Kleinschalige krachtopwekking

Een windmotor

Voor polderbemaling, opwekking van electriciteit of oppompen van drinkwater

In ruststand gesteld: windrad en windvaan staan parallel.

Deze windmotor kwam ik voor het eerst tegen bij mijn inventarisatie van de Werken van de Maasmondverlegging. Dat was in 1977. De windmotor behoorde weliswaar niet tot die Maasmondwerken, maar je kon hem gewoon niet missen, bijna 24 meter hoog, in een uiterwaard van de Bergse Maas. Over de dijk, door het weiland, over een paar prikkeldraadhekjes geklauterd ....

Op dat moment was de installatie nog in gebruik, al piepte en kraakte alles. Ik ontdekte dat de installatie in 1917 was neergezet. Na 60 jaar gebruik in die toch wel onherbergzame en eenzame omgeving best begrijpelijk. Hij werd kort daarop, in 1979 stilgezet en aan zijn lot overgelaten.

In 1988 was Digna Sinke volop bezig met haar lange, spannende en hoogst poetische documentaire "Niets voor de eeuwigheid" over industriele archeologie en samen bezochten we de Schrikmolen (zoals hij bleek te heten). Zo kreeg deze windmotor een (terechte) plaats in haar film. Rond die tijd heb ik voor de gemeente Wijk en Aalburg (nu Altena) onderzocht, welke mogelijkheden er waren om de installatie te behouden. Dat leverde destijds niets concreets op.

Het duurde tot 2002 eer de installatie op de Rijksmonumentenlijst kwam. Toen waren inmiddels, na een zware storm, het windrad en de windvaan al in het weiland terecht gekomen. Op particulier initiatief en met steun van de gemeente Wijk en Aalburg is de hele zaak in 2009 volledig gerestaureerd, en zo staat hij nu, in beheer bij twee vrijwillige molenaars, weer trots in de uiterwaard.

Op het Internet is inmiddels het een en ander aan documentatiemateriaal te vinden. Zoek op Schrikmolen, Rijksmonument 521012, Molendatabase en/of Genderen.

Klik hier om Google Maps op deze locatie te openen

Amerikaanse windmotor

Techniek

Het is gebruikelijk, om dit soort windmotoren "Amerikaans" te noemen. Die naam is lichtelijk misplaatst. Weliswaar is het oertype in Amerika ontwikkeld en veel gebruikt voor irrigatiedoeleinden, maar die versies waren niet of nauwelijks geschikt voor de in Nederland gestelde eisen. Te licht gebouwd, te klein. Er valt hier bij ons heel wat te bemalen.

De Genderense windmotor is ontworpen en gebouwd door een Duits bedrijf, de Deutsche Windturbine-Werke van Rudolph Braun in Dresden. Het is hun type Herkules Metallicus. Deze waren in diverse grootten leverbaar en het onderhavige exemplaar is een van de grootste, met een torenhoogte van 13,5 meter, een windrad-diameter van 10 meter en 30 plaatstalen rotorbladen. De maximum snelheid is circa 12 omw/min (omtreksnelheid ruim 6 m/s). Hij pompt (pompte) water uit de uiterwaard naar de Bergse Maas middels een vijzel (Archimedesschroef). De vijzel heeft 6,5 schroefwindingen, een lengte van ruim 6 meter en een buitendiameter van ruim 70 cm. Het vermogen dat de windmotor daarvoor kan opwekken ligt in de orde van 3 à 4 kW.

Beide foto's CC Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed, 1984 (BY-SA 4.0)

Het mechaniek is even fraai als simpel. In het hart van de toren loopt een verticale as van windrad naar vijzel. Het hele windrad kan, door de forse windvaan, gekruid worden, om de zaak goed op de wind te richten. De kruibeweging draait om de genoemde verticale as. Wordt de wind te sterk, gaat het rad te snel draaien, dan wordt het uit de wind gedraaid en sluit een vang zich, zodat het rad vaststaat.

De draaiing van het windrad om zijn eigen as - de energieopwekking - wordt met twee conische tandwielen op de verticale as overgebracht. Het wiel op het rad heeft 74 tanden, het rondsel op de verticale as 14. De as draait dus maximaal circa 60 omw/min.

Aan de onderzijde vind je ook een set conische wielen: 30 tanden op de verticale as en 70 tanden op de vijzel. Dit is GEEN haakse overbrenging, want de vijzelas staat 25° naar onder gekanteld, om het polderwater op te kunnen voeren. De vijzel draait maximaal circa 30 omw/min.

Alle drie de foto's CC Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed, februari 1985 (BY-SA 4.0)

Wat geschiedenis, en meer techniek

In de Indische Mercuur van 15-05-1906 vond ik een interessant artikel over de Herkules windmotoren:

De Deutsche Windturbine-Werke van Rudolph Braun leveren in het type Herkules een windmotor, die in eenvoud, capaciteit, duurzaamheid en goede reguleering uitmunt. De Herkules-motor heeft het groote voordeel van een vast ineen geklonken rad zonder eenig bewegend deel. Deze constructie is een verbetering van hetgeen de Amerikanen tot nog toe geleverd hebben. Deze bouwen hunne windmotoren slechts tot 4,80 M. middellijn. Voorts bezitten de Amerikaanscbe raderen in plaats van twee of drie sterke ringen, zooals bij de Herkules, meestal slechts een ring en in plaats van de sterke geconstrueerd ijzeren armen maar dunne gespannen draden.
De Herkules-motor is gemonteerd op een tot drie Meter lange stalen buis, die in kogellagers draaiend, het instellen naar de windrichting zoo goed verzekert, dat een afvallen van den motor absoluut uitgesloten is. Deze kogellagers liggen in een schaalvormige pan, die zich steeds zuiver horizontaal stelt en de last gelijkmatig op de vier torenpijlers verdeelt, terwijl bij de oudere motoren de eenzijdige inwerking van het draaiende lichaam een belasting van slechts twee torenpijlers en een klemming veroorzaakt, die de snelle instelling in de windrichting verhindert en daarmee het nuttig effect beperkt, het rad blootstelt aan zijdelingsche stooten, en hierdoor een afscheuring van de dunne geleiding van het draaibare bovendeel en ten slotte een val van den geheelen motor tengevolge heeft.
Deze schadelijke werkingen worden nog door de meestal in zwang zijnde windroos vermeerderd, daar deze niet in staat is de snelle afwisseling van den wind te volgen, waarom de Deutsche Windturbine-Werke dan ook alleen nog de groote windvaan gebruiken die den motor steeds in de windrichting houdt en daarmee het nuttig effect zoo groot mogelijk maakt.
Het nuttig effect wordt ook verhoogd door een schroefsgewijze verdraaiing der spaanvormige vleugels en de juiste afmetingen der spleten tusschen de vleugels voor doorstrijken van den wind. Door de in het rad vastgeklonken vleugels kan de firma Braun deze goede constructie bereiken zonder moeielijke verstijving, waardoor een gering gewicht van het windrad en hiermee een groote bewegelijkheid ook bij weinig wind, en een ongeveer 40 pCt. hoogere capaciteit verkregen wordt, wat door remproeven vastgesteld is.
De automatische reguleering naar de windsterkte en daarbij het steeds gelijkblijvende aantal omwentelingen [per minuut], ook bij toenemende wind. wordt door een aan den motor bevestigde zijvleugel verkregen. Zoodra hierop een te groote winddruk komt, wordt het windrad meer evenwijdig aan de hoofdwindvaan gesteld en daardoor zijn aangrijpingsvlak overeenkomstig den overdruk aan den wind onttrokken. Hierdoor is een buitengewoon regelmatige gang verkregen.
De hoofdwindvaan is draaibaar aan het motorlichaam bevestigd en wordt door krachtige spiraalveeren in rechthoekigen stand ten opzichte van het rad gehouden, wanneer dit werken moet. Deze veeren zijn zoo zorgvuldig bewerkt dat zij jaren duren en kunnen bij verslapping onmiddellijk weer gespannen worden.
Als de Herkules niet werken moet, wordt het rad door een aan den voet van den toren bevestigde kruk of hefboom parallel aan de hoofdvaan gesteld; het biedt den wind dan absoluut geen aangrijpingsvlak meer, maar de motor vormt één vast geheel, dat als een windvaan met den wind meedraait. Hierdoor bezitten deze motoren een ongeëvenaarde veiligheid in den storm.
De motor heeft ook slechts drie smeerplaatsen, welke van groote zelfsmeerapparaten voorzien zijn. Deze motoren werken door hun eenvoudige constructie voortdurend geruischloos, daar een stevig geklonken en vast geschroefd rad niet zulke ongunstige eigenschappen kan verkrijgen, als een na korten tijd in zijn uitgeloopen scharnieren rammelend houten rad.
Behalve voor de kleine pompmotoren (waarbij ook gegoten ijzer verwerkt wordt), gebruikt de firma Braun voor deze motoren alleen gegoten staal, smeedijzer en gegalvaniseerde staalplaat. Het gewicht is door den eenvoudigen bouw en het gebezigde uitstekende materiaal zeer gering, iets wat voor vracht en douanerechten van belang is. Alle lagers zijn van bronzen of wit-metalen voeringen voorzien, welke gemakkelijk vervangen kunnen worden, ingeval door jarenlang gebruik of onvoldoende smering een groote uitslijting zou ontstaan.
Het windrad draait om een in het motorlichaam bevestigde as met een dubbele bronzen voering; op de naaf van ’t rad is een kroonwiel gemonteerd dat de kracht direct door een klein conisch wiel met groote versnelling op de staande as overbrengt.
De bevestiging der onderdelen van dezen motor is zoodanig uitgevoerd, dat losraken absoluut uitgesloten is. De torenconstructie wordt warm geklonken, terwijl alle schroefverbindingen, die overigens zeer weinig in getal zijn, nog speciaal verzekerd zijn. De torens voor de Herkules-motoren bestaan uit vier stijlen en worden zeer solide in ijzer geconstrueerd, voorzien van een groot platform met leuning en gemakkelijk te beklimmen trap. De pooten zijn op een fundatieplaat vastgezet, die, op een betonblok bevestigd, een omvallen van den toren zelfs bij den hevigsten storm belet.
De Deutsche Windturbine-Werke kregen van de Landwirthschaftliche Hochschule te Berlijn-Königsberg opdracht voor de levering van een model hunner motoren ter opstelling in haare Modelverzameling - om den studenten constructie en toepassing dezer machines uiteen te zetten.