Windmühle
Windmühlen sind Maschinen, die mittels einer durch Windenergie betriebenen Mechanik Arbeit verrichten können. Klassische Windmühlen mit den zum typischen Erscheinungsbild gehörenden Windflügeln sind in Europa hauptsachlich in der flachen Tiefebene anzutreffen und waren, neben der im Hügelland häufiger vertreten Wassermühle, bis zur Entwicklung der Dampfmaschine die einzige Kraftmaschine der Menschheit. Entsprechend vielfältig war ihre Einsatzmöglichkeit. Auch das umschließende Bauwerk nennt man Windmühle.
Geschichte
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Windmühlen wurden schon vor über 1000 Jahren in Asien benutzt, nach einem alten Schriftstück soll es in Persien schon im 7. Jahrhundert die ersten Horizontalwindmühlen gegeben haben. Im 12. Jahrhundert wurden die ersten Windmühlen in Europa errichtet.
Vermutlich wurden die Kenntnisse dazu von den Kreuzrittern aus Kleinasien mitgebracht. Andere Quellen gehen davon aus, dass die Araber die Mühlentechnik bei ihrer Eroberung Spaniens mitgebracht haben.
Windmühlen waren damit neben den Wassermühlen lange Zeit die einzigen Maschinen, die nicht von Mensch oder Tier betrieben werden mussten.
Ursprünglich wurden Windmühlen zum Mahlen von Getreide verwendet. Später mahlte man Mineralien zu Farbe und stellte Gewürze her. In Lohmühlen wurde Eichenrinde zum Gerben von Leder gestampft. Windmühlen dienten als Antrieb für Ölpressen und Sägewerke. In den tiefliegenden Niederlanden wurden sie jedoch, was bis zurück ins Jahre 1394 belegbar ist, überwiegend zur Entwässerung eingesetzt und nutzten das seit Jahrtausenden bekannte Prinzip der Archimedischen Schraube.
Die Deutsche Gesellschaft für Mühlenkunde und Mühlenerhaltung (DGM) hat insgesamt in einer Zusammenstellung die Nutzung von Windmühlen für 150 verschiedene mechanische Tätigkeiten, von der Sägemühle bis hin zur Lohmühle, ermittelt.
Nachdem in Preußen in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts die Gewerbefreiheit eingeführt wurde, kam es zu einem letzten Aufschwung der Windmühlenindustrie. Mit der Zahl der selbständigen Meister siteg sprunghaft die Anzahl der Windmühlen. Zum Ende des 19. Jahrhunderts bekamen die Windmühlen durch die Erfindung von Dampfmaschinen und Verbrennungsmotoren erhebliche Konkurrenz. Da Windmühlen jetzt nicht mehr wirtschaftlich betrieben werden konnten, ging ihre Verbreitung zurück. Das Mühlensterben setzte ein. Während und nach dem 2. Weltkrieg erlebten die noch bestehenden Mühlen eine kurze Blütezeit, da mangels Ressourcen keine Alternativen bestanden, die benötigten Maschinenleistungen zu erbringen. Dieser Aufschwung ging jedoch in Westdeutschland in den 1950er Jahren vor allem durch das Mühlenstilllegungsgesetz zu Ende.
In den 80er Jahren ergab sich in Westdeutschland eine Restaurationswelle aufgrund der Wiederentdeckung der alten Traditionen. Viele Windmühlen wurden mit neuem Leben als technisches oder produzierendes Denkmal, Museum oder zu Wohnzwecken wiedererweckt. Die dabei geleistete technische Restaurierung war nicht immer korrekt und von vielen Improvisationen getragen, da der Beruf des Windmühlenbauers im Rahmen des Mühlenstilllegungsgesetzes aus der Handwerksrolle gestrichen wurde, womit auch das Fachwissen schwand.
In Ostdeutschland wurde durch die Kollektivierung die Anzahl der privat betriebenen Mühlen reduziert. Nach der Wiedervereinigung konnten die vielen noch vorhandenen Kleinmühlen sich gegen die neue Konkurrenz nicht behaupten. Heute gibt es im wiedervereinigten Deutschland rund 1400 Wind- und Wassermühlen, die jährlich am Deutschen Mühlentag zu Pfingsten teilnehmen.
In den Niederlanden waren im 19. Jahrhundert mehr als 9000 Windmühlen im Einsatz, deren Bestand inzwischen auf 900 geschrumpft ist. In den USA sollen um 1880 etwa sechs Millionen Windkrafträder im Einsatz gewesen sein, in der Neuzeit sind es 15.000.
Mit der Windmühle konnte der Müller auch einfache Botschaften übermitteln. Durch verschiedene Flügelstellungen und Bespannungen konnte er den Grund für Betriebspausen anzeigen, beispielsweise Reparaturarbeiten, einen Trauerfall in der Familie oder den Feierabend.
Siehe auch: Geschichte der Windenergienutzung
Windmühlentypen
Mit der zunehmenden technischen Entwicklung bildeten sich in Europa mehrere Windmühlentypen heraus. Die Neuentwicklungen verbreiteten sich zunächst regional - immer stark durch die jeweiligen Mühlenbaumeister geprägt - und erst im Laufe der Zeit fand auch eine überregionale Verbreitung statt. Durch die lokalen Besonderheiten gab es immer wieder Sonderformen. Sie werden anschließend besprochen.
Tjasker
Der Tjasker oder auch Flutter ist der einfachste Mühlentyp. Im Wesentlichen besteht er aus einer archimedischen Schraube und einem Flügelkreuz und dient damit dem vertikalen Wassertransport und damit der Entwässerung. Erste Erwähnung findet dieser Mühlentyp in einem Lizenzbrief aus Middelburg. Ausgestattet ist diese Mühle entweder mit Brett- oder Segelflügeln. Sie wird von Hand in den Wind gedreht. Aufgrund der geringen Größe waren diese Mühlen transportabel, daher wurden sie einfach versetzt, wenn in einer Region die Entwässerung nicht mehr nötig war. Um 1598 soll dieser bemerkenswerte Mühlentyp erfunden worden sein. Ihre häufigste Verbreitung hatten diese Mühlen in den Niederlanden und in den Niederungen in Ostfriesland. Die letzten Flutter stehen heute in Riepe, Bedekaspel, Weenermoor und in Grotegaste in Ostfriesland. Beim Museum Moorseer Mühle in Nordenham im Landkreis Wesermarsch ist nebenstehendes Bild entstanden.
Bockwindmühle
Die älteste Windmühlenbauweise in Europa war die der Bockwindmühle, die sich seit dem 12. Jahrhundert in Europa nachweisen lässt. Zunächst in der Region Belgien und Nordfrankreich bekannt, verbreitete sie sich im Laufe der Zeit über ganz Nordeuropa, wobei sie vor allem in Norddeutschland anzutreffen war. Daher auch der Name Deutsche Windmühle. Bei diesem Typ Mühle ist das ganze Gebäude samt seinen teilweise schwergewichtigen Maschinen drehbar auf einem Bock gelagert, die Drehebene um die Flügel in den Wind zu drehen ist demnach unter dem Mühlengebäude.
Da die komplette Mühle aus Holz konstruiert war, konnte die Mühle abgebaut und an einem anderen Ort wieder aufgebaut werden. Das war besonders zu Kriegszeiten wichtig, da Bockwindmühlen häufig auf Wällen und künstlichen Erdhügeln vor den Städten errichtet wurden. Rückte ein Feind an, so wurden viele Bockwindmühlen einfach demontiert und hinter den Stadtmauern eingelagert, um nach dem Ende der Kampfhandlungen wieder errichtet zu werden.
Durch die zunehmende Ausdehnung der Städte im 19. Jahrhundert aufgrund des Bevölkerungswachstums wurden viele Windmühlen plötzlich windlos, da die Bebauung in der Nähe zunahm und den Mühlen den Wind nahm. Dann wurden viele Mühlen auseinander genommen und an windgünstigeren Standorten wieder aufgebaut.
Durch die unterschiedliche bauliche Gestaltung des Bocks (umbau, nicht umbaut) konnte zusätzlicher Lagerraum gewonnen werden. Außerdem bekamen diese Mühlentypen häufig seitlich angesetzte Taschen, um im Gebäude mehr Platz für Maschinen zu bekommen.
Kokerwindmühle
Eine andere Entwicklung war die Kokerwindmühle. Auch hier lag die Drehebene noch unter dem Gebäude, teile des Gebäude wurden jedoch in den festen unteren Teil verlagert. Das Gebäude selbst wurde durch einen Koker oder Köcher gelagert. Ein Teil der Maschinen befindet sich im unteren nicht drehbaren Teil. Die Überleitung der Energie aus dem Kopf in den nichtdrehbaren unteren Teil erfolgte durch eine in einem Art Köcher (niederdt. Koker) sich drehende Welle. Diese Mühlen waren meist nicht ganz so groß und wurden hauptsächlich zu Pumpzwecken bzw. kleineren Energieleistungen eingesetzt.
Turmwindmühlen
Turmwindmühlen sind Türme mit angehängten Windmühlenflügeln. Zunächst meist in alten Festungsbauten errichtet oder in mediterranen Raum eigens gebaut. Die Flügel können bei diesem Typ nicht in eine neue Windrichtung gedreht werden und müssen so in der Hauptwindrichtung am Turm angebracht werden. In Europa ist dieser Typ seit dem 14. Jahrhundert hauptsächlich in der Region um das Mittelmeer bekannt. Die Übertragung der Kraft in das Gebäude erfolgt durch einfache Getriebe aber auch schon durch Königswellen.
Holländerwindmühle
Zu Beginn des 16. Jahrhunderts wurde in den Niederlanden die Holländerwindmühle auch Kappenwindmühle genannt erfunden. Zumeist ist dieser Typ ein achteckiger hölzerner Bau auf einem soliden Fundament, bei dem nur die obere Kappe mit einem Steert (eine Art Balken zum Vordrehen der Kappe) oder der Windrose drehbar ist. Durch die hoch gelegte Drehebene kann das ganze Gebäude größer und stabiler ausgelegt werden. Damit sind auch größere Flügelkreuze möglich und damit auch eine wesentlich höhere Leistung (bis zu 30 kW). Durch die höhere Bauhöhe der Holländerwindmühlen wurde es nicht immer möglich, noch an die Flügel bzw. an den Steert heranzukommen.
Beides musste zur ordnungsgemäßen Bedienung und Wartung der Windmühle möglich sein. Es gibt zwei Möglichkeiten zur Lösung. Zum einen erfand man deshalb eine Art Balkon, eine umlaufende Galerie, von der die Flügel als auch der Steert bedient werden konnten. Diese Typen werden als Galerieholländer bezeichnet (Beispiel: Britzer Mühle). Zum anderen wurde die Erde unten an das Gebäude angeschüttet, ein teilweise begehbarer Wall entstand um die Mühle. Diese Typen werden als Erd- oder Wallholländer bezeichnet. Holländerwindmühlen leiten ihre Energie bis auf ganz wenige Ausnahmen mittels einer Königswelle in das Gebäude. Dazu sind die Flügel über die Flügelwelle bis hin zur senkrecht durch das Gebäude laufenden Königswelle eine Einheit und direkt über Getrieberäder verbunden. Dies kann im normal laufenden Betrieb nicht getrennt werden, sodass bei drehenden Flügeln die Energie im Gebäude von der drehenden Königswelle abgenommen und auf die angeschlossenen Maschinen verteilt werden kann.
Die Holländerwindmühle verbreitete sich in Nordeuropa sehr stark. Lediglich die hohen Baukosten beeinträchtigten ihre Verbreitung.
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Galerieholländer im Freilichtmuseum Hessenpark(mit Steert und Segelgatterflügel) -
Erdholländer "Hoffnung" in Munkbrarup Bei Flensburg(mit Steert und Segelgatterflügel) -
Galerieholländer "Johanna" Hamburg-Wilhelmsburg (mit Jalosieklappenflügeln und Windrose)
Paltrockwindmühle
Eine parallele Entwicklung zur Holländerwindmühle war die Paltrockwindmühle. Sie ist ein komplettes Gebäude das auf einem Rollenkranz in Bodenebene in den Wind gedreht wird. Häufig wurde sie in Deutschland aus einer Bockwindmühle umgebaut, indem der Bock entfernt wurde und das Gebäude auf den erwähnten Rollenkranz gesetzt wurde. Dadurch erhöhte sich die die Stabilität. Die Drehebene ist hier ganz unten auf dem Boden in einem Rollenkranz zu finden. Damit steht oberhalb genug Raum zur Verfügung, der jedoch mit gedreht werden muss, was zu statischen Herausforderungen führt. Paltrockwindmühlen waren meistens kostengünstiger als die Holländerwindmühlen, mit annähernd gleicher Leistungsfähigkeit, weswegen sich viele Müller zu diesem Typ entschieden.
Sonderformen
Einige Mühlenbaumeister setzten nicht nur auf eine Energieform sondern kombinierten die Wasserkraft mit der Windkraft. Es entstanden so genannte Windwassermühlen. Sie standen an einem Bach, der die Energie durch eine Wassermühle entnommen wurde. Wenn der Standort genug Wind versprach wurde diese durch eine aufgesetzte Windmühle ergänzt. Die Kraft wurde auf die gleiche Königswelle übertragen, die dann je nach Gegebenheiten entweder durch die Wind- oder in Grundlast durch die Wasserenergie angetrieben wurde. Von diesem Windmühlentyp gibt es nur noch ganz wenige Mühlen. Neben der im Emsland stehende Hüvener Mühle, sei die Klostermühle in Lahde an der Westfälische Mühlenstraße (Kreis Minden-Lübbecke) erwähnt.
Flügelarten
Windmühlen sind Windkraftmaschinen, das heißt sie gewinnen ihre Energie aus dem Wind durch die Windmühlenflügel. Dies sind im Grunde genommen schräg stehende Flächen die dem Windruck so ausgesetzt werden das sie zur Seite hin ausweichen und so den Winddruck in eine Art Kreisbewegung umsetzen. Dabei drehen sich die innere Kreisbahn der Flügelfläche langsamer als die äußere Kreisbahn, entsprechend muss die schräg stehende Fläche in einem Flügel unterschiedlich steil sein. Der genaue Winkel in der Verdrehung der Flügel über die Länge des Flügels ist war lange Zeit ein Geheimnis der Mühlenbauer, die so die Windkraft optimal ausnutzten. Allgemein gilt, dass der Winkel der Steilheit am Flügelende am kleinsten zur Mitte hin am stärksten ist. Ein Flügel besteht aus einer Rute aus Holz oder Metall, und der Flügelfläche die durch die Rute in zwei Teile unterschiedlicher Breite geteilt wird. Der schmaler in Bewegungsrichtung liegende Teil nennt man Vorderzeug oder Vorderhecken. Er ist nur halb so breit wie das Hinterzeug oder Hinterhecken. Quer zur Rute sind alle 30 bis 50 cm so genannte Scheiden durchgesteckt, die durch die Saumlatten abgeschlossen werden.
Im laufe der Zeit wurden mehrere Flügeltypen entwickelt, wo hier nur die bekanntesten vorgestellt werden sollen.
Segelgatterflügel
Da ist zum einen der Segelgatterflügel, ein Gitterkreuz aus Latten, das dann mit einem Segeltuch bespannt werden muss um die Fläche aufzuspannen. Diese Flügel müssen zu Beginn der Arbeit einzelnen besegelt werden, das heißt jeder einzelne Flügel muss bestiegen werden und die Segel mit Leinen auf dem Flügel gespannt werden. Nimmt der Wind während der Arbeitszeit zu müssen diese Flügel auch wieder gerefft werden können, das heißt Teile der Besegelung werden zurückgenommen. Eine Arbeit die im Sommer angenehm ist, im Winter bei Schnee und vereisten Leinen aber nicht ungefährlich.
Türenflügel
Ein weiterhin weit verbreiteter Flügeltyp sind die Flügeltüren. Die Flügelfläche wird hier durch große Holzbretter (auch Türen genannt) aufgebaut, die in die Gitter der Flügel eingehängt werden. Bei diesen bisher besprochenen Flügeltypen muss die Mühle angehalten werden um die Flügelfläche zu verkleinern.
Jalousienklappenflügel
Zunächst bei den Holländerwindmühlen, später auch bei anderen Mühlentypen verbreiteten sich die Jalousienklappenflügel. Hier wird die Flügelfläche durch Jalousienklappen gebildet. Sie können senkrecht zum Wind gestellt werden und bilden damit eine Flügelfläche, nach Beendigung der Arbeit werden sie wieder waagerecht gestellt, sodass der Wind ungebremst hindurchwehen kann. Dieser Typ kann während der Drehbewegung der Flügel, also während des Betriebes über eine Zentralsteuerung angesteuert werden, sodass zur Verstellung der Jalousien die Mühle nicht angebremst werden muss. Damit war es möglich, schneller und nachher auch automatischer mittels Fliehkraftregelung auf die unterschiedlichen Windstärken zu reagieren, und die Maschine Windmühle nicht so stark den schwankenden Drehzahlen durch böige Winde auszusetzen und einen gleichmäßigeren Lauf zu ereichen.
Diese Entwicklung setzte sich vor allem in den mittleren Bereichen von Deutschland durch, in den Niederlanden gibt es weiterhin weitgehend Segelgatterflügel. Paltrockwindmühlen sind im mittleren Deutschland bauartbedingt mit Windrose und Jalousieflügeln ausgestattet.
Zu Beginn des 20 Jahrhunderts gab es an den Flügeln mehrere Verbesserungen aerodynamischer Art, da auch Überlegungen aus der Aerodynamik der Flugzeugflügel auf Windmühlenflügel angewendet wurden. Diese haben sich aber nur sehr vereinzelt durchgesetzt und fanden erst bei der Entwicklung der neuen Windkraftanlagen größere Anwendung.
Flügelnachführung
Anfangs musste der Müller die Mühle noch selbst in den Wind drehen, damit dieser von vorne auf die Flügelebene blasen kann. Nur so kann der Wind optimal ausgenutzt werden. Damit dies auch bei wechselnden Windrichtungen geschieht, muss die Flügelebene des Flügelkreuzes nachgedreht werden. Dazu ist auf der Rückseite des Gebäudes bei der Bockwindmühle bzw. der Rückseite der Haube bei der Holländerwindmühle der so genannte Steert (auch Sterz), ein langer Balken, angebracht. Da bei der Drehung einer Bockwindmühle das gesamte Gebäude mit allen Maschinen und den Flügeln in den Wind gedreht wurde, kam einiges an Gewicht zusammen. Daher wurden zur Unterstützung rings um die Bockwindmühle Pfähle in den Boden gerammt. Diese wurden mithilfe eines Flaschenzuges mit dem Steert verbunden, und so die Mühle in die neue Windrichtung gedreht.
Bei den Holländerwindmühlen musste nur die Haube in den Wind gedreht werden. Entweder wurde der Steert ohne Hilfsmittel in den Wind gedreht oder am Ende des Steerts wurde eine so genannte Kroijhaspel angebracht. Dies ist eine Kurbel, auf der ein oder zwei Ketten aufgedreht wurden. Die losen Enden der Ketten wurden an der Galerie bzw. auf dem Boden verankert, so dass die Flügel mit der Kroijhaspel in den Wind gekroijt wurden.
Des Weiteren gibt es Binnendreher, bei denen die Haube von innen mit einer Kurbel gedreht werden. In Nordeuropa sind viele Holländerwindmühlen mit einer Windrose aus- / bzw. nachgerüstet worden. Häufig sind dies einrädrige Rosen, einzelne Mühlenbauer setzten auch zweirädrige Windrosen ein, sie haben sich jedoch kaum durchgesetzt.
Die Windrose wurde Mitte des 19. Jahrhunderts erfunden, ein kleineres Windrad, das über der Haube bzw. über dem Dach der Mühle im Wind montiert wurde, so dass die Mühle über ein Getriebe selbständig in den Wind gedreht wurde. Diese Windrose wurde bei den Typen Holländerwindmühle und Paltrockwindmühle eingesetzt.
Umfeld der Mühlen
Windmühlen waren aufgrund der von ihr zu benutzenden Energie nicht immer im Dorf anzusiedeln, sondern außerhalb auf Bergrücken, auf freiem Feld etc., eben da, wo der Wind weht. Da der Windmüller meist in der Nähe seiner Arbeitsstätte auch ein Müllerhaus hatte, lagen Betriebsstätte und Wohnung des Müllers zumeist außerhalb der Dorfgemeinschaft. Dazu kam, dass Windmüller keine geregelten Arbeitszeiten kannten, sie mussten mahlen, wann der Wind wehte, also zu allen Tages- und Nachtzeiten, unter der Woche und am Wochenende. Das machte sie für die Dorfgemeinschaft manchmal etwas suspekt. Als es im 18. Jahrhundert zur Gründung von Zünften kam, gelang es den Windmüllern erst sehr spät, diese Vorurteile zu überwinden, und eine eigene Zunftgemeinschaft zu begründen.
Windmühlen in der Literatur
Die berühmte literarische Gestalt Don Quijote erblickte in den Windmühlen riesenhafte Gegner, die er zum Zweikampf zu stellen trachtete. Daher bezeichnet die Redensart „gegen Windmühlen kämpfen“ heute einen leidenschaftlichen Feldzug gegen eine eingebildete, ungreifbare Gefahr. Miguel de Cervantes, der Schöpfer der Figur, schrieb dazu: Windmühlen muss jeder erkennen, der nicht selber Windmühlen im Kopfe hat.
Literatur
- Albert Betz: Windenergie und ihre Ausnutzung durch Windmühlen. Vandenhoekk and Rupprecht, Göttingen 1926, heute erhältlich als unveränderter Nachdruck, Ökobuch, Staufen, ISBN 3-922964-11-7
- Hopf, Leo: Mühlentechnisches Praktikum.
- Bd 1: Müllerei. Leipzig 1950.
- Bd 2: Mühlenbau. Leipzig 1952
- Kettenbach, Friedrich: Der Müller und Mühlenbauer. Praktisches Handbuch für Müller, Mühlenbauer und technische Lehranstalten. Bd 1 und 2. Leipzig 1907 – 1908.
- Sacher, Rudolf: Handbuch des Müllers und Mühlenbauers. Leipzig 1921. 2. Aufl. ebd. 1924.
- Schnelle, Werner: Mühlenbau: Wasserräder und Windmühlen – bewahren und erhalten. Berlin 1999..
Siehe auch
- Mühle (Technik)
- Wassermühle
- Mühlenstraße
- Windmühlen in Berlin
- Historische Mühle von Sanssouci
- Mühlenmuseum Gifhorn
- Don Quijote
- Windenergieanlage
