Unsere KICK-Preisträger*innen (1/3)

Auch im Jahr 2020 hatten die Stadtwerke Münster zur Teilnahme am alljährlichen KICK-Wettbewerb aufgerufen. KICK ist eine Initiative der Stadtwerke, die im Jahr 2009 ins Leben gerufen wurde und neue, fortschrittliche, ideenreiche und zukunftsweisende Projekte auszeichnen soll, für die sich Schüler*innen und Lehrer*innen freiwillig über den normalen Lernstoff hinaus einsetzen. Da die große KICK-Preisverleihung in diesem Jahr aufgrund der Covid-19-Pandemie nicht stattfinden konnte, möchten wir als Schule unsere Preisträger*innen ehren, indem wir ihre Projekte an dieser Stelle präsentieren.

Rowing Energy

Projektteilnehmer*innen: Johanna Dumstorf, Cara Jaeckel, Aaron Schönefeld (17 Jahre, Q2)

Projektbetreuer: Michael Deittert, Daniel Spieker

Projektbeschreibung:
Sportgeräte wie Ergometer sind in nahezu jedem Fitnessstudio zu finden und auch in Privathaushalten beliebt. Ein 25-jähriger Athlet, der 80 Kilogramm wiegt, kann pro Stunde seine Leistung bei 220 – 230 Watt halten. Deshalb lohnt es sich, das Ergometer einmal genauer zu betrachten, in unserem Fall das Ruderergometer.

Durch die Kooperation unserer Schule mit dem Landesleistungsstützpunkt des Rudervereins Münster von 1882 e.V. erhielten wir die Möglichkeit, ein Ruderergometer zu nutzen, um die Möglichkeit einer Energiewandlung von mechanischer in elektrische Energie auszuloten. Bei dem verwendeten Ruderergometer handelt es sich um ein Standardmodell. Die beim Rudern übliche Ziehbewegung dient dazu, über einen Seilzug ein Schwungrad in Bewegung zu setzen.

Die Trägheit des Schwungrades und der Luftwiderstand, der am kranzförmigen Aufbau des Schwungrades entsteht, machen die Übung zu einem Kraftaufwand. Die Drehbewegung des Schwungrades wiederum lässt sich für den Antrieb eines Generators nutzen, nicht nur beim Ruderergometer, sondern auch bei anderen schwungradbasierten Systemen, wie z. B. bei Fahrrad- und Skilanglaufergometer. Die Energieerzeugung mithilfe eines Ruderergometers ist insofern klimafreundlich, als dass es keine zusätzlichen Emissionen verursacht.

Die Frage, mit der wir uns konkret beschäftigt haben, war, wie wir einen möglichst leistungsfähigen Generator selbst bauen können, sodass ein maximal großer Anteil der ohnehin vorhandenen Energie nutzbar wird. Unser Generator besteht einerseits aus neun Spulen, die außen neben dem Schwungrad angebracht sind. Diese werden an Gleichrichter angeschlossen und in Reihe geschaltet, sodass sich die Spannungen addieren. Andererseits gibt es acht Neodymmagneten, die mit einem 3D-Modell an dem Schwungrad ohne Windschaufelrad angebracht sind. Durch die elektromechanische Kopplung tritt für den Sportler, der rudert, auch ein Widerstand auf.

Drei Fragen an Johanna Dumstorf

Bei eurem Projekt „Rowing Energy“ geht es um körperliche Fitness, die quasi ganz nebenbei zur Energiegewinnung beiträgt. Oder vielmehr anders herum? Ach, egal. Seid ihr im Ruderclub aktiv, oder wie seid ihr darauf gekommen?

Wir sind zwar nicht im Ruderclub, aber machen alle drei gerne Sport. Es schien uns absurd, dass einige Sportgeräte – so auch das Ruderergometer – Energie in Form von Strom benötigen, obwohl der Sportler bei der Benutzung viel Energie hineinsteckt. Diese Energie beträgt bei Ruderergometern je nach Sportler um die 200 Watt und bleibt vollkommen ungenutzt. Gleichzeitig steigt aufgrund der zunehmenden Digitalisierung in unserem Alltag der Bedarf an elektrischer Energie, die nach Möglichkeit nicht mit fossilen Brennstoffen erzeugt werden soll. Das Ruderergometer soll in diesem Fall als Beispiel für alle Sportgeräte stehen.

Ihr seid bei der Entwicklung also ordentlich ins Schwitzen gekommen. Was genau musstet ihr tun, um die erruderte Energie nutzbar zu machen?

Bei einem Ruderergometer wird über einen Seilzug ein Schwungrad in Bewegung gesetzt, das durch seine Trägheit dem Rudernden als Widerstand dient. Ursprünglich wird das Schwungrad mittels einer Luftbremse abgebremst, sodass die Energie in Form bewegter Luft „verloren geht“. Daher haben wir die Luftbremse weggelassen und durch einen selbstgebauten Generator ersetzt. Dafür sind hauptsächlich zwei Bauteile nötig: Magnete und Kupferspulen. Diese müssen passend verkabelt werden.

Ist es also denkbar, dass wir bald unsere Kaffeemaschine mit selbst errudertem Strom betreiben können? Was ist dafür noch notwendig?

Das hängt wohl ein bisschen von der Kaffeemaschine ab. Während unseres Projektes haben wir es geschafft, eine Powerbank zu laden, auch wenn es etwas Zeit gedauert hat. Die Effizienz des Generators kann noch gesteigert werden, zum Beispiel durch eine größere Anzahl an Spulen. Damit wäre es eventuell sogar möglich, eine einfache Kaffeemaschine zu betreiben. Allerdings wäre das sehr teuer, und es stellt sich die Frage, ob ein gekaufter Generator dann nicht günstiger und effizienter ist. In diesem Fall müsste man sich wiederum überlegen, wie man diesen mit dem Ruderergometer koppelt.