aber wenn der Wind sehr stark ist, setzen sie auf und entlasten so den Bolzen.
   Im Keller des Wohnhauses lagern 408 Einzelzellen, die in 12 Batterien zu je 34 Zellen zusammengefasst sind. Diese zwölf Batterien werden parallel ge - und entladen und haben eine Kapazität von je 100 Amperestunden. Die Wannen, welche die Elemente der Batterie beherbergen, sind aus Glas, und jede Zelle ist mit einer vierteizolldicken Schicht “mineralischem Dichtungsöl” versiegelt, sodass das Verdampfen, das Verspritzen und die Geruchsausbreitung der Flüssigkeit verhindert wird.
    Das Haus ist mit 350 Glühlampen zwischen 10 und 50 Kerzenstärke pro Lampeausgestattet. Die am häufigsten benutzten Lampen haben zwischen 16 und 20 Kerzenstärke; rund 100 Glühlampen werden täglich eingeschaltet. Zusätzlich gibt es zwei Bogenlampen und drei Elektromotoren. Nach längerem, kontinuierlichem Betrieb dieses elektrischen Kraftwerks hat sich herausgestellt, dass der Wartungsaufwand, um dieAnlage betriebsbereit zu halten, praktisch gleich Null ist. Die Anlage ist seit mehr als zwei Jahren in Betrieb und stellt in jeder Hinsicht einen vollen Erfolg dar.»
 

Quelle Verband der dänischen Windkraftindustrie (Vindmølleindustrien) Vester Voldgade 106, DK-1552 Kopenhagen http://www.windpower.org/ Fotos:    The Charles F. Brush Special Collection, Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio.

Der Vater der Windenergie: Poul la Cour      Poul la Cour (1846-1908) war eigentlich ein ausgebildeter Meteorologe und gut als der Vater der modernen Windkraftanlagen für die Stromerzeugung.      Im Jahr 1891 baute er die weltweit erste Windkraftanlage zur Erzeugung von Elektrizität. La Cour war auch einer der Pioniere der modernen Aerodynamik und verfügte über einen eigenen Windkanal für seine Experimente.      La Cour beschäftigte sich mit der Speicherung von Energie und benutzte den Strom seiner Windkraftanlagen, um mit Elektrolyse Wasserstoff für das Gaslicht in der Schule zu erzeugen.      Ein grundlegender Nachteil dieser Vorgangsweise war, dass er die Fenster der verschiedenen Schulgebäude mehrere Male auswechseln musste, da der Wasserstoff geringe Mengen von Sauerstoff enthielt und in der Folge explodierte (!).      In der Volkshochschule von Askov (Dänemark) hielt La Cour jedes Jahr Kurse für angehende Windkraft - Elektroingenieure. La Cour gründete die Gesellschaft der Windkraft-Elektroingenieure, welche im Jahr nach der Gründung (1904) 356 Mitglieder verzeichnete.      Die weltweit erste Zeitschrift für Elektnzität aus Windkraft wurde ebenfalls von Poul la Cour herausgegeben.      Im Jahr 1918 besassen in Dänemark 120 Elektrizitätswerke eme Windkraftanlage. Die typisehe Grösse betrug 20 bis 35 kW, die installierte Gesamtleistung 3 MW.      Diese Anlagen deckten damals rund 3% des dänischen Stromverbrauchs. In den folgenden Jahren ging das Interesse an Windkraft jedoch zurück, bis im Zweiten Weitkrieg Versorgungsengpässe auftraten. Die Windkraftan lagen von La Cour: Zwei seiner Testanlagen bei der Volkshochschule in Askov Dänemark.