Wiatrak: jak wiatr wprawia w ruch kamienie młyńskie

Skrzydła wiatraka są na całej długości lekko skręcone, dlatego wiatr, który wieje na nie od przodu, nie odpycha ich do tyłu, lecz obraca je stale w tę samą stronę. Skrzydła kręcą się razem z wałem, na którym są zamocowane. Duże koło zębate na tym wale obraca mniejsze koło na pionowym wale, a ten prowadzi ruch w dół wiatraka aż do kamieni młyńskich.

Kamienie młyńskie leżą jeden na drugim. Dolny stoi, górny obraca się nad nim, a ziarno, które wpada do otworu w jego środku, jest mielone na mąkę w wąskiej szczelinie między nimi. Wszystko to działa tylko wtedy, gdy skrzydła stoją przodem do wiatru. Dlatego w starszych wiatrakach obracano cały wiatrak, a w późniejszych tylko dach ze skrzydłami.

Jak wiatr obraca skrzydła i ruch dociera do kamieni

Skrzydło wiatraka to drewniana kratownica, na którą młynarz naciągał płótno żaglowe, czyli mocną tkaninę. Większość wiatraków ma cztery skrzydła. Kratownica jest wzdłuż skrzydła lekko skręcona, więc wiatr naciska na płótno ukośnie, a skrzydło ustępuje zawsze w tym samym kierunku. Skrzydła wiatraków holenderskich, patrząc od przodu, obracają się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

Siłę wiatraka młynarz regulował tym, ile płótna rozpostarł. Przy słabym wietrze naciągał je na całą kratownicę, przy silnym częściowo je zwijał, a wiatrak musiał wtedy zatrzymać. Od końca XVIII wieku w Wielkiej Brytanii powstawały skrzydła z klapkami, które same dostosowywały się do siły wiatru, na przykład skrzydła Williama Cubitta z 1807 roku.

Ze skrzydeł ruch przechodzi przez wiatrak w kilku krokach:

1. Wał skrzydeł. Skrzydła są zamocowane na prawie poziomym wale w głowicy wiatraka. Kiedy kręcą się skrzydła, kręci się cały wał.
2. Koło hamulcowe. Na wale osadzone jest duże koło zębate z zębami z boku. Nazywa się hamulcowe, bo wokół jego obwodu biegnie hamulec: gdy młynarz go zaciągnął, koło i skrzydła zwalniały albo się zatrzymywały.
3. Wał pionowy. Zęby koła hamulcowego zazębiają się z mniejszym kołem na pionowym wale. Ta para kół zmienia obrót wokół osi poziomej na obrót wokół osi pionowej, a pionowy wał prowadzi ruch w dół przez piętra wiatraka.
4. Koło do kamieni. Niżej na pionowym wale jest kolejne duże koło zębate. Zazębia się z małymi kółkami, z których każde napędza jedną parę kamieni młyńskich. Małe kółko można było wysunąć z zazębienia, więc jedna para kamieni mogła stać, podczas gdy pozostałe mieliły.
5. Kamienie młyńskie. Górny kamień obraca się nad dolnym, który się nie rusza. Górny kamień może ważyć nawet ponad tonę i właśnie jego ciężar pomaga rozdrobnić ziarno.

W mniejszych wiatrakach, w których całe urządzenie mieściło się w jednej obrotowej drewnianej budzie, koło na wale skrzydeł napędzało kamienie także bezpośrednio, bez długiego pionowego wału. Zasada jest ta sama: koła zębate przenoszą obrót skrzydeł na obrót kamienia.

Ziarno spada z góry do otworu w środku górnego kamienia i dostaje się między kamienie. W ich powierzchniach wykute są rowki, które podczas obrotu tną i mielą ziarno, a mąkę przesuwają ku krawędzi, gdzie wychodzi spomiędzy kamieni. Kamienie nie mogą się przy tym stykać. Szczelinę między nimi młynarz ustawiał, lekko podnosząc lub opuszczając górny kamień: im mniejsza szczelina, tym drobniejsza mąka.

Dlaczego wiatrak musi stać pod wiatr

Skrzydła dają najwięcej siły, gdy stoją prostopadle do wiatru, przodem do niego. Kiedy wiatr się zmieni i wieje z boku, skrzydła łapią go mniej i wiatrak traci siłę. W północno-zachodniej Europie, gdzie wiatr często zmienia kierunek, każdy wiatrak musiał więc mieć możliwość obrócenia skrzydeł za wiatrem.

Pierwsze europejskie wiatraki ze skrzydłami obracającymi się w płaszczyźnie pionowej pojawiły się w XII wieku na północy Francji, we Flandrii i we wschodniej Anglii. Najstarsza pewna wzmianka pochodzi z angielskiego Yorkshire z 1185 roku. Pierwszym typem był wiatrak koźlak, a pod koniec XIII wieku doszedł wiatrak ze stałą wieżą. Oba typy rozwiązują obracanie inaczej:

Wieża wiatraka holenderskiego nie musi się obracać, więc mogła być wyższa, a skrzydła dłuższe. Długie skrzydła na wysokości łapią więcej wiatru i wiatrak pracuje nawet przy słabszej bryzie.

W 1745 roku angielski kowal Edmund Lee opatentował wiatraczek kierunkowy. To małe koło wiatrowe z tyłu dachu, ustawione prostopadle do dużych skrzydeł. Dopóki wiatr wieje na wiatrak z boku, wiatraczek się kręci i przez koła zębate powoli obraca dach. Zatrzymuje się dopiero wtedy, gdy stoi równolegle do wiatru, a wtedy duże skrzydła są dokładnie pod wiatr. Wiatraczki kierunkowe rozpowszechniły się głównie w Anglii, Danii i Niemczech, gdzie indziej pozostały rzadkie.

Oba typy wiatraków stały także na Słowacji. W miejscowości Holíč rycina z 1801 roku przedstawia drewniany wiatrak typu niemieckiego, który obracał się w całości na dębowym słupie za pomocą dyszla. Później zbudowano tam kamienny trzykondygnacyjny wiatrak typu holenderskiego, pochodzący z lat 80. XIX wieku. Do 1926 roku miał obrotowy stożkowy dach ze skrzydłami, potem zastąpiła go ceglana kopuła. To jedyny zachowany wiatrak na Słowacji.

Dlaczego wiatraki prawie zniknęły z krajobrazu

Wiatraki nie zniknęły naraz i nie wyparł ich jeden wynalazek. W XIX wieku w Europie wciąż budowano ich wiele. O ich losie zdecydowały nowe sposoby mielenia i nowe silniki, które mogły pracować niezależnie od wiatru.

W drugiej połowie XIX wieku powstawały duże młyny z napędem parowym. Zamiast kamieni ziarno mieliły w nich metalowe walce w wielu kolejnych krokach. Takie mielenie nadawało się do twardej importowanej pszenicy i dawało więcej drobnej białej mąki, na którą rósł popyt. Duże młyny budowano przy portach i drogach wodnych, dokąd zboże przypływało statkiem.

Małe młyny zbożowe, które mieliły dla okolicznych wsi, przetrwały dłużej. W Holandii drogie maszyny parowe długo nie mogły z nimi konkurować. Ubywać zaczęło ich głównie wtedy, gdy pojawiły się silniki spalinowe i elektryczne, w pierwszych dekadach XX wieku. Od początku lat 80. XIX wieku do 1923 roku zniknęło tam prawie 30 % wiatraków.

Podobny los spotkał wiatrak w miejscowości Holíč: przestano w nim mielić po pierwszej wojnie światowej, a potem długo niszczał. Dziś jest narodowym zabytkiem kultury.

Na co zwrócić uwagę w modelu wiatraka

Model wiatraka pokazuje te same części co prawdziwy wiatrak, często w uproszczeniu. Które z nich ma Twój model i które się ruszają, dowiesz się z jego instrukcji i rysunków. Oglądając go, skup się na tych miejscach:

• Typ wiatraka. Sprawdź, czy model stoi na słupie i obraca się w całości, czy ma stałą wieżę i obrotowy dach. W wiatraku z wieżą szukaj z tyłu dachu dyszla albo wiatraczka kierunkowego.
• Skrzydła. Policz je i zwróć uwagę, czy mają kratownicę jak prawdziwe skrzydła, na którą naciągano płótno. Spójrz na nie z boku: jeśli łopatki są względem siebie lekko ukośne, widzisz to samo skręcenie, które obraca skrzydła na wietrze.
• Miejsce, w którym zmienia się kierunek obrotu. Znajdź miejsce, w którym wał skrzydeł wchodzi do głowicy wiatraka. Jeśli model pokazuje przekładnię, są tam dwa koła zębate, których osie tworzą kąt prosty. Tu obrót poziomy zmienia się w pionowy, tak samo jak przy kole hamulcowym prawdziwego wiatraka.
• Wał pionowy i kamienie. Sprawdź, czy pionowy wał biegnie w dół przez wieżę i czy model zaznacza kamienie młyńskie. Porównaj, ile kół zębatych jest między skrzydłami a kamieniami.
• Napęd. W modelu ruch zwykle nie powstaje na wietrze, lecz na przykład w naciągniętej gumce albo przy kręceniu korbką. W instrukcji sprawdź, przez które koło ruch trafia do mechanizmu. W prawdziwym wiatraku siła szła od skrzydeł do kamieni, w modelu może iść odwrotnie, od napędu do skrzydeł.

Gotowy model możesz też wystawić ze skrzydłami w położeniu, którym holenderscy młynarze przekazywali wiadomości okolicy. Skrzydła w kształcie krzyża jak znak plus oznaczały, że wiatrak tylko krótko odpoczywa i młynarz wkrótce wróci do pracy. Skrzydła w kształcie litery X oznaczały dłuższy odpoczynek. Skrzydłami ogłaszano też radość i żałobę, jednak dokładne położenie różni się w poszczególnych regionach.

Jeśli skrzydła lub koła zębate gotowego modelu obracają się ciężko albo się zacinają, sposób szukania tarcia znajdziesz w artykule Mechanizm się zacina: jak znaleźć tarcie i je usunąć.

Jeśli chcesz obejrzeć te części na własnym modelu, możesz sięgnąć po drewniany model Wiatrak Eco Wood Art. Według opisu w sklepie ma 227 elementów, które łączą się bez kleju, skrzydła po złożeniu kręcą się dzięki napędowi z gumki, a otwarta konstrukcja wieży pozwala zajrzeć do mechanizmu. Wiatrak Eco Wood Art jest według danych w sklepie przeznaczony od 14 lat.

Częste pytania