11. September 2025

Fahrrad auf dem Wasser: Funktionsweise und Vielfalt

Die Nutzung von Wasser als Antriebsquelle hat eine lange Tradition. Von einfachen Wasserrädern bis zu modernen E-Bikes gibt es vielfältige Anwendungen.

Traditionelle Wasserräder

Aufbau und Funktion

Ein Wellrad besteht aus zwei oder mehr verschieden großen "Rädern", die durch eine Achse, die sogenannte Welle, fest miteinander verbunden sind. Grundsätzlich kannst du das Wellrad als zweiseitigen Hebel auffassen.

Die Länge des Hebelarms \(a\) einer angreifenden Kraft entspricht dabei gerade dem Radius \(r\) des Rades, an dem die Kraft angreift. Aufgrund der Konstruktion spielt es am Wellrad keine Rolle in welche Richtung genau eine Kraft \(F\) wirkt.

Die Wirkungslinie der Kraft hat von der Welle als Drehpunkt immer genau den Radius des Rades als Abstand, an dem die Kraft angreift.

Gleichgewichtsbedingung

Entsprechend lautet die Gleichgewichtsbedingung für ein Wellrad mit zwei angreifenden Kräften \[F_1\cdot r_1=F_2\cdot r_2\] wobei die Kräfte \(F_1\) und \(F_2\) für eine Drehung in entgegengesetzte Richtungen sorgen.

Wellräder wurden früher häufig eingesetzt, um Wasser aus Brunnen an die Oberfläche zu fördern oder schwere Lasten mit Kränen anzuheben.

Ein Wasserrad, oft auch Mühlrad genannt, ist eine Wasserkraftmaschine, die die Energie des Wassers nutzt, um Wassermühlen aller Art mit Antriebsenergie zu versorgen.

Historische Beispiele

Das Hauptgebäude des Jockeleshofs bei Hinterzarten im Südschwarzwald wurde 1704 errichtet. Eine mit Wasserkraft betriebene Säge und Mahlmühle vereinigt die beiden Arbeitssysteme in einem Gebäude. Sie wurden 1996 - 98 restauriert und funktionsfähig gemacht.

Die Anlage aus dem 18. Jahrhundert läuft mit alter Technik und oberschlächtigem Wasserrad. Das anfangs an anderem Ort stehende Mühlengebäude beim Jockeleshof wurde später in die Winterhalde umgesetzt und im 19.

Die Mühle arbeitete nicht durchgängig. Während der Stillstandszeiten musste im Stauweiher eine Wasserreserve angelegt werden, die für den Antrieb und die Leistungsabgabe des Wasserrads verlässlich zur Verfügung stand.

Leistung und Effizienz

Bei Mühlen liegen die typischen Wasserradleistungen zwischen 2 und 10 kW. Oberschlächtige Wasserräder laufen mit Umfangsgeschwindigkeiten bis etwa 1,5 m/s = 90 m/min. Bei guten Bedingungen erreichen oberschlächtige Wasserräder Wirkungsgrade von über 80 %.

Auch moderne Wasserturbinen arbeiten nicht viel besser. Weil im Freien laufende Wasserräder im Winter vereisen können, erhielten sie oft ein Radgehäuse oder wurden zumindest unter das Mühlendach gesetzt.

Die Mühle, hier zuerst errichtet, diente zum Schroten und Vermahlen von Getreide aus eigenem Anbau, wie Roggen, Dinkel und Gerste.

ln einer beim Mahlwerk befindlichen Stampfe wurde Hafer als Pferdefutter zur besseren Verdaulichkeit gequetscht. Im 19. Jahrhundert wurde die bestehende Mühle um die Säge erweitert. Das Wasserrad betrieb nun wahlweise den Sägengatter oder das Mahlwerk.

Die weitere Nutzung der Wasserkraft bestand aus einer Transmission und einem Drahtseiltrieb zum ca. 350 m entfernt liegenden Hof zum Antrieb landwirtschaftlicher Maschinen und Geräte. Diese Anlage wurde 1887 beim Bau der Höllentalbahn abgetragen.

Im frühen 20. Jahrhundert war in fast allen Mühlen eine Lichtmaschine für die Erzeugung von elektrischem Strom zu finden, die eine bescheidene Beleuchtung der Wohnräume und Stallungen des Hofes ermöglichte.

Bei den Tüftlern unter den Schwarzwälder Bauern fand man wassergetriebene Drehbänke, Bandsägen, Schleifsteine und andere im Eigenbau hergestellte Maschinen, die auch von einer Tätigkeit des Zuerwerbs neben der Landwirtschaft zeugen.

Moderne Hydrofoil Surfboards

Funktionsweise und Vorteile

Elektrische Surfboards, die das Surfen unabhängig von Wind und Wellen ermöglichen, sind mit Mast und Hydrofoil oder mit Finne erhältlich. Ein Abheben ist jedoch nicht möglich. Und eben dieses berauschende Gefühl beim Surfen über Wasser ist das wichtigste Argument für ein Hydrofoil Board.

Viele Surfer und Surferinnen vergleichen das Hydrofoiling mit dem Snowboarden auf Pulverschnee. Hydrofoil Boards verfügen anstelle einer Finne unter dem Body über einen 60 bis 80 Zentimeter langen Mast, an dessen unterem Ende sich die Fuselage mit Motor, Frontflügel und Heckflügel befindet.

So können Sie die Boards nur in mindestens 1,40 Meter tiefem Wasser fahren. Der Mast hat aber den Vorteil, dass Sie einfach über leichte Wellen surfen können.

Fahrertypen und Tempo

Das Foiling erfordert anfangs ein wenig Übung. Beim Abheben müssen Sie Ihr Gewicht sanft vom Vorderfuß auf den Hinterfuß verlagern, beim Landen das Gewicht vom Hinterfuß auf den Vorderfuß. Mit dem passenden Board (für Anfänger empfiehlt sich ein großes Board mit großem Flügel und kurzem Mast) lässt sich das Foiling jedoch an einem Tag erlernen.

Die Hydrofoil Geschwindigkeit ist abhängig vom Board, vom Fahrergewicht und natürlich vom Motor und Flügel. Elektro Hydrofoil Boards können mit 30 bis 55 km/h ähnlich hohe Geschwindigkeiten wie klassische E-Surfboards mit Finne und Jetmotor erreichen.

Sie haben jedoch mit 60 bis 120 Minuten bei gemischtem Tempo deutlich längere Laufzeiten. Das liegt am geringeren Strömungswiderstand: Sobald Sie „abheben“ und der Body keinen Wasserkontakt mehr hat, senkt sich der Energieverbrauch um bis zu siebzig Prozent.

Wasserstoff-Fahrräder

Technologie und Funktion

Das innovative Fahrrad soll, wie jedes andere E-Bike auch, grundsätzlich zur Trittunterstützung dienen. Im Hinblick auf die Erzeugung des Stroms sind die Unterschiede allerdings gewaltig: In dem fortschrittlichen E-Bike mit Brennstofftechnologie ist keine herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie, sondern eine spezielle Wasserstoffbatterie verbaut.

Die Speicherung erfolgt schließlich im Inneren des E-Bikes in einem Zwei-Liter-Gaszylinder. Bei Gebrauch des Antriebs wandelt die im Bike integrierte Brennstoffzelle den Wasserstoff mit Luft in den benötigten Strom und Wasserdampf um.

Auf diese Weise versorgt die innovative Wasserstoffbatterie den Motor also mit elektrischer Energie. Lediglich für den Weg zu einer geeigneten Wasserstofftankstelle ist das Rad zusätzlich mit einem herkömmlichen Akku ausgestattet, ansonsten wird dieser Akku nicht benötigt.

Entwicklung und Verfügbarkeit

Das Unternehmen Pragma Industries aus Frankreich ist erfahrener Hersteller von Brennstoffzellen und der erste Anbieter von Wasserstoff-E-Bikes. Schon früh erkannten sie das Potenzial von kompakten Brennstoffzellen als Energielieferanten. Im Jahr 2017 hat das Forschungsteam von der französischen Firma dann den ersten Prototypen „H2-Bike Alpha“ veröffentlicht.

Verbaut ist hierbei ein 250 Watt 36 V Brose Antrieb, der eine Geschwindigkeit von maximal 25 km/h ermöglicht. Das Modell ist ausdrücklich als Flottenfahrzeug gedacht und soll langfristig den Nutzern über Verleihstationen, Lieferdienste oder öffentliche Einrichtungen zur Verfügung stehen.

Mehrere Städte in Frankreich haben bereits die zweirädrigen Weltneuheiten für den öffentlichen Gebrauch vorbestellt. Der Herstellers Pragma Industries soll das Wasserstoff-Fahrrad im Jahr dann tatsächlich auf dem Markt gebracht haben.

Vor- und Nachteile

Das Wasserstoff-Bike überzeugt vor allem durch seine schnelleren Ladezeiten und die höhere Reichweite. Während herkömmliche Batterien bis zu elf Stunden an einer Steckdose laden müssen und bei voller Leistung eine maximale Reichweite von 50 Kilometern haben, lassen sich die Wasserstofftanks innerhalb von ein bis zwei Minuten auffüllen und sind insgesamt 100 und mehr Kilometer fahrtüchtig.

Und auch von der Benutzerfreundlichkeit sind Tester begeistert: Die Bedienung des Bikes erfolgt intuitiv und besitzt nur minimale Unterschiede zu herkömmlichen Pedelecs.

Nachteilig ist hingegen, dass sich das Wasserstoffgas für die Fahrräder nur über feste Ladesäulen nachfüllen lässt. Bisher gibt es auch noch keine Alternative, um ohne Infrastruktur auszukommen, sodass die Wasserstoff-Bikes vorerst weniger für die breite Masse und nur als Flottenfahrzeuge geeignet sind.

Herkömmliche, batteriebetriebene Fahrräder haben den Vorteil, dass jede Steckdose als Tankstelle dienen kann. Da die meisten Verbraucher Interesse an einem Pedelec in Privatbesitz haben, ist es also fraglich, ob die Fahrräder mit Brennstofftechnologie überhaupt wettbewerbsfähig sind.

Staudämme und Energiegewinnung

Durch Stäudämme wird auf der ganzen Welt ziemlich klimafreundlich Energie gewonnen. Es werden Flüsse abgebremst und mit der Kraft des Wassers Strom erzeugt. Stark vereinfacht, funktioniert das mit einem Staudamm in etwa so: Ein Fluss wird durch eine hohe Staumauer unterbrochen.

Eine riesige Menge Wasser sammelt sich so in einem Stausee an. In der Staumauer ist eine schmale Röhre. Das viele Wasser im Stausee drückt das Wasser total stark in die Röhre. Dadurch fließt das Wasser dort mit einer hohen Geschwindigkeit und viel Kraft.

Das Wasser fließt vom Stausee durch eine Röhre im Staudamm zu einer Turbine. Die erzeugt aus der Wasserkraft Strom. Das Wasser trifft auf Turbinen, eine Art Propeller, die vom Wasser in Bewegung gesetzt werden.

Die Turbinen sind an Generatoren angeschlossen, die aus der Drehbewegung der Turbinen Strom erzeugen - ähnlich wie beim Dynamo an einem Fahrrad. Und je schneller das Wasser auf die Turbine trifft, desto mehr Strom kann erzeugt werden.

Nachteile von Staudämmen

Solche Dämme und Stauseen sind große Eingriffe in die Natur und richten dort auch einige Schäden an. Mit dem Bau von Staudämmen werden Flüsse, also der Lebensraum von vielen Tieren und Pflanzen, für immer verändert.

Ein Beispiel: Fische, die versuchen den Staudamm zu durchqueren, verletzen sich dabei häufig oder werden sogar getötet. Zwar gibt es an einigen Staudämmen sogenannte Fischtreppen, damit die Tiere von einer Seite auf die andere kommen - das schaffen aber nicht alle.

So haben Staudämme mit dafür gesorgt, dass es weltweit weniger Fische gibt. Manchmal müssen sogar Menschen umziehen, weil ihre Dörfer dort liegen, wo der Stausee entstehen soll. Ihre Dörfer werden also überflutet.