Sanduhr

Eine Sanduhr misst eine festgelegte Zeitspanne: Trockener Sand rinnt durch einen engen Hals von einem Glaskolben in den anderen, und zwar in einem Tempo, das Hals und Körnung bestimmen. Die älteste bekannte Abbildung findet sich in Ambrogio Lorenzettis Fresko der Guten Regierung in Siena, gemalt 1338–1339.

Was es ist

Manche Gestelle hielten mehrere Gläser verschiedener Laufzeit nebeneinander.

Eine Sanduhr besteht aus zwei Glaskolben, die an einem engen Hals zusammentreffen und in einem Gestell stehen. Aufrecht gestellt, lässt sie den Sand aus dem oberen Kolben in den unteren rinnen, und die Zeitspanne ist abgelaufen, wenn der obere Kolben leer ist. Dreht man das Gestell um, beginnt dieselbe Spanne von Neuem. Man baute Sanduhren für eine Viertelstunde, eine halbe Stunde, eine Stunde oder andere Dauern, und manche Gestelle hielten mehrere Gläser verschiedener Laufzeit nebeneinander.

Das Gestell hat an jedem Ende einen flachen Boden, sodass die Uhr in beiden Lagen steht, und Stützen, die die Kolben schützen, ohne den Sand zu verdecken. Eine Sanduhr zeigt nicht die Tageszeit an. Sie misst, wie lange etwas dauert: eine Predigt, eine Vorlesung, eine Garzeit oder eine Wache an Bord eines Schiffes.

Wie es funktioniert

Der Hals gibt das Tempo vor: Die Körner passieren ihn wenige auf einmal und häufen sich darunter zu einem Kegel.

Sand rinnt nicht wie Wasser. Bei einer Wasseruhr wird der Strahl schwächer, je leerer das Gefäß ist, weil der Druck an der Öffnung von der Höhe des Wassers darüber abhängt. Bei einer Sanduhr bleibt der Fluss vom Anfang bis zum Ende fast gleichmäßig. Er hängt von der Weite des Halses und der Größe der Körner ab und kaum davon, wie viel Sand noch darüber liegt. Über den genauen Grund streiten die Physiker noch, doch die Reibung der Körner untereinander und am Glas spielt eine große Rolle.

Ein weiter Hals leert das Glas schnell, ein enger langsam. Ist die Öffnung nur wenige Körner breit, verkeilen sich die Körner zu einem Gewölbe darüber, und der Fluss stockt. Feuchte Körner kleben zusammen, und Staub oder ein einzelnes grobes Korn können den Hals verstopfen. Eine gute Füllung ist trocken, sauber und gleichmäßig gekörnt. Beim Auslaufen senkt sich die Oberfläche im oberen Kolben über dem Hals zu einer Mulde, während unten ein Kegel wächst.

Die Laufzeit lässt sich vorab abschätzen, denn Physiker können modellieren, wie schnell Körner durch einen gegebenen Hals rinnen. Doch zwei Gläser laufen nie ganz gleich: Größe und Form der Körner, der genaue Hals und die Luftfeuchtigkeit verändern den Durchfluss. Deshalb lässt der Hersteller den Sand gegen eine Vergleichsuhr laufen, gibt Sand hinzu oder schüttet ab, bis das Glas die gewünschte Zeit ergibt, und verschließt es erst dann. Feuchtigkeit ist der Hauptfeind der Sanduhr, deshalb wurden alte Gläser an der Verbindung versiegelt.

So geht’s

Der Sand rinnt durch das Loch einer Messingscheibe zwischen den beiden Öffnungen; gewachster Faden und rotes Wachs halten und dichten die Verbindung.

Frühe Sanduhren bestanden aus zwei getrennt geblasenen Kolben, die Öffnung an Öffnung um eine dünne, in der Mitte durchbohrte Scheibe gefügt wurden. Die Verbindung wurde mit Wachs versiegelt und fest mit Faden umwickelt. Dasselbe Verfahren gelingt mit zwei gleichen kleinen Glasfläschchen mit glattem, unbeschädigtem Rand, gekauft oder von einem Glasbläser gefertigt. Versuchen Sie nicht, ohne Ausbildung Glas zu blasen, zu schneiden oder zu erhitzen, und hantieren Sie mit den Fläschchen über einer weichen Unterlage: Heißes Glas verbrennt, zerbrochenes Glas schneidet tief.

Waschen Sie Fluss- oder Strandsand in mehreren Wassern, bis das Wasser klar bleibt; dabei geht der größte Teil des Feinstaubs mit fort. Sieben Sie ihn noch nass und im Freien: zuerst durch ein grobes Sieb, um Klumpen und grobe Körner zu entfernen, dann über einem feinen Sieb, wobei Sie nachspülen, damit der restliche Feinanteil durchläuft. Behalten Sie nur die Körner, die durch das erste Sieb fallen und im zweiten liegen bleiben, und trocknen Sie sie vollständig in der Sonne. Feiner Quarzstaub schädigt die Lunge: Schütten und bewegen Sie den trockenen Sand behutsam und im Freien, und wenn Sie ihn trocken sieben müssen, tragen Sie eine FFP3-Maske oder einen P3-Filter. Schneiden Sie die Scheibe aus dünnem Messingblech oder steifem Karton, etwas breiter als die Öffnungen, und stechen Sie in der Mitte ein sauberes, gratfreies Loch.

Füllen Sie Sand in ein Fläschchen, legen Sie die Scheibe auf die Öffnung und setzen Sie das zweite Fläschchen umgedreht darauf. Halten Sie die Verbindung für die Probeläufe mit einem Papierstreifen zusammen. Drehen Sie das Ganze um, stoppen Sie einen vollständigen Durchlauf mit einer Uhr und geben Sie Sand hinzu oder nehmen Sie welchen heraus, bis die gewünschte Zeit erreicht ist. Prüfen Sie mehrere Durchläufe in beiden Lagen. Stimmen sie überein, schließen Sie die Verbindung endgültig: mit Wachs bestreichen, Leinenfaden fest darum wickeln und die Wicklung nochmals mit Wachs überziehen. Schmelzen Sie das Wachs in einem kleinen Topf im heißen Wasserbad, nie über offener Flamme, denn heißes Wachs verbrennt die Haut und kann sich entzünden.

Setzen Sie das Glas in ein Gestell aus zwei Holzscheiben, die drei Stützen verbinden, mit einem Polster aus Filz oder Leder, wo Glas auf Holz trifft. Stoppen Sie die Laufzeit erneut, wenn das Glas eingebaut ist, und wiederholen Sie die Prüfung von Zeit zu Zeit: Feuchter oder abgenutzter Sand verändert die Dauer.

Geschichte und Entwicklung

Man hat die Sanduhr den antiken Griechen oder einem Mönch des 8. Jahrhunderts namens Luitprand zugeschrieben, doch kein erhaltenes Stück und kein eindeutiger Text stützt diese Behauptungen. Die älteste bekannte Abbildung findet sich in Ambrogio Lorenzettis Fresko der Guten Regierung im Palazzo Pubblico von Siena, gemalt 1338–1339: Die Gestalt der Mäßigung hält dort eine Sanduhr.

Schriftliche Zeugnisse folgen bald. 1345 verbuchte Thomas de Stetesham, Schreiber des englischen Königsschiffs La George, zwölf gläserne „Horologes“ und vier weitere derselben Art, gekauft in Sluis in Flandern. Nicholas Harris Nicolas, der die Abrechnung 1847 veröffentlichte, hielt sie für Sanduhren. Um 1393 gibt der Ménagier de Paris, ein Haushaltsbuch eines Pariser Bürgers, ein Rezept für Sand, „um ihn in Uhren zu tun“: den Schlamm, der beim Sägen schwarzer Marmorgrabplatten entsteht, in Wein gekocht, abgeschäumt und in der Sonne getrocknet, neunmal hintereinander. Eine französische Werkstatthandschrift des 16. Jahrhunderts stellt das Pulver aus geschmolzenem Blei mit Salz her, das dann gemahlen, gesiebt und gewaschen wird.

Seeleute maßen ihre Wachen mit der Sanduhr, und Prediger stellten eine auf die Kanzel, um die Predigt zu bemessen. In Greenwich beschreibt das National Maritime Museum in seinem Katalog eine Sanduhr aus dem 17. Jahrhundert mit dreißig Minuten Laufzeit, deren mittlere Verbindung umwickelt und mit rotem Wachs überzogen ist. Später bliesen die Glasmacher beide Kolben in einem Stück, sodass die Verbindung entfiel. Die Sanduhr kam in Europa etwa zur selben Zeit in Gebrauch wie die mechanische Uhr.