Halbgeschlossenes Kreislaufgerät (SCR): Technik

Halbgeschlossenes Kreislauftauchgeraet mit Kalkbehaelter, einer Nitroxflasche, Gegenlunge und zwei Faltenschlaeuchen zum Mundstueck. — Illustration, mit Google Gemini erzeugt.

Ein halbgeschlossenes Kreislaufgerät führt die Ausatemluft im Kreis, bindet das Kohlendioxid in einem Atemkalkbehälter und gibt nur einen Teil des Gases an das Wasser ab. Den verbrauchten Sauerstoff ersetzt es aus einer einzigen Flasche mit einem fertigen Nitroxgemisch — ohne die Sensorregelung, die das geschlossene Gerät auszeichnet. Die englische Abkürzung lautet SCR.

Woher der Name kommt

Der Name beschreibt genau die eine Eigenschaft, die das Gerät von beiden Nachbarn trennt. Ein offenes System gibt jeden Atemzug vollständig ab, ein geschlossenes im Regelfall keinen. Das halbgeschlossene Gerät gibt einen Teil ab, und zwar zwangsläufig: Weil nur ein fertiges Gemisch nachgespeist wird, muss mehr Gas in den Kreis als der Körper an Sauerstoff verbraucht. TDI beschreibt das in einem Satz — „a higher volume of gas must be injected to replace the O2 that is metabolized“ — und hält fest, dass der Überschuss aus dem Kreis abgeblasen wird: „This excess gas is vented out of the loop.“

Wie der Sauerstoff nachkommt: aktiv und passiv

Zwei Bauarten stehen nebeneinander. Bei der aktiven Zugabe liefert eine Dosierdüse einen gleichbleibenden Massenstrom; das funktioniert nur, solange der Vordruck konstant bleibt, und der Überschuss geht über ein Überdruckventil hinaus. Entscheidend ist dabei ein Satz: Die Zugabe ist unabhängig davon, wie viel Sauerstoff der Taucher gerade verbraucht — „Gas addition is independent of oxygen use“.

Bei der passiven Zugabe strömt Gas über ein Ventil nach, sobald der Balg leer ist; abgegeben wird dann ein fester Anteil jedes Atemzugs. Für solche Geräte nennt die englischsprachige Darstellung 10 bis 25 Prozent je Atemzug, woraus eine Gasreichweite vom Zehnfachen bis Vierfachen gegenüber dem offenen System folgt. Tiefenkompensierte Bauarten lassen an der Oberfläche 20 bis 33 Prozent ab und mit zunehmender Tiefe weniger.

Der Kern: Was im Kreis atmet, ist nicht das, was in der Flasche steht

Hier liegt der Punkt, an dem ein halbgeschlossenes Gerät vom offenen System abweicht und an dem Fehler entstehen. Der Sauerstoffanteil im Kreis ist niedriger als der in der Flasche, weil der Taucher laufend Sauerstoff entnimmt und nur anteilig frisches Gemisch nachkommt. Wie viel niedriger, hängt von zwei Größen ab, die sich während des Tauchgangs ändern: von der körperlichen Belastung und von der Tiefe.

Bei aktiver Zugabe wirkt die Belastung unmittelbar, denn die Düse liefert unverändert weiter, während der Verbrauch steigt. Die englischsprachige Darstellung formuliert die Folge ohne Umschweife: „it is possible to dangerously deplete the oxygen by excessive physical exertion“. Bei Bauarten mit festem Abgabeanteil steigt der Sauerstoffanteil dagegen mit der Tiefe. Beides bedeutet: Der Partialdruck im Kreis ist eine Rechengröße, kein Messwert — es sei denn, das Gerät hat eine Anzeige.

TDI hält genau das fest: Elektronische Überwachung sei bei halbgeschlossenen Geräten nicht vorgeschrieben, werde aber oft zusätzlich eingesetzt — „while electronic PO2 monitoring is not required in semi-closed rebreathers, it is often used for additional safety“.

Was daraus an Risiken folgt

Die Fehlerbilder sind andere als am offenen System. Eine verstopfte Dosierdüse lässt den Sauerstoffanteil absinken, ohne dass sich das Atmen verändert; fällt eine Steuerung aus, schließen die Einspeiseventile meist, und das Gemisch im Kreis wird hypoxisch. Ohne Sensor bleibt der tatsächliche Sauerstoffpartialdruck unbekannt. Dazu kommen die tiefenabhängige Verschiebung des Gemisches, die Gefahr der Hypoxie nahe der Oberfläche bei sauerstoffarmem Gas und Wassereintritt in den Kreis, der den Atemkalk beeinträchtigt.

TDI stellt die beiden Richtungen nebeneinander: „Too much oxygen and the risk of CNS oxygen toxicity increases. Too little, and the loop becomes hypoxic and will not sustain consciousness.“ Der Unterschied zum offenen System ist, dass beide Zustände ohne Vorwarnung eintreten können.

Im Sporttauchen

Ins Sporttauchen kamen halbgeschlossene Geräte in den späten 1990er Jahren mit dem Dräger Dolphin und dem Dräger Ray. Ein Ausbilder, der 1997 ein Dolphin kaufte und anschließend SCR-Instructor wurde, beschreibt die Technik so: drei auswechselbare Dosierdüsen für 40, 50 und 60 Prozent Sauerstoff, bei den frühen Geräten keine Sauerstoffanzeige, und der Anteil im Kreis ergab sich aus einer Rechnung — zugeführtes Nitrox abzüglich Durchfluss abzüglich Stoffwechsel. Dieselbe Darstellung nennt den Aufwand: langer Aufbau, Dichtheitsprobleme, hohes Gewicht an Land und schlechte Tarierbarkeit im Flachen.

Im technischen Tauchen hat die Bauart überlebt, wo sie Vorteile hat: Die englischsprachige Übersicht führt unter anderem Halcyon RB80 und PVR-BASC als passive, tiefenkompensierte Geräte sowie Interspiro DCSC und US Navy MK29 als aktive.

Abgrenzung

Gegen das geschlossene Gerät ist die Grenze scharf: Dort regeln Sensoren und ein Magnetventil den Sauerstoffpartialdruck, und geführt werden reiner Sauerstoff und ein Diluent. Das halbgeschlossene Gerät hat weder die Regelung noch die zwei Gase; es arbeitet mit einem festen Gemisch. Gegen das offene System ist der Vorteil der Gasverbrauch — aber nicht ohne Haken: Abgegeben wird beim halbgeschlossenen Gerät nicht gezielt Inertgas, sondern Kreisgas samt dem darin enthaltenen Sauerstoff.

Als Tauchlehrer halte ich den Satz für den wichtigsten, der am leichtesten untergeht: Mechanisch ist das Gerät einfach. Die Rechnung dahinter ist es nicht — und sie läuft während des Tauchgangs weiter, auch wenn niemand hinsieht.

Wie viel Gas spart ein halbgeschlossenes Gerät?

Für Bauarten mit festem Abgabeanteil nennt die englischsprachige Übersicht eine Reichweite vom Zehnfachen bis Vierfachen gegenüber dem offenen System, je nachdem, ob 10 oder 25 Prozent jedes Atemzugs abgegeben werden. Für Geräte mit konstantem Massenstrom lässt sich keine allgemeine Zahl angeben, weil der Durchfluss fest eingestellt ist und nicht vom Verbrauch abhängt.

Warum ist der Sauerstoffanteil im Kreislauf niedriger als in der Flasche?

Weil der Körper laufend Sauerstoff entnimmt, das nachgespeiste Gemisch aber unverändert bleibt. Es fließt immer mehr Gas nach, als Sauerstoff verbraucht wird — sonst reichte es nicht —, und der Überschuss geht nach draußen. Zurück bleibt ein Kreis, in dem der Sauerstoffanteil unterhalb des Flaschenwerts liegt und mit der Belastung weiter sinkt.

Ist ein SCR einfacher als ein geschlossenes Kreislaufgerät?

Im Aufbau ja; TDI nennt diese Systeme „still simple“ und kommt ohne Sensorik und Magnetventil aus. In der Bedienung heißt das aber, dass der Sauerstoffpartialdruck ohne zusätzliche Anzeige nicht abzulesen, sondern zu errechnen ist. Einfache Mechanik und einfacher Tauchgang sind hier nicht dasselbe.

Quellen

TDI: Just How Simple are Rebreathers? — Verbandsdarstellung zu halbgeschlossenen und geschlossenen Geräten, Abblasen des Überschusses, elektronische Überwachung, die beiden Risikorichtungen
Wikipedia: Semi-closed circuit rebreather — aktive und passive Zugabe, Prozentwerte der Abgabe, Gasreichweite, Fehlerbilder, Geräteliste
Silent Explorers: SCR Review — Erfahrungsbericht eines SCR-Instructors zu Dräger Dolphin und Ray, Dosierdüsen für 40, 50 und 60 Prozent

Zur Quellenlage: Die Zahlenangaben zu Abgabeanteilen, Gasreichweite und Fehlerbildern stammen aus einem Wiki und sind nicht gegen eine Verbands- oder Herstellerfundstelle abgeglichen. Die Angaben zu Dräger Dolphin und Ray stammen aus einem Erfahrungsbericht eines einzelnen Ausbilders, der die Bauart im Übrigen ablehnt; der technische Teil seiner Darstellung steht hier, die Wertung nicht. Eine Herstellerunterlage zu diesen Geräten liegt der Darstellung nicht zugrunde. Für den Zusammenhang zwischen Belastung und absinkendem Sauerstoffanteil liegt mit TDI und dem Wiki eine übereinstimmende, aber keine deutschsprachige Verbandsfundstelle vor.