Windrad bauen — Wie können wir den Wind nutzen?

MINT-Bereich: Technik | Klassenstufe: 1–4 Dauer: ~50 Min | Gruppengröße: 2–4 Kinder BEP-Bezug: Lernende, forschende und entdeckungsfreudige Kinder; Kinder, die sich Werte und Normen erschließen | KC-Bezug: Technik — konstruieren und testen; BNE — erneuerbare Energien, Nachhaltigkeit

Lernziele

• Kinder können ein funktionsfähiges Windrad aus Recyclingmaterialien selbst bauen
• Kinder können beschreiben, wie Windenergie in Bewegung umgewandelt wird
• Kinder können ihre Konstruktion testen, mit anderen vergleichen und Verbesserungen benennen
• Kinder können den Zusammenhang zwischen Windkraft und erneuerbarer Energie in einfachen Worten erklären

Material

Variante A — PET-Flasche: - [ ] 1 leere PET-Flasche (0,5 l) pro Gruppe, gespült - [ ] Schere mit stabiler Spitze (Erwachsenenschere) - [ ] 1 langer Holzstab oder Trinkhalm als Achse - [ ] Klebeband

Variante B — Pappteller: - [ ] 1 Pappteller (ca. 23 cm Durchmesser) - [ ] Buntstifte oder Wasserfarben - [ ] Schere (Kinderschere reicht) - [ ] 1 langer Holzstab oder Bleistift als Achse - [ ] Klebeband oder Stecknadel (Stecknadel nur unter Aufsicht)

Für alle: - [ ] Föhn (als Windquelle, wenn kein Außenbereich verfügbar) - [ ] Forscherblatt mit Vergleichstabelle (Windrad-Design / dreht sich bei leichtem Wind? / bei starkem Wind?)

Durchführung

Ingenieurszyklus

1. Frage stellen (Problem verstehen) — Zeigt ein Bild oder Video einer Windkraftanlage. Fragt: "Wie nutzt so eine riesige Anlage den Wind?" Kinder antworten. Dann: "Kann man ein Windrad auch aus einer alten Plastikflasche bauen, die man sonst weggeworfen hätte?" Zeigt das Recycling-Material. Fragt: "Was muss ein gutes Windrad können?" (Kinder: drehen, Kraft übertragen, auch bei wenig Wind). Einigt euch auf den Test: "Es soll sich drehen, wenn wir pusten."

2. Vermutungen sammeln (Ideen entwickeln) — Kinder diskutieren: "Wie muss das Windrad geformt sein, damit es sich dreht?" (Flügel müssen schräg stehen — nicht flach). Kinder skizzieren ihre Windrad-Idee auf dem Forscherblatt. Fragt: "Wie viele Flügel braucht es? Groß oder klein? Schmal oder breit?"

3. Ausprobieren (Bauen und Testen)

Variante A — PET-Flasche (Erwachsenenschere für das Einschneiden nötig): - Fachkraft schneidet die Flasche vor: 4–6 senkrechte Schlitze vom offenen Flaschenhals bis ca. 3/4 der Flaschenhöhe (die Streifen bleiben unten verbunden) - Kinder biegen die Streifen leicht auf (alle in die gleiche Richtung — das ist entscheidend!) - Holzstab durch den Flaschenboden stecken und fixieren → fertig

Variante B — Pappteller: - Kinder malen den Teller an (Spaßfaktor, keine Funktion) - Fachkraft oder Klasse 3–4: Teller an 4 Punkten leicht einschneiden (je ein Schnitt von außen nach innen, bis ca. 1/3 des Radius) - Jede zweite Hälfte eines Dreiecks leicht nach vorne falten → Schaufelform - Stecknadel oder Stab durch die Mitte

Testen und Verbessern: - Kinder testen: Hält man das Windrad in den Wind (draußen) oder pustet (drinnen)? - Dreht es sich? Schnell oder langsam? - Kinder variieren: Mehr Flügel? Weniger? Stärker gebogen? Größerer Neigungswinkel?

1. Beobachten — Kinder achten auf: "Dreht sich mein Windrad bei einem leichten Pust? Oder nur bei kräftigem Föhn?" "In welche Richtung dreht es sich?" "Was passiert, wenn ich einen Flügel anders biege?" Kinder vergleichen verschiedene Windräder in der Gruppe.

2. Dokumentieren — Kinder zeichnen ihr Windrad (von vorne und von der Seite) und füllen die Tabelle aus:

Kinder notieren: "Das beste Design war … weil …"

1. Reflektieren (Verbessern und Nachdenken) — Abschlussrunde: "Echte Windräder haben meist 3 Flügel — warum nicht 20?" (Mehr Flügel = mehr Gewicht + mehr Luftwiderstand gegen die Drehrichtung). "Wann lohnt sich ein Windrad?" (Wo es viel Wind gibt). "Woher kommt der Wind eigentlich?" (Temperaturunterschiede in der Luft → unterschiedlicher Luftdruck → Ausgleichsbewegung). BNE-Bezug: "Warum bauen Menschen immer mehr Windräder?" (Keine Abgase, kein Brennstoff nötig, Sonne und Wind erschöpfen sich nicht). Kinder können BNE-Aspekt weiter besprechen: Was haben wir aus dem Abfall gemacht? (Upcycling).

Differenzierung

• Klasse 1–2: Pappteller-Variante bevorzugen (einfacher, sicherer). Kein systematisches Testen — einfach bauen und testen, ob es sich dreht. Schwerpunkt: Staunen und Freude am Bauen. BNE-Bezug über kurzes Gespräch: "Dieses Windrad haben wir aus einer alten Flasche gemacht, die wir sonst weggeworfen hätten."
• Klasse 3–4: PET-Flaschen-Variante; systematischer Vergleich verschiedener Flügelzahlen (3, 4, 6 Flügel) oder Biegungswinkel. Protokoll mit Vergleichstabelle. Erweiterung: Windrad mit einem leichten Gegenstand verbinden (Papierstreifen, der hochgezogen wird) → mechanische Arbeit. Verbindung zu realer Windkraftanlage: Wie wird die Drehbewegung in Strom umgewandelt? (Generator — vereinfacht erklären: Magnet dreht sich in Spule → Strom entsteht).

Hintergrundwissen (für Fachkräfte)

Ein Windrad (technisch: Windrotor) wandelt kinetische Energie der Luft in Rotationsenergie um. Die Flügel moderner Windkraftanlagen sind wie Flugzeugflügel geformt (Tragflächenprofil): Die Oberseite ist gewölbt, die Unterseite flach — dadurch entsteht ein Druckunterschied (Bernoulli-Effekt), der den Flügel "anzieht" und in Rotation versetzt. Für einfache Schul-Windräder reicht die einfachere Erklärung: Schräg gestellte Flächen "fangen" den Wind und werden schiefgestellt — wie ein Boot vor dem Wind. Die optimale Flügelzahl liegt bei modernen Windkraftanlagen bei 3: Weniger Gewicht, weniger Luftwiderstand gegenüber der Drehrichtung und gute Ausbalan cierung. Mehr Flügel erhöhen das Anlaufdrehmoment (gut bei wenig Wind), verringern aber die Maximalgeschwindigkeit. Windkraftanlagen lieferten 2024 in Deutschland ca. 35% des Stroms — damit sind sie die wichtigste einzelne Energiequelle. Der BNE-Bezug (Bildung für Nachhaltige Entwicklung) ist im BEP explizit verankert unter "Kinder, die sich Werte und Normen erschließen" und sollte nicht als Belehrung, sondern als Gesprächsanlass gestaltet werden.

Sicherheitshinweise

• PET-Flaschen-Variante: Das Einschneiden der Flasche nur durch Fachkraft oder Klasse 3–4 unter direkter Aufsicht — die Schnittkanten können scharf sein
• Stecknadeln (Variante B) nur unter direkter Aufsicht und nur für Klasse 3–4
• Föhn: Mindestabstand 30 cm, niemals auf Gesicht oder Haare richten; Kabel nicht über Wasser halten
• Windrad dreht sich: Finger weg von den Flügeln während der Drehung (Kinder ansagen)

Qualitätsprüfung

• [x] BEP-konform | [x] KC-Bezug | [x] Ingenieurszyklus (Forscherkreis-analog)
• [x] Alltagsmaterial / Recycling | [x] Sachlich korrekt | [x] Differenziert