Überdruck

Überdruck — in der Messtechnik Relativdruck genannt — ist die Differenz zwischen dem tatsächlich herrschenden Druck und dem gerade umgebenden Atmosphärendruck. Er ist der Wert, den fast jedes Manometer anzeigt, und damit die Zahl, mit der ein Taucher täglich umgeht: Die 200 bar auf dem Finimeter sind Überdruck, nicht Absolutdruck.

Die Formel und der Bezugspunkt

Jede Druckangabe braucht einen Nullpunkt. Der Messtechnikhersteller WIKA beschreibt die beiden gebräuchlichen so: Der Absolutdruck ist „der Druck, der auf den Druck Null im luftleeren Raum des Universums bezogen ist“ — sein Nullpunkt ist das ideale Vakuum. Der Relativdruck ist die „Differenz zwischen einem absoluten Druck (p_abs) und dem jeweils herrschenden Atmosphärendruck (p_amb)“. Als Formel:

p_e = p_abs − p_amb

In Datenblättern steht dahinter oft ein Buchstabe: bar(a) für Absolutdruck, bar(g) oder bar(e) für Relativdruck. Das kleine e in p_e steht für „excess“, das g für „gauge“. Ein wichtiger Punkt daran: Der Bezugspunkt des Relativdrucks ist nicht fest. Er wandert mit Wetter und Höhe — WIKA nennt Abweichungen bis rund 30 mbar durch Wetterwechsel und bis 200 mbar durch Höhenänderungen.

Warum das beim Tauchen kein Sprachspiel ist

Auf 30 Metern Wassertiefe herrscht ein Absolutdruck von rund 4 bar: 1 bar Luftdruck über der Oberfläche plus 3 bar hydrostatischer Druck der Wassersäule. Der Überdruck gegenüber der Oberfläche beträgt dort 3 bar. Beide Zahlen beschreiben dieselbe Tiefe — aber nur eine davon darf man in die Gasgesetze einsetzen.

Das ist der Punkt, an dem in der Ausbildung regelmäßig gerechnet wird und regelmäßig etwas schiefgeht. Ein Ballon, der an der Oberfläche vier Liter fasst, hat auf 30 Metern nach dem Gesetz von Boyle-Mariotte noch einen Liter — vier durch vier, nicht durch drei. Dasselbe gilt für den Partialdruck: Er hängt am Absolutdruck. Wer mit dem Überdruck rechnet, unterschlägt genau ein bar — an der Oberfläche ist das der ganze Wert.

Als Faustregel gilt: Alles, was der Taucher abliest, ist üblicherweise Überdruck. Alles, was er rechnet, ist Absolutdruck.

Die 200 bar auf der Flasche

Der Nenndruck einer Tauchflasche ist ein Überdruck. Eine auf 200 bar gefüllte Zwölfliterflasche enthält absolut betrachtet Gas von 201 bar; die übliche Rechnung 12 × 200 = 2400 Liter unterschlägt also zwölf Liter. Das ist ein halbes Prozent und liegt weit unter dem Einfluss der Temperatur beim Füllen — für die Gasplanung ohne Bedeutung, für das Verständnis des Begriffs nicht. Dasselbe gilt für den Mitteldruck einer ersten Stufe: Die Angabe des Herstellers ist der Überdruck über dem Umgebungsdruck, und genau deshalb steigt der absolute Mitteldruck mit der Tiefe mit — sonst käme aus der zweiten Stufe in 30 Metern nichts mehr.

⚠️ Wo ich unsicher bin: der Bezugsdruck des Finimeters

Dass das Finimeter einen Relativdruck anzeigt, ist unstrittig. Wogegen es unter Wasser genau misst — gegen den Umgebungsdruck am Gerät oder gegen einen im Gehäuse eingeschlossenen Druck —, hängt von der Bauart ab, und eine belastbare Fundstelle dazu habe ich nicht gefunden. Für die Praxis ist der Unterschied klein: In 40 Metern geht es um rund 4 bar von 200. Für die Begriffsklarheit ist er es nicht, deshalb steht er hier als offener Punkt und nicht als Behauptung.

Der Gegenbegriff: Unterdruck

Fällt der gemessene Druck unter den Umgebungsdruck, wird p_e negativ; man spricht dann von Unterdruck. Beim Tauchen ist das kein Randfall, sondern die Ursache einer ganzen Gruppe von Verletzungen: Ein Hohlraum, in dem beim Abstieg kein Druckausgleich stattfindet — Maske, Mittelohr, Nebenhöhle, Trockenanzug — steht gegenüber seiner Umgebung unter Unterdruck. Das Gewebe wird in den Hohlraum hineingezogen. Genau das meint das englische „squeeze“.

Was ein Taucher daraus mitnimmt

Als Tauchlehrer bringe ich es auf drei Sätze. Erstens: Der Überdruck ist eine Differenz, kein Zustand — er sagt nichts, solange man nicht weiß, wogegen gemessen wird. Zweitens: Anzeigen sind Relativdruck, Rechnungen brauchen Absolutdruck; wer das trennt, macht in der Theorieprüfung keinen Fehler mehr. Drittens: Der Bezugspunkt ist nicht konstant — im Bergsee ist der Luftdruck kleiner, und dieselbe Anzeige bedeutet dort einen anderen Absolutdruck.

Quellen

• WIKA: Unterschied zwischen Relativdruck- und Absolutdruckmessung — die Definitionen im Wortlaut, die Formel p_e = p_abs − p_amb, die Kennzeichnungen bar(a) und bar(g), die Abweichungen durch Wetter und Höhe
• König/Lipp, Lehrbuch für Forschungstaucher, Kapitel 1 (PDF) — p = F/A, der Normaldruck von 1,01325 bar, der hydrostatische Druck p = ρ · g · D und die Faustregel „10 m ≈ 1 bar (± 2 %)“