Großer Test im Labor: Weihnachtsbaum stürmt den Windkanal

Von: Robert Esser
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„O Heiland reiß die Himmel auf“: Selbst bei Sturm steht die Tanne auf dem Weihnachtsmarkt sicher – das wurde am Montag im Windkanal der FH Aachen von Luft- und Raumfahrtexperten wissenschaftlich getestet. Foto: Michael Jaspers
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„O Heiland reiß die Himmel auf“: Selbst bei Sturm steht die Tanne auf dem Weihnachtsmarkt sicher – das wurde am Montag im Windkanal der FH Aachen von Luft- und Raumfahrtexperten (hier: Professor Frank Janser) wissenschaftlich getestet. Foto: Michael Jaspers
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„O Heiland reiß die Himmel auf“: Selbst bei Sturm steht die Tanne auf dem Weihnachtsmarkt sicher – das wurde am Montag im Windkanal der FH Aachen von Luft- und Raumfahrtexperten wissenschaftlich getestet, wie hier Guido Müller und Achim Bosten.

Aachen. „O Tannenbaum, o Tannenbaum“: Ohrenbetäubender Lärm wütet durch den kaum 20 Quadratmeter großen Raum. Musik für Strömungsmechaniker. Auf der einen Seite rotiert ein überdimensionaler Ventilator, auf der anderen Seite röhrt Luft aus einem riesigen Metallschlund – und in der Mitte biegt sich ein Weihnachtsbaum.

Es ist wahrscheinlich das erste Mal, dass hier im Windkanal der Fachhochschule – wo sonst Flugzeugteile, Autos oder Motorräder aerodynamisch analysiert werden – eine Nordmanntanne auf Standfestigkeit untersucht wird. Was witzig klingt, hat einen durchaus ernsten Hintergrund.

„Vor einem Jahr ist unser fast zehn Meter hoher Weihnachtsbaum auf dem Aachener Markt wegen einer starken Windböe umgekippt“, erzählt Manfred Piana, Geschäftsführer des Märkte und Aktionskreises City (MAC). Der Veranstalter des Aachener Budenzaubers lächelt: „Diesmal gehen wir auf Nummer sicher.“

Im Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik der FH Aachen an der Hohenstaufenallee hat Institutsleiter Professor Frank Janser mit seinen wissenschaftlichen Mitarbeitern Rolf Schauer und Henry Page am Montagnachmittag den Versuchsaufbau vorbereitet. Mit dabei: Statiker Achim Bosten und Diplom-Ingenieur Guido Müller, Geschäftsführer der BFT Cognos GmbH, die für das Sicherheitskonzept des Aachener Weihnachtsmarktes verantwortlich zeichnen.

Dabei ist der unterhaltsame Weihnachtsbaum-Stabilitätstest keine „Muss-Anforderung“ des zig Seiten langen Sicherheitskonzepts für den Aachener Weihnachtsmarkt, wie Müller betont. Aber natürlich dennoch willkommen. Ohne Glühlämpchen, Lametta und Co wird der Nadelbaum verankert, am unteren Stammbereich misst die Sensorik die Kraft, die durch sechs verschiedene Windgeschwindigkeiten erzeugt wird. Kaum 1,40 Meter Höhe misst der Versuchsbaum, dann rechnen die Experten den „dimensionslosen aerodynamischen Beiwert“ hoch auf das Zehn-Meter-Exemplar aus dem Heinsberger Land, das dieses Jahr neben den Karlsbrunnen vors Rathaus „gepflanzt“ wird. Schon die ersten Erkenntnisse der Wissenschaftler sind überraschend.

Erstens: Ein handelsüblicher Weihnachtsbaum (dabei spielen Lichterketten etc. keine Rolle) hat einen cw-Wert, also „Strömungswiderstandskoeffizienten“, von 0,85. Zum Vergleich: Das entspricht dem Luftwiderstand eines ausgewachsenen, kantigen Lkw, ein VW Golf liegt bei 0,27. Was beim wenig windschlüpfrigen Weihnachtsbaum wiederum Auswirkungen auf die enormen Kräfte hat, die bei starkem Wind auf den unteren Stammbereich wirken, der entsprechend beschwert und fest verankert werden muss.

Getestet hat die FH Aachen bis zu einer Windgeschwindigkeit von 83 Stundenkilometern. Das ist Windstärke 9, erst ab Windstärke 11 (ab 103 km/h) spricht man von orkanartigem Sturm. Da die Weihnachtsmarktbuden aber ab einer Windgeschwindigkeit von 80 Stundenkilometern geschlossen und das gesamte Areal auf Markt, Katschhof und Münsterplatz geräumt werden müssten, wäre der Test höherer Windkräfte rein akademisch.

Windstärke 9 hält der Baumstamm, auch wenn er sich nicht wie in der Natur verwurzelt biegen kann, locker aus. Es ist eine Frage des Ballasts am unteren Stamm. Die FH-Spezialisten messen, analysieren und kalkulieren. Sie studieren Diagramme, kontrollieren die Anströmgeschwindigkeit, verfolgen die Parameter auf Kurvendiagrammen. Alles dreht sich letztlich um den „Wurzelbiegemoment“. Dann das computergestützte Resultat: zehn Tonnen Ballast für einen Zehn-Meter-Baum sind nötig. Umfallen unmöglich.

„Vor allem der Widerstandswert ist deutlich höher als erwartet, der Versuch hat sich absolut gelohnt“, bilanziert Professor Janser. Das Ergebnis dürfte viele interessieren. Über 30 Millionen Weihnachtsbäume – davon etwa 80 Prozent Nordmanntannen – werden alle Jahre wieder in Deutschland aufgestellt. Selbstverständlich steht dabei nur ein kleiner Teil unter freiem Himmel. Die höchsten natürlich gewachsenen Exemplare sind allerdings über 30 Meter hoch. Noch größere Weihnachtsbäume werden in der Regel auf einem Stahlskelett aus vielen einzelnen kleinen Bäumen „zusammengepuzzelt“.

In Aachen kann man jedenfalls beruhigt sein. „Wir haben wahrscheinlich die erste wissenschaftlich fundierte Weihnachtsbaum-Ballast-Kalkulation der Welt“, freut sich MAC-Geschäftsführer Piana über das FH-Geschenk – „O du Fröhliche...“

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