Windmühle

mini|Die Kriemhildmühle in Xanten mini|Windmühlen in West-Sibirien um 1910

Die Windmühle ist ein meist historisches, technisches Bauwerk, in der ein vom Wind in Drehung versetztes Flügelrad (Windrad) ein Mahlwerk antreibt. Vom zum Mahlwerk synonymen Wort Mühle stammt die Bezeichnung Windmühle. Von einer Windmühle wird auch oft gesprochen, wenn anstatt eines traditionell meistens für Getreide benutzten Mahlwerks eine andere Arbeitsmaschine (z. B. ein Schöpf- oder ein Sägewerk) angetrieben wird. Eine Windmühle enthält aber immer beides: ein Windrad, das als Kraftmaschine die Energie der geradlinigen Windbewegung in Energie einer rotierenden Welle umwandelt, und eine über diese Welle angetriebene Arbeitsmaschine.

Hingegen ist eine Windkraftanlage ausschließlich eine Kraftmaschine (Wind-Kraftmaschine). In einer modernen Windkraftanlage wird die mechanische Energie der rotierenden Welle lediglich von einem Generator in elektrische Energie umgewandelt und nach außen abgegeben.

In der Geschichte der Energieumwandlung waren Windmühlen und mit Wasserkraft betriebene Wassermühlen nach Muskelkraftmaschinen die einzigen Kraftmaschinen vor der Erfindung der Dampfmaschine. Entsprechend vielfältig war ihre Verwendung als Mahlmühle (außer als Mehl- auch als Ölmühle), zur Bearbeitung von Werkstoffen (etwa als Sägemühle) und als Pump- oder Schöpfwerk. Die klassische Windmühle mit rechteckigen, länglichen Flügeln ist in Europa sowohl im Flachland der nördlichen Regionen als auch an der Meeresküste im Mittelmeerraum verbreitet.

In einigen Regionen Asiens und Europas waren Windmühlen die einzigen Kraftmaschinen der vorindustriellen Zeit, weil in trockenen (windreich und trocken im Mittleren Osten, in Griechenland und Portugal) und ebenen (windreich und eben in den Niederlanden, Dänemark, Teilen EnglandsVaclav Smil: Energy in World History. Westview Press, 1994, S. 108. sowie im westlichen Schleswig-Holstein und nördlichen Niedersachsen) Gebieten keine Wasserräder eingesetzt werden konnten.

Frühe Anlagen miniatur|Herons windangetriebene Orgel (schematische Rekonstruktion, hier mit einem typischen abendländischen Windrad) Die Geschichte der Windmühlen ist nicht restlos gesichert und die Erforschung aufgrund der schwierigen Quellensituation sehr problematisch. Präzise Erkenntnisse über das Alter der Windmühlen lagen mit Stand 1995 genauso wenig vor wie über ihre genaue Herkunft; ein Problem, das Heymann auch für die Zukunft als nur sehr schwierig zu lösen ansah. Als Standardwerk zu Windmühlen gilt das 1972 erschienene Werk von Notebaart, der den Stand der Forschung als „unzulänglich“ bezeichnete.Matthias Heymann: Die Geschichte der Windenergienutzung 1890–1990. Frankfurt am Main / New York 1995, S. 19f.

Schriftliche Überlieferungen aus dem Codex Hammurapi deuten darauf hin, dass die ersten Windmühlen vor mehr als 4000 Jahren errichtet wurden.Piotr Michalak, Jacek Zimny: Wind energy development in the world, Europe and Poland from 1995 to 2009; current status and future perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews 15, (2011), 2330–2341, S. 2330, doi:10.1016/j.rser.2011.02.008. Hau nennt Indizien für ägyptische Windmühlen mit einem geschätzten Alter von ca. 3000 Jahren, räumt aber zugleich ein, dass es keine hochwertigen Belege dafür gibt, dass Völker der Antike wie Ägypter, Phönizier, Griechen und Römer tatsächlich Windmühlen kannten.Erich Hau: Windkraftanlagen: Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. Berlin / Heidelberg 2014, S. 1f. Ebenfalls existieren Berichte über eine Orgel, die von einem Windrad angetrieben wird. Sie soll von dem griechischen Erfinder Heron von Alexandria stammen, der im 1. Jahrhundert nach Christus lebte.A.G. Drachmann: Heron’s Windmill. Centaurus, 7 (1961), S. 145–151.Dietrich Lohrmann: Von der östlichen zur westlichen Windmühle, Archiv für Kulturgeschichte, Bd. 77, Nr. 1 (1995), S. 1–30 (10f.). Angaben zu allen diesen frühen Anlagen sind spärlich, lückenhaft und umstritten. So nennt der italienische Wirtschaftshistoriker Malanima z. B. als ersten bekannten Beleg für die Existenz von Windmühlen eine frühmittelalterliche Schriftquelle aus der ersten Hälfte des 7. Jahrhunderts n. Chr.Paolo Malanima: Europäische Wirtschaftsgeschichte 10.–19. Jahrhundert. Wien / Köln / Weimar 2010, S. 96.

Persische Windmühlen, die sich von der abendländischen Bauweise durch eine senkrechte Rotationsachse und senkrecht stehende Flügel, Schaufeln oder Segel unterscheiden, waren nach Berichten islamischer Geographen im 9. Jahrhundert im östlichen Persien in Gebrauch.Ahmad al-Hassan, Donald Hill: Islamic Technology. An illustrated history. Cambridge University Press, 1986, ISBN 0-521-42239-6, S. 54f. Eine weitere Bauart von Windmühlen mit vertikaler Rotationsachse kennt man als chinesische Windmühle oder chinesisches Windrad (siehe auch Klappflügel-Rotor). Unklar ist, ob diese Anlagen älter sind als die persischen Windräder und ob die europäischen Anlagen möglicherweise von den chinesischen Anlagen abstammen.Erich Hau: Windkraftanlagen: Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. Berlin / Heidelberg 2014, S. 2.

Die Technik der chinesischen Version weicht von der der persischen Windmühle deutlich ab, weil sie ohne jede Ummauerung freistehende, sich selbsttätig zum Wind ausrichtende Segel nutzt. Die europäische Form dieser sogenannten Dschunkensegel ist als Luggersegel bekannt. Die persische Mühle mit Matten oder Latten am Rotor, welche wie die Schaufeln auf dem Rad eines Raddampfers angeordnet sind, muss in offenem Halbkreis ummauert sein, weil dort die Segelflächen unmittelbar starr mit der Drehachse verbunden sind und sich auf ihrer Kreisbahn nicht optimal zum Wind ausrichten können. Deshalb deckt hier eine halboffene Ummauerung den Teil des Rotors ab, bei dem sich die Flügel sonst mit abbremsender Wirkung gegen den Wind drehen müssten. Der Rotor an der persischen Windmühle wird in seiner aerodynamischen Funktion als Widerstandsläufer bezeichnet.

Die chinesische Windmühle hingegen ist ein Auftriebsläufer.

Hoch- und Spätmittelalter miniatur|Chinesische Windmühle Arabische Windmühlen kamen mit der Ausbreitung des Islams auf die Iberische Halbinsel und wurden dort verbessert.

Windmühlen mit horizontal liegender Rotordrehachse sind ab 1180 in Flandern, Südostengland und der Normandie nachgewiesen.Dietrich Lohrmann: Von der östlichen zur westlichen Windmühle. Archiv für Kulturgeschichte, Bd. 77, Nr. 1 (1995), S. 1–30 (18ff.) Bei ihnen handelt es sich vermutlich um eine eigenständig europäische Entwicklung.Erich Hau: Windkraftanlagen: Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. Berlin / Heidelberg 2014, S. 3.Robert Gasch, Jochen Twele (Hrsg.): Windkraftanlagen. Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb. Springer, Wiesbaden 2013, S. 20. Technisch war diese Anlage sowie eine weitere Anlage, die vermutlich bereits Anfang des 12. Jahrhunderts in Brabant erbaut worden sein soll, eine Bockwindmühle, ein Typ, bei dem das gesamte Mühlhaus in den Wind gedreht wurde. Dieser Typ verbreitete sich schnell bis nach Nord- und Osteuropa. Eine der frühesten Darstellungen einer Windmühle bietet eine Kopie des naturwissenschaftlichen Werkes des Aristoteles. Sie stammt aus dem 3. Viertel des 13. Jahrhunderts.Abbildung.

Die Windmühlen wurden neben Wassermühlen vielfältig eingesetzt. Dabei fanden die Wassermühlen vorrangig an den Wasserläufen im Mittelgebirge ihre Anwendung, während die Windmühlen in der Ebene an hinreichend windigen Plätzen standen.

Mühlen standen lange unter dem Mühlenbann der jeweiligen Landesherren. Die Bevölkerung war gezwungen, die sogenannte Bannmühle aufzusuchen, um dort ihr Getreide mahlen zu lassen. Im Zusammenhang mit einem schlechten Wegenetz führte diese Praxis zu lokalen Wirtschaftskreisläufen, in welchen die Mühlen eine wichtige Rolle einnahmen. Mit der Aufhebung des Banns war die Bevölkerung in der Lage, ihre bevorzugte Mühle selbst zu wählen und so die Konkurrenz und damit die technische Entwicklung zu beleben.

Neuzeit miniatur|Turmwindmühlen mit drehbarer Haube, La Mancha, Spanien Ende des 16. Jahrhunderts kamen in den Niederlanden die Holländerwindmühlen auf, bei denen sich nur die Turmhaube dreht. Vom Mittelalter bis zum Ende des 18. Jahrhunderts waren Windmühlen in immenser Zahl über Europa verbreitet. Stiche und Holzschnitte aus Mittelalter und Neuzeit zeigen eindeutig ihre Verbreitung. Sie waren im Wesentlichen nördlich der Mittelgebirge im windigen nordeuropäischen Tiefland, in großen Teilen Frankreichs, den Beneluxländern mit Schwerpunkt Niederlande als Küstenland (das einst 10.000 Windmühlen zu verzeichnen hatte), Großbritannien, Polen, den Baltischen Staaten, Nordrussland und Skandinavien zu finden. Weiter finden sich vereinzelt Windmühlen in Südeuropa (Portugal, Spanien, Frankreich, Italien, Balkan und Griechenland). Hier fanden die typischen Turmwindmühlen mit flachem Kegeldach und meist feststehender Kappe Verbreitung, sei es mit Segelgatterflügeln ähnlich denen in Mitteleuropa oder Segelstangenflügeln mit aufgezogenen Dreieckssegeln.

Nachdem in Preußen in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts die Gewerbefreiheit eingeführt wurde, kam es zu einem deutlichen Aufschwung der Windmühlenindustrie. Mit der Zahl der selbständigen Meister stieg sprunghaft die Anzahl der Windmühlen. Zu dieser Zeit waren die Windmühlen auch in den gebirgigen, südlichen Landesteilen verbreitet. So zum Beispiel im Neuwieder Becken, auf windigen Anhöhen der südlichen Mittelgebirge. An diesen Standorten half ihnen eine kältere Klimaperiode, die zu vermehrtem Wind führte (siehe Kleine Eiszeit). Auch für den Raum Sachsen-Thüringen ist eine wachsende Zahl von Windmühlen im 19. Jahrhundert belegt.Axel Stefek: Wind. Antrieb aus der Luft. In: Ders. (Hrsg.): Energie in Weimar vom Mittelalter bis in die neuere Zeit. Weimar 2016, S. 139–161, hier S. 151–152.

Nach Zählungen der Preußischen Regierung waren im Deutschen Kaiserreich noch 1895 18.362 Windmühlen und 54.529 Wassermühlen in Betrieb, von denen bei den erstgenannten 97 % und bei den zweiteren knapp 60 % Getreidemühlen waren. Ihnen standen damals 58.530 Betriebe gegenüber, die mit Dampfkraft arbeiteten. Zwar war die Dampfmaschine bereits Anfang des 18. Jahrhunderts erstmals erfolgreich eingesetzt worden, endgültig durchsetzen konnte sie sich jedoch erst in der Zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Die Entwicklung der Dampfmaschine im 19. Jahrhundert brach langsam die Vorherrschaft der mit Wasserkraft und Windenergie betriebenen Maschinen. Da der Betrieb der Windmühlen vom Wetter abhängig war und nicht die Leistung großer Dampfmaschinen erreichte, war der Einsatz der Dampfmaschine trotz oftmals höherer Kosten gerade für große Unternehmen praktischer und die Zahl der Windmühlen ging stark zurück. Das sogenannte „erste Mühlensterben“ setzte ein. Für die noch bestehenden Windmühlen wurde der Umbau auf elektrischen Antrieb angeboten, um den Klein- und Mittelbetrieben die Existenz zu sichern. So wurde 1936 auf einer Ausstellung in Berlin eine Mühle mit elektrischem Antrieb gezeigt.http://www.lueben-damals.de/kreis/windmuehlen.html

Während und nach dem Zweiten Weltkrieg erlebten die noch bestehenden Windmühlen eine kurze Blütezeit, da mangels Treibstoff, Elektroenergie und intakten Antriebsmaschinen keine Alternativen bestanden, die benötigten Maschinenleistungen zu erbringen. Dieser Aufschwung ging jedoch in der Bundesrepublik Deutschland in den 1950er Jahren vor allem durch das Mühlengesetz zu Ende, mit dem sich die Großbetriebe der unliebsamen Konkurrenz der Windmühlen durch Prämien für die Stilllegung entledigten („zweites Mühlensterben“). Demzufolge ging die Zahl der gewerblich betriebenen Windmühlen dramatisch zurück.

Restaurierung mini|Restaurierte Nordermühle auf Pellworm mini|rechts|alternativtext=Im neuen Glanz erstrahlt die Britzer Mühle mit den Schindlen aus Lärchenholz|Mühle in Berlin-Britz, nach der Restaurierung 2021