Künstlicher Schnee

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Kunstschnee sind kleine Eispartikel, die verwendet werden, um die Schneemenge für Wintersportarten wie Skifahren oder Snowboarden zu erhöhen. Es wird von einer Maschine hergestellt, die mit einer Hochdruckpumpe einen Wassernebel in die kalte Luft sprüht. Die Wassertröpfchen kristallisieren anschließend zu Kunstschnee. In den 1950er Jahren wurden die ersten kommerziell erfolgreichen Maschinen entwickelt und immer wieder technische Verbesserungen eingeführt. Mit der zunehmenden Popularität des Wintersports wird ein deutliches Wachstum des Beschneiungsmarktes erwartet.

Hintergrund

Die Maschinen, die Kunstschnee produzieren, sind so konzipiert, dass sie die Herstellung von Naturschnee nachahmen. In der Natur bilden sich Schneeflocken, wenn die Temperatur unter 0 ° C fällt. Atmosphärisches Wasser kondensiert dann an Partikeln in der Luft und kristallisiert. Diese Aktion erzeugt Schneeflocken, die eine Vielzahl von Größen und Formen haben.

In einer Schneemaschine wird zunächst Wasser mit einem Keimbildner vermischt. Es wird dann unter Druck gesetzt und durch eine Zerstäuberdüse gepresst. Dadurch wird das Wasser zu einem Nebel aufgewirbelt, der dann mit Druckluft injiziert wird, um es noch weiter aufzulösen. Beim Austritt aus der Schneemaschine kristallisiert der Nebel auf dem Nukleator und verwandelt sich in winzige schneeähnliche Eispartikel. Je nach Qualität der Beschneiungsanlage kann der Kunstschnee so gut wie Naturschnee sein.

Verlauf

Obwohl archäologische Beweise darauf hindeuten, dass der Mensch vor etwa 4000 Jahren zum ersten Mal Ski gefahren ist, begann das Interesse an dieser Aktivität als Sport erst Mitte des 19. Jahrhunderts. 1883 fand der erste internationale Wettbewerb in Norwegen statt. Der Sport verbreitete sich bald auf den Rest Europas und Amerikas. Mit der zunehmenden Popularität des Skifahrens stieg auch der Bedarf an einem Gerät, das Schnee liefern konnte, wenn er von Natur aus nicht verfügbar war. Dieser Bedarf führte zur Entwicklung der ersten Beschneiungsmaschinen.

Eine der ersten Maschinen wurde Anfang des 20. Jahrhunderts patentiert. Obwohl sie funktionsfähig war, war diese Maschine grob und unzuverlässig. Stetige Verbesserungen im Design führten in den 1950er Jahren zur Entwicklung einer Druckluft-Schneemaschine. Diese Maschine arbeitete mit Druckluft, um Wasser durch eine Düse zu drücken. Die Düse würde das Wasser in kleinere Tröpfchen aufbrechen, die anschließend kristallisieren. Das nach seinem Erfinder benannte Pierce-Gerät war so effektiv, dass es von den meisten Skigebieten verwendet wurde. Es hatte jedoch auch seine Nachteile, vor allem, dass die Düse zum Verstopfen neigte und sehr viel Druckluft benötigt wurde. Das machte den Betrieb teuer. Außerdem war die Maschine ziemlich laut und der Schnee, den sie produzierte, neigte dazu, nasser und eisiger zu sein.

In den 1970er Jahren wurden bei den Maschinen eine Vielzahl neuer Innovationen eingeführt, die die Qualität und das Verfahren zur Herstellung von Kunstschnee verbesserten. Eine Verbesserung war das Hinzufügen einer rotierenden Basis und eines Lüfters. Der Ventilator würde den neu entstandenen Schnee weiter von der Maschine wegblasen als Druckluft allein und der rotierende Boden ermöglichte eine Änderung der Schneerichtung. Dadurch war es möglich, mit einer einzigen Maschine einen viel größeren Bereich abzudecken. Eine weitere Verbesserung war die Einführung einer Mantelgebläsemaschine. Diese Maschinen waren tragbar, sodass sie überall auf der Piste eingesetzt werden konnten. Sie waren Druckluftmaschinen überlegen, weil sie deutlich leiser und kostengünstiger im Betrieb waren.

1975 wurde von Steve Lindow, einem Doktoranden an der University of Wisconsin, ein Keimbildner entdeckt. Bei der Untersuchung einer Methode zum Schutz von Pflanzen vor Frostschäden fand er ein Protein, das Wassermoleküle anzieht und ihnen hilft, Kristalle zu bilden. Schnell wurde klar, dass dies ein nützliches Material für die Herstellung von Kunstschnee sein würde. Das Material wurde daraufhin markenrechtlich geschützt und wird heute unter dem Handelsnamen Snomax vertrieben.

Mit der Verbesserung der Elektronik verbesserte sich auch die Steuerung der Beschneiungsmaschinen. Computersteuerungen wurden hinzugefügt, ebenso wie Sensoren, die den Schneebedarf automatisch erkennen konnten. Lüfter mit höherer Leistung wurden ebenfalls hinzugefügt. Verschiedene andere Innovationen führten zu Maschinen, die besseren Schnee und mehr davon produzieren konnten. Heutzutage verwenden fast alle Skigebiete eine Art Beschneiungsanlage, um die Skibedingungen zu verbessern und die Skisaison zu verlängern.

Rohstoffe

Wasser ist die wichtigste Zutat für die Herstellung von Kunstschnee. Da Skigebiete jedoch auf Bergen liegen, ist es oft ein Problem, eine geeignete Wasserversorgung zu finden. Wenn Flüsse oder Bäche in der Nähe sind, können sie benutzt werden. Ansonsten werden am Fuße des Berges Teiche oder Dämme angelegt, um eine Wasserspeicherung zu erzeugen. Das Wasser wird dann bei Bedarf zu den Beschneiungsmaschinen gepumpt.

Zur Schneeerzeugung werden neben Wasser auch Druckluft und ein Nukleierungsmaterial benötigt. Die Druckluft wird mit einer Pumpe gewonnen. Der Keimbildner ist ein biologisch abbaubares Protein, das bei einer höheren Temperatur als normal dazu führt, dass Wassermoleküle Kristalle bilden. Es wird aus einem ungiftigen Stamm eines Bakteriums namens Pseudomonas syringae gewonnen. Im Durchschnitt kann dieses Material die Schneemenge einer Maschine um 50 % erhöhen. Es hilft auch, leichtere, trockenere Flocken zu produzieren.

Design

Der wichtigste Teil jeder Beschneiungsanlage ist die Beschneiungsmaschine, die als Schneekanone oder Schneekanone bezeichnet wird. Es ist eine Vielzahl von Ausführungen erhältlich, die meisten enthalten jedoch gängige Elemente wie Kompressoren, Pumpen, Lüfter und Steuerungen.

Ein zentrales Teil der Beschneiungsmaschine ist die Lüfterbaugruppe. Dieser Teil ist dafür verantwortlich, das Luft-Wasser-Gemisch in winzige Tröpfchen umzuwandeln und auf den Hang auszublasen. Es ähnelt einem typischen tragbaren Hausventilator. Es hat ein rotierendes Propellerblatt, das an einem Motor mit variabler Geschwindigkeit befestigt ist. An den Schaufeln sind gebogene Leitschaufeln angebracht, die den Luftstrom linear lenken. Der Ventilator ist von einem langgestreckten Stahlkanal umgeben, der an beiden Enden offen ist. Während sich die Flügel des Ventilators bewegen, wird Luft von einer Seite des Kanals angesaugt. Diese Seite ist mit einem Sieb abgedeckt, um das Eindringen von Fremdkörpern in die Baugruppe zu verhindern. Die Mechanismen, die die Hauptbestandteile des Schnees steuern, befinden sich im vorderen oder Auslassende des Fankanals. Dazu gehören ein Wasserspray, eine Druckluftpumpe und eine Nukleierungsvorrichtung. Die Nukleierungsvorrichtung enthält ein Reservoir, das mit einem Nukleierungsmittel gefüllt ist. Durch dieses Reservoir wird Wasser gepumpt und das Protein eingearbeitet.

Während des Beschneiungsprozesses wird die Ventilatorbaugruppe an einer Vielzahl von Teilen befestigt. Um Wasser und Luft zu erhalten, werden Schläuche an die Lüfterbaugruppe angeschlossen. Diese Schläuche sind mit einer Reihe von Kompressoren und Pumpen verbunden, die Luft und Wasser durch Rohre den Berg hinauf befördern. Um die Schneebedeckung zu erhöhen, ist die Lüfterbaugruppe auf einem Schwingständer oder Joch montiert. Je nach Ausführung kann das Joch knapp über dem Boden oder an einem hohen Turm angebracht werden. Mit dem Joch können Hebel verbunden werden, die den Winkel einstellen können, in dem Schnee aus der Maschine austritt. Ein Steuerkasten für die Maschine befindet sich normalerweise an der Basis des Jochs. Dazu gehören Schalter zum Bedienen von Dingen wie Wasserfluss, Lüfterrotation und Oszillationsgeschwindigkeit. Die Steuerbox kann von einem entfernten Computer bedient werden.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Die Herstellung von Kunstschnee erfordert eine Reihe von Geräten, die Wasser und Luft den Berg hinaufbewegen können, kombiniert mit einer Nukleierung Ein zentrales Teil der Beschneiungsmaschine ist die Lüfterbaugruppe. Dieser Teil ist dafür verantwortlich, das Luft-Wasser-Gemisch in winzige Tröpfchen umzuwandeln und auf den Hang auszublasen. Es ähnelt einem typischen tragbaren Hausventilator. Material und sprühen Sie sie als kleine Tröpfchen in die Luft. Typischerweise wird die Anlage in den Sommermonaten installiert und nach Pistenschluss nachts betrieben.

Installation des Systems

• 1 Die künstliche Beschneiung erfordert die Installation einer kompletten Anlage am Berghang. Dieses System umfasst neben den Beschneiungsmaschinen eine Reihe von Wasserleitungen, Elektrokabeln, Pumpen und Kompressoren. Zuerst werden Pläne gezeichnet, die den Aufbau der Anlage zeigen. Anschließend werden die Wasserrohre und Kabel in langen Gräben verlegt, die den gesamten Hang durchqueren. Die Gräben müssen deutlich tief ausgehoben werden, damit das Wasser in den Wintermonaten nicht gefriert. An verschiedenen Stellen entlang der Wasserleitung sind Ventile und Schläuche installiert, um das Wasser an die Oberfläche zu bringen. Um sie herum werden Heuballen zum Schutz gelegt.

Wasser mit anderen Komponenten mischen

• 2 Die Beschneiung erfolgt normalerweise nachts und erfordert eine ständige Überwachung. Dies wird normalerweise nur durchgeführt, wenn die Außentemperatur 28° F (-2,2° C) oder weniger beträgt. Den ganzen Hang hinauf sind mehrere Schneemaschinen an die Wasserleitungen angeschlossen. Wenn die Maschinen eingeschaltet werden, beginnt der Beschneiungsprozess. Das Wasser wird zunächst den Berg hinauf zu den verschiedenen Maschinen gepumpt. Je nach Maschinentyp kann dem Nukleierungsmaterial vor dem Pumpen oder beim ersten Eintritt in die Maschine Wasser beigemischt werden.

Schnee schaffen

• 3 Das Wasser wird dann mit Druckluft vermischt und durch ein Hochleistungsgebläse gepumpt. Der Ventilator kann die Mischung fast 18,3 m in die Luft sprühen. Beim Verlassen der Maschine kristallisiert das Wasser und bildet Schnee. Der Schnee ist aufgetürmt und besteht aus großen Hügeln, die als Wale bekannt sind. An diesem Punkt kann der Schnee analysiert und die Maschinen so eingestellt werden, dass sie die beste Schneequalität produzieren.
• 4 Wenn ein Haufen Kunstschnee sehr hoch ist, wird die Beschneiungsmaschine ausgeschaltet. Bei optimaler Leistung kann eine Schneemaschine in etwa 2 Stunden genug Schnee produzieren, um einen Morgen zu bedecken. Der Wal darf dann zwei bis drei Tage lang fest werden oder aushärten. Dadurch kann überschüssiges Wasser abfließen und ein weicherer Schnee entsteht.

Schnee bewegen

• 5 Nach dem Aushärten ist der Schneehaufen bereit zum Präparieren. Mit einem speziellen Pflug wird der Schnee auf den Skibelag geglättet. Während es bewegt wird, wird es durch ein Bodenbearbeitungsgerät geschickt. Dadurch wird der Schnee aufgelockert und damit fahrfreudiger.

Qualitätskontrolle

Die Herstellung von Kunstschnee, der genauso gut oder besser als Naturschnee ist, erfordert erhebliche Qualitätskontrollen. Vor der Produktion wird das Nukleierungsmaterial auf Einhaltung der entsprechenden Spezifikationen überprüft. Während der Schnee gemacht wird, wird er auf Kristallqualität, Aussehen und Feuchtigkeit analysiert. Das Luft/Wasser-Verhältnis kann angepasst werden, um die Schneequalität zu verbessern. Wenn der Schnee von höchster Qualität ist, hält er länger, behält seine Form besser und ist einfacher zu präparieren.

Die Zukunft

Die Unzulänglichkeiten der derzeitigen Beschneiungstechnologie lassen auf mögliche Verbesserungen in der Zukunft schließen. Derzeit ist der von diesen Maschinen erzeugte Lärm ein Problem. Während versucht wurde, den Geräuschpegel zu reduzieren, werden zukünftige Maschinen noch leiser sein. Eine weitere Einschränkung der Beschneiungsmaschinen ist ihr enger Temperatureinsatzbereich. Neue Maschinen können möglicherweise Schnee bei Temperaturen über 28° F (-2,2° C) produzieren. Diese Maschinen können auch in kürzerer Zeit Schnee von höherer Qualität produzieren.