Solarofen im Karton

Was das Kind lernt

• Dass dunkle Farben mehr Sonnenstrahlung aufnehmen und sich stärker erwärmen als helle (messbarer Vergleich mit dem Thermometer).
• Was der Treibhauseffekt ist: Das Licht kommt durch die Folie herein, wird am schwarzen Boden zu Wärme, und die warme Luft kann nicht entweichen.
• Dass ein Spiegel (die Alufolie) zusätzliches Licht bringt: Mit gut ausgerichteter Klappe kommt fast doppelt so viel Energie durchs Fenster.
• Warum Dämmung (ruhende Luft, Zeitungspapier) Wärmeverluste bremst.
• Temperatur über die Zeit zu messen und festzuhalten und den Sonnenstand mit dem Winkel des Reflektors in Verbindung zu bringen.

Vorher vorbereiten

• Besorg einen sauberen Pizzakarton (frag in der Pizzeria nach einem leeren). Hat er Fett am Boden, deck es vor dem Fotokarton mit Zeitungspapier ab.
• Schau in die Wettervorhersage: Du brauchst direkte Sonne, wenig Wind und am besten die 2 Stunden vor und nach dem Sonnenhöchststand (in Spanien etwa 12:00–16:00 Uhr im Sommer und 11:00–15:00 Uhr im Winter). Bei Wolken funktioniert es nicht.
• Drucke das Vorlagenblatt mit 100 % aus (Teil B, Randlineal, und Teil E, Ausrichtungsanzeige).
• Bereite die 4 Zeitungsrollen vor der Einheit vor, wenn die Kinder klein sind (das Rollen ist mühsam).
• Wähle den Platz: Boden oder Tisch in der Sonne, weg von wandernden Schatten, mit einem Stein oder Buch, damit der Wind die Klappe nicht umwirft.

Materialien und Werkzeuge

• Pizzakarton — 1
  aus Wellpappe, etwa 33 × 33 × 4 cm (mittlere Pizza), sauber und ohne Fett am Boden
• Alufolie — 1 Quadrat 30 × 30 cm + 4 Streifen 30 × 4 cm
  normale Küchenfolie; die glänzende Seite kommt nach außen
• Frischhaltefolie — 2 Stücke 35 × 35 cm
  aus Polyethylen, ohne Falten
• Schwarzer Fotokarton — 1 Bogen 30 × 30 cm (oder 2 A4)
  mattschwarz (nicht glänzend)
• Zeitungspapier — 8–10 Blätter
  für 4 Dämmrollen mit etwa 2 cm Durchmesser
• Klebeband — 1 Rolle
  durchsichtig oder breites Paketband (hält Wärme besser aus)
• Klebestift — 1
  zum faltenfreien Aufkleben von Alufolie und Fotokarton
• Schaschlikspieß (Holzspieß) — 1
  etwa 30 cm, Ø 3 mm (Stütze der Klappe)
• Zahnstocher — 1
  für die Ausrichtungsanzeige (Teil E): muss 15 mm herausragen
• Kleiner dunkler Teller — 1
  aus Metall oder dunkler Keramik, weniger als 22 cm Durchmesser
• Essen zum Ausprobieren — 2 Stück Schokolade, 2 Kekse, 2 Marshmallows
  oder ein Toast mit einer Scheibe Käse
• Küchenthermometer — 1 (optional)
  Einstech- oder Ofenthermometer, Bereich 0–120 °C

Werkzeuge

• Cuttermesser und Schneidematte (oder dicker Karton darunter) — die drei Seiten der Klappe schneiden Erwachsene
• 30-cm-Lineal und Bleistift — den 25-mm-Rand und die Falze anzeichnen
• Schere — Alufolie, Frischhaltefolie und Fotokarton zuschneiden
• Leerer Kugelschreiber — den Falz des Scharniers rillen, damit es gerade knickt
• Topflappen — den heißen Teller herausnehmen Erwachsene

Teile und Vorlagen

• A · Deckel des Kartons: Anzeichnen der Klappe ×1 — der Deckel des Pizzakartons selbst (Wellpappe 3 mm)
• B · Randlineal 25 mm ×1 — Fotokarton 200 g/m²
• C · Schwarzer Boden ×1 — schwarzer Fotokarton
• D · Dämmrollen aus Zeitungspapier ×4 — gerolltes Zeitungspapier
• E · Anzeige zur Ausrichtung zur Sonne ×1 — Fotokarton 200 g/m²
• F · Stütze der Klappe ×1 — Schaschlikspieß Ø 3 mm

Schritt für Schritt

1. Reinige und richte den Karton aus

   Öffne den Pizzakarton und entferne Essensreste. Schließ ihn und stell ihn mit dem Scharnier (der Seite, an der der Deckel knickt) nach hinten. Schreib mit Bleistift „HINTEN“ auf den Deckel, neben das Scharnier.

   Prüfe: Der Deckel muss flach schließen, ohne große Lücken an den Seiten.

2. Zeichne die Klappe an

   Schneide das Randlineal B aus. Leg es an jede der vier Kanten des Deckels und zieh innen eine Linie im Abstand von 25 mm. Jetzt ist ein Quadrat von 280 × 280 mm aufgezeichnet.

   Prüfe: Miss die beiden Diagonalen des Quadrats: Sie müssen gleich lang sein (etwa 396 mm), auf 3 mm genau.

3. Schneide drei Seiten Erwachsene

   Schneide mit Cuttermesser und Lineal die Vorderseite und die beiden Seiten des Quadrats, nur durch den Deckel. Die hintere Seite NICHT schneiden: Sie ist das Scharnier der Klappe. Schneide lieber in zwei oder drei sanften Zügen als in einem kräftigen.

   Tipp: Leg ein Brett oder dicken Karton in den Karton unter den Deckel, damit der Boden nicht einreißt.

4. Rille den Falz

   Fahr mit einem leeren Kugelschreiber am Lineal kräftig über die hintere Linie. Heb die Klappe an und knick sie mehrmals bis 90° nach hinten, damit das Scharnier weich wird.

   Prüfe: Die Klappe muss gerade aufgehen, ohne an einer anderen Stelle zu knicken.

5. Beklebe die Klappe mit Alufolie

   Schneide ein Stück Alufolie 30 × 30 cm zu. Bestreiche die Innenseite der Klappe (die beim Schließen zum Karton zeigt) mit dem Klebestift. Klebe die Alufolie mit der glänzenderen Seite nach außen auf und streiche sie mit einem Tuch von der Mitte zu den Rändern glatt. An den drei freien Seiten schlägst du die überstehenden 10 mm nach hinten um und befestigst sie mit Klebeband; an der Scharnierseite schneidest du den Überstand bündig am Falz ab.

   Prüfe: Schau in die Klappe: Du solltest deine unscharfe Silhouette sehen.
   Tipp: Je weniger Falten, desto mehr Licht wird gespiegelt. Wenn sie stark knittert, fang lieber mit einem neuen Stück an.

6. Klebe die erste Folienschicht auf

   Öffne den Karton ganz. Klebe auf die INNENSEITE des Deckels ein Stück Frischhaltefolie 35 × 35 cm, das die Fensteröffnung abdeckt. Befestige zuerst eine Seite mit Klebeband, zieh die Folie zur gegenüberliegenden Seite straff und klebe sie dort fest, danach die anderen beiden.

   Prüfe: Die Folie muss straff wie eine Trommel sein: Wenn du draufklopfst, klingt sie und wirft keine Beulen.

7. Klebe die zweite Folienschicht auf

   Schließ den Karton und klebe ein weiteres Stück Frischhaltefolie 35 × 35 cm AUSSEN auf den 25-mm-Rahmen, genauso straff. Zwischen den beiden Schichten entsteht ein Luftpolster in Kartondicke (etwa 3 mm), das wie ein Doppelfenster dämmt.

   Prüfe: Wenn du durchs Fenster schaust, siehst du das Innere ohne große Falten und ohne Löcher.

8. Beklebe Wände und Boden

   Klebe 4 Streifen Alufolie 30 × 4 cm (4 cm ist die Wandhöhe) auf die vier Innenwände, mit der glänzenden Seite nach innen. Schneide den schwarzen Fotokarton C auf die Bodengröße zu (etwa 300 × 300 mm) und klebe ihn mit dem Klebestift fest.

   Tipp: Die Alufolie an den Wänden lenkt schräg einfallendes Licht zurück auf den Boden.

9. Bring die Dämmung an

   Roll 4 Zeitungsrollen von etwa 20 mm Dicke (D) und kürze sie auf das Innenmaß der Wand minus 20 mm (etwa 285 mm). Klebe sie mit Klebeband an die Wände, auf den Fotokarton, windradförmig: Jede Rolle beginnt in einer Ecke, und ihr Ende berührt die Seite der nächsten, sodass ein Rahmen entsteht. Lass die Mitte für den Teller frei.

   Prüfe: Der Deckel muss schließen, ohne die Rollen zu zerdrücken; schließt er nicht, drück sie etwas flacher.

10. Bring die Ausrichtungsanzeige an

    Schneide die Scheibe E (Ø 24 mm) aus, klebe sie in eine vordere Ecke des 25-mm-Rahmens am Deckel, ohne die Folie zu berühren, und steck in die Mitte ein Stück Zahnstocher ganz senkrecht, das 15 mm herausragt. Es zeigt dir, ob der Karton zur Sonne schaut.

11. Bereite die Stütze vor

    Klebe ein Ende des 30-cm-Spießes (F) mit Klebeband an eine freie Ecke der Klappe. Öffne die Klappe auf etwa 70° und leg das andere Ende auf die Seitenkante des Deckels, etwa 20 cm vom Scharnier entfernt. Befestige es mit einem Stück Klebeband, das du wieder lösen kannst.

    Prüfe: Puste kräftig gegen die Klappe: Sie darf sich nicht bewegen.

12. Leg das Essen hinein

    Leg auf den dunklen Teller zwei Kekse mit einem Stück Schokolade und einem Marshmallow obendrauf. Öffne den Karton, stell den Teller in die Mitte des schwarzen Bodens und schließ den Deckel vorsichtig, damit die Folie nicht reißt.

13. Stell ihn in die Sonne

    Bring den Ofen in die direkte Sonne, auf Boden oder Tisch ohne Schatten, mit dem Scharnier auf der sonnenabgewandten Seite. Dreh den Karton, bis der Schatten des Zahnstochers gerade auf das Scharnier zeigt. Steht die Sonne tief (Winter oder vor 11 Uhr), unterlege die hintere Kante mit einem 4–6 cm dicken Buch.

    Prüfe: Schau durchs Fenster: Der helle Widerschein der Klappe muss hineinfallen, auf den Teller.

14. Stell den Winkel der Klappe ein

    Schieb das lose Ende des Spießes, bis der gespiegelte Lichtfleck das ganze Fenster bedeckt. Als Richtwert: 60° im Winter, 70° im Frühling und Herbst, 80° im Sommer zur Mittagszeit. Stell alle 15–20 Minuten nach, weil die Sonne wandert.

15. Warte und nimm das Essen heraus Erwachsene

    Warte 15–40 Minuten, ohne den Karton zu öffnen (jedes Mal, wenn du ihn öffnest, entweicht die warme Luft). Wenn die Schokolade glänzt und das Marshmallow aufgeht, öffne den Karton und nimm den Teller mit Topflappen heraus.

    Prüfe: Wenn du ein Thermometer hast, notiere die Temperatur am Anfang und alle 10 Minuten.

Funktioniert es? Der Test

Stell den leeren Ofen mit dem Thermometer darin (oder einem Stück Schokolade auf dem Teller) mittags mit gut ausgerichteter Klappe in die Sonne. Lies 30 Minuten lang alle 5 Minuten die Temperatur durch die Folie ab, ohne zu öffnen.

Was passieren soll: An einem sonnigen Frühlings- oder Sommertag (25–30 °C Außentemperatur) steigt die Temperatur innen in 20–30 Minuten von Umgebungstemperatur auf 55–80 °C. Die Schokolade (schmilzt bei 30–35 °C) glänzt und wird in 10–15 Minuten weich; das Marshmallow geht in 25–40 Minuten auf. Im Winter erreicht man bei Sonne 40–55 °C: genug für die Schokolade.

Wenn etwas nicht klappt

• Es wird nicht wärmer als 35–40 °C — Zu wenig Licht (Wolken, tiefe Sonne), oder die Klappe spiegelt nicht nach innen. Lösung: Probiere es zwischen 12:00 und 15:00 Uhr, unterlege den Karton zur Sonne hin und stell die Klappe ein, bis der Widerschein ins Fenster fällt.
• Er wird warm und kühlt sofort wieder ab — Luft dringt ein: lose Folie, Risse in den Ecken des Kartons oder Wind. Lösung: Zieh die Folie straff und dichte die Ecken und den Verschlussschlitz des Kartons mit Klebeband ab. Stell ihn windgeschützt auf.
• Die Folie beschlägt von innen — Das Essen gibt Wasserdampf ab, der an der kalten Folie kondensiert. Lösung: Das ist bei feuchten Lebensmitteln normal. Nimm trockene Lebensmittel (Kekse, Schokolade) oder lass 2 Minuten lang einen 5-mm-Spalt offen, damit der Dampf entweicht.
• Die Klappe fällt um oder bewegt sich im Wind — Der Spieß ist nur angelehnt. Lösung: Klebe beide Enden des Spießes mit Klebeband fest und leg einen Stein auf den Karton. Bei starkem Wind bind einen Faden von der Ecke der Klappe zum Karton als zweite Stütze.
• Der Boden wird kaum warm, obwohl Sonne hineinscheint — Der schwarze Fotokarton glänzt oder wird vom weißen Teller verdeckt. Lösung: Nimm mattschwarzen Fotokarton und einen dunklen Teller. Ein weißer Teller spiegelt das Licht und wird viel weniger warm.
• Das Essen braucht mehr als eine Stunde — Zu viel Essen oder sehr wasserhaltige Lebensmittel (Obst, Soße). Lösung: Nimm kleine, dünne Portionen. Wasser braucht viel Energie zum Erwärmen; Schokolade und Käse wenig.

Sicherheit

• Das Cuttermesser benutzt nur ein Erwachsener, mit Lineal und etwas Hartem unter dem Deckel.
• Innen können 70–80 °C herrschen: Teller und Alufolie verbrennen die Haut. Nimm den Teller immer mit Topflappen heraus.
• Schau nicht in die Sonne oder auf die Alufolie-Klappe, wenn sie spiegelt: Das blendet. Trag eine Sonnenbrille und schau von der Seite aufs Fenster.
• Nur verzehrfertige Lebensmittel, die nur erwärmt oder geschmolzen werden müssen. Niemals rohes Fleisch, rohen Fisch, rohe Eier oder rohen Reis: Der Ofen garantiert keine 75 °C im Kern.
• Nimm einen sauberen Karton: Hat er Fett, Schimmel oder Reste, tausch ihn aus.
• Wenn es innen sehr heiß wird (ab 70–80 °C), kann die Folie weich werden: Wenn du siehst, dass sie sich nach innen wellt, öffne die Klappe etwas weniger weit.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Sonnenlicht ist Energie. Wenn es auf etwas Schwarzes fällt, „frisst“ das Schwarze es auf und wird warm, wie ein schwarzes T-Shirt im Sommer. Die Alufolie auf der Klappe ist ein Spiegel, der mehr Licht hineinschickt, als gäbe es zwei Sonnen. Die durchsichtige Folie lässt das Licht herein, aber die warme Luft nicht hinaus, genau wie bei einem geschlossenen Auto in der Sonne. Deshalb wird es im Karton immer wärmer, und die Schokolade schmilzt.

Für Erwachsene

In voller Sonne kommen etwa 1000 W/m² Bestrahlungsstärke an. Ein Fenster von 0,28 × 0,28 m (0,078 m²) empfängt etwa 70–80 W direkt, wenn die Sonne senkrecht darauf scheint (bei flach liegendem Karton und Sonne auf 30–70° Höhe etwa 40–75 W); die gut ausgerichtete Reflektorklappe bringt weitere 40–60 W (Küchenalufolie reflektiert ≈ 85 %, doch durch Falten wird ein Teil gestreut). Mattschwarzer Fotokarton absorbiert ≈ 90 % des sichtbaren Lichts und erwärmt sich. Die Polyethylenfolie ist für sichtbares Licht durchlässig, und ihre Hauptaufgabe ist nicht, Infrarot zu blockieren (PE ist für IR recht durchlässig), sondern Konvektion zu verhindern: Die warme Luft bleibt eingeschlossen; das ist der „Treibhauseffekt“ im umgangssprachlichen Sinn. Die Temperatur steigt, bis die Verluste (Wärmeleitung durch die Wände, Konvektion und Strahlung durch das Fenster) der aufgenommenen Energie entsprechen. Deshalb verbessern die doppelte Folie (3 mm ruhende Luft, Wärmeleitfähigkeit ≈ 0,025 W/m·K), die Zeitungsdämmung und das Abdichten der Ritzen den Ofen. Trotzdem erreicht ein Kartonofen 55–80 °C; handelsübliche Solaröfen kommen mit Glas, mehr Reflektoren und besserer Dämmung auf 120–150 °C. Reflektorwinkel: Damit ein Strahl bei Sonnenhöhe h senkrecht zurückgeworfen wird, muss der Spiegel 45° + h/2 mit der Waagerechten bilden.

• Absorption: wenn ein Material das auftreffende Licht behält und in Wärme umwandelt.
• Reflexion: wenn Licht von einer Fläche zurückprallt, wie bei einem Spiegel.
• Treibhauseffekt: Licht kommt durch etwas Durchsichtiges herein, erwärmt das Innere, und die Wärme kann nicht hinaus.
• Dämmstoff: Material, das Wärme nur sehr langsam durchlässt (ruhende Luft, Papier, Kork).
• Bestrahlungsstärke: Menge an Lichtenergie, die auf jeden Quadratmeter fällt.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene zeichnet die Klappe an und schneidet sie. Das Kind klebt Alufolie und Fotokarton auf, hilft beim Straffziehen der Folie und vergleicht vor allem: Schokolade auf Schwarz und auf Weiß. Konzentriere dich auf „Schwarz schluckt, Alu wirft zurück, Folie hält die Wärme“.
• 8–10 Jahre: Sie machen alle Schritte außer dem Schneiden mit dem Cuttermesser. Sie messen alle 5 Minuten die Temperatur, tragen sie in eine Tabelle ein und finden selbst den besten Klappenwinkel heraus, indem sie den Widerschein beobachten.
• 11–12 Jahre: Sie zeichnen das Temperatur-Zeit-Diagramm und vergleichen Varianten (1 oder 2 Folienschichten, mit oder ohne Zeitung). Challenge: den Klappenwinkel mit der Formel 45° + h/2 berechnen und die Sonnenhöhe über den Schatten eines Stabs messen.

In der Gruppe oder in der Klasse

Teams aus 3–4 Kindern, ein Ofen pro Team (Pizzakartons vorher bei einer Pizzeria bestellen). Pro Team: 1 Karton, 1 m Alufolie, 1 m Frischhaltefolie, 1 schwarzer Fotokarton, 1 Zeitung, 1 Holzspieß, Klebeband. Der Erwachsene bringt die Klappen schon geschnitten mit. Einheit von 90 min: 10 min Erklärung, 40 min Bauen, 40 min Test in der Sonne auf dem Schulhof mit einem Stück Schokolade pro Team und einem gemeinsamen Thermometer, das reihum geht. Es gewinnt der Ofen, der die Schokolade zuerst schmilzt oder nach 20 min die höchste Temperatur erreicht.

Challenges

• Erreiche 80 °C im Ofen, ohne den Karton zu wechseln.
• Füge an den anderen drei Seiten Reflektorklappen hinzu (aus Karton und Alufolie) und miss, wie viel wärmer es wird.
• Entwirf einen Ofen, der mit Wintersonne funktioniert, indem du den Karton neigst: Welcher Winkel ist der beste?
• Mach in weniger als 30 Minuten einen Keks mit geschmolzener Schokolade und Marshmallow (S’more).
• Bau einen Trichter-Solarofen aus einem Schirm oder einer mit Alufolie ausgekleideten Schüssel und vergleiche.

Weitere kostenlose Projekte

• Thermometer mit buntem Wasser
• Wasseruhr aus zwei Flaschen
• Windmesser aus Bechern
• Äquatoriale Sonnenuhr

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