Sanduhr

Detail aus Lorenzettis "Allegorie der Guten Regierung"

Eine Sanduhr (auch: Stundenglas) ist ein einfaches, etwa seit Anfang des 14. Jahrhunderts bekanntes Zeitmessgerät. Seine früheste Darstellung findet sich auf dem 1338 von Ambrogio Lorenzetti erschaffenen Fresko „Allegorie der Guten Regierung“ im Palazzo Pubblico (Siena).

Ausdrücklich erwähnt wird die Sanduhr 1379 in einem Inventarverzeichnis Karls V. von Frankreich. Allerdings verweisen bereits frühere Quellen des 14. Jahrhunderts auf sie als „gläserne Uhren“, die zur Zeitmessung gebräuchlich waren. Auch wenn ihr genauer Ursprung ungeklärt bleibt, ist gesichert, dass die Sanduhr etwa gleichzeitig mit der Räderuhr Verbreitung fand.

Aufbau einer Sanduhr

Der Sand-Uhrmacher (1698)

Die ältesten Sanduhren bestanden aus zwei einzelnen Glaskolben, die an ihrem Hals miteinander verbunden waren. Der Sand floss durch eine Lochblende aus Metall, Glas, Glimmer oder Holz von einem Kolben in den anderen. Diese Lochblenden nutzten sich aber durch den Gebrauch der Uhr langsam ab und wurden durch Abrieb geweitet. Dadurch rieselte der Sand schneller durch die Blende und die Laufdauer der Sanduhr verringerte sich. Ab 1750 konnten jedoch Sanduhren aus einem Stück gefertigt werden, bei denen an die Stelle der Lochblende eine haltbare Engführung zwischen den Glaskolben trat. Den Sand füllte man über eine kleine Öffnung im Glasboden ein, die dann z. B. mit Wachs oder mit einem Korken verschlossen wurde. Ab etwa 1800 konnten die Sanduhren durch nachträgliches Verschmelzen der Einfüllöffnung vollständig versiegelt werden.

Sand ist als Füllung für gewöhnlich ungeeignet. Es braucht eine feine Körnung, möglichst homogene Korngröße, möglichst kugelige Kornform und Abriebfestigkeit. Die einzelnen Partikel dürfen nicht verkleben und müssen unempfindlich gegenüber Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsschwankungen sein. Im Spätmittelalter wurden neben Marmorstaub und Zinn- oder Bleisand auch feingemahlene Eierschalen verwendet. Aus dem 13. Jahrhundert sind „Rezepte“ für die spezielle Zubereitung des „Sandes“ bekannt. Er wurde fein gesiebt, gewaschen und klassiert und nach Vorschrift abgekocht. Heute verwendet man zur Füllung sehr feine Glasperlen.

Der Glaskörper der Sanduhr ist sehr empfindlich gegenüber Stößen. Zum Schutz und damit man die Sanduhr aufstellen kann, wird er in eine Halterung montiert. Das Stundenglas auf einem Schiff wird so aufgehängt, dass Schiffsbewegung und -neigung es – und damit die Genauigkeit der Messung – so wenig wie möglich beeinträchtigt.

Funktionsweise

Das Funktionsprinzip der Sanduhr ähnelt den aus dem alten Ägypten bekannten Wasseruhren. Aus dem oberen Kolben rieselt der Sand durch eine offene und enge Verbindungsstelle der beiden Glaskolben langsam in den unteren Kolben. Anhand der durchgelaufenen Sandmenge können je nach Größe der Sanduhr Zeitabschnitte zwischen wenigen Sekunden bis hin zu mehreren Stunden gemessen werden.

Sand rieselt nur drucklos. Oberhalb der Engstelle lockert sich der Sand unter dem Einfluss der Schwerkraft, die untersten Körner beginnen frei nach unten zu fallen, lose folgen andere nach. Es bildet sich ein Hohlraum aus, der seitlich bis zur Glasoberfläche des trichterförmigen Zulaufs zur Engstellen reicht. Dieser Trichterwinkel muss deutlich steiler als der Schüttwinkel für die Partikel sein, damit diese dort nicht liegen bleiben können. Der Strom der vereinzelten Glasperlen läuft gegen die anfangs stehende Gasphase, die jedoch mit zunehmender Fortschritt des Rieselns durch das Schüttgut von unten nach oben gedrängt wird und so geringfügig nach oben zu strömen beginnt. Geschwindigkeitsbestimmend ist ebendieser rieselnde Fall kleiner runder Partikel durch das viskose Gas (trockene Luft), für eine bestimmte Korngrösse stellt sich aus dem Gleichgewicht von Schwerkraft und Strömungswiderstand am Partikel eine bestimmte Fallgeschwindigkeit ein. Zusätzlich stellt sich bei geeigneter Ausformung der Engstellen ein bestimmter Durchsatz als dynamischer Gleichgewichtszustand ein, denn zu viele Partikel zugleich erschweren das Durchfallen. Das beständige Strömen des "Sands" bewirkt auch dynamisch eine gewisse Druckerhöhung im unteren Gasvolumen. Wenn der Kornstrom zuletzt plötzlich endet, werden ein paar extra kleine Körnchen bisweilen sichtbar vom sich unten dann momentan entspannenden Gas ein paar Millimeter nach oben geblasen, bevor auch sie endgültig nach unten verschwinden.

Gängige Einsatzgebiete

Eine sogenannte Kanzeluhr von 1776 mit den Buchstaben „HGW“. Die an der Kanzel angebrachte Uhr diente dem Pfarrer zur Einhaltung der Predigtzeiten.

Seefahrt

Neben dem Chronometer war die Sanduhr ein wichtiges Instrument für die Zeitmessung bei der Seefahrt. Ein klassisches Maß sind die 30 Minuten der Glasenuhr der Seeleute. Vier Stunden (acht Glasen) war die übliche Dienstdauer einer Wache. Bei dem Wechsel einer halben Stunde wurde die Schiffsglocke einmal geschlagen, bei einer vollen Stunde zweimal (Doppelschlag). Vier Doppelschläge bedeuteten die Wachablösung.

Die Sanduhr fand zusätzlich Einsatz bei der Bestimmung der Geschwindigkeit von Schiffen, relativ zum Gewässer. Da bei der Zeitmessung zusätzlich ein Log ins Wasser geworfen wird, wird diese spezielle Sanduhr auch Logglas genannt.

Da sich Sanduhren im Laufe der Zeit durch Reibungseffekte zwischen Sand und Glas abnutzen, verändern sie auch in der Regel ihre ursprüngliche Dauer um einige Minuten. Aus diesem Grund wurden kleine Sanduhren auf Schiffen auch Läufer genannt.

Medizin und Gesundheit

Ärzte setzten früher Sanduhren mit einer Laufzeit von 15 Sekunden zum Messen des Pulses ein. Für Kinder gibt es Sanduhren, die die Zeit zum Zähneputzen vorgeben. In Saunen gibt es Saunasanduhren (15 Minuten mit 5-Minuten-Einteilung).

Kostenkontrolle

In den 1980er Jahren kamen Telefonsanduhren auf den Markt, um den Menschen ein Gefühl für die Länge des im Ortstarif eingeführten Minutentakts zu geben.

Die größten Sanduhren

Eine der größten Sanduhren steht in Mainz.

Für die Laufzeit einer Sanduhr ist nicht unbedingt ihre Größe ausschlaggebend. Beträgt ihre Laufzeit allerdings mehrere Tage oder Wochen, muss sie schon ziemlich groß sein. Zwei solche Riesen sind das Zeitrad in Budapest und die Sanduhr im Sandmuseum der japanischen Stadt Nima. Mit einer Höhe von acht und sechs Metern und einer Laufzeit von jeweils einem Jahr gehören sie weltweit zu den größten Zeitmessern. Ein weiterer Gigant stand im Juli 2008 im Rahmen eines Marketingevents auf dem Roten Platz in Moskau. Mit einer Höhe von 11,90 m und einem Gewicht von 40 Tonnen handelte es sich vermutlich um das größte Stundenglas der Welt. Im Gegensatz dazu misst die kleinste Sanduhr der Welt nur eine Höhe von 2,4 cm. Sie wurde 1992 in Hamburg angefertigt und benötigt für einen Durchlauf etwas weniger als 5 Sekunden.

Paradoxe Sanduhren

Paradoxe Sanduhr

Es gibt auch absurde oder paradoxe Sanduhren, bei denen, wie im Bild, nach dem Stürzen des Doppelkolbens eine spezifisch leichtere Flüssigkeit, die, weil optisch dunkel und opak eingefärbt, jedoch subjektiv "schwerer" wirkt, in einer wasserklar durchsichtigen leicht erscheinenden, jedoch in Bezug auf die Schwerkraft dichteren Flüssigkeit nach oben fließt. Die leichte Flüssigkeit kann auf Paraffinöl basieren, das sich mit der Wasserphase nicht mischt, der Strahl kann turbulent schwänzeln sein, je nach Konstruktion und Viskositätsverhältnissen auch tröpfelnd, der gleich große Gegenstrom des transparenten, schweren Wassers nach unten ist dagegen kaum wahrzunehmen.

Eine solche paradoxe Sanduhr kann prinzipiell auch mit luftgefüllte Glaskugeln als Schwimmkörper gefüllt sein. Bei allgemein größerer Transparenz sind die Kugeln, die wiederum teilweise mit gefärbte Wasser gefüllt sein können, durch ihre Wandreflexe gut sichtbar. Hier meint man, dass feste Körper eher sinken sollten und freut sich am Aufschwimmen Stück für Stück durch die Engstelle.

Ähnliche optische Effekte, die ebenfalls durch Auftrieb hervorgerufen werden, jedoch durch Wärmeausdehnung hervorgerufen werden, sind die Lavalampe mit thermisch angetriebener Konvektionsströmung und das Galileo-Thermometer mit einer Serie von Schwimmkörpern.

Die Sanduhr in der Bildenden Kunst und Literatur

In der Kunst erscheint die Sanduhr zuerst 1338 in einem Fresko-Gemälde von Ambrogio Lorenzetti im Rathaus zu Siena. Im 16. Jahrhundert wurde sie oft als Vanitas-Symbol dargestellt, als Sinnbild für Vergänglichkeit und Tod (Todessymbolik). Ein kunsthistorisch bedeutendes Beispiel sind die Totentanz-Holzschnitte (1538) von Holbein dem Jüngeren.

Ernst Jünger verfasste unter dem Titel Das Sanduhrbuch (1954) eine Monografie über die kunsthistorische und philosophische Bedeutung der Sanduhr als Symbol.

Die Sanduhr als Symbol der Vergänglichkeit

Sanduhr als Symbol der Vergänglichkeit, Altstadt Zürich

In künstlerischen Darstellungen und als dekorativer und funktioneller Gegenstand in Wohnräumen mahnt die Sanduhr daran, dass das Leben nur kurz ist und dass der Mensch seine wie der Sand verrinnende Zeit sinnvoll nutzen sollte. Sie ist in der Archetypenlehre im Sinne von Carl Gustav Jung ein archetypisches Symbol für die Vergänglichkeit alles Irdischen, in abendländischer Tradition auch Vanitas genannt.

Weblinks

Wiktionary: Sanduhr – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

 Commons: Sanduhren – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Sandphysik – Warum man mit Sand überhaupt Zeit messen kann
• Sanduhr
• Streifzug durch die Geschichte der Sanduhren
• Wie Sanduhren die Predigtlänge begrenzten, Beitrag bei Monumente Online