Grundeis,
s. Eis, S. 398.
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s. Eis, S. 398.
[* ] nimmt in mehreren Formen erheblichen Anteil an der Bildung der Erdrinde und ist in diesem Sinn zu den Gesteinen zu rechnen. Man unterscheidet 1) Schneeeis, den losen Schnee, welcher unter bestimmten meteorologischen Verhältnissen in Firn und endlich in Gletschereis übergeht und auf den Hochgebirgen, besonders aber in Polargegenden, in ungeheuern Massen auftritt;
2) Wassereis, welches auf Süß- und Salzwasser entsteht und in den Umgebungen Grönlands, Spitzbergens und der Baffinsbailänder Eisfelder von meilenweiter Ausdehnung bildet. Bodeneismassen bilden am Kotzebuesund ganze Hügel, schließen Knochen ausgestorbener Tiere ein und sind mit einer schwachen Lage von Lehm und darüber mit einer fußhohen torfartigen Dammerdeschicht bedeckt, auf welcher Moose und Gräser vegetieren. Ähnliche Bodeneismassen finden sich unter der Dammerde Sibiriens.
Sie sind vielleicht dem Grundeis (Nadeleis, schwammiges Wassereis) zuzurechnen, welches sich besonders am Grunde der Gewässer und in einem von Wasser durchzogenen Erdboden bildet. Unter gewöhnlichen Verhältnissen entsteht Eis stets an der Oberfläche des Wassers, weil dieses bei +3,94° seine größte Dichtigkeit erreicht und bei weiterm Erkalten sich wieder ausdehnt. Auf dem Grunde der Gewässer sammelt sich daher das oben bis +3,94° erkaltete Wasser, und auf diesem schwimmt bei weiterer Abkühlung das kältere Wasser, welches bei 0° unter weiterer Abgabe von Wärme an die Umgebung erstarrt. 1 g Eis verbraucht zu seiner Schmelzung 79,4mal soviel Wärme, wie erforderlich ist, die Temperatur von 1 g Wasser um 1° C. zu erhöhen. 1 kg Wasser von +79,4° gibt, mit 1 kg Eis von 0° gemischt, 2 kg Wasser von 0°. In der Regel dehnen sich die Körper beim Schmelzen aus, verringern also ihr Volumen beim Erstarren; das Wasser dehnt sich dagegen beim Erstarren um 0,1 von dem Volumen, welches es bei 0° einnimmt, aus.
Das spezifische Gewicht des Eises bei 0° ist 0,918. Diese Volumverminderung des Eises beim Schmelzen hat zur Folge, daß sich unter Druck der Schmelzpunkt erniedrigt: Eis von 0° wird durch Zusammenpressen flüssig, und komprimiertes Wasser gefriert unter einem Druck von 13,000 Atmosphären erst bei -18°. Im luftleeren Raum gefriert Wasser in einem Gefäß, welches von schmelzendem Eis umgeben ist. Die Kraft, mit welcher das Wasser sich beim Gefrieren auszudehnen strebt, ist sehr beträchtlich; Huygens sprengte 1667 durch die Kraft des frierenden Wassers eine fingerdicke eiserne Kanone in zwei Stücke.
Diese Ausdehnung des erstarrenden Wassers bewirkt im gewöhnlichen Leben häufig das Springen von Gefäßen, auch das Abblättern des noch feuchten Mauerputzes, das Bersten der von Feuchtigkeit durchdrungenen Baumrinde, das Auffrieren des Erdbodens etc. Auch zersprengt gefrierendes Wasser Steine und Felsen und trägt dadurch zur Verwitterung fester Gesteine bei. Das Wasser sammelt sich in den Haarrissen derselben, erweitert diese beim Gefrieren, so daß sie bei Tauwetter mehr Wasser aufnehmen, welches dann bei abermaligem Froste die Spalte wieder erweitert u. s. f., bis der Stein zersprengt ist.
Das einmal gebildete Eis verringert bei Temperaturabnahme sein Volumen und vergrößert es bei Temperaturerhöhung und zwar stärker als jeder andre bekannte starre Körper. Ein Eisstab von 100 m Länge wird bei Abkühlung um 1° R. um 6,427 mm kürzer. Wasser kristallisiert beim Erstarren hexagonal und zwar rhomboedrisch, in ruhiger Luft gebildeter Schnee zeigt prachtvolle sechsstrahlige Sternchen, deren einzelne Strahlen wieder nach demselben Gesetz verzweigt sind. Die Kristallbildung im Wasser ist viel schwerer zu beobachten. Die spießigen Kristalle, welche sich im Freien bilden, zeigen nicht die reine Form.
Tyndall will die Entstehung sechseckiger Sterne auf Landseen beobachtet haben und in Eisplatten unter dem Einfluß der Sonnenstrahlen die Bildung schöner flüssiger Blumen mit sechs Blättern; in der Mitte jeder Blume befindet sich ein kleiner luftleerer Raum, welcher entsteht, weil das Wasser einen kleinern Raum einnimmt als das Eis. Hier und da hat man auch gut ausgebildete Kristallkanten gefunden; oft sehr deutliche hexagonale Tafeln kommen im Reife vor. Die Eisblumen am Fenster entstehen durch schnelle Bildung von Kristallen, und die Kurven, in denen die von unten auf wachsenden Kristallagglomerate auftreten, werden gebildet, indem jeder neuanschießende Kristall auf der vertikalen Fläche zugleich die Neigung besitzt, zu fallen. Er neigt sich, und in demselben Augenblick schießt schon ein andrer Kristall an, der wieder zu fallen strebt.
Reines Eis ist farblos, in großen Massen bläulich oder grünlich, durchsichtig, schwach doppelbrechend; Wärmestrahlen aus dunkler Quelle absorbiert es, aber solche aus leuchtender Quelle läßt es hindurch. Man kann daher Brenngläser aus Eis herstellen und mit diesen brennbare Stoffe entzünden. In klares Eis eingeschlossene dunkle Körper erwärmen sich durch Sonnenstrahlen und schmelzen das in ihrer Umgebung befindliche Eis; ein Stein sinkt allmählich in das Eis tiefer ein, und wenn das gebildete Wasser abfließen kann, so entsteht eine Höhlung. Eis leitet die Wärme sehr schlecht und Elektrizität, solange es trocken ist, gar nicht; durch Reiben wird es elektrisch.
Seine Härte ist 1,5. Nach Scoresby ist Eis bei sehr strenger Kälte bisweilen so hart und fest, daß es beim Daraufschlagen Funken sprüht. In Rußland wurden 1740 aus Eiskanonen Kugeln mit einer Ladung von 125 g Pulver geschossen. Wenn zwei Eisstücke von 0° mit den schmelzenden Oberflächen sich berühren, so frieren sie zusammen (Regelation) und zwar besonders schnell und fest unter starkem Druck. Die Regelation erfolgt auch bei hoher Lufttemperatur, selbst im heißen Wasser; sie ist die Ursache, daß Eis unter Druck plastisch erscheint, während es unter der Einwirkung von Zug durchaus nicht plastisch ist.
Schnee ballt sich durch Regelation, aber nur bei einer dem Taupunkt nahen Temperatur, und aus Eisstückchen kann man unter einer Presse vollkommen zusammenhängende Blöcke herstellen, deren Form sich beliebig verändern läßt. Die Regelation unter Druck erklärt sich leicht aus der Erniedrigung des Schmelzpunktes durch den Druck; schmelzendes Eis wird durch den Druck kälter und bringt so das Wasser, welches seine Oberfläche bedeckt, zum Gefrieren. Legt man eine Eisstange mit ihren beiden Enden auf zwei Holzstücke, schlingt einen Draht um die Mitte der Eisstange und hängt ein schweres Gewicht an den Draht, so drückt dieser auf die unter ihm befindlichen Eispartikelchen und bringt sie zum Schmelzen.
Der Draht sinkt in das gebildete Wasser ein, welches dadurch vom Druck befreit wird und sofort wieder gefriert. In dieser Weise durchschneidet der Draht das Eis sehr schnell, man erkennt seinen Weg in der Eisstange; aber die beiden getrennten Eisstücke sind so fest zusammengefroren, als wären sie nie getrennt gewesen. Die Regelation bei bloßer Berührung hat Helmholtz als eine Folge kapillaren Druckes erklärt; Pfaundler leitet sie ab aus der Verschiedenheit der Kraft, mit welcher die Moleküle des kristallinischen Eises im Gleichgewicht gehalten werden.
Aus Wasser, welches Salze gelöst enthält, scheidet sich ein bei weitem salzärmeres Eis aus. Wasser des Züricher Sees mit 0,128 g festen Bestandteilen in 1 Lit. gab Eis, dessen Tauwasser nur 0,026 g Verdampfungsrückstand lieferte. Auch Meerwasser gibt ein sehr reines Eis; Salzlösungen werden also, wenn man sie gefrieren läßt und das Eis entfernt, konzentrierter. Wein wird in gleicher Weise alkoholreicher. Im Wasser gelöste Gase scheiden sich beim Gefrieren des Wassers in Bläschen aus. Im Meerwasser erfolgt die Eisbildung in wesentlich andrer Weise als im Wasser der Flüsse.
Das Meerwasser erstarrt noch nicht bei 0°, erreicht seine größere Dichtigkeit bei niedrigerer Temperatur und kann unter seinen Gefrierpunkt abgekühlt (überkältet) werden, ohne dann durch Erschütterungen sofort zu erstarren wie das süße Wasser. Kühlt sich das Meerwasser oberflächlich ab, so sinkt das kalte Wasser und macht wärmerm Platz, bis bei anhaltender Kälte die Abkühlung den Gefrierpunkt erreicht hat. Dann erfolgt leicht die Bildung einer Eisdecke, wenn das Wasser stark bewegt wird, wenn früher oder an andern Orten gebildete Eisstücke darauf umhertreiben, oder wenn Schnee hineinfällt.
Andernfalls findet Überkältung statt, es kann sich eine bedeutende Schicht überkälteten Wassers bilden, und bei steigendem Thermometer kann dieselbe von wärmerm Wasser bedeckt werden. In dem überkälteten Wasser entsteht eine gallertartige Eismasse, welche dem mit Wasser durchtränkten Schnee ähnlich ist, oder es bilden sich auch, meist in einer Tiefe von 0,5-2,5 m, kleine, dünne, mehr oder minder runde Täfelchen, welche in unzähliger Menge zur Oberfläche emporsteigen und bei hinreichender Ruhe zu einer harten Decke zusammenfrieren.
An den Rändern des Meers, wo die Wassertiefe nicht mehr als 0,5-1,9 m beträgt, bildet sich an der Oberfläche eine spiegelglatte Eisfläche wie in den Seen. In Norwegen unter 65° nördl. Br. hat man häufig das Meer in mehr als 60 m Tiefe gefrieren und Eis auswerfen gesehen. Starker Wind, Brandung und die Beimischung fester Körper verhindern die Überkältung des Wassers, welche meist nur fern von den Küsten stattfindet und in der regelmäßigen Wellenbewegung kein Hindernis erfährt, weil bei dieser die Wasserteile gegenseitig fast eine und dieselbe relative Lage behalten.
Eine eigentümliche, scheinbar abnorme Eisbildung ist das Grundeis, welches sich häufig am Boden der Flüsse bildet. Man hat über die Entstehung desselben zahlreiche Theorien aufgestellt und namentlich angenommen, daß das Grundeis sich am Grunde der Flüsse, deren Wasser infolge heftiger Strömung gleichmäßig auf 0° abgekühlt sei, durch Wärmeausstrahlung bilde; da indes das Wasser gegen Wärmestrahlen aus dunkler Quelle wenig durchlässig ist, so kann es die Abkühlung der am Boden liegenden Steine durch Strahlung kaum begünstigen.
Dagegen setzt sich das Eis ebenso wie andre kristallinische Körper leichter an rauhen Körpern an und bildet sich an solchen bei etwas höherer Temperatur als in der Masse der Flüssigkeit selbst. Wenn also die Wirbel und Strömungen eines rasch fließenden Wassers, indem sie die Bildung einer kältern Oberflächenschicht verhindern, eine Abkühlung der ganzen Wassermasse auf den Gefrierpunkt bewirkt haben, so werden sich an den Kieseln und andern Gegenständen im Flußbett Eiskristalle ansetzen, die, indem sie die Anlagerung andrer Kristalle veranlassen, die Kerne für größere Massen Grundeis bilden. Die Beobachtung, wonach sich das Grundeis vorzugsweise an schattigen Stellen bildet, erinnert an die Diathermansie des Wassers und Eises für leuchtende Wärmestrahlen. An einem den Sonnenstrahlen ausgesetzten Platz muß am Tag
wenigstens ein Teil des über Nacht gebildeten Grundeises wieder geschmolzen werden, und es sind daher unbeschattete Plätze, welche die Bildung des gewöhnlichen Eises durch unbehinderte Ausstrahlung begünstigen, der Bildung des Grundeises ungünstig. Das an die Oberfläche gestiegene Grundeis, welches mit der Strömung geht, nennt man Treibeis; es unterscheidet sich durch bröckelige Beschaffenheit und Gehalt an Steinen etc. leicht von dem an der Oberfläche gebildeten Eis. In Polargegenden heißt alles in Bewegung befindliche Eis Treibeis und, wenn es zu großen Massen zusammengehäuft ist, Packeis.
Durch Übereinanderschieben von Eisschollen gebildete Eismassen nennt man im Sibirischen Meer Torossen, sie erreichen eine Höhe von 25 m. Die Eisberge entstehen durch Abbrechen der in das Meer vorgeschobenen Gletscherfüße (der Gletscher »kalbt«); sie sind blendend weiß wie Kreide, auf frischer Bruchfläche glänzend grün oder blau. Sie erreichen eine Höhe von 100 m bei einer Länge und Breite von mehreren Kilometern, zeigen oft sehr bizarre Formen, ragen aber nur mit 1/8-1/9 ihrer Masse aus dem Wasser hervor. Ändert sich durch Abschmelzen der Schwerpunkt dieser gewaltigen Massen, so wenden sie sich oft und können dadurch den Schiffen verderblich werden. Sie treiben weit in den Atlantischen Ozean hinein, schmelzen allmählich, erreichen aber nicht selten 36° nördl. Br. Litteratur s. Wasser.
Eis findet mannigfache Verwendung in der Technik, besonders in der Bierbrauerei, bei der Darstellung von Spiritus und Paraffin, bei der Gewinnung von Glaubersalz, in Sennereien und Milchwirtschaften, in Konditoreien zur Darstellung von Gefrornem, zum Kühlen von Getränken, zu Kältemischungen, im Haushalt, zur Konservierung von Fleisch und Fleischwaren beim Transport und in Schlachthäusern, zur Kühlung der Eisenbahnwagen im Sommer und der Wohnungen in den Tropen etc. In neuerer Zeit hat man Eismaschinen benutzt, um im Sommer Eisbahnen für Schlittschuhläufer herzustellen.
In der Chirurgie ist das Eis ein sehr wirksames Mittel bei Blutungen, vorzüglich nach Verletzungen und chirurgischen Operationen, wo es entweder in fester Form oder zunächst zum Abkühlen von Wasser benutzt wird. Im erstern Fall wird es klein geschlagen, in eine Schweinsblase oder in einen Gummibeutel gefüllt und dieser an den leidenden Teil gelegt, oder man bildet, wenn man das Eis in Höhlen des Körpers bringen will, daraus glatte Stücke, die zur Größe der Höhlung passen müssen.
Wasser, welches durch Eis gekühlt worden ist, wird nach denselben Grundsätzen und Regeln angewendet, die für den Gebrauch kalter Bähungen (s. Bähung) überhaupt gelten. Bei innern Krankheiten wird das Eis gleichfalls und zwar ähnlich wie in der Chirurgie sehr häufig angewendet, namentlich bei Entzündungen und Blutungen innerer Organe, z. B. bei Gehirnentzündungen, Blutandrang nach dem Kopf (Eisblase), bei Magenblutungen (Verschlucken kleiner Eisstückchen) etc.
Behufs der Bergung des Eises bearbeitet man die Eisdecke des Flusses oder des Sees nach Hinwegräumung des Schnees zunächst mit dem Eishobel, einem wagenartigen Gestell, welches vorn auf einem Schlitten, hinten auf Rädern ruht und in der Mitte des Rahmens ein die ganze Breite desselben einnehmendes, gegen die Langseiten schräg stehendes Hobeleisen besitzt, welches die Oberfläche des Eises vollkommen ebnet. Darauf kommt der Eispflug zur Anwendung, welcher aus einer Anzahl an dem Grindel a [* ] (Fig. 1) befestigter Stahlblätter besteht, die mit ihren meißelförmigen Kanten Furchen in das Eis schneiden.
Um den Grindel herum läßt sich nach links und rechts der Markierer b schwingen, der, in der schon gezogenen Furche laufend, das Einhalten von geraden Linien mit dem Pflug möglich macht. Mit der Arbeit des Eisschneidens wird bei einer Dicke des Eises von 22-25 cm begonnen. Mit einem leichten Pflug werden zuerst Furchen von 25-30 mm Tiefe so eingerissen, daß Tafeln von 60×90 cm entstehen. Dann folgen Eispflüge mit tiefern Stahlblättern, welche die Furchen so weit vertiefen, daß gerade genug Eis übrigbleibt, um ein »raft« (Floß) von ca. 110 Tafeln zusammenzuhalten.
Nun wird ein solches Eisfloß mit Hilfe einer schweren Eisenstange, deren unteres Ende zu einem scharfen Meißel geformt ist (Eismeißel), von der Eisdecke losgetrennt und mit Hilfe von Haken ans Ufer gezogen, wo dann mit dreizinkigen Gabeln die einzelnen Tafeln abgetrennt werden. Auch die Dampfkraft wird zum Schneiden der Eistafeln benutzt. Der durch Dampfkraft bewegte Eispflug besteht aus einem zweiräderigen Karren, der durch einen Arbeiter geführt wird, und dessen Achse ein großes Kreissägeblatt trägt, welches bei der Umdrehung das Eis durchschneidet. Die Achse der Säge dreht sich lose in den Naben der Räder und trägt eine Rolle, über welche sich ein rasch bewegtes Seil schlingt, das die Säge in Thätigkeit setzt. Um die Reibung des Seils auf der Rolle zu vergrößern, bringt man über der erwähnten Rolle noch eine zweite an und schlingt das Seil so über dieselben, daß die Richtung des Vorschiebens des Eispflugs mit der Bewegungsrich-
[* ] ^[Abb.: Fig. 1. Eispflug.]
[* ] ^[Abb.: Fig. 2 und 3. Dampfeispflug.
Fig. 2. Grundriß.
Fig. 3. Vorderansicht.]
tung des Seils zusammenfällt. Das endlose Seil wird von einer Lokomobile aus in Bewegung gesetzt und über vier Leitrollen so geführt, daß es ein Rechteck bildet. Die vier Leitrollen bilden die Eckpunkte des Rechtecks und liegen in Ständern, welche sich auf dem Eis leicht verschieben und durch Belasten mit Eisstücken festlegen lassen. Wird der Pflug an irgend einer Stelle eingeschaltet, so wird er durch das Seil nicht nur in Thätigkeit gesetzt, sondern auch nach einer geraden Linie geführt.
Durch Verschiebung der Eckpunkte des Rechtecks kann man immer neue Rechtecke bilden, deren Seiten mit den frühern parallel sind, und deren aufeinander senkrecht stehende Seiten die Längs- und Querschnitte darstellen, nach welchen das Eis in Platten zerlegt wird. [* ] Fig. 2 und 3 zeigen das Prinzip eines solchen Eispflugs: a ist das Gestell, durch welches der Arbeiter den Pflug lenkt, b Räder, c Kreissäge, d Rolle auf der Achse der Säge, e zweite Rolle, f das Seil. Die Eistafeln werden auf schiefenen Ebenen mit Dampfkraft vom Ufer in die Eishäuser transportiert, dort regelmäßig aufgestapelt und, wenn das Lager gefüllt ist, unter hermetisch verschlossenen Thüren bis zur Verschiffung aufbewahrt.
Der Eishandel ist am großartigsten in Boston und New York entwickelt, 1799 ging die erste Schiffsladung Eis von New York nach Charleston; der eigentliche Schöpfer des Eishandels ist aber Tudor in Boston, welcher 1805 ein mit Eis beladenes Schiff nach Martinique sandte und seit 1833 auch nach Ostindien zu exportieren begann. Gegenwärtig versendet man Eis nach den Südstaaten der Union, nach Mexiko, Westindien, Mittelamerika, Südamerika, Ostindien, Ceylon, China, Japan und Australien, nach dem Guineabusen und der Kapstadt, selbst nach Sizilien und Ägypten. In Europa versendet Norwegen Eis nach England, Frankreich, Hamburg, Holland und Spanien. Triest versendet Eis nach Ägypten, Korfu und Zante; die Schweiz von Davos, Wallis und Grindelwald nach Frankreich; von den oberbayrischen Seen kommt bisweilen Eis nach Norddeutschland.
Die Aufbewahrung des Eises erfordert Räume, welche durch schlechte Wärmeleiter von der Umgebung getrennt sind und eine vollkommene Ableitung des Schmelzwassers gestatten, weil dieses, in das Isolierungsmaterial eindringend, die schlechten Wärmeleiter in gute verwandelt. Früher bevorzugte man zur Aufbewahrung Gruben und Keller. Diese Räume bieten aber in unserm Klima niemals eine Wintertemperatur und können daher der isolierenden Doppelwände nicht entbehren.
Ihr Bau ist kostspielig, das Holzwerk geht schnell in ihnen zu Grunde, das Schmelzwasser ist meist schwierig abzuleiten, und oft sind sie dem Eindringen des Grundwassers ausgesetzt, welches viel Eis zum Schmelzen bringt, das Material der Doppelwandungen durchnäßt und unwirksam macht. Praktischer sind die Eishäuser, welche am besten eine nördliche Lage erhalten und durch Pflanzungen beschattet oder mit hellfarbigen Stroh- oder Rohrdächern versehen werden. Man erbaut sie mit doppelten, übereinander greifenden, dicht genagelten Bretterwänden, die ringsum einen 1 m weiten Zwischenraum bilden, welchen man mit aufgemauerten Torfstücken, deren Fugen durch Sägespäne gedichtet werden, auch mit trockner Gerberlohe, Hobelspänen, Heu, Stroh, Häcksel, Reisschalen etc. ausfüllt.
Der Boden erhält eine etwa 0,66 m starke Schicht Torf. Der Eingang befindet sich an der Nordseite mit Doppelthür und Strohmatratze. Das Schmelzwasser wird sorgfältig abgeleitet, ohne daß durch die Leitung Luft eindringen darf. Für den Eishandel in größern Städten erbaut man vorteilhaft sehr große Häuser, weil sich das Eis in diesen erheblich besser hält als bei der Verteilung auf mehrere kleine Räume. In gut eingerichteten Eishäusern beträgt der jährliche Schmelzverlust wohl nicht mehr als 20-25 Proz. In gelinden Wintern kann man statt des Eises auch wohl Schnee aufspeichern, wenn man ihn mit Wasser benetzt und zu etwa kubikfußgroßen Stücken zusammenpreßt.
Zum Aufbewahren des Eises im Haus dienen Eisschränke, durchaus doppelwandige Behälter, inwendig mit Zink ausgeschlagen und mit einer besondern Abteilung für das Eis versehen. Den Raum zwischen den Doppelwänden füllt man mit Haar, Wolle, Baumwolle, Spreu, Häcksel, Infusorienerde, Schlackenwolle etc. Bei einem Eisschrank mit 2,3 qm innerer Fläche und 0,222 cbm Inhalt, dazu mit einem Eisbehälter, welcher 16 kg Eis faßt, gestalten sich die Beziehungen der Lufttemperatur zu der Temperatur im Innern des Apparats und dem täglichen Eisverbrauch wie folgt:
Temperatur der Luft | 15° | 19° | 22.5° | 26° | 30° |
Temperatur im Eisschrank | 5.5° | 6.9° | 8.3° | 9.6° | 11.1° |
Eisverbrauch in 24 Stunden | 4.8 | 6 | 7.2 | 8.4 | 9.6 kg |
Nimmt man 22,5° als mittlere Temperatur der sechs warmen Monate an, so würde also ein solcher Eisschrank während dieser Zeit 1300 kg Eis verbrauchen. Rechnet man dazu täglich 2,5 kg Eis für die abzukühlenden Speisen, das Öffnen der Thür etc., so würde der Gesamtverbrauch 1750 kg betragen. Stellt man dagegen diesen Schrank in einen nur 15° warmen Keller, so reduziert sich der Eisverbrauch auf 1200 kg. Das Schmelzwasser fließt durch ein Rohr ab, welches den Eintritt von Luft in den Schrank nicht gestattet. Will man eine Flasche schnell durch Eis kühlen, so darf man sie nicht bloß mit Eisstücken umgeben, sondern man stellt sie in ein Gefäß mit Wasser, in welches Eisstücke geworfen sind. Zur Kühlung des Biers dient vielfach ein Schlangenrohr, welches in einem mit Eis und Wasser gefüllten Kasten liegt, an dem einen Ende mit dem auf dem Kasten ruhenden Faß verbunden ist und am andern den Ablaßhahn trägt. Litteratur s. am Schluß.
Künstliches Eis kann dargestellt werden, indem man durch irgend einen Prozeß schnell eine große Menge Wärme zur Bindung bringt. Hierzu eignet sich 1) die Verflüssigung eines festen Körpers mittels einer Flüssigkeit (Lösen von Salzen) oder mittels eines andern festen Körpers (Kochsalz mit Schnee);
2) die Verdunstung eines sehr flüchtigen Körpers (Äther: flüssiges Ammoniak);
3) die Ausdehnung komprimierter Gase. Die Kälteerzeugung nach der ersten Methode wird mit den Kältemischungen, die nach den beiden letzten Methoden mit Hilfe der sogen. Eismaschinen ausgeführt.
Die Eismaschinen, welche die zweite Methode der Kälteerzeugung repräsentieren, werden mit Äther, Methyläther, flüssiger schwefliger Säure oder flüssigem Ammoniak betrieben und sind so eingerichtet, daß die Flüssigkeit in einem Teil des Apparats verdampft und dabei Kälte erzeugt, der Dampf der Flüssigkeit aber in einem andern Teil des Apparats durch Abkühlung wieder verdichtet wird, so daß sie ohne Verlust einen beständigen Kreislauf beschreibt. Von diesen Maschinen sind die Ammoniakmaschinen von Carré am verbreitetsten. Die intermittierenden Maschinen dieser Art für kleinern Betrieb sind sehr einfach konstruiert. A [* ] (Fig. 4 u. 5) ist ein starker, luftdicht schließender Kessel aus Schmiedeeisen, gefüllt mit sehr konzentrierter wässeriger Ammoniakflüssigkeit. Zur
Beobachtung der Temperatur dient das in ein Ölbad eingesetzte Thermometer a. Erwärmt man den Kessel mittels eines schwachen Kohlenfeuers auf etwa 130°, so entwickelt sich das Ammoniak gasförmig, entweicht durch das Rohr b nach dem Kondensator B, welcher in dem mit kaltem Wasser gefüllten Kühlgefäß C steht, und wird hier bei niedriger Temperatur durch den starken Druck, den das Gas selbst ausübt, zu flüssigem Ammoniak verdichtet. Man hat sonach in A nach einiger Zeit das nur noch wenig Ammoniake enthaltende Wasser, in B das davon getrennte u. verflüssigte Ammoniak.
Nun hebt man den Kessel A aus dem Ofen, setzt ihn in das Kühlgefäß, so daß der mit einem schlechten Wärmeleiter umgebene Kondensator frei zu stehen kommt, füllt in den Cylinder H Salzlösung, welche die Wärme besser leitet als Wasser, und setzt die zu etwa zu drei Vierteln mit kaltem Wasser gefüllte Gefrierzelle D hinein. Das in A befindliche abgekühlte Wasser verschluckt nun sehr schnell das im Apparat enthaltene gasförmige Ammoniak, so daß infolge der dadurch bewirkten Druckverminderung das flüssige Ammoniak in B zu rapider Verdunstung gelangt. Hierbei wird so viel Wärme gebunden, daß das Wasser in D gefriert. Durch Eintauchen der aus dem Salzwasser gehobenen Gefrierzelle in warmes Wasser kann man den Eiscylinder ablösen, so daß er beim Umkehren der Zelle herausfällt. Die Röhren MN und ST dienen zur Zuleitung von kaltem u. Ableitung von erwärmtem Wasser aus C. Mit 1 kg Holzkohle erhält man 3-4 kg Eis.
Eine Ammoniakmaschine für kontinuierlichen Betrieb, wie die vorige von Kropff in Nordhausen konstruiert, zeigt [* ] Fig. 6. Die Ammoniakflüssigkeit befindet sich in dem Gefäß A u. wird durch die Dampfschlange op erwärmt. D ist ein Sicherheitsventil. Das beim Erwärmen der Flüssigkeit sich entwickelnde Ammoniakgas entweicht durch das Rohr I nach dem Kondensator J, welcher aus Schlangenrohren besteht, die in einem Gefäß mit kaltem Wasser liegen. Letzteres fließt durch ein Rohr J' aus dem Wasserbehälter Z zu. Das hier zur Flüssigkeit verdichtete Ammoniakgas fließt durch das Rohr L nach dem Regulator M, welcher so konstruiert ist, daß er alle Flüssigkeit, aber kein Gas durchläßt.
Von hier steigt das flüssige Ammoniak durch das Rohr N auf und gelangt im Rohr O in das Schlangenrohr Q, welches in dem Eiserzeuger Q' liegt. Ein Rührwerk mn bewirkt hier eine beständige Mischung der Chorcalciumlösung ^[richtig: Chlorcalciumlösung], welche durch die Verdunstung des Ammoniaks in dem Schlangenrohr Q abgekühlt wird. Die Gefrierzellen stehen zwischen den Windungen des Schlangenrohrs. Das aus letzterer entweichende Ammoniakgas sammelt sich in dem Rohr S und gelangt durch O und das Rohr T nach dem Absorptionscylinder U. Da die Temperatur dieser Gase weit unter 0° ist, so wird nicht allein das in dem Rohr N nach Q fließende flüssige Ammoniak, sondern auch das zur Füllung der Gefrierzellen dienende Wasser, welches durch das Rohr e nach O gelangt und durch f abfließt, entsprechend vorgekühlt.
Der Absorptionscylinder U enthält eine Kühlschlange und wird durch das Rohr a mit Kühlwasser gespeist, welches aus U nach dem Cylinder Y übertritt. Im obern Teil von U befindet sich eine durchlöcherte Schale, mittels der die durch das Erwärmen erschöpfte wässerige Ammoniaklösung, welche durch das Rohr W, das Temperaturwechselgefäß X und den Kühlcylinder Y zutritt, in einen feinen Regen verwandelt wird. Hierdurch wird das Ammoniakgas, welches aus dem Rohr am Boden des Cylinders U eintritt, wieder gelöst und die Ammoniakflüssigkeit in ihrer ursprünglichen Stärke wiederhergestellt. Die
[* ] ^[Abb.: Fig. 4 und 5. Carrés intermittierende Eismaschine.]
[* ] ^[Abb.: Fig. 6. Kropffs Eismaschine für kontinuierlichen Betrieb.]
Dampfpumpe g saugt nun die Ammoniakflüssigkeit auf und preßt sie durch die zweite Schlange des Temperaturwechselgefäßes und durch das Rohr F nach dem Gefäß A zurück. Das Manometer k zeigt den in letzterm herrschenden Druck an, das Manometer k' dagegen den Druck der kalten, in das Absorptionsgefäß eintretenden Dämpfe. Diese Maschine ist gegenwärtig vielfach im Gebrauch. Das Eis, welches in Tafeln von ca. 70 cm Länge, 8 cm Stärke und 185 cm Breite im Gewicht von etwa 8 kg gewonnen wird, ist kristallklar und sehr fest. Bei Anwendung einer Maschine mit einer stündlichen Leistung von 500 kg Eis kosten 100 kg desselben 0,4 Mk. Von allen in die Praxis eingeführten Maschinen liefert diese das Eis am billigsten.
Die Carrésche Ammoniakmaschine mit Absorption hat den großen Vorteil, daß sie keine Luftpumpe und daher auch keine nennenswerte Maschinenkraft erfordert, dagegen den Nachteil, daß nur die latente Verdunstungswärme für den Prozeß verwendet wird, während die Lösungswärme verloren geht und Veranlassung zu einem großen Kühlwasserverbrauch gibt. Eine Maschine, die nur mit wasserfreiem flüssigen Ammoniak arbeitet, ist frei von diesen Verlusten, bedarf aber einer Luftpumpe, wie die Eismaschine von Linde.
Diese besitzt einen Verdampfer und einen Kondensator, beide mit eisernen Rohrspiralen, in welchen das flüssige Ammoniak sich bewegt. Eine Pumpe saugt ununterbrochen aus den Rohren des Verdampfers die Ammoniakdämpfe an und preßt sie in die Rohre des Kondensators, wo sie durch Kühlwasser wieder zu flüssigem Ammoniak sich verdichten, welches in den Verdampfer zurückfließt. Der Kondensator besteht aus einem großen Blechgefäß mit Spiralrohr und beständigem Zufluß von Kühlwasser.
Der Verdampfer ist ein großer, flacher Holzkasten, ebenfalls mit Spiralrohr und gefüllt mit Kochsalzlösung, welche beständig auf -4° erhalten wird. In diesem flachen Behälter hängen in 64 Reihen je 30, also im ganzen 1920 pyramidale Blechgefäße, mit reinem Wasser beinahe gefüllt, welches darin zu Eis gefriert. Nachdem die Eisbildung stattgefunden hat, werden die Gefäße reihen- oder batterieweise ausgehoben, darauf einen Augenblick in heißes Wasser gesenkt, um das Ablösen der Eisblöcke zu bewirken, und sodann diese durch Kippen der Gefäße aus denselben herausgeworfen.
Während auf solche Weise eine Batterie entleert wird, rücken die andern 63 nach, um auch allmählich an die Entleerungsstelle zu kommen. Inzwischen gelangt die leere Batterie über die andern hinweg zu dem Anfang zurück, wird neuerdings mit Wasser gefüllt und in die Salzlösung eingesenkt, um nun wieder hinter den 63 andern her zu marschieren. Die Bewegung der Zellen erfolgt mit Hilfe eines automatisch wirkenden Füllapparats und ebenfalls automatisch arbeitenden Laufkrans unter Aufsicht nur eines Arbeiters.
In der Münchener Eisfabrik beträgt der Inhalt jeder Zelle 12,5 kg, so daß die 1920 Zellen 24,000 kg Wasser, resp. Eis enthalten. Da nun dieselben in der Regel täglich einmal entleert werden können, indem der Durchmarsch einer Batterie durch den Verdampfer 24 Stunden dauert, so liefert die Fabrik täglich 480 Ztr. Eis. Der Betrieb erfolgt durch eine Turbine und erheischt sehr geringe Kosten. Das Eis hat entweder ein durch das Einfrieren der in dem Wasser enthaltenen Luft entstandenes schneeiges Ansehen, oder es ist kristallklar (Klareis) geworden infolge eines unausgesetzten Durchrührens des Wassers vermittelst eines besondern Rührapparats im Anfang des Gefrierens. Da es aus reinem Quellwasser gefroren ist, so kann es auch direkt zum Genuß gebraucht werden, wozu das rohe Natureis sich nicht eignet.
Bei der Äthermaschine von Harrison befindet sich nach der Verbesserung von Siebe der Äther in den Rohren eines einem Röhrendampfkessel sehr ähnlichen Behälters, welcher mit Kochsalzlösung gefüllt ist. Diese letztere kühlt sich auf -8 bis -12° ab, sobald die lebhafte Verdunstung des Äthers durch eine Luftpumpe herbeigeführt wird. Die kalte Flüssigkeit gelangt dann in einen andern Behälter und umspült hier die kupfernen Gefrierzellen. Die Ätherdämpfe stößt die Luftpumpe in einen Kühlapparat mit Kühlschlange, und in diesem werden sie durch Kälte und mäßigen Druck verdichtet, worauf der Äther in das Verdampfungsgefäß zurückgeleitet wird.
Zum Betrieb dieser Eismaschine, welche in England und in fremden Weltteilen ziemlich verbreitet ist, dient eine Dampfmaschine. 100 kg Eis kosten je nach der Größe der Maschine 0,6-5,6 Mk. In ähnlichen Maschinen verwendet Tellier Methyläther, welcher wegen seiner größern Flüchtigkeit vor dem gewöhnlichen Äther manche Vorteile darbietet. Übrigens werden die Eismaschinen nicht immer zur Erzeugung von Eis, sondern häufig auch, wie in Bierbrauereien, nur zur Kühlung von Luft benutzt, in welchem Fall man z. B. die stark gekühlte Salzlösung in flache Behälter fließen läßt, welche in den Lagerkellern unmittelbar über den Fässern angebracht sind.
Bei den Maschinen, welche die dritte Methode der Kälteerzeugung repräsentieren, wird Luft in einem Cylinder durch eine Kraftmaschine komprimiert, wobei in einem bestimmten Verhältnis zur Abnahme des Volumens Spannung und Temperatur wachsen. Die heiße komprimierte Luft wird dann durch Kühlwasser abgekühlt, und man hat nun Luft von großer Dichtigkeit und gewöhnlicher Temperatur. Läßt man diese Luft sich ausdehnen, so sinkt ihre Temperatur in demselben Maß, in welchem sie vorher bei der Kompression gestiegen war.
Diese Abnahme der Temperatur beruht darauf, daß die mechanische Arbeit, welche die Luft bei ihrer Ausübung eines Druckes verrichtet, derselben als Wärme entzogen wird. So nimmt, von Verlusten abgesehen, die Temperatur bei Expansion von 0,5 Atmosphären Überdruck bis zur atmosphärischen Spannung um ca. 33°, bei Expansion von 1 Atmosphäre Überdruck bis zur atmosphärischen Spannung um 60° und bei Expansion von 2 Atmosphären Überdruck bis zur atmosphärischen Spannung um 90° ab. Die Luftexpansionsmaschinen sind offene oder geschlossene, d. h. die arbeitende, erkaltete Luftmenge wird entweder bei jedesmaligem Hub ausgestoßen (wenn es sich darum handelt, direkt durch kalte Luft Räume abzukühlen), oder eine und dieselbe Luftmenge wird immer wieder komprimiert und expandiert. Maschinen der letztern Art braucht man, wenn mittels der kalten Luft einem andern Körper Wärme entzogen, z. B. Eis erzeugt, werden soll. Sie arbeiten dann aber teurer als die Ammoniakmaschine, während im erstern Fall, wo neben der Abkühlung auch eine sehr energische Ventilation der Räume erzielt wird, man mit wesentlich günstigern Verhältnissen zu rechnen hat.
Kleine Eismaschinen liefern mit 1 kg Kohle 3-4 kg Eis, die größten und besten kaum mehr als 10; aber die stetig wachsende Verbreitung der Eismaschinen zeigt, daß die Vorteile, welche sie bei verschiedener Verwendung, namentlich in Brauereien, gewähren, sehr erhebliche sind. Sie machen den Fabrikanten unabhängig von der Jahreszeit und
ersparen die oft sehr bedeutenden Kosten der Eismagazine, und namentlich in südlichen Ländern sind sie unschätzbar. Das Eis, welches sie liefern, wird in schönen Platten erhalten, die man aus den Kasten, in welchen es sich bildet, leicht heraushebt, indem man diese einen Augenblick in warmes Wasser taucht. Es ist sehr widerstandsfähig, und während z. B. 100 kg natürliches Eis aus der Schweiz in 107, norwegisches in 115 Stunden schmolzen, kam dieselbe Menge künstlichen Eises aus der Carréschen Maschine unter denselben Bedingungen in 130, Eis aus der Tellierschen Maschine in 144 Stunden zum Schmelzen.
Man baut kleine Eismaschinen, die in jeder geräumigen Küche aufzustellen und so leicht zu handhaben sind, daß sie z. B. für Gastwirte, Konditoren etc. empfohlen werden können, und anderseits große Maschinen, die täglich 15,000 kg Eis liefern. Auf die Temperaturerniedrigung des Wassers beim Auflösen von Salpeter machte zuerst Blasius Villafranca 1550 aufmerksam, aber erst Leonhardi berichtete 1791, daß man Eis, mit Kochsalz, Salmiak oder Salpetersäure gemischt, in der Chemie, Medizin und Kochkunst als Abkühlungsmittel verwende. 1824 schrieb die Société d'encouragement einen Preis für die Entdeckung eines Verfahrens zur Aufbewahrung oder billigen Herstellung von Eis aus, und es gelang Decourmanche, Malepert und Boutigny, mittels eines Gemisches von 5 kg Glaubersalz und 4 kg verdünnte Schwefelsäure 0,9 kg Eis herzustellen. 1824 machte auch Vallance den ersten Versuch, die Verdunstungskälte technisch zur Herstellung größerer Eismengen zu benutzen, indem er durch Schwefelsäure getrocknete, mittels der Luftpumpe stark verdünnte Luft über eine 1 cm hohe Wasserschicht sogen. Hare verwendete, die Verdunstung des Wassers im Vakuum über Schwefelsäure, ein Prinzip, nach welchem schon Leslie 1810 bis zu 750 g Wasser zum Gefrieren gebracht hatte, und welches, in der Eismaschine von Carré weiter ausgebildet, 1867 in praktisch verwendbarer Form auftrat. 1835 konstruierte Perkins eine Äthereismaschine, bei welcher der Äther wieder verdichtet wurde; aber erst 1859 gelangte diese von Lawrence verbesserte Maschine in Liverpool zur praktischen Verwendung. 1860 erhielt Carré ein Patent auf seine Ammoniakeismaschine.
Der Gedanke, die Expansion komprimierter Luft zur Kälteerzeugung zu benutzen, wurde zuerst von Herschel und bestimmter 1850 von Gorrie in Florida ausgesprochen. Smyth konstruierte nach diesem Prinzip eine Maschine zum Abkühlen der Luft, Kirk und Armengaud suchten die Maschine weiter auszubilden, das größte Verdienst um dieselbe erwarb sich aber Windhausen seit 1871.
Vgl. Schlesinger, Der Eiskellerbau in Massiv- und Holzkonstruktion (Berl. 1864);
Menzel, Der Bau des Eiskellers (5. Aufl., Leipz. 1883);
Swoboda, Eisapparate der Neuzeit (Weim. 1868);
Fischer, Chemische Technologie des Wassers (Braunschw. 1880);
Behrend, Die Eismaschine und ihre Verwendung zur Kühlung von Räumen und Flüssigkeiten (Leipz. 1883);
Röthling, Die Eiskeller etc. (Weim. 1885).
[* ] (Speiseeis), s. Gefrornes.
(ital. u. franz. Mi# [diési, dièse], engl. E sharp), das durch # erhöhte E (Terz im Cis dur-Akkord, Leitton der Fis dur-Tonart).