Windmotoren. Von L. Arndt, Berlin. Windmotoren. Die Frage, ob Windmotoren gegenüber anderen Kraftmaschinen wettbewerbsfähig sind, ist im Prinzip durchaus zu bejahen. In der althistorischen Windmühle sieht man gewissermaßen den technischen Grundgedanken verkörpert, der in seinem weiteren Ausbau zu den heutigen recht leistungsfähigen Windmotoren geführt hat, die auch gelegentlich als Windturbinen bezeichnet werden. Wenn auch der Windmotor in der Großindustrie kein eigentliches Betätigungsfeld hat, so steht ihm anderseits im Kleingewerbe und vornehmlich in der Landwirtschaft ein großes Arbeitsfeld offen, das er sich mit immer größerem Erfolge erobert. Daß gelegentlich mit Windmotoren Mißerfolge erzielt worden sind, beruht wohl niemals in der Bauart, sondern in einer nicht genügenden Klärung der Windverhältnisse des Aufstellungsortes des Windmotors. Es ist unerläßlich, die Windverhältnisse des Aufstellungsortes längere Zeit zu studieren, bevor man einen Windmotor errichten läßt. Nur so schließt man einen Mißerfolg aus. In der Bauart unterscheidet man deutsche, amerikanische und dänische Windmotoren, von denen sich die deutschen und amerikanischen nur wenig baulich unterscheiden. Die baulichen Grundelemente eines Windmotors bestehen aus dem Fundament, dem Turmgestell, dem Windrad und dem Triebwerk. Von großer Bedeutung bei den Windmotoren sind die Räder und deren Flügel, die in verschiedener Gestalt und Anordnung gebaut werden. Man kann fest mit dem Rade verbundene Flügel und bewegliche Flügel unterscheiden. Die festverbundenen Flügel sind gewölbt und kehren dem Winde die hohle Seite zu. Bei den Windrädern mit beweglichen Flügeln haben drei Bauarten Bedeutung erlangt. Erstens das deutsche Reinsch-Rad, bei dem die einzelnen Flügel gemeinsam um radiale Achsen drehbar sind, zweitens das amerikanische Halladay-Rad, wo einzelne Flügelgruppen um die Achsen drehbar und gemeinsam verstellbar sind, und drittens das Rad des dänischen Soerensen Kegelwindmotors, das in der Regel aus 6 Flügeln besteht, die aus einzelnen gemeinsam bewegten Klappen zusammengesetzt sind. Wichtig ist die Selbsteinstellung der Windräder nach der Windrichtung. Für kleine und mittlere Räder erfolgt die Einstellung durch eine Fahne. Für große Räder zieht man die Einstellung durch Windrose vor, da die Stöße bei der Einstellung vermindert werden. Die Windrose, einfach oder doppelt, dreht das Windrad um einen fest mit dem Turm verbundenen Zahnkranz. Die Regelung der Windräder geschieht auf zweierlei Weise. Entweder durch Oeffnen und Schließen des Rades, wobei am geöffneten Rad die Angriffsfläche für den Wind sehr gering ist, oder die Regelung erfolgt durch Drehen des ganzen Rades gegen die Windrichtung. Bei zu starkem Wind klappt durch Einwirkung auf die Seitenfahne die Radebene gegen die Hauptfahne. In früherer Zeit wurden vielfach Windmotoren mit wagerecht liegenden Schaufelrädern gebaut. Derartige Windmotoren besaßen nur ein Viertel der Windangriffsfläche als solche mit senkrechten Rädern. Windmotoren mit wagerechten Rädern gehören mit ihrer Bauart heute der Geschichte an. Die älteren Windräder hatten einen verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad, da das Problem der Windmotoren anfangs jeder wissenschaftlichen Grundlage entbehrte. Anfangs glaubte man, je mehr Flügel, um so größer die Leistung. Man stattete daher die Räder dichtbesetzt mit Flügeln aus, wodurch die Räder schwer und teuer wurden. Heute hat sich die Technik sozusagen auf einer mittleren Linie geeinigt, so daß die Räder im mittleren Umfang mit Flügeln besetzt werden. Hier gilt allgemein der Grundsatz, daß der Flügelabstand am Rade so groß sein muß, daß der eine Flügel die Wirkung am nächsten Flügel nicht beeinträchtigt. Am besten haben sich schraubenförmig verdrehte, gewölbte Flügel bewährt. In der ersten Zeit baute man die Flügel meist aus hartem Holz, wie Eichen- und Hikoryholz; in der Gegenwart wird jedoch fast nur nicht zu starkes Stahlblech hierfür benutzt. Von größter Bedeutung ist die Regulierung des Flügelrades, da bei auftretendem Sturm die Umdrehungszahl eine derartig hohe werden würde, daß für den Bestand des Windmotors zu fürchten wäre. Die älteren Bauarten suchten dieser Schwierigkeiten dadurch Herr zu werden, daß man entweder die Flügelflächen verkleinerte oder der Einwirkung des Windes entzog. Letzteres war aber nur möglich, durch eine zahlreiche Anordnung von Zapfen, Bolzen, Lagern und Scharnieren, die neben großer Abnutzung oft die Arbeit versagten. Die ältere, in jeder Hinsicht unvollkommene Regulierung der Schaufelräder drohte die Windmotoren in ihrer Gesamtheit in Mißkredit zu bringen. Aus dieser Schwierigkeit fanden die Amerikaner den Ausweg, daß das Windrad bei zu starkem Winde nach hinten klappte. Der Wind konnte hierdurch nicht mehr seinen ganzen Druck auf das Rad ausüben. Diese Lösung war brauchbar und ist dann allgemein beibehalten und ausgebaut worden. Von deutscher Seite wurde dann dadurch eine wesentliche Verbesserung geschaffen, daß man eine in der Größe richtig bemessene Seitenfahne anordnete. Sobald der Wind zustark wird, drückt er auf die Seitenfahne und dreht die Radebene nach hinten, so daß der Wind in einem immer spitzer werdenden Winkel zur Radebene aufschlägt. Dies ist gleichbedeutend mit einer Verkleinerung der wirksamen Radfläche. Da anderseits bei abflauendem Winde starke Spiralfedern das Rad wieder gegen den Wind ziehen, so wird eine fast gleichmäßige Arbeitsleistung des Windmotors erzielt. Die Selbsttätigkeit des Windmotors wird noch dadurch gesteigert, daß der Motor durch eine große Hauptfahne stets in die herrschende Windrichtung eingestellt wird. Eine Bedienung durch Hand fällt also vollständig fort. Sehr wichtig in seiner richtigen baulichen Durchführung ist natürlich auch der Turm, der den Windmotor trägt. Es kommen sowohl Holztürme wie Eisentürme zur Verwendung. Den Türmen muß eine genaue statische Berechnung zu Grunde gelegt werden. Besonders muß die Turmspitze ausreichend versteift werden, da sonst mit Sturmschäden zu rechnen ist. Jeder Turm erhält unmittelbar unter der Windturbine ein Podium, das mit einem Gitter versehen ist. In der Regel bildet man die Türme aus vier Hauptsäulen, die unten in eiserne Fußplatten auslaufen. Die Fußplatten werden zweckmäßig in der Erde einbetoniert, Zur Verankerung ist ein gemeinsames Fundament nicht erforderlich; es genügt, wenn jede Turmsäule ein kleines Fundament erhält, wodurch sich der Bau verbilligt. Der in die Erde eingebaute Teil des Turmes entspricht in der Regel ein Zehntel der Gesamtlänge. Bei eisernen Türmen empfiehlt sich als Rostschutz ein Oelfarbanstrich, der etwa alle 5 bis 6 Jahre zu erneuern ist. Holztürme sind wohl billiger, besonders wenn sie der Landwirt aus eigenem Waldbestand nehmen kann, jedoch sind sie von wesentlich kürzerer Lebensdauer. Kann man letztere bei eisernen Türmen mit etwa 100 Jahren berechnen, so sind hölzerne Türme mit einer Lebensdauer von etwa 20 Jahren anzusetzen. Die vier Hauptsäulen des Holzturmes werden genau wie beim Eisenturm mit Kreuten und Querverbindungen versehen. Die Spitze wird aber auch beim Holz türm stets aus Eisen hergestellt. Als Füße werden bei Holztürmen vielfach eiserne Schienen genommen, die man im Erdreich einbetoniert. Die hölzernen Hauptsäulen werden dann etwa ½ m über der Erde an den Eisenschienen angeschraubt. Mittels Rundeisen-Spillen zieht man den hölzernen Turm fest zusammen. Die Holzlöcher für die Turmspillen stellt man dadurch her, daß man die Löcher mit einem Holzbohrer vorbohrt und dann das Loch mit einer glühenden Rundeisenstange von passender Weite durchbrennt. Das leicht angekohlte Holz ist gegen Holzfäulnis hierdurch gut geschützt. Für die Holztürme eignet sich am besten Fichte oder Tanne, auch kann Kiefer gewählt werden. Eiche ist natürlich sehr brauchbar; dürfte aber meist zu teuer sein. Holztürme sollen nicht mit Oelfarbe gestrichen werden, da hierdurch der Luftzutritt verhindert wird. Am besten eignet sich ein bewährtes Holzkonservierungsmittel.. Sowohl der Aufstellungsort wie auch die Turmhöhe einer Windturbine müssen mit großer Sorgfalt ermittelt werden, da hiervon die Leistungsfähigkeit stark abhängig ist. Zunächst soll die Hauptwindseite, sowie die entgegengesetzte Seite stets frei sein, damit der Wind freien Zutritt und Abgang hat. Windhindernisse, wie Häuser, Bäume müssen auf einer Entfernung bis zu 400 m berücksichtigt werden, sofern ebenes Gelände in Frage kommt. In der Regel soll der Windmotor in seiner Höhe die Windhindernisse überragen. Vorzüglich geeignet für Windmotore sind Küsten und Bergspitzen. Auch breite Täler in Gebirgsgegenden rechtfertigen noch die Aufstellung von Windmotoren. Dagegen sind geschlossene Talkessel ungeeignet. Die Höhe der Windhindernisse muß festgestellt werden. Zu der Höhe des höchsten Windhindernisses (w) ist hinzuzurechnen 2 bis 3 m Ueberstand (b) und der halbe Durchmesser des Windrades (r). Es ergibt sich hiernach für die richtige Turmhöhe folgende Formel: w + b + r. Von großer Wichtigkeit ist der Antriebsmechanismus, zweckmäßig als Motorkörper bezeichnet. Die Ausführungsformen sind hier natürlich verschieden. Eine bewährte Bauart bedient sich einer feststehenden Achse, die im Motorkörper fest verankert ist, an der sich das Windrad mit seiner Radnabe dreht. Die Radnabe trägt ein großes Zahnrad, das in ein kleines Getriebe eingreift. Durch das Getriebe erfolgt die Kraftübertragung auf eine senkrechte Welle im Turm. Eine einfache Schmiervorrichtung sorgt für leichte Gangart. Am unteren Ende der Welle befindet sich ein weiteres Kegelräderpaar, das die Kraft auf die Arbeitswelle überträgt. Da die Windmotoren in großer Zahl zum Antrieb kleiner Pumpen verwendet werden, hat man für diesen Zweck eine besondere Antriebsvorrichtung geschaffen. Man setzt auf die Flügelradwelle eine Kurbel, die ohne Zwischenübersetzung die hin- und hergehende Bewegung für den Pumpenkolben erzeugt. Während in Deutschland der Reinsch-Windmotor die meiste Verbreitung gefunden hat, sind es in Amerika die Corcoran- oder Eclipse-Windturbinen, die den Markt beherrschen. Die Mehrzahl der amerikanischen Windmotoren arbeitet mit einem Raddurchmesser von 5,5 m, während die deutschen Windmotoren bis zu 15 m Raddurchmesser und darüber gebaut werden. Bei den amerikanischen Windturbinen ist eine gewisse Normalisierung eingetreten, so daß die Herstellung fast als Massenfabrikation vor sich geht. Die Bauarten der dänischen Windmotoren haben zur technischen Grundlage vielfach die Erfahrungen, die man mit den Windmühlen gemacht hat. In der Regel zeigen die Schaufelformen eine andere Gestaltung, wie dies beispielsweise bei dem dänischen La Cour-Windmotor der Fall ist. Dieser Motor benutzt 4 oder 6 Flügel von einem bestimmten Knickprofil, die gegenseitig versteift sind. Der Sörensen Motor benutzt sechs, einen stumpfen Kegel bildende ebene Flügel aus beweglichen Blechklappen, deren Spitzen nach vorn schaufeiförmig umgebogen sind. Bei dem Agricco-Windmotor bestehen die Flügel aus fünf aus Blech hohl hergestellten Schraubenflächen. Die Lagerung eines jeden Flügels ist drehbar umeine radiale Achse. Die Flügel stellen sich auf den Wind so ein, daß dieser ohne Verlust seine ganze Kraft abgibt. Diese Wirkung erzielt man dadurch, daß die Flügel Gegengewichte heben oder Federn anspannen, welche die Flügel stets in die richtige Windlage bringen. Bei zu großer Windstärke regeln die drehbaren Flügel die Motorenlaufzahl. Jeder Flügel lagert mit je einem Zapfen in dem inneren und äußeren Flügelring. Bei dieser Bauart läuft jedoch die Drehachse nicht durch die Mittellinie des Flügels und da eine Seite länger als die andere ist, verursacht ein Windstoß ein Verdrehen des Flügels. Durch einen mit einem Gegengewicht belasteten Hebel wird ein Ausgleich des Ueberdrucks erzielt. Da sämtliche Flügel an einen eisernen Ring angeschlossen sind, lassen sich durch dessen Bewegung in der Längsrichtung die Flügel gleichzeitig öffnen oder schließen. Durch die gleiche Vorrichtung kann man auch den Windmotor von Hand abstellen. Zu diesem Zweck laufen die Hebel in der Mitte einer Muffe zusammen, die durch einen Drahtzug von unten in Bewegung gesetzt werden kann. Im allgemeinen soll man den Windmotor auch dann abstellen, wenn der Wind zu schwach ist, da in diesem Fall eine unwirtschaftliche Abnutzung der Getriebeteile vorsichgeht. Windmotoren pflegen eine mittlere Leistungsfähigkeit bei 4–5 m Wind in der Sekunde zu entwickeln; die Höchstleistung tritt bei 8 m Wind ein. Ein stärkerer Wind wird durch die Selbsttätigkeit des Windrades ausgeschaltet. Für Windmotoren guter Bauart lassen sich einige Grundsätze für den Beginn der Tätigkeit aufstellen, und zwar gilt für Pumpenbetrieb gewöhnlich 1½ bis 2 m Windgeschwindigkeit in der Sekunde, für elektrische Stromerzeugung 3 m, für Kraftbetrieb 3 bis 4 m, für Dreschbetrieb 4 bis 5 m. Für die Wasserversorgung von Gütern, Dörfern, Gemeinden ist der Windmotor für den Betrieb der Pumpenanlage ausgezeichnet geeignet und haben sich derartige Anlagen überall bewährt. Wenn irgend angängig, soll der Windmotor unmittelbar über dem Brunnen erbaut werden. Wie für die Wasserversorgung sind die Windmotoren auch für die Abwasserbeseitigung bestens geeignet. Ueberhaupt ist die Anwendbarkeit des Windmotors eine sehr vielseitige. In Fabrikbetrieben werden sie zur Beschaffung des Kesselspeisewassers vorteilhaft benutzt. Eine Pumpleistung von 100000 Liter Wasser täglich und mehr ist ohne Schwierigkeit erzielbar. Ebenso läßt sich die Entwässerung von Ländereien gut mit Windmotoren durchführen. Kleinbahnen haben wiederholt mit bestem Erfolge Wasser-Pumpstationen mit Windturbinen betreiben lassen. So sind für die Anatolische Bahn und Hedjas-Bahn zahlreiche derartige Anlagen mit deutschen Windmotoren ausgerüstet worden. Mit besonders großem Erfolge bedient sich seit langem die Landwirtschaft der billigen Windkraft mit Hilfe der Windmotoren. Da die landwirtschaftlichen Maschinen, abgesehen von den Dreschmaschinen, verhältnismäßig kleine Umlaufzahlen haben, ist damit ihre besondere Eignung für Windmotoren erwiesen. Es betragen die Umlaufzahlen durchschnittlich bei Häckselmaschinen 100 bis 120 pro Minute, bei Walzen-Schrotmühlen 300 bis 350 pr. m, bei Stein-Schrotmühlen 150 bis 200 p. m, bei Rübenschneider 50 bis 60 p. m, bei Oelkuchenbrecher 80 p. m, und bei Wasserpumpen 25 bis 30 p. m. Die Dreschmaschine erfordert 1000 bis 1200 p. m. Für Mühlenbetriebe kommen nach Reinsch folgende Windmotoren in Betracht. Für Mühlen mit einem Mühlsteindurchmesser von 0,50 m muß der Windradurchmesser 5 m betragen, für 0,60 m Steindurchmesser 5,5 m Raddurchmesser, für einen 0,80 m Stein 6,5 m Rad, für einen 1 m Stein 7,5 m Rad, für einen 1,25 m Stein 8,5 m Rad und für einen 1,50 m Stein 10 m Raddurchmesser. Im allgemeinen werden Mahlmühlen mit Windmotoren von 8,5 m Raddurchmesser und darüber gebaut. Auch im ländlichen Kleingewerbe bietet der Windbetrieb große wirtschaftliche Vorteile. Der Stellmacher, Tischler, Wagenbauer, Schlosser und Schmied auf dem Lande besitzt daher in dem Windmotor die billigste Antriebskraft, wobei noch als weiterer Vorteil gelten kann, daß Reparaturen selten und dann sehr oft von den eigenen Leuten ausgeführt werden können. Tritt beim Elektromotor oder Benzinmotor eine ernste Betriebsstörungein, kann diese selten an Ort und Stelle vorgenommen werden. Die Reparaturkosten sind hohe und werden oft noch durch den Transport verteuert. In einer kleinen Tischlerei, wo nur der Betrieb einer Bandsäge und Bohrmaschine in Frage kommt, genügt ein Windmotor von 4,5 m Raddurchmesser. Bei etwas größerem Betrieb, wie Bandsäge, Bohrmaschine, Fräser, kleine Kreissäge, ist ein 5,5 m Rad erforderlich. Tritt noch eine 40 cm Hobelmaschine oder eine Gattersäge hinzu, so muß ein 6,5 m Rad gewählt werden. Bei einer 60 cm breiten Hobelmaschine benötigt man ein 8 m Rad. Bei großen, viel benutzten Kreissägen muß ein noch größerer Windmotor aufgestellt werden. Hierüber geben die Fabriken sachgemäße Auskunft. Zahlreich sind die Fälle, wo sich der Windmotor zur Erzeugung von Elektrizität für Lichtzwecke bestens bewährt hat. Zu einer solchen Wind-Elektrizitäts-Anlage gehört natürlich auch ein Akkumulator. Nach allem ergibt sich eine außerordentlich vielseitige Verwendbarkeit des Windmotors, der für ländliche Betriebe eine ganz hervorragende Betriebskraft darstellt, die keine geschulte Bedienung verlangt und an Billigkeit kaum zu übertreffen ist.