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Mit dem Wind gegen den Wind

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Mit dem Wind gegen den Wind | Video verfügbar bis 03.11.2018

"Das kann ja gar nicht funktionieren"

Ein Gegen-den-Wind-Mobil
Kann dieses Fahrzeug mithilfe des Windes gegen den Wind fahren?

Als Professor Torsten Steffen von der Hochschule Emden/Leer seinen Maschinenbau-Kollegen von seinem neusten Forschungsprojekt erzählte, erntete er vielfach Kopfschütteln. Ein Fahrzeug, das nur aus Windkraft direkt gegen den Wind fährt? Das sei unmöglich, so die Meinung der Skeptiker. Was er da vor habe, sei die Erfindung der Perpetuum Mobiles. Wenn dieses Gefährt die Kraft des Gegenwindes in Vorwärtsbewegung umsetze, entsteht zusätzlich zu dem Gegenwind auch noch Fahrtwind. Das bedeutet: Der Wind, der dem Fahrzeug entgegen bläst, wird also größer. Dadurch beschleunigt das Gefährt noch mehr, der Fahrtwind wird wieder größer, das Fahrzeug beschleunigt weiter und dreht die Wind- und Geschwindigkeitsspirale nach oben. Das wäre eine sich unendlich beschleunigende Maschine, so die Kollegen. So ein Gerät könne man vielleicht in der Theorie erdenken, in der Praxis werde es aber niemals fahren. Professor Steffen belehrte sie eines Besseren.

Drei Räder und ein Propeller

Der Prototyp ist ein flaches, dreirädriges Gefährt, ähnlich einem Strandsegler. Professor Steffen hat ihn in einem Modellprojekt mit seinen Maschinenbaustudierenden konstruiert und gebaut. Das vordere Rad dient zum Lenken. Die hinteren beiden Räder geben dem Fahrzeug die nötige Seitenstabilität. Direkt hinter dem Fahrer ragt ein circa 1,5 Meter langer Alu-Mast empor. An seiner Spitze ist ein Propeller mit einem Durchmesser von einem Meter befestigt. Diese kleine Windkraftanlage wird durch den Gegenwind angetrieben. Sie setzt die Kraft des Windes in Drehbewegung um und überträgt sie über eine Welle und ein Getriebe auf die Hinterachse. So dreht der Wind den Propeller und der Propeller die Räder. Die Studenten haben ihr Fahrzeug Aeolus getauft, nach dem Gott des Windes. Und es fährt tatsächlich aus Windkraft gegen den Wind. Allerdings beschleunigt es nicht unendlich. Windwiderstand und Reibung bremsen das Gefährt mehr als der Fahrtwind es antreibt. Sonst bräuchte man es bei Windstille ja nur kräftig anzuschieben und schon würde es allein mit der Kraft des Fahrtwindes vorwärts fahren. Der Aeolus kann nur die Energie umsetzen, die im Wind vorhanden ist. Und die ist eben endlich, reicht aber ab circa zehn Kilometer pro Stunde Windgeschwindigkeit für eine langsame Geradeausfahrt.

Nach Holland zur WM

Ein Gegen-den-Wind-Mobil
In Holland treten verschiedene "Gegen-den-Wind-Mobile" an.

Ende August packen die Studenten ihren Aeolus auf den Anhänger und fahren nach Den Helder in Nordholland. Sie sind nicht die Einzigen, die ein "Gegen-den-Wind-Mobil" entwickelt haben. Auch Teams aus der Türkei, Dänemark, Kanada und Süddeutschland sind mit ihren Fahrzeugen angetreten. Außerdem natürlich viele Studentengruppen aus den Niederlanden. In Den Helder findet jedes Jahr die Weltmeisterschaft im "Mit Windkraft gegen den Wind fahren" statt. Seit 2007 gibt es diesen Wettbewerb. Es sind vor allem Maschinenbaustudierende und Studierende der Raumfahrtechnik, die sich dieser Herausforderung stellen und futuristisch anmutende, aerodynamisch ausgefeilte Fahrzeuge entwickeln. Einige der teilnehmenden Teams haben sogar einen eigenen Windkanal, um ihre Fahrzeuge zu testen.

Doppelt so schnell wie der Wind

Rein theoretisch wäre bei optimaler Windausbeute die doppelte Windgeschwindigkeit möglich. Das heißt, wenn der Wind mit 25 Kilometern pro Stunde von vorne kommt, würde das Fahrzeug 50 Kilometern pro Stunde schnell werden. Der Fahrer hätte somit einen Winddruck von 75 Kilometern pro Stunde auszuhalten, da er ja direkt gegen den Wind fährt. Das entspräche einer Windausbeute von 200 Prozent. In der Realität sind die 100 Prozent Ausbeute noch nicht ganz erreicht. Immerhin verbessern sich die Teams von Jahr zu Jahr. Ein Hauptaugenmerk liegt auf der möglichst windschnittigen Verkleidung. Die Studierenden der Hochschule Emden/Leer haben auf eine aerodynamische Karosserie aus Kohlefaser verzichtet und stattdessen die Aluminiumrohre, aus denen der Aeolus zusammengebaut ist, mit Lkw-Plane bespannt. Dafür haben sie viel Entwicklungsarbeit in den sogenannten Diffusor gesteckt. Das ist ein breiter Ring, ähnlich dem Triebwerk eines Düsenflugzeugs, der außen um den Rotor herum geht. Er soll nicht nur vor Verletzungen schützen, sondern einen Sogeffekt Richtung Propeller erzeugen. Deshalb hat der Ring im Querschnitt das Profil eines Flugzeugflügels. So als hätte man eine Tragfläche abmontiert und im Kreis gebogen. Beim Flugzeug bewirkt diese Form einen Sog nach oben. Bei dem Diffusor des Aeolus lässt das Profil die Luft innen durch den Ring schneller strömen als außen herum. Das treibt den Propeller zusätzlich an.

Die Ostfriesen landen mit ihrem Aeolus schließlich auf Platz sieben von elf. Nächstes Jahr wollen sie mit verbesserter Schaltung und neuem Propeller wieder angreifen.

Spielerei oder Sinn dabei?

Sicherlich ist das "Gegen-den-Wind-Mobil" nicht das Fortbewegungsmittel der Zukunft. Das weiß auch Professor Torsten Steffen. Doch er gibt zu bedenken, dass viele Erfindungen aus einer spielerischen Tüftlerlaune heraus entstanden sind. Die kommerzielle Nutzbarkeit ergab sich oft erst lange danach. Am Anfang stand meist die Herausforderung und der Wille sie zu meistern. Wer weiß also, wofür so ein Gegenwindantrieb in Zukunft genutzt werden kann. Fahrzeuge an Land eignen sich wesentlich besser als Wasserfahrzeuge. Das liegt an der guten Kraftübertragung auf der Straße. Aber ein Schienenfahrzeug, das über weite Strecken durch flache, windige Gegenden fährt, hätte mit so einem Zusatzantrieb möglicherweise große Vorteile. Gerade in der russischen Steppe oder den Weiten der Mongolei.

Auch Containerschiffe, die im Linienverkehr tagelang gegen den Wind fahren müssen, könnten davon profitieren. Dann allerdings nicht mit mechanischer Übertragung auf die Schiffschraube sondern über Strom, den der Propeller erzeugt und der dann über einen Elektromotor die Schraube antreibt.

Eine praktische Anwendung gibt es schon: Der Aeolus kommt als kleines, funktionsfähiges Spielzeugmodell zum Zusammenbauen auf den Markt.

Autor: Björn Platz (NDR)

Stand: 05.11.2013 16:57 Uhr