Ein geschlossenes Kreislaufgerät führt die Ausatemluft im Kreis, bindet das Kohlendioxid in einem Atemkalkbehälter und speist genau so viel reinen Sauerstoff nach, wie der Körper verbraucht. Über ein zweites Gas, das Diluent, verdünnt es den Kreis mit zunehmender Tiefe. Geregelt wird dabei nicht die Gasmenge, sondern der Sauerstoffpartialdruck. Die englische Abkürzung lautet CCR.
Was im Kreis passiert
Der Weg des Gases ist ein Ring. Vom Mundstück läuft die Ausatemluft über ein Rückschlagventil durch einen Faltenschlauch in die Gegenlunge, von dort durch den Atemkalkbehälter, in dem das Kohlendioxid chemisch gebunden wird, und über ein zweites Rückschlagventil zurück zum Mundstück. Divesoft nennt das Grundprinzip „an ingeniously simple principle at first glance“ — der Taucher atmet dasselbe Gas wieder, abzüglich des Kohlendioxids und zuzüglich des Sauerstoffs, den das Gerät nachlegt.
Wie wenig dabei verlorengehen muss, macht DAN an einem einzelnen Atemzug deutlich: Eingeatmet enthält er 21 Prozent Sauerstoff, ausgeatmet noch etwa 16 Prozent. Ein offenes System bläst diese 16 Prozent samt allem Inertgas ins Wasser; das Kreislaufgerät behält sie.
Der Sollwert ist das Maß, das geregelt wird
Der Unterschied zum halbgeschlossenen Kreislaufgerät liegt genau hier. Dort wird ein fertiges Gemisch nachgespeist, und der Sauerstoffanteil im Kreis ergibt sich aus einer Rechnung. Beim geschlossenen Gerät kommt stattdessen reiner Sauerstoff nach, und zwar so dosiert, dass ein zuvor gewählter Partialdruck gehalten wird. TDI nennt diesen Zielwert schlicht den „desired level (setpoint)“.
Gemessen wird mit elektrogalvanischen Sauerstoffmesszellen. Divesoft hält fest, dass ein elektronisch geregeltes Gerät „at least 3 sensors“ trägt, damit sich die Messwerte gegeneinander vergleichen lassen; TDI formuliert denselben Gedanken allgemeiner: „Multiple O2 cells and displays are often used for redundancy in case of a failure.“ Fällt der gemessene Wert unter den Sollwert, lässt ein Magnetventil Sauerstoff nach.
TDI unterscheidet danach drei Bauarten. Beim mCCR strömt Sauerstoff über eine Düse mit konstantem Massenstrom nach, und der Taucher ergänzt von Hand — solche Geräte „require constant input from the diver“. Beim eCCR übernimmt die Elektronik das über „an injection solenoid to control the PO2 in the loop automatically“, wobei die meisten zusätzlich eine Handzugabe erlauben. Das hCCR kombiniert beides: Die Düse hält den Partialdruck nahe am Sollwert, das Magnetventil muss seltener auslösen.
Wozu das zweite Gas gut ist
Mit reinem Sauerstoff allein ist früh Schluss. Divesoft nennt für Geräte, die nur Sauerstoff führen, eine „maximum dive depth of 6 metres due to oxygen toxicity“. Deshalb führt ein geschlossenes Gerät ein zweites Gas mit — Luft, Nitrox, Trimix oder Heliox —, das den Kreis verdünnt und die Einsatztiefe auf die dieses Gases hebt. Welche Narkosewirkung dabei bleibt, beschreibt die äquivalente Narkosetiefe.
Beim Abtauchen kommt das Diluent meist von selbst nach: TDI beschreibt das automatische Diluentventil als eines, das „fires when the loop volume drops to a minimal level“. Von Hand geht es ebenfalls.
Beide Richtungen sind gefährlich
Am offenen System ist der Sauerstoffpartialdruck durch Gemisch und Tiefe festgelegt. Im Kreis ist er eine geregelte Größe — und eine Regelung kann nach beiden Seiten danebenliegen. DAN benennt die zwei Lagen nüchtern: Ein schneller Abstieg kann vorübergehend einen sehr hohen Partialdruck erzeugen, ein schneller Aufstieg eine ausgeprägte Hypoxie. Die eine Richtung führt zur Hyperoxie bis zum Sauerstoffkrampf, die andere zur Bewusstlosigkeit — und beide kündigen sich dem Taucher nicht durch ein verändertes Atemgefühl an.
Wie eng die obere Grenze gezogen ist, zeigen die Einzeltauchgangsgrenzen für die Sauerstoffeinwirkung auf das Zentralnervensystem, die DAN nach NOAA angibt: 45 Minuten bei 1,6 bar, 150 Minuten bei 1,4 bar, 210 Minuten bei 1,2 bar und 300 Minuten bei 1,0 bar. Wer den Sollwert hoch wählt, kauft kürzere Dekompression mit kürzerer zulässiger Einwirkzeit.
Das stille Risiko ist das Kohlendioxid
Der Atemkalk bindet Kohlendioxid in einer Reaktion, die Wärme freisetzt. Geht Ausatemgas am Kalk vorbei, steigt das Kohlendioxid im Kreis, und es droht eine Hyperkapnie. DAN nennt die Folgen: Es wirkt berauschend, senkt die Schwelle für Sauerstoffkrämpfe und für die Dekompressionskrankheit, und „life-threatening incapacitation can develop before the diver recognizes symptoms“. Als Ursachen führt dieselbe Quelle vergessene oder falsch zusammengebaute Bauteile und Kanalbildung im Kalk an. Der Totraum des Kreises macht die Sache nicht einfacher.
Verlässlich messen lässt sich das bisher nicht. Einzelne Geräte verfolgen die Reaktionsfront über Temperaturfühler; dazu hält DAN fest: „this technology does not detect CO2 that may leak past the scrubber.“ Und zu der verbreiteten fünfminütigen Vorabatmung verweist dieselbe Quelle auf eine Untersuchung, nach der sie einen fehlenden oder teilweise erschöpften Kalkbehälter nicht zuverlässig erkennt. Eine belastbare Messung des Kohlendioxids im Kreis ist nach derselben Darstellung noch in Entwicklung.
Der Ausstieg aus dem Kreis
Versagt der Kreis, wird auf offenen Kreislauf umgestiegen. Das Diluent ist dafür meist atembar, reicht aber nicht weit, weshalb zusätzliches Gas mitgeführt wird — dazu steht mehr unter Bailoutflasche. Zwei Punkte nennt DAN dazu ausdrücklich. Der Umstieg kann eine Dekompressionspflicht erst erzeugen oder stark vergrößern, weil der gleichbleibend hohe Sauerstoffpartialdruck des Kreises wegfällt und wieder Inertgas in voller Höhe geatmet wird. Und das Teilen eines gemeinsamen Vorrats im Team bringt eigene Risiken mit: dass die Gruppe sich trennt oder dass mehr als ein Gerät ausfällt.
Als Tauchlehrer
Was mir an dieser Technik am meisten auffällt, ist die Verschiebung der Aufmerksamkeit. Am Atemregler eines offenen Systems sagt einem das Atmen selbst, ob etwas nicht stimmt. Im Kreis atmet es sich bei einem Sauerstoffpartialdruck von 0,16 bar genauso angenehm wie bei 1,6 bar. DAN schreibt, dass Kreislaufgeräte mehr Aufwand für Aufbau, Prüfung, Wartung und Überwachung verlangen und dass regelmäßiges Tauchen nötig ist, um die entscheidenden Fertigkeiten zu halten. Das deckt sich mit dem, was ich in der Ausbildung sehe: Nicht das Gerät ist das Schwierige, sondern die Disziplin, die Anzeige auch dann zu lesen, wenn alles gut läuft.
Quellen
- TDI: Just How Simple are Rebreathers? — Verbandsdarstellung: Sollwert, Sauerstoff- und Diluentzugabe, automatisches Diluentventil, Messzellen und Magnetventil, Unterscheidung mCCR, eCCR und hCCR
- Divesoft: 5 basic principles of rebreather — Aufbau des Kreises, mindestens drei Messzellen, Tiefengrenze von 6 Metern für reine Sauerstoffgeräte, fehlertolerante Bauart
- DAN / Alert Diver: Without Bubbles — 21 gegen 16 Prozent im Atemzug, Hyperoxie beim Abstieg und Hypoxie beim Aufstieg, NOAA-Einwirkzeiten, Kohlendioxid und Kalkumgehung, Grenzen der Vorabatmung, Bailout und Team-Bailout
Zur Quellenlage: Einen Zahlenwert für den Sollwert nennt keine der drei Quellen; die Abwägung oben stützt sich deshalb auf die Einwirkzeiten statt auf einen empfohlenen Wert. Die NOAA-Einwirkzeiten sind in der Wiedergabe von DAN zitiert, nicht nach dem NOAA-Original. Divesoft ist eine Herstellerquelle und beschreibt die eigene Gerätelinie mit. Eine deutschsprachige Verbands- oder Lehrbuchfundstelle liegt dieser Darstellung nicht zugrunde.
