Sauerstoff-Sollwert am Kreislaufgerät

Hand im Neoprenhandschuh haelt das Bediengeraet eines Kreislauftauchgeraets, das Display leuchtet schwach und bleibt unlesbar. — Illustration, mit Google Gemini erzeugt.

Der Sauerstoff-Sollwert — im Englischen Setpoint — ist der Sauerstoffpartialdruck, den ein geschlossenes Kreislauftauchgerät im Atemkreis konstant halten soll. Nicht ein Mischungsverhältnis wird dabei geregelt, sondern ein Druck: Sensoren messen laufend, und sobald der Wert unter die Vorgabe fällt, wird Sauerstoff zugegeben. Daraus folgt der eigentümlichste Zug des geschlossenen Geräts — die Gasmischung im Kreis wechselt mit jeder Tiefenänderung.

Warum ein Druck und kein Prozentwert

Für die Sauerstoffwirkung auf den Körper zählt nicht der Anteil im Gemisch, sondern der Partialdruck. Beim offenen System liegt der Anteil fest und der Partialdruck steigt mit der Tiefe — daraus folgt die maximale Einsatztiefe. Das geschlossene Gerät dreht die Rechnung um: Es hält den Partialdruck fest und lässt den Anteil wandern.

Was das bedeutet, macht die Darstellung von therebreathersite.nl an zwei Beispielen anschaulich. Bei einem Sollwert von 1,3 bar atmet der Taucher in dreißig Metern eine Mischung von rund 32,5 Prozent Sauerstoff, in fünfzig Metern eine von rund 21,6 Prozent. Dasselbe Gerät, derselbe Sollwert, zwei Gemische, die man am offenen System als Nitrox und als Luft bezeichnen würde.

Der Gewinn liegt genau hier. Weil der Sauerstoffanteil in jeder Tiefe so hoch gehalten wird, wie es gerade noch vertretbar ist, bleibt der Inertgasanteil entsprechend niedrig — und damit die Aufsättigung. Der VDST führt die wirksamere Dekompression und die längeren Nullzeiten ausdrücklich unter den Vorzügen des Kreislaufgeräts auf.

Die zwei Sollwerte

In der Praxis arbeitet ein elektronisch geregeltes Gerät mit zwei Vorgaben. Nach der Darstellung von therebreathersite.nl ist der niedrige Sollwert von 0,7 bar für die Oberfläche und das flache Wasser gedacht — an der Oberfläche entspricht das einem Kreisinhalt von etwa 70 Prozent Sauerstoff. Der hohe Sollwert liegt üblicherweise bei 1,3 bar, vereinzelt bei 1,2 bar, und wird in etwa sechs Metern Tiefe übernommen; manche Geräte schalten von Hand um, andere selbsttätig nach Umgebungsdruck.

Warum nicht höher? Weil der Abstand nach oben bewusst bleibt. Dieselbe Darstellung ordnet die 1,3 bar ausdrücklich unterhalb des Bereichs von 1,4 bis 1,6 bar ein, in dem mit Sauerstoffkrämpfen zu rechnen ist. Die DGUV-Information 201-033 zum Tauchen mit Mischgas nennt für das gewerbliche Tauchen 1,4 bar als Höchstwert und 0,16 bar als Mindestwert des Sauerstoffpartialdrucks; sie richtet sich an das gewerbliche Tauchen, markiert aber denselben Rahmen. Für das Sauerstoffkreislaufgerät, das keinen Sollwert regelt, sondern reinen Sauerstoff atmet, ergibt sich aus der Grenze von 1,6 bar nach VDST und dekostop.ch die bekannte Tiefenbeschränkung auf etwa sechs Meter.

Warum nicht niedriger? Weil unterhalb des Sollwerts die Hypoxie wartet. Beim Aufstieg ist das die kritische Phase: Der Umgebungsdruck fällt, und mit ihm der Partialdruck im Kreis, ohne dass sich an der Mischung etwas ändern müsste. Der niedrige Oberflächensollwert von 0,7 bar ist deshalb kein Sparprogramm, sondern Vorsorge gegen den umgekehrten Fehler — einen Kreis, der an der Oberfläche unnötig sauerstoffreich stünde.

Wie der Wert gehalten wird

Gemessen wird mit galvanischen Sauerstoffzellen im Gerätekopf; die Darstellung von therebreathersite.nl spricht bei der Kalibrierung von drei Zellen. Der VDST beschreibt den Regelkreis des elektronisch geregelten Geräts knapp: Sensoren überwachen den Partialdruck laufend, ein Rechner wertet die Messwerte aus, ein Anzeigegerät stellt sie dar, und ein Magnetventil gibt Sauerstoff zu, wenn der Wert unter die Vorgabe fällt. Das Diluent kommt über eine getrennte Zugabe.

Beim manuell geregelten Gerät übernimmt eine Düse mit konstantem Durchfluss den Grundbedarf — der VDST nennt etwa 0,8 Liter in der Minute —, und der Taucher ergänzt von Hand, wenn das nicht reicht. Als Bezugsgröße: therebreathersite.nl gibt den Sauerstoffverbrauch je nach Belastung mit etwa einem bis anderthalb Litern in der Minute an, der VDST mit 0,3 Litern in Ruhe bis 2,5 Litern bei sehr starker Anstrengung. Eine konstante Düse trifft diesen Bedarf also nur in einem schmalen Belastungsbereich genau; genau deshalb bleibt beim manuellen Gerät die Hand des Tauchers Teil der Regelung.

Als Tauchlehrer würde ich dazu einen Satz sagen, der nach einer Binsenweisheit klingt und keiner ist: Der Sollwert ist eine Vorgabe, keine Messung. Was das Gerät regelt, ist das, was die Zellen melden — und ob das stimmt, entscheidet sich an ihrem Zustand, an der Kalibrierung und daran, ob der Taucher den angezeigten Wert überhaupt ansieht. Die Zahl auf dem Anzeigegerät ist die wichtigste Zahl des ganzen Tauchgangs.

Warum steht der Sollwert an der Oberfläche niedriger als in der Tiefe?

Weil ein hoher Partialdruck an der Oberfläche keinen Nutzen bringt und den Sauerstoffvorrat verbraucht. Nach der Darstellung von therebreathersite.nl wird der niedrige Wert von 0,7 bar an der Oberfläche und im flachen Wasser gefahren und etwa in sechs Metern auf den hohen Wert umgeschaltet. Der Dekompressionsvorteil eines hohen Partialdrucks entsteht ohnehin erst in der Tiefe.

Welche Mischung atmet man bei einem Sollwert von 1,3 bar?

Das hängt allein von der Tiefe ab. therebreathersite.nl rechnet es vor: in dreißig Metern rund 32,5 Prozent Sauerstoff, in fünfzig Metern rund 21,6 Prozent. Je tiefer der Taucher kommt, desto magerer wird das Gemisch, das denselben Partialdruck ergibt — und desto wichtiger wird, dass das Diluent für diese Tiefe taugt.

Gilt für ein Kreislaufgerät eine maximale Einsatztiefe wie bei Nitrox?

Nicht im Sinne der Nitroxrechnung. Der VDST hält fest, dass der Partialdruck im Regelbetrieb eines manuell oder elektronisch geregelten Geräts in einem unkritischen Bereich bleibt, weshalb es dafür keine maximale Einsatztiefe gibt. Begrenzt wird die Tiefe stattdessen durch das Diluent, die Herstellerfreigabe und das mitgeführte Ausweichgas.

Quellen

The Rebreathersite: ECCR explained — Regelung auf einen Partialdruck statt auf einen Anteil, niedriger Sollwert 0,7 bar mit etwa 70 Prozent Kreisinhalt an der Oberfläche, hoher Sollwert üblicherweise 1,3 bar und vereinzelt 1,2 bar, Umschaltung in etwa sechs Metern von Hand oder selbsttätig, Einordnung unterhalb des Bereichs 1,4 bis 1,6 bar, Sauerstoffverbrauch 1 bis 1,5 l/min, Rechenbeispiele EAN 32,5 in 30 m und EAN 21,6 in 50 m, Kalibrierung mit drei Zellen, automatisches Diluentventil. Praktikerquelle.
VDST: Grundwissen Rebreathertauchen (PDF) — Regelkreis des elektronisch geregelten Geräts aus Sensoren, Rechner, Anzeigegerät und Magnetventil, konstante Zugabe von etwa 0,8 l/min beim manuell geregelten Gerät, Sauerstoffverbrauch 0,3 bis 2,5 l/min, Grenze von 1,6 bar beim Sauerstoffkreislaufgerät, Hinweis auf die fehlende maximale Einsatztiefe im Regelbetrieb, längere Nullzeiten und wirksamere Dekompression.
DGUV Information 201-033: Tauchen mit Mischgas (PDF) — Sauerstoffpartialdruck mindestens 0,16 bar und höchstens 1,4 bar. Die Information gilt für das gewerbliche Tauchen.
dekostop.ch: Kreislaufgerätetypen — Tiefenbeschränkung des Sauerstoffkreislaufgeräts auf etwa sechs Meter bei 1,6 bar. Praktikerquelle.

Zur Quellenlage: Die Sollwerte 0,7 und 1,3 bar stammen aus einer Praktikerdarstellung, nicht aus einem Verbandsstandard oder einer Norm; verbindlich ist für das einzelne Gerät die Vorgabe des Herstellers. Die Zahl der Sauerstoffzellen ist dort nur im Zusammenhang mit der Kalibrierung genannt und nicht als allgemeine Regel. Die Grenzwerte der DGUV und die Grenze von 1,6 bar stammen aus verschiedenen Zusammenhängen — gewerbliches Tauchen einerseits, Sauerstoffkreislaufgerät andererseits — und sind hier jeweils ihrem Urheber zugeordnet, nicht zu einem Wert verschmolzen. Der VDST gehört nicht zu den vier Verbänden, an denen sich dieses Lexikon sonst ausrichtet.