Die Kunst Eis zu machen

Was ist Eis?
Eigentlich - so meint man - besteht Eis nur aus gefrorenem Wasser, also Wasser in einem anderen Aggregatzustand. " Gutes" oder schnelles Eis herzustellen ist eine Wissenschaft für sich. Die meisten Stoffe verlieren an Volumen wenn sie vom flüssigen in den festen Zustand übergehen. Bei Wasser ist es umkehrt: Eis hat mehr Volumen und ein geringeres spezifisches Gewicht als sein flüssiges Gegenstück. Wasser besteht aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff. Zwischen den Atomen werden sogenannte "Wasserstoffbrücken" gebildet, welche der Grund dafür sind, daß sich Wassermoleküle zu Clustern zusammenschliessen. Die Wasserstoffbrücken sind um so stärker je niedriger die Temperatur ist und entscheidend für die Kristallstruktur des Eises. Es ist aber nicht allein eine Frage der Temperatur, sondern des morphologischen Aufbaus, d.h. die Art und Weise wie sich die Eiskristalle zusammenfügen und der Beschaffenheit der Oberfläche. Verunreinigungen, also Schmutz oder auskristallisierter Kalk (jeder kennt das vom Eiswürfelfach) bremsen nicht nur die Kufe sondern fungieren als Kristallisationskeime, welche das Wasser unregelmäßig gefrieren lassen. Nebel, der an der Oberfläche gefriert, macht das Eis ebenfalls stumpf. Die Eistemperatur sollte, außer wenn es draußen sehr kalt ist und man bei offenen Flächen nichts dagegen machen kann, zwischen -3 und -9 ºC liegen.

Molekülstruktur der Kristalle

Kristallgitter von Eis

mikroskopische Aufnahme

Eis existiert in 18 verschiedenen Formen. Aufsehen erregte ein an der Universität Innsbruck durchgeführte Projekt mit der Bestimmung genauer Temperatur- und Druckverhältnisse zur Herstellung zahlreicher Eistypen. Aus der Natur sind bereits 13 kristalline Eistypen bekannt. Zusätzlich existieren, je nach Temperatur- und Druckverhältnissen, nichtkristalline, so genannte amorphe, Eisformen. Zwischen den Eiskristallen wird in der Regel auch Wasser eingelagert. Ist das Eis sehr kalt ist es kristalliner und damit spröder und weist schlechtere Gleitwerte auf. Optimales Eis ist nicht kälter als -5,5 ºC, kompakt und von gleichmäßiger Struktur. Die Oberfläche ist weniger glatt als man denkt wie die obige mikroskopische Aufnahme zeigt. Letzteres kann man weder mit dem Auge noch mit einem (praxistauglichen) Messgerät feststellen, aber man spürt die Eigenschaften beim Laufen. Auch zu weiches Eis ist nachteilig, da es schnell von den Kufen abgeschliffen wird und Kratzer bzw. Risse nur langsam zufrieren, damit bleibt es uneben und ist damit ebenfalls langsam. Eiskunstläufer mögen jedoch lieber ein weicheres Eis (-4 bis -5,5 ºC), während Eisschnelläufer und Eishockeyspieler in der Regel härteres Eis (-7 bis -11 ºC) bevorzugen. Es gibt einen weiteren Grund. Befindet sich auf dem Eis ein Wasserfilm (dieser kann nahezu unsichtbar sein) so wird der Puck gebremst bzw. schlittert und damit ist seine Gleitbahn schwierig zu kontrollieren. Curling-Eis, z.B. unterscheidet sich ganz grundsätzlich von Eislauf-Eis. Die oberste Schicht ist nicht glatt sondern mit kleinen gefrorenen Wassertropfen (pebbled ice) bedeckt. Die Curlingsteine gleiten auf diesen "Pebbles" besser, als auf "glatter" Eisfläche. Damit diese "Pebbles" optimal gefrieren, muss das Eis eine bestimmte Temperatur (ca. -7 ºC) haben. Die Kufe, aber auch der Puck gleiten auf einem Wasserfilm. Auch die Pebbles sind mit einem Wasserfilm bedeckt, denn Eis besteht nicht nur aus festen Kristallen sondern weist auf der Oberfläche immer noch einen hauchdünnen Wasserfilm auf, der bei ca. -150 ºC immerhin noch die Dicke eines Wassermoleküls hat. Durch den Druck der Kufe schmelzen einige Kristalle, vorallem aber wird Wasser aus den Zwischenräumen herausgedrückt. Mikroaufnahmen, welche vor einiger Zeit im ZDF-Fernsehen gezeigt worden sind, belegen eindeutig, daß die Kufe auf dem Wasserfilm gleitet. Man konnte sogar eine winzige Bugwelle vor der Kufe erkennen. Ich erwähne dies nur, um die Meinung zu widerlegen, dass das Eis um so schneller sei je kälter es ist. Beim absoluten Nullpunkt (-273,15 ºC) würde die Kufe auf Eis dieselbe hohe Reibung aufweisen wie auf einer Glasplatte. Eben wegen des fehlenden Schmiermittels hat auch künstlcihes Eis aus Kunststoff einen deutlich höheren Reibungskoeffizienten.

Herstellung von Eisflächen
Zur Herstellung einer Eisflächen muß der Untergrund gekühlt werden. Die Kühlleitungen sind entweder im Beton versenkt oder in Sand verlegt. Sind die Leitungen im Sand verlegt, so muss erst der Grund mit Eis verfestigt werden bevor die endgültige Eisdicke aufgebaut werden darf. Die oberste Eisschicht muss so dick sein, dass bei Einhaken, z.B. bei einem Sprung kein Sand an die Oberfläche kommt. Bei Niederdrucksystemen können die verlegten Leitungen aus Kunststoff (Silikonkautschuk) bestehen, bei Hochdrucksystemen müssen sie aus Metall sein.

Es sind verschiedene Techniken anwendbar:

indirekte Kühlung mit Salzsole oder Glykol/Wassermischung (Niederdruck)

Kältemittel aus fluorierten Kohlenwasserstoffen (Frigene), dürfen aus Umweltschutzgründen heute nicht mehr eingesetzt werden.

Axima-Kälteanlage

Pflege von Eisflächen
Je nach Anzahl der Eisläufer auf der Eisfläche und deren Laufstil wird die Eisfläche mehr und mehr aufgerauht. Eishockeyspieler schaffen dies oft schon innerhalb 20 Minuten was natürlich die Eiskunstläufer weniger freut. Daher muß die Eisoberfläche regelmäßig "erneuert" werden. Dank sei Frank J. Zamboni, der vor über 50 Jahren aus einem umgebauten Jeep die erst Eismaschine gebaut hat. Heutzutage besitzt jede vernüftige Eislaufbahn mindestens eine Zamboni, das Polarion hat sogar zwei davon.

Die Eismaschine hobelt zunächst die oberste Schicht des Eises ab (1 + 2) und befördert dieses in den Container (3 + 4). Anschließend wird die Oberfläche mittels Strahldüsen (5 + 6) gesäubert und ein neuer Wasserfilm (7) aufgetragen. Das Wasser muß heiß sein damit Unebenheiten gut ausgeglichen werden. Anschließend muß man natürlich warten bis die Wasserschicht gefroren ist. Geht man zu früh auf die Eisfläche ist das Eis an der Oberfläche sulzig und langsam (weil die Kufe einsinkt), außerdem wird das Eis schnell wieder aufgerauht. Für gewöhnlich dauert eine Eispause 30 Minuten.

Nebel auf dem Eis
Beim Eismachen wird nicht nur altes Eis abgehobelt, sondern auch warmes Wasser auf die Eisoberfläche aufgetragen. Das Wasser verdunstet zum Teil und kondensiert sofort wieder oberhalb der Eisoberfläche und es entsteht "Nebel". Im Polarion kommt Nebel Gott-sei-Dank nur selten vor, denn unsere Halle ist nicht komplett geschlossen und damit findet immer ein gewisser Luftaustausch statt, d.h. die feuchte Luft kann entweichen. An Tagen mit hoher Außenluftfeuchtigkeit kondensiert die eindringende Feuchte und die Entstehung des Nebels ist unvermeidlich. Nur in Eisstadien, welche sowohl über eine Luftheizung, wobei zur Erwärmung der Luft die Abwärme der Kompressoren genutzt wird, als auch einen Rückluftkühler verfügen, wird dies umgangen. Das folgende Schema zeigt die Luftverwirbelung oberhalb des Eises. Ganz lässt sich Nebel aber nicht vermeiden, vorallem wenn Plexiglaswände oberhalb der Bande den Luftaustausch unmöglich machen. Aus diesem Grund hoffen wir darauf, dass uns solches Ungemach erspart bleibt. Technokraten in den Landratsämtern bzw. beim TÜV fordern jedoch aus Sicherheitsgründen die Einglasung der Eisstadien. Man kann verstehen, dass Eistänzer und Eiskunstläufer daher nicht gut auf Eishockey zu sprechen sind, weil man darin die scheinbare Ursache für die "Verschandelung des Eisstadions" (Einmauer- oder Aquariumeffekt) sieht, das ist jedoch falsch. Im Polarion herrscht Einvernehmlichkeit zwischen Eisläufern und Hockeyspielern, letztere nehmen in Kauf vor jedem Spiel bzw. Training die Netze zuzuziehen. An dieser Stelle Dank an alle die sich kooperativ verhalten.