Windmühle

Eine Windmühle fängt den Wind mit großen Flügeln ein und leitet seine Kraft über Zahnräder aus Holz und Eisen zu einem Mühlstein, der Getreide mahlt. Vom 12. Jahrhundert bis zum Aufkommen der Dampfmaschine war sie neben dem Wasserrad die wichtigste Quelle mechanischer Kraft in Europa.

Was es ist

Eine Windmühle verwandelt bewegte Luft in eine Drehbewegung und diese Drehung in nützliche Arbeit. Die längste Zeit ihrer Geschichte bestand diese Arbeit darin, Korn zu Mehl zu mahlen. Windmühlen entwässerten aber auch Polder, sägten Holz, pressten Ölsaaten und zerstießen Farbstoffe.

Gezeichnet ist hier eine Turmwindmühle, im Norden auch Holländer genannt: ein fester Steinturm mit einer drehbaren Kappe, die die Flügel in den Wind stellt. Diese Bauart verbreitete sich seit dem Spätmittelalter in ganz Europa, weil ein gemauerter Turm große Flügel und schweres Mahlwerk trägt und alles vor dem Wetter schützt.

Wie es funktioniert

Die Bockwindmühle dreht sich als Ganzes auf ihrem Bock; bei der Turmwindmühle dreht sich nur die Kappe.

Der Wind drückt gegen die Flügel, die leicht verwunden und schräg gestellt sind. Sie arbeiten wie die Blätter eines Propellers: Ein Teil des Drucks wird zu einem Drehmoment, das die Flügelwelle antreibt, eine schwere, fast waagerechte Welle, die in der Kappe gelagert ist.

Auf der Flügelwelle sitzt das Kammrad, ein großes Rad, dessen Kämme seitlich in den Radkranz eingesetzt sind. Es greift in den kleineren Bunkler auf der senkrechten Königswelle. So wird die Drehung aus der Waagerechten in die Senkrechte umgelenkt und zugleich schneller. Weiter unten treibt das große Stirnrad für jeden Mahlgang ein kleines Steinritzel. In der Mühle von Gedney Dyke in Lincolnshire trieb ein Kammrad mit 96 Kämmen einen Bunkler mit 68, und ein Stirnrad mit 120 Zähnen Ritzel mit 18: Die Steine liefen damit rund neunmal schneller als die Flügel.

Der Läufer ruht auf der Haue am Kopf des eisernen Mühleisens, das durch den festen Bodenstein heraufkommt.

Das Mühleisen, eine eiserne Spindel, steigt durch den festliegenden Bodenstein nach oben. Auf seinem Kopf sitzt die Haue, ein Eisenbalken oder -kreuz, der in Aussparungen im Auge des oberen Läufersteins greift und dessen ganzes Gewicht trägt. In manchen Mühlen liegt das Stirnrad über den Steinen und der Antrieb kommt von oben über eine kurze Eisenwelle, doch der Läufer ruht auch dann auf dem Mühleisen. Das Korn rinnt aus dem Trichter ins Auge. Die in beide Steine gehauenen Furchen schneiden es und schieben das Mahlgut nach außen zum Rand, wo es als Mehl austritt. Mit dem Lichtwerk hebt oder senkt der Müller das Mühleisen, und dieser Spalt bestimmt, wie fein das Mehl wird.

Die Leistung des Windes wächst mit der dritten Potenz seiner Geschwindigkeit: Doppelt so starker Wind bringt die achtfache Energie. Kein Rotor kann mehr als 59,3 % davon nutzen, wie Albert Betz 1920 veröffentlichte. Alte Mühlen bleiben weit darunter.

Wie man sie baut

Eine Windmühle braucht eine eingespielte Gemeinschaft: Zimmerleute, Maurer, einen Schmied und einen Müller, der Steine schärfen kann. Die folgenden Schritte nennen die Reihenfolge der Arbeit und die wichtigen Entscheidungen; die Maße sind Sache des Mühlenbauers.

Den Standort wählen. Eine freie Anhöhe, fern von Bäumen und Gebäuden, offen zur Hauptwindrichtung. Hinter einem Baum oder Haus bleibt die Luft auf etwa das Zwanzigfache seiner Höhe verwirbelt; auf der Windseite sollten Hindernisse daher weit entfernt sein.

Den Turm hochziehen. Ein sich verjüngender Turm aus Stein oder Ziegel mit dicken Mauern am Fuß. Oben trägt er einen waagerechten Kranz aus Holz oder Eisen, auf dem die Kappe auf Rollen läuft.

Welle und Räder fertigen. Die Flügelwelle wird aus einem Eichenstamm gebeilt und an den Verschleißstellen mit Eisen beschlagen; seit dem späten 18. Jahrhundert goss man sie oft aus Gusseisen. Die Räder sind aus Hartholz, die Kämme sind einzelne Teile, häufig aus Hainbuche oder Apfelholz, die man bei Abnutzung ersetzt.

Die Flügel bauen. Vier Ruten tragen je ein Gitter aus Latten, über das Segeltuch gespannt wird. Bei stehender Mühle und angeketteten Flügeln spannt der Müller je nach Wind mehr oder weniger Tuch auf, so wie ein Seemann refft.

Die Steine auswählen. Der Stein muss hart und porös sein. Französischer Süßwasserquarzit aus La Ferté-sous-Jouarre war in ganz Europa begehrt. Ein solcher Stein wurde meist aus mehreren Stücken mit Gips zusammengesetzt und mit Eisenreifen gebunden.

Die Bremse einbauen. Ein hölzernes Bremsband umfasst den Kranz des Kammrads. Es muss die Flügel auch bei starkem Wind halten, deshalb wird es zuerst bei leichter Brise erprobt; ein Mühlenbauer muss bestätigen, dass Bremse und Flügelketten die Mühle auch im Sturm halten, bevor sie arbeitet.

Sicherheit. Nie durch den Lauf der Flügel gehen, auch wenn sie sich langsam drehen, und keinen Flügel anfassen, bevor die Bremse angezogen und die Flügel angekettet sind. Das Wetter beobachten: Tücher abnehmen und die Mühle sichern, bevor ein Sturm aufzieht, denn im Sturm kann niemand mehr an den Flügeln arbeiten. Im Inneren Hände, Haare und weite Kleidung von laufenden Rädern und Wellen fernhalten. Eine heißgelaufene Bremse kann die Kappe entzünden, und viele Mühlen sind so abgebrannt. Mehlstaub in der Luft ist brennbar, offenes Feuer ist im Inneren deshalb verboten.

Geschichte und Entwicklung

Die ersten gut belegten Windmühlen standen in Sistan, im heutigen Grenzgebiet von Iran und Afghanistan. Arabische Geographen beschreiben sie im 10. Jahrhundert, möglicherweise sind sie älter. Ihre Flügel drehen sich um eine senkrechte Achse, zwischen Mauern, die den Wind bündeln.

Die Windrose dreht die Kappe auf ihrem Zahnkranz, bis die Flügel wieder im Wind stehen.

Die Windmühle mit waagerechter Welle taucht in Europa Ende des 12. Jahrhunderts auf. Einer der ältesten datierten Belege betrifft eine Bockwindmühle in Weedley in Yorkshire, die 1185 in einem Verzeichnis von Templergütern steht. Die Turmwindmühle, bei der sich nur die Kappe dreht, setzte sich später durch und erlaubte viel größere Mühlen.

1745 ließ sich der englische Schmied Edmund Lee die Windrose patentieren, ein kleines Flügelrad an der Rückseite der Kappe. Dreht der Wind, beginnt sie zu laufen und dreht die Kappe, bis die Flügel wieder im Wind stehen. 1772 führte der schottische Mühlenbauer Andrew Meikle die Jalousieflügel ein, deren Klappen sich bei Böen von selbst öffnen.

Die Niederlande zählten Mitte des 19. Jahrhunderts neun- bis zehntausend Windmühlen, zum Mahlen und vor allem zur Entwässerung. Dampfmaschinen und später Elektromotoren lösten sie ab; heute stehen dort noch rund tausend. Moderne Windkraftanlagen nutzen dieselbe Rotorphysik, um Generatoren anzutreiben.