Die Erfinder von Wattwil: Kantischüler stehen im Finale von «Schweizer Jugend forscht»

Zwei Projekte der Kantonsschule Wattwil sind im Finale von «Schweizer Jugend forscht»: Ein Segway und ein Senkrechtstarter.

Dinah Hauser
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Timon Meyer und Louis Sikkema (von links) präsentieren ihr Fluggerät. Timon Meyer (rechts) hat selbst einen Segway gebaut. Die Betreuer Simon Schälli und Emil Müller (hinten) sind stolz.

Timon Meyer und Louis Sikkema (von links) präsentieren ihr Fluggerät. Timon Meyer (rechts) hat selbst einen Segway gebaut. Die Betreuer Simon Schälli und Emil Müller (hinten) sind stolz.

Bild: Dinah Hauser

Ob das Fluggerät je funktionieren wird, das wussten die beiden Jugendlichen nicht. Dennoch wagten Louis Sikkema und Timon Meyer im Rahmen der Maturaarbeit an der Kantonsschule Wattwil einen Senkrechtstarter zu bauen. Sie haben sich für eine Propellermaschine entschieden, deren Flügel sich mitsamt den Propellern drehen lassen.

Was ist ein Senkrechtstarter?

Als Senkrechtstarter werden Flugzeuge mit starren Flügeln bezeichnet, die senkrecht starten und landen können. Streng genommen, gehören auch Helikopter in diese Kategorie. Die Drehflügler werden in der Regel aber ausgeklammert.

Die Idee von senkrecht startenden Flugzeugen stammt aus der Zwischenkriegszeit. So richtig Fahrt nahm die Entwicklung zu Beginn des Kalten Krieges auf wegen der erhöhten Bedrohung von Flugplätzen im Kriegsfall. Jedoch gibt es heute nur sehr wenige Senkrechtstarter, die in Betrieb sind. Die Kosten zur Herstellung sind sehr hoch und die Treibstoffversorgung komplex.

Es gibt verschiedene technische Lösungen für den Aufbau eines Senkrechtstarters: Die britische «Hawker Siddeley Harrier» ist ein Düsenflugzeug, während die amerikanische «Bell-Boeing V-22» mit zwei Kipprotoren ausgestattet ist. Beide Flugzeuge werden für militärische Zwecke eingesetzt. (dh)

Die Flügelklappen zur Steuerung dienen beim Start der Stabilisation. In dieser Form ist es ein einzigartiges Konzept, denn bei den wenigen im Einsatz stehenden Senkrechtstartern sind entweder drei Triebwerke nötig oder verstellbare Rotoren.

Mehr Leistung, mehr Gewicht

Die Schubkraft der Motoren und das Gewicht des Flugzeugs mussten die Maturanden aufeinander abstimmen. «Grössere Motoren haben zwar mehr Leistung, sind allerdings auch schwerer. Nimmt man hingegen zu kleine Motoren, dann laufen sie immer auf höchster Leistung und gehen schnell kaputt.» Erst Prototyp Nummer vier war flugfähig und Nummer fünf erhält derzeit eine Überarbeitung.

Derzeit ist die Erfindung allerdings nicht flugbereit; die Schüler nehmen letzte Anpassungen vor. Bis zum 22.März haben sie Zeit, die überarbeitete Version bei «Schweizer Jugend forscht» einzureichen. Ihr Projekt gehört zu den Finalisten.

Zwei Räder, eine Achse, viel Balance

So sieht der Segway Marke Eigenbau aus.

So sieht der Segway Marke Eigenbau aus.

Bild: PD

Auch im Finale ist Timon Mettler. Der Maturand wollte etwas machen, «woran ich Spass und nachher ein Produkt zum behalten habe». So entschied er sich für den Bau eines Segways. Das Gefährt, dessen beiden Räder auf einer Achse liegen, kann eine stehende Person befördern und hält sich selbst in Balance.

Bei handelsüblichen Segways sind die Getriebe in den Rädern. «Das ist zum Bauen sehr komplex und teuer», sagt Timon Mettler. Deswegen hat er sich eine Alternative überlegt: Antrieb und Räder mit Riemen verbinden. Die nötigen Bauteile bestellte er sich über das Internet, um das Werkzeug musste er sich nicht kümmern; seine Eltern betreiben ein Elektrotechnikunternehmen.

«Dass wir eine grosse Werkstatt haben, war sehr hilfreich.»

99 Prozent der Arbeiten konnte er zu Hause ausführen. Es mussten aber spezielle Löcher gebohrt werden. «Einen Betrieb zu finden, der die richtige Maschine dafür hat, war nicht ganz einfach.»

Seit zehn Jahren Modellflugzeugbauer

Louis Sikkema vom Team Senkrechtstarter pflichtet dem bei: «Das richtige Werkzeug zu Hause zu haben, hat vieles einfacher gemacht.» Er selbst baut seit zehn Jahren flugfähige Modellflugzeuge und bringt entsprechende Kenntnisse mit. Für Timon Meyer hingegen war diese Welt völlig neu. Er kennt sich jedoch mit Computern aus und programmiert gerne.

Die Arbeitsteilung war gegeben: Einer baut, der andere schreibt die Steuerungs- und Stabilisationssoftware. «Das war dann der Moment, als ich auf Doktorarbeiten zurückgreifen musste», sagt Timon Meyer. «Die Schwierigkeit bestand unter anderem darin, die Daten der Sensoren auszulesen, sie richtig zu verarbeiten und dann die Motoren anzusteuern.»

Ein Sicherheitsprogramm für den Notfall

Zusätzlich spielt die Sicherheit eine wichtige Rolle. Was, wenn das Gerät unkontrolliert abstürzt und jemanden trifft? «Ich habe Timon schon von Anfang an ein wenig genervt, er solle doch endlich das Sicherheitsprogramm schreiben», sagt Louis Sikkema und schmunzelt. Zu jenem Zeitpunkt war dieser noch damit beschäftigt, die Bauteile kennen zu lernen. Bald darauf war das Programm aber fertig; das Flugzeug schaltet sich im Notfall ab und fällt zu Boden.

Das Programmieren beschäftige auch den Segwaybastler: «Eigentlich wollte ich schon immer Programmieren lernen, hatte bisher aber nicht die richtige Motivation oder ein Projekt», sagt Timon Mettler. Ein weiterer Grund, wieso er sich für den Bau eines Segways entschieden hatte. Dieser fährt auch einwandfrei – «nur nicht ganz so stabil, wie man es sich von anderen Geräten gewöhnt ist», sagt der Maturand.

Noch ein Akku

Für das Finale von «Schweizer Jugend forscht» hat Mettler die Aufgabe bekommen, die Stabilität zu verbessern. Er will es nun mit grösseren Rädern versuchen und den Programmcode anpassen. «Einen Akku will ich auch noch einbauen», sagt er und löst damit Gelächter in der Runde aus. Noch einen Akku? Er gibt zu:

«Der Segway ist ein bisschen übermotorisiert.»

Alle drei denken bereits an ihre Zukunft nach der Matur. Timon Mettler will erst den Militärdienst hinter sich bringen. Er spielt mit dem Gedanken, danach Maschinenbau zu studieren. Louis Sikkema hat sich bereits auf dieses Studium festgelegt. Für Timon Meyer steht nach den Sommerferien ein Praktikum als Softwareingenieur an. Danach gedenkt er, Informatik zu studieren.

Auch die Betreuer freuen sich

Die Betreuer sind stolz auf das Geleistete der Maturanden. Die Jungs hätten selbstständig gearbeitet. «Meist kamen sie schon mit Lösungsvorschlägen», sagt Simon Schälli.

«Fachlich haben sie wenig Hilfestellung benötigt.»

Der Physik- und Mathematiklehrer betreut die Projekte; im Fall des Senkrechtstarters teilt er die Betreuung mit Emil Müller, Mathematik- und Physiklehrer. Auch die Betreuer wussten anfangs nicht, ob die Projekte gelingen werden. Sie hatten allerdings einen guten Riecher und legten den Maturanden nahe, sich bei «Schweizer Jugend forscht» zu bewerben.

Jugendliche sind nicht faul

Als die Lehrpersonen der Kantonsschule von den Projekten erfahren haben, seien sie sofort dabei gewesen. Müller sagt:

«Ab und an kommt der innere Bub zum Vorschein.»

Auch er baute früher Modellflugzeuge, «aber längst nicht auf diesem Niveau». Den Vorwurf, Jugendliche seien faul und desinteressiert, lässt er nicht gelten: «Wenn es darauf ankommt, dann sind sie voll im Saft und bereit etwas zu tun.»

Das zeigt sich auch im Zeitaufwand: Im Senkrechtstarter stecken über 600 und im Segway über 200 Arbeitsstunden – ohne die Überarbeitung für den Wettbewerb.

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