Druckeinheiten

Analoges Manometer mit zwei Skalen: rot in bar von 0 bis 600, schwarz in MPa von 0 bis 60, Anschlussgewinde aus Messing links unten
Ein Manometer mit zwei Skalen für dieselbe Größe: bar und MPa. Foto: R. Henrik Nilsson, CC BY 4.0, Wikimedia Commons

Druckeinheiten sind die Maßeinheiten, in denen ein Druck angegeben wird. Im Tauchsport gilt das bar als Alltagseinheit, die SI-Einheit ist das Pascal, und auf Geräten, in Tabellen und in Herstellerangaben stehen außerdem atm, mmHg und psi. Alle messen dieselbe Größe und unterscheiden sich nur im Umrechnungsfaktor.

Pascal und bar

Druck ist Kraft je Fläche, p = F/A. Die SI-Einheit ist das Pascal: 1 Pa = 1 N/m². Das Lehrbuch für Forschungstaucher von König und Lipp hält ausdrücklich fest, dass Taucher den Druck trotzdem weiter in bar messen, und nennt die Beziehung: 1 bar = 100 000 Pa = 1 000 Hektopascal. Das Hektopascal ist dabei dasselbe wie das Millibar, 1 hPa = 1 mbar.

Die Größenordnung lässt sich greifen. Zehn Newton auf einem Quadratzentimeter ergeben 1,0 bar, zehn Newton auf einhundert Quadratzentimetern nur 0,01 bar. Ein Kilogramm auf einem Quadratzentimeter übt etwa die Kraft aus, die einem bar entspricht.

Auf Manometern für hohe Drücke steht häufig eine zweite Skala in Megapascal. Wegen 1 MPa = 1 000 000 Pa gilt 1 MPa = 10 bar. Die Skala von 0 bis 600 bar entspricht dann der von 0 bis 60 MPa, wie sie auf dem Beitragsbild zu sehen ist.

Normaldruck, Atmosphäre und Millimeter Quecksilbersäule

Auf Meereshöhe herrscht nach König/Lipp ein Normaldruck von 1,01325 bar, bezogen auf 15 °C und ohne wetterbedingte Schwankungen. Die physikalische Atmosphäre (atm) ist genau dieser Wert: 1 atm = 101 325 Pa. Für Tauchrechnungen darf der Luftdruck auf 1 bar gerundet werden, das Lehrbuch beziffert die Genauigkeit mit ± 3 Prozent und nennt als Ausnahme Tauchgänge im Bergsee. Dort sinkt der Luftdruck nach der Gesellschaft für Tauch- und Überdruckmedizin (GTÜM) bis 4 000 m Höhe um etwa 0,1 bar je 1 000 m, auf 1 000 m Höhe sind es 0,9 bar, auf 2 500 m 0,75 bar. Mehr dazu im Eintrag zum Höhentauchen.

Zwei weitere Einheiten sehen ähnlich aus und sind es nicht ganz. Die technische Atmosphäre (at), gleich 1 kgf/cm², beträgt 98 066,5 Pa, also 0,980665 bar, und liegt damit knapp unter dem bar. Das Millimeter Quecksilbersäule (mmHg) stammt vom Quecksilberbarometer und beträgt 133,322 Pa. Die Kürzel ata (Atmosphäre absolut) und atü (Atmosphäre Überdruck) sind Altbestand der technischen Atmosphäre. In den Texten von DAN stehen die Sauerstoffgrenzen von 1,4 und 1,6 in der Einheit ata. Je nach Definition weicht eine Atmosphäre damit um gut ein bis knapp zwei Prozent vom bar ab.

psi

Das Pfund-Kraft je Quadratzoll (psi) ist die Einheit der angloamerikanischen Geräteangaben: 1 psi = 6 894,757 Pa. Daraus folgt 1 bar ≈ 14,50 psi. Die oft genannte Zahl 14,7 psi gehört dagegen zur Normalatmosphäre, denn 101 325 Pa geteilt durch 6 894,757 Pa ergeben 14,70 psi.

Für Flaschendrücke bedeutet das, gerechnet aus diesem Faktor: 200 bar entsprechen etwa 2 900 psi, 300 bar etwa 4 350 psi. Eine Flasche mit der Angabe 3000 psi entspricht 206,8 bar. Auf 207 bar aufzurunden würde den Nennwert überschreiten.

Was beim Tauchen davon gebraucht wird

Zehn Meter Wassersäule bedeuten nach König/Lipp etwa 1 bar zusätzlichen Druck, mit einer Genauigkeit von ± 2 Prozent. Der Gesamtdruck in der Tiefe ist die Summe aus Luftdruck und hydrostatischem Druck. Die Taucherformel lautet Tiefe in Metern geteilt durch 10, plus 1 bar. Die Formel weicht höchstens 6,3 Prozent vom exakten Wert ab, in 20 m Tiefe nur 3,3 Prozent. In 30 m Tiefe ergibt sich damit ein Absolutdruck von 4 bar.

Bei Rechnungen mit dem Partialdruck eines Gases wird derselbe Absolutdruck in bar eingesetzt. Als Tauchlehrer rate ich, die Einheit in jeder Rechnung mitzuschreiben. Eine typische Fehlerquelle ist nicht die Umrechnung, sondern die Verwechslung von Überdruck und Absolutdruck: Ein bloßes „bar“ sagt nicht, ob der Umgebungsdruck schon enthalten ist. Der Flaschendruck, den das Finimeter anzeigt, wird ebenfalls in bar angegeben.

Wie viel bar sind 1 psi?
1 psi sind 6 894,757 Pa, also rund 0,069 bar. Umgekehrt entsprechen 14,5 psi etwa einem bar. Wer eine Umrechnung im Kopf braucht, nimmt als Faustregel 15 psi je bar und weiß, dass sie das Ergebnis um gut drei Prozent zu hoch ausfallen lässt. Für Sicherheitsgrenzen taugt sie deshalb nicht.
Ist 1 ata dasselbe wie 1 bar?
Nicht ganz. Eine technische Atmosphäre sind 0,980665 bar, eine physikalische Atmosphäre 1,01325 bar. Bei Angaben in ata, wie sie in den Texten von DAN zum Sauerstoffpartialdruck stehen, lohnt es sich daher, die Einheit nicht stillschweigend mit bar gleichzusetzen, sondern die Abweichung von gut einem bis knapp zwei Prozent im Blick zu behalten.
Warum rechnen Taucher nicht in Pascal?
Das Lehrbuch von König und Lipp stellt fest, dass das Pascal zwar die korrekte Einheit ist, Taucher aber weiterhin in bar messen. Der Grund liegt in der Handhabung: Ein bar entspricht etwa dem Druck von zehn Metern Wassersäule, und die Taucherformel Tiefe durch 10 plus 1 lässt sich im Kopf rechnen. In Pascal wären dieselben Werte sechsstellige Zahlen.
Was bedeutet MPa auf dem Manometer?
MPa steht für Megapascal, 1 MPa = 1 000 000 Pa. Das entspricht 10 bar. Ein Manometer mit zwei Skalen zeigt also dieselbe Größe doppelt an, etwa 600 bar und 60 MPa am Skalenende.

Quellen

Über Divemaster Tom 31 Artikel
Tom führt zu Tauchplätzen, Wracks und Tauchreisezielen und schreibt auf, was man vor Ort wissen muss: Einstieg, Bedingungen, Regeln. Lange Jahre Divemaster, heute SSI Open Water Scuba Instructor und CMAS-Tauchlehrer.