Thermodynamik an der Weihnachtspyramide


Weihnachtspyramide

Weihnachtspyramiden nutzen Luftauftrieb, um die Mechanik zu bewegen. Wir als Luftexperten erklären Ihnen dieses Weihnachtswunder



Inhalt:

Großpyramide in Leipzig

Thermodynamik erklärt an der Weihnachtspyramide aus dem Erzgebirge

Ihr Onlineshop creoven ist in der Nähe des Erzgebirges beheimatet. Die traditionsreiche Region hat sich mit Weihnachtsdekoration wie Schwibbogen und Nussknacker einen Namen gemacht. Besonders bekannt sind die kunstvollen Weihnachtspyramiden aus Holz. Sobald Kerzen am Gerüst entfacht werden, dreht sich das aufgesetzte Flügelrad an der Pyramidenspitze.

Auch in diesem regionalen Beitrag kommen Physik und Lüftungstechnik nicht zu kurz. Die Weihnachtspyramiden nutzen nämlich Luftauftrieb, um die Mechanik zu bewegen. Wir als Luftexperten erklären Ihnen dieses Weihnachtswunder :)

Zur Thermodynamik

Luft besteht zum Großteil aus Molekülen der Gase Stickstoff und Sauerstoff. Je wärmer das Gasgemisch wird, desto stärker bewegen sich die Luftmoleküle hin und her. Durch die Bewegung entstehen leere Zwischenräume, die Luft dehnt sich aus. Physikalisch bedeutet das, warme Luft hat eine geringere Dichte als kalte. Mit der Dichte geht das Gewicht einher. Erwärmte Atmosphäre wird leichter und steigt nach oben. Im geschlossenen beheizten Raum sammelt sie sich unter der hohen Decke. Je größer der Temperaturunterschied zwischen den Luftschichten, desto stärker ist die Wärmeströmung nach oben. Unten wird es Fußkalt und ungemütlich.

Die Wärmelehre (Thermodynamik) behandelt die thermische Energie. Der Luftauftrieb kann in mechanische Bewegung oder elektrische Energie umgewandelt werden.

Als Beispiel: Eine klassische Windmühle wird durch die Kraft des Windes in Gang gesetzt. Doch nicht alle Erfindungen können durch natürlichen Windhauch betrieben werden. Die Dampfmaschinen bauen daher auf der Thermik auf. Sie nutzen die Kraft der Wärmeströmung, um mechanische Elemente zu bewegen. Die Strömung wird auch genutzt, um giftigen Kaminrauch aus dem Raum zu leiten. Die natürliche Konvektion (Wärmeübertragung) wird auch als Kamineffekt bezeichnet. Warm befeuerte Luft drückt im Schornstein nach oben. Ein Luftzug entsteht, da Kaltluft von unten nachströmt. Der Dichteunterschied und die Höhe des Kamins sind ausschlaggebend für den Strömungsdruck (Differenzdruck Δp). Beim hohen Schornstein können sich Luftschichten stärker ausbilden, es kommt zu einem starken Sog. Wird der Abstand zur Wärmequelle im Schlot zu hoch, vermischt sich die aufsteigende Luft mit mittleren Luftschichten, ohne ihr Ziel zu erreichen.

Die Entdeckung der Wärmeströmung hat große Wärmekraftwerk mit Turbinen und kleine Wärmekraftmaschinen wie die dekorative erzgebirgische Weihnachtspyramide hervorgebracht.

Die Weihnachtspyramide aus dem Erzgebirge

Mit der drehenden Weihnachtspyramide aus Holz verbinden viele Deutsche Kindheitserinnerungen. Besonders bekannt sind die Peremetten aus der Region des Erzgebirges. Die ursprünglichen Bergleute und Bauern verlegten Ihre Einnahmequelle auf das Herstellen von Holzspielzeug, nachdem der Abbau von Erz nach 1650 zurückging. Als Erzgebirgische Volkskunst entstanden wunderschöne weihnachtliche Motive, die geschnitzt, gedrechselt und als Laubsägearbeit hergestellt wurden. Sich in der dunklen Jahreszeit ein Licht ins Haus zu holen war seit dem Mittelalter Brauch. Ab dem 18 Jhdt. sind Vorläufer der drehenden Weihnachtspyramide bekannt. Große Lichtergestelle wurden in Kirchen aufgestellt, Privatleute begnügten sich mit einfachen Leuchten. Im Jahr 1830 wurde der Brennstoff Paraffin entdeckt. Als günstiges Wachs löste es teurer Talg- und Ölkerzen ab und sorgte für Verbreitung der erzgebirgischen Volkskunst. Die für die hölzerne Weihnachtspyramide beliebte Schnitzereien zeigen neben der biblischen Weihnachtsgeschichte Szenen von Wald und Bergwelt, Engel, orientalische und gotische Formen. Weihnachtspyramiden können innen und außen aufgestellt werden. Die größte freistehende Pyramide in der sächsischen Johanngeorgenstadt misst über 25 Meter.

Aufbau: Die Grundplatte der Weihnachtspyramide wird Teller genannt. Mittig auf dem Boden wird ein Lager aus geschliffenem Glas, Keramik oder Stahl eingesetzt. Die Pyramidenwelle, traditionell ein runder Stab aus Holz, hat unten eine metallische Spitze. Das obere Ende ist ein flaches Metallstück. Die Welle wird mit der Spitze auf das Lager aufgesteckt. Sie trägt die einzelnen Etagen mit handgeschnitzten Figuren. Eine Weihnachtspyramide kann einstöckig oder mehrstöckig sein, im natürlichen Holzton oder farbig lasiert. Seitlich werden Kerzen in Tüllen gesteckt, für die Adventszeit vier Stück. Oben auf der Welle wird der Weihnachtspyramide das Flügelrad aufgesetzt. Es wird durch die aufsteigende Warmluft in Gang gesetzt. Je mehr Kerzen lodern, desto stärker wird die Luft erwärmt. Die „tanzenden“ Moleküle steigen nach oben und stoßen an die schräg eingestellten Holzflügel der Weihnachtspyramide. Durch Übertragung der Bewegungsenergie beginnt sich das Flügelrad schließlich zu drehen. Eine optimale Einstellung der Flügel begünstigt den Vorgang. Ein Anstellwinkel von 45° hat sich als ideal herausgestellt. An steileren Flügeln zieht die Luft nach oben vorbei. Bei flachen Flügeln wird die Bewegung zu schwer, das Rad würde eher nach oben gedrückt als seitlich bewegt.

Wem die traditionelle Form der Weihnachtspyramide zu gegenständlich ist, greift zum modernen Lichtergestell mit schlichten, geometrischen Linien. Mittlerweile gibt es auch handgearbeitete Ganzjahrespyramiden, bei denen das Flügelrad durch Magnete gehalten wird. Der Rundstab entfällt und es sind ganz neue Formen möglich. Auch elektrische Beleuchtung und Teelichtpyramiden finden Verbreitung.

Pflege, Reinigung

Weihnachtspyramiden aus dem Erzgebirge sind wertvolles Kunsthandwerk und sollten mit entsprechender Achtung gereinigt werden. Säubern Sie die Pyramide nach der Saison gründlich und entstauben Sie sie ggf. beim erneuten Aufstellen. Zerlegen Sie dazu die Pyramide vorsichtig in Einzelteile. Mit einem weichen Langhaarpinsel erreichen Sie alle Zwischenräume und entfernen Staub und Ablagerungen. Verwenden Sie auf Holzkunst kein Wasser oder Spülmittel. Wachstropfen können Sie erkalten lassen und abbrechen. Das Abschaben mit einem Messer schädigt u.U. die Oberfläche.

Hölzerne Kerzenhalter, Kommode und Tischdecke können mit einem Blecheinsatz vor Wachsflecken geschützt werden. Kerzentüllen aus Blech und Tropfschalen sollten Sie gelegentlich auswechseln, wenn sich altes Wachs nicht entfernen lässt. Damit ist ein ebener Standboden für die Kerze gesichert. Prüfen Sie neu eingesetzte Kerzen leicht mit dem Finger, ob sie fest und grade stehen. Wenn sie wackeln, werden Sie unten mit einem Wachstropfen befestigt. Geeignete Pyramidenkerzen haben meist eine geringere Höhe und werden direkt vom Hersteller empfohlen. Es sollten keine zusätzlichen Dochte angebracht werden! Auch bunte Kerzen sind mit Vorsicht zu genießen: Rotes Wachs ist schön, doch es hinterlässt farbige Flecken, die sich nicht mehr vom Holz entfernen lassen.

Löschen Sie die Kerze, bevor sie in ihrer Hülse heruntergebrannt ist. Falls möglich nehmen Sie die abgebrannten Kerzen mit Tülle aus der Pyramide. Dies erleichtert Ihnen später das Auswechseln und beugt Unfällen mit zerbrechlichen Figuren vor. Schützen Sie den Mittelstab indem Sie die Pyramide stets aufrecht transportieren. Nach der Saison entnehmen Sie das Glaslager und alle Einzelteile zum Reinigen. Der Lagerraum muss vor Frost und Feuchtigkeit geschützt sein, sonst verzieht sich das Holz. Verkohltes oder verzogenes Holz können Sie meist bei der Manufaktur ersetzen lassen.

Die Weihnachtspyramide dreht nicht

Weihnachtspyramiden aus dem Erzgebirge

Staub und Ablagerungen an Nadel oder Lager verändern die Position des Stabes (Pyramidenwelle). Wenn die Weihnachtspyramide taumelt oder ein Schleifgeräusch hörbar ist, sitzt der Stab nicht mittig. Reinigen Sie die Metallspitze und das Lager. Das Laufrad dreht am besten, wenn der Reibungswiederstand minimal ist. Erhöhte Reibung bremst die Welle aus. Prüfen Sie, ob das Lager und Flügelrad einen Tropfen Öl benötigen. Bewährt haben sich z.B. Silikonspray, Nähmaschinen- und Waffenöl. Unter Kennern wird auch das Kriechöl WD-40 empfohlen. Verwenden Sie Öle sparsam, da sie Staub binden. Die regelmäßige Säuberung des Lagers und das gelegentliche einfetten bringen gute Ergebnisse.

Reibungswiderstand kann auch durch verzogenes Holz oder Vertiefungen im Pyramidenlager entstehen. Beschädigte Lager und Spitzen lassen sich preiswert ersetzen. Das Flügelrad sollte sich mit der Hand oder durch Anpusten leicht und geräuschfrei drehen lassen. Stößt es irgendwo an? Sind die Flügel optimal eingestellt, auf ca. 45°? Und das Flügelrad korrekt auf die Spitze aufgesetzt? Der Lauf des Flügelrades kann beschleunigt werden, wenn die Flügel möglichst aus leichtem Material gefertigt sind. Dünnes Metall eignet sich gut, ist aber optisch Geschmackssache. Flügel mit leichter Verdrehung bieten der Luft an Außenkanten und Nabe eine gute Trägerfläche.

Neben voll funktionsfähigen Bauteilen ist der Standort und die Umgebungstemperatur zu beachten.
Bedingung zum Lauf der Weihnachtspyramiden sind Luftschichten mit Temperaturunterschied.
Bei Einheitstemperatur funktioniert die Wärmeströmung nicht. Eine Weihnachtspyramide nah der Zimmerdecke ist in der Thermik behindert. Stellen Sie sie in den unteren Wohnbereich. Länge der Kerzen und Abstand zum Flügelrad sind ebenfalls Faktoren zum Lauf der Pyramide. Zu lange Kerzen verkohlen das Flügelrad ohne das Bewegung (Aufstiegsgeschwindigkeit) stattfindet. Halten Sie sich an die Empfehlung des Herstellers. Meist sind Pyramidenkerzen eher kurz.

Sicherheit, Brandschutz

Immer wieder kommt es in der Vorweihnachtszeit zu Wohnungsbränden. Denken Sie daran, dass die traditionelle Weihnachtspyramide als Holzkunst leicht brennbar ist. Lassen Sie offene Flammen niemals unbeaufsichtigt. Dekorieren Sie auch keine brennbaren Materialien, z.B. trockene Äste oder Strohsterne und Engel in der Nähe der Flammen. Stellen Sie die Pyramide stets waagerecht auf eine feuerfeste Unterlage. Die Tischdecke können Sie z.B. mit einer Glasplatte abdecken, das schütz auch vor Wachstropfen. Die Drehung nicht zusätzlich anheizen, Weihnachtspyramide nicht vor einem Heizlüfter oder auf Heizung abstellen.

Prüfen Sie, ob alle Kerzen und Figuren festsitzen. Lockere Figuren können umfallen oder die Pyramidenwelle blockieren. Bei klemmender oder stehender Pyramidenachse kann es leicht zu Verkohlung der Flügel und Brand kommen. Vermeiden Sie während der Brenndauer auch Luftzug durch geöffnete Fenster. Teelichter können in Ihrer Vertiefung nicht umkippen und haben einen recht hohen Abstand zum Flügelrad. Vorsicht auch bei wehenden Gardienen, Kleinkindern oder Tiere in die Nähe. Weihnachtspyramide am sicheren Ort aufstellen, aber nicht zu hoch an der Decke (ohne Temperaturunterschied keine Drehung).

Achtung vor Verbrennungen beim Anzünden und Auspusten der Flammen. Wir würden dies hier nicht schreiben, wenn es nicht im eigenen Haus schon passiert wäre. Herr X kam nach der Rasur aus dem Bad und sah die qualmende Pyramide, während die Familie in den Fernsehfilm vertieft war. Um die Tapete vor Wachsflecken zu schonen, hielt er seine Hand hinter die Flamme und pustete. Merke: nicht mit Flammen hantieren, wenn noch Rasierwasser an der Hand klebt. Die sichere Lösung sind elektrische (LED) Kerzen. Das Laufrad kann über einen kleinen PC-Lüfter bewegt werden.

Deckenventilator und warme Luft

Von Heizung, Ofen oder Kamin erwärmte Luft steigt nach oben an die Zimmerdecke. Dort erfüllt sie keinen Zweck, denn die Menschen sitzen unten, am Tannenbaum. Damit die Warmluft zum Bodenbereich geführt wird, schalten Sie den Deckenventilator in den Wintermodus. Dies ist bei Raumhöhe bis 2,80 m der Rückwärtslauf. Die Funktion kann über einen Schiebeschalter am Gehäuse oder per Fernbedienung eingestellt werden. Kaltluft wird dabei nach oben gesogen und drängt die warme Luft nach unten, ein Temperaturausgleich findet statt. Bei Räumen über 2,80 m Höhe betreiben Sie den Deckenventilator in langsamer Laufstufe vorwärts. Die Rotation erfasst die warme Luft und drückt sie nach unten. Dadurch vermischen sich die Luftschichten ebenfalls, die Temperatur gleicht sich einheitlich an.

Das nächste Mal bei „Bodenfrost“ wissen Sie Bescheid: statt nachzuheizen - Deckenventilator an. Pro Grad Celsius, dass die Heizung weniger leistet, sparen Sie rund 6% der Energiekosten ein. Das macht die Betriebskosten für den Deckenventilator bei weitem wett. Besonders die Modelle mit Gleichstrommotor verbrauchen nur wenige Watt. Der Deckenventilator Bayu mit dreifarbiger dimmbarer LED Beleuchtung sorgt für stimmungsvolles Weihnachtslicht und rotiert bei maximal 27 Watt Stromaufnahme. Übrigens achten Markenhersteller von Ventilatoren, genau wie erzgebirgische Traditionsunternehmen darauf, dass die Flügel für optimalen Schwung ausbalanciert sind.

Wer noch keinen Deckenventilatoren sein Eigen nennt, hat jetzt die Gelegenheit ihn auf den Wunschzettel zu schreiben. Oder Sie gewinnen ein Exemplar bei Ottos Adventskalender.
Otto Ellmauer sammelt jedes Jahr auf eigene Faust für die Kinderkrebsstation „Regenbogen“ der Uni-Klinik Würzburg. Diese vorbildliche Aktion unterstützen wir mit einem gespendeten Deckenventilator.

Wir wünschen Ihnen und Ihren Lieben eine schöne Vorweihnachtszeit!
Ihr creoven-Team

Quellen:
https://www.tu-chemnitz.de/advent/2013/4/
https://www.vdi.de/fileadmin/vdi_de/redakteur_dateien/bildung_dateien/Forschen_und_Entwickeln_-_UE4_-_Die_Kraft_der_Waerme.pdf
http://www.laubsaegevorlagen.info/blog/weihnachtspyramide-dreht-sich-nicht-anleitung-1/



Bilder:
pixabay.com



.

Kostenloser Versand


  • *Wir liefern innerhalb Deutschlands ab einen Warenwert von 29,- Euro versandkostenfrei! Darunter bezahlen Sie nur 5,90 Euro.

  • Versandkosten
  • Sendungsverfolgung

© Copyright 2018 Creoven. Alle Rechte vorbehalten.    SmilingShops®

Nach oben