Charles F. Brush (1849-1929) ist einer der Gründer der amerikanischen Elektrizitätswirtschaft.

Er erfand z.B. einen sehr effizienten Gleichstromgenerator für das öffentliche Stromnetz, die erste kommerzielle Lichbogenlampe sowie eine effiziente Methode zur Herstellung von Blei-Säure-Batterien. Seine Firma Brush Electric in Cleveland (Ohio) wurde im Jahr 1889 verkauft und 1892 mit der Firma Edison General Electric zu General Electric Company (GE) verschmolzen.

Im Winter 1887-88 baute Brush eine Maschine, die heute als die erste vollautomatische Windkraftanlage zur Stromerzeugung gilt.

Die Ausmaße waren gigantisch und damals weltweit unerreicht: Rotordurchmesser: 17 m (50 ft.), 144 Rotorblätter aus Zedernholz. Beachten Sie die Größe der Person, die rechts von der Windkraftanlage den Rasen mäht.

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 schnellaufende Anlagen mit wenigen Rotorblättern für die Stromerzeugung effizienter sind.

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 circa 1980 der Computer Einzug in die Steuerungen hielt.

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 eine ganze 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 Zweck scheint 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, Speicherung und Nutzung des Stroms.

Mit Ausnahme der dargestellten, gigantischen Windmühle samt Elektrizitätswerk ist uns kein funktionierendes elektrisches Beleuchtungssystem bekannt, das auf Windenergie beruht.

Die hier vorgestellte 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.

Alle Eventualitäten wurden berücksichtigt, und die Anlage läuft vollständig automatisch - vom gewaltigen Rotor bis hinunter zum Stromregler.

Der Leser möge nicht dem Irrtum aufsitzen, das durch Wind erzeugte elektrische Licht wäre 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 bemerken, 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 ungefähr 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, 80 000 Pfund, wird von einem Absatz am oberen Ende des Bolzens getragen. Der Absatz 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 selbschmierende Lager mit einer Länge 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 beträgt circa 1 800 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, welche 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 ausgeführt. 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 Gleitlager montiert und teilweise mit einem Gewicht gegengelagert. Man sieht weiters, daß die Zwischenwelle mit dem Hauptriemen an der Antriebswelle hängt und 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 1 200 Pfund, die des Antriebsriemens 4 200 Pfund. Die Enden der Zwischenwelle laufen in Gleitführungen, die mittels Ausgleichshebeln eine identische Bewegung an beiden Enden erzwingen. Die Riemenscheiben sind so proportioniert, daß der Dynamo 50 mal schneller läuft als der Rotor. Die Drehzahl des Dynamos beträgt bei Vollast 500 Umdrehungen pro Minute, die Nennleistung 12 000 Watt.

Die automatischen Schalter entnehmen dem Dynamo ab einer Drehzahl von 330 Umdrehungen pro Minute Strom. Ein selbsttätiger Regler stellt sicher, daß die elektromotorische Kraft nie über 90 Volt steigt. Der Schaltung ist so ausgelegt, daß sie bei 75 Volt automatisch aus- und 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 zwölf 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 viertelzolldicken Schicht "mineralischem Dichtungsöl" versiegelt, sodaß das Verdampfen, das Verspritzen und die Geruchsausbreitung der Flüssigkeit verhindert wird. Die automatischen Regelvorrichtugen werden auf unseren Abbildungen dargestellt. Bild 1 zeigt die Voltmeter und Amperemeter, welche zur Messung der Lade- und Entladeströme verwendet werden; 2 zeigt eine Reihe von Indikatoren, einen für jede Batterie; 3 zeigt einen elektrisch aktivierten Schalter, mit dem der Strom ein- und ausgeschaltet werden kann, wenn Druckknöpfe in verschiedenen Teilen des Hauses betätigt werden; 4 zeigt einen Erdschlußdetektor, der zwischen den Mittelpunkt der Batterie und die Erde geschaltet wird - falls die Leitung an einem Ende geerdet ist, schlägt der Zeiger des Detektors von der Nullposition in die eine oder andere Richtung aus und zeigt damit nicht nur den Erdschluß an, sondern auch den davon betroffenen Pol; 5 zeigt einen Kurzschlußdetektor, der mit den Lampenstromkreis verbunden ist und vor Stomlecks von einer Leitung zur anderen warnt; 6 ist ein gekoppeltes Relais, das für den Betrieb des automatischen Widerstands (siehe 7) benötigt wird. Der Widerstand wird zwischen die Batterien und das Stromnetz des Hauses geschaltet, um die Spannung an den Lampen konstant zu halten. Diese Vorrichtung verwendet pulverisierte Kohle unter variablem Druck. Die dafür notwendigen Bewegungen werden durch hydraulischen Druck hervorgerufen und von den Relais gesteuert.

Das Haus ist mit 350 Glühlampen zwischen 10 und 50 Kerzenstärke pro Lampe ausgestattet. 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 die Anlage 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.