Haltet dazu mal eine Sperrholzplatte, die Ihr später noch für
den Bau Eures Windrads benötigt, gegen den Wind. Spührt Ihr
den Gegendruck, den der Wind auf der Fläche der Platte erzeugt?
Und jetzt dreht Ihr die Platte leicht um ihre eigene Achse.
Was passiert? Wenn die Platte halbwegs gedreht (ca. 45 Grad)
im Wind steht, dann bemerkt Ihr evtl. dass die Platte nicht nur
nach hinten sondern auch etwas auf die Seite gedrückt wird.
Drehen wir nun die Platte soweit, dass nur noch die Kante
gegen den Wind steht, so bemerken wir fast keinen Luftwiderstand
mehr.
Wichtig für das Funktionieren unseres Windrads ist jedoch
- wie Ihr sicher richtig vermutet - die Schrägstellung der
Fläche zum Wind, weil dabei der vorne entstehende Ueber-
bzw. hinten auftretende Unterdruck die Platte nicht nur einfach
gerade nach hinten drückt, sondern eben auch ein wenig auf die
Seite. Diese seitliche Kraftkomponente nutzen wir aus, um den
Dreheffekt für das Windrad zu erzeugen, indem wir die
schräggestellte Fläche der Sperrholzplatte auf ein drehbares
Kreuz montieren. Bei sehr starkem Wind würde dies sogar mit einer
einzigen Platte funktionieren. Nur wäre dann die Unwucht sehr
gross, und das einblättrige Windrad müsste sehr stabil sein,
um nicht nach kurzer Zeit auseinanderzufliegen. Darum hat ein
Windrad wie auch ein Propeller mindestens zwei oder mehr
Windblätter. Damit unser Windrad aber auch bei leichtem Wind bereits
zu drehen beginnt, verwenden wir 4 symmetrisch angeordnete
gleichgrosse Windblätter. Näturlich würde dies auch schon mit
zwei oder drei Blätter funktionieren, nur müssten wir dann sehr
exakt arbeiten, damit keine grösseren Unwuchten entstehen, und
sich das Rad regelmässig dreht. Bei vier Blättern oder mehr haben
solche Ungenauigkeiten weniger Einfluss, und das Rad dreht sich
eher regelmässig.
Ein weiterer wichtiger Punkt, den wir bei unserem Windrad
mitberücksichtigen wollen, ist die Windrichtung. Wenn das Rad nicht
senkrecht zum Wind steht, dreht es sich langsamer oder evtl. gar
nicht mehr, obwohl der Wind immer noch bläst. Um dies zu umgehen,
müssen wir dafür sorgen, dass sich unser Windrad automatisch
in die richtige Windrichtung hineindreht. Wie geht das? Nun,
eigentlich auf dieselbe Art wie Ihr schon beim obigen Versuch mit
der Sperrholzplatte festgestellt habt, dass bei schräger Stellung
der Platte immer ein seitlicher Druck entsteht, der verschwindet,
sobald die Platte senkrecht mit ihrer Kante zum Wind steht.
Diesen Seitendruck verwenden wir diesmal nicht, um ein Rad zum
Drehen zu bewegen, sondern die Achse auf welcher unser Windrad
montiert wird. Wenn wir also eine Sperrholzplatte senkrecht zur
Drehachse unseres Windrads montieren, wird diese dafür sorgen,
dass der Wind die Platte solange seitlich wegdrückt, und damit die
Achse gedreht wird, bis sie senkrecht zum Wind steht, da sie in
dieser Position dem Wind den geringsten Widerstand entgegensetzt.
Eine solche senkrechte Platte finden wir z.B. auch beim Flugzeug
als Seitenruder, das dem Fluzeug seine Richtungsstabilität
verleiht.
Für unser Windrad benötigen wir folgendes Material:
Zunächst sägen wir aus dem Holzklotz (8.5 x 8.5 x 2.5 cm) - wie auf der folgenden Abbildung aufgezeichnet - vier Ecken aus, damit ein Holzkreuz entsteht. In die 4 Balken sägen wir danach diagonal etwa 3 mm breite und ca. 25 mm tiefe Schlitze, in die später die Flügel gesteckt werden. Unbedingt darauf achten, dass alle diagonalen Schlitze in den Balken immer von oben rechts nach unten links verlaufen, damit alle Flügel einen Drall in derselben Drehrichtung erzeugen, sonst dreht sich das Rad womöglich nicht richtig. Durch die Mitte des Holzkreuzes bohren wir ein Loch mit einem Durchmesser, der etwas grösser ist, als der Durchmesser der grossen Schrauben. Zur Kontrolle stecken wir nach dem Bohren die Schraube durch die Mitte des Holzkreuzes. Dieses sollte sich leicht um die Schraube drehen lassen.
Dann nehmen wir den zweiten Holzklotz (15 x 5 x 3 cm) und sägen einen 3 mm breiten Spalt ca. 30 mm tief, in der Mitte an einem Seitenende des Balkens ein, worin wir später die Windfahne bzw. das Seitenruder einstecken können. In der Drehmitte des Balkens bohren wir wiederum ein Loch, so gross, dass sich die andere grosse Schraube hindurchstecken, und sich der Holzbalken leicht um die Schraube drehen lässt. Am gegenüberliegenden Ende des Drehbalkens bohren wir in der Mitte ein ca. 25 mm tiefes Loch mit einem Durchmesser, der etwas kleiner ist, als der der grossen Schraube. Mit diesem Loch wird später das Holzkreuz mit den 4 Flügeln an das Drehkreuz verschraubt.
Nun sägen wir die zuvor vorgezeichneten Flügelblätter und die Windfahne (Seitenruder) des Windrads mit der Laubsäge aus den Sperrholzplatten.
Wer sein Windrad bemalen will, tut dies am besten jetzt, bevor die Flügel und die Windfahne an den Holzklötzen befestigt werden. Gut wäre jetzt auch der Zeitpunkt, um die vorgefertigten Holzteile noch gegen Verwitterung zu lackieren.
Sobald die Holzteile nach dem Bemalen und/bzw. Lackieren gut ausgetrocknet sind (ca. 24 Std), können die Flügelblätter in die Querspalten der Balken am Holzkreuz hineingesteckt, verleimt und mit den kleineren Holzschrauben zur Sicherung noch fixiert werden. Ebenso wird die Windfahne (Seitenruder) in den Drehachsen-Holklotz gesteckt, verleimt und evtl. mit Schrauben fixiert.
Jetzt wird das Holzkreuz mit den 4 Flügelblättern mit einer der grossen Schrauben an den Drehachsen-Holzbalken angeschraubt, wobei auf jeder Seite des Holzkreuzes noch eine Unterlegscheibe auf die Schraube geschoben wird, damit sich das Kreuz am Schraubenkopf und dem Drehachsen-Holzbalken weniger reibt. Die Schraube nur gerade so fest eindrehen, dass sich das Holzkreuz noch leicht drehen lässt.
Dann wird der Drehachsen-Holzbalken noch von oben mit der anderen grossen Schraube und zwei Unterlegscheiben in den vorgebohrten Holzpfosten eingeschraubt, wiederum so, dass sich der Drehachsen-Holzbalken noch leicht um sich drehen lässt.
