Ein Kreislauftauchgerät führt die ausgeatmete Luft nicht ans Wasser ab, sondern im Kreis zurück zum Taucher: Ein Kalkbehälter bindet das Kohlendioxid, der verbrauchte Sauerstoff wird aus einer Flasche ersetzt, und derselbe Gasvorrat wird immer wieder geatmet. Daraus folgen die beiden Eigenschaften, um derentwegen man das Gerät überhaupt trägt — sehr lange Standzeiten und so gut wie keine Blasen.
Warum der Kreis überhaupt etwas spart
Der Körper verbraucht beim Atmen nur den Sauerstoff. Das Grundwissen des VDST zum Rebreathertauchen hält beides fest: Der Stickstoff und die übrigen Inertgase sind reines Füllgas und nehmen an keiner Reaktion teil, und der Sauerstoffverbrauch liegt je nach Belastung bei etwa 0,3 Litern in der Minute in Ruhe bis etwa 2,5 Litern bei sehr starker Anstrengung.
Beim offenen System geht mit jedem Ausatemzug der gesamte Rest mit über Bord. Ein Atemregler gibt zudem bei doppeltem Umgebungsdruck die doppelte Gasmenge ab, weshalb der Verbrauch mit der Tiefe steigt. Das Kreislaufgerät ersetzt stattdessen nur das, was tatsächlich verbraucht wurde — und das ist von der Tiefe unabhängig. Die Größenordnung, die der VDST für ein Atemminutenvolumen von 20 Litern an der Oberfläche nennt, macht den Unterschied deutlich:
| Tiefe | offenes System | passives SCR | aktives SCR | elektronisches CCR |
|---|---|---|---|---|
| 10 m | 40 l/min | etwa 10 l/min | 8–15 l/min | 1 l/min |
| 20 m | 60 l/min | etwa 14 l/min | 8–15 l/min | 1 l/min |
| 30 m | 80 l/min | etwa 18 l/min | 8–15 l/min | 1 l/min |
| 40 m | 100 l/min | etwa 22 l/min | 8–15 l/min | 1 l/min |
Dass beim geschlossenen Gerät eine einzige Zahl für alle Tiefen steht, ist der ganze Punkt. Deshalb reichen dort nach der Darstellung von dekostop.ch zwei Flaschen von meist zwei oder drei Litern mit 200 oder 300 bar für Tauchgänge, die mit offenem System mehrere große Flaschen verlangen würden.
Der Kreis und seine Bauteile
Der Weg des Gases ist bei allen Bauarten derselbe. Das Mundstück trägt zwei Richtungsventile, die den Kreis in eine Ein- und eine Ausatemseite teilen, und einen Drehschieber, der den Kreis verschließt, sobald der Taucher das Mundstück aus dem Mund nimmt. Das Ausatemgas läuft durch den Atemkalk, der das Kohlendioxid chemisch bindet, und sammelt sich in der Gegenlunge, die als flexibler Beutel die Volumenänderungen auffängt. Frisches Gas kommt über eine Handzugabe, eine konstante Düse oder ein Magnetventil hinzu.
Zwei Dinge, die beim offenen System selbstverständlich sind, fallen damit weg. Erstens lässt sich der Auftrieb nicht mehr über die Lunge feinjustieren, weil das Atemgas den Kreis nicht verlässt — der Gesamtauftrieb aus Taucher, Gerät und Gegenlunge bleibt beim Atmen gleich. Zweitens verrät keine Blasenfahne mehr, wo der Taucher ist; das ist unter Wasser ein Vorteil für die Beobachtung von Tieren und an der Oberfläche ein Problem für die Begleitung im Boot.
Die drei Bauarten
Das Sauerstoffkreislaufgerät ist die einfachste und älteste Form: Der Taucher atmet reinen Sauerstoff, verbrauchtes Gas wird aus der Flasche ersetzt. Weil der Sauerstoffpartialdruck hier gleich dem Umgebungsdruck ist, ist die Tiefe hart begrenzt — soll ein Partialdruck von 1,6 bar nicht überschritten werden, sind nach VDST und dekostop.ch etwa sechs Meter die Grenze. Genau dieser Typ war das Gerät der Kampfschwimmer; das LARU von Christian J. Lambertsen gehört hierher.
Das halbgeschlossene Gerät (SCR) arbeitet mit einem Nitrox- oder Mischgasvorrat und gibt laufend einen Teil des Kreisgases ans Wasser ab, damit frisches nachströmen kann. Der VDST unterscheidet drei Spielarten: Das aktive SCR speist einen konstanten Gasstrom ein — der Verbrauch ist von Tiefe und Atemrhythmus unabhängig, der Partialdruck schwankt aber mit der Belastung. Beim passiven SCR entleeren verschachtelte Faltenbälge einen festen Anteil des Atemzugs, nach dekostop.ch meist ein Zehntel. Das elektronische SCR regelt die Zugabe über Sensoren und Magnetventil.
Das geschlossene Gerät (CCR) hält über Sauerstoffsensoren einen eingestellten Sauerstoff-Sollwert und zieht das zweite Gas, das Diluent, aus einer getrennten Flasche. Der VDST trennt hier manuelle von elektronischer Regelung: Beim manuellen CCR gibt eine Düse etwa 0,8 Liter Sauerstoff in der Minute zu, und der Taucher ergänzt von Hand, wenn das nicht reicht; beim elektronischen CCR übernimmt ein Magnetventil die Zugabe.
Woran die Tiefe hängt
Beim geschlossenen Gerät begrenzt nicht mehr der Sauerstoff die Tiefe, sondern das Diluent. Der VDST nennt drei Grenzen, die gemeinsam gelten: die Narkosewirkung des Diluents — bei Luft etwa vierzig Meter —, die Herstellerfreigabe des Geräts, die er mit fünfzig Metern für Luft und hundert Metern für Trimix angibt, und die Menge des mitgeführten Ausweichgases. Nach dekostop.ch sind mit heliumhaltigem Diluent auch mehr als zweihundert Meter erreicht worden. Weil der Partialdruck im Regelbetrieb in einem unkritischen Bereich gehalten wird, gibt es für das Kreislaufgerät keine maximale Einsatztiefe im Sinne der Nitroxrechnung.
Eine Grenze eigener Art kommt aus der Atemmechanik. Simon Mitchells Beitrag in den Proceedings zu Rebreathern und wissenschaftlichem Tauchen nennt als wünschenswerte Obergrenze eine Gasdichte von 5,2 Gramm je Liter — das entspricht Luft in etwa 31 Metern — und als absolute Obergrenze 6,2 Gramm je Liter, etwa Luft in 39 Metern. Oberhalb davon steigt in seinen Daten die gefährliche Kohlendioxidretention an.
Die drei Risiken, die das offene System nicht hat
Das Kreislaufgerät nimmt dem Taucher eine Rückmeldung weg, die beim offenen System eingebaut ist: Dort atmet man immer das, was in der Flasche steht. Im Kreis kann die Gaszusammensetzung dagegen stillschweigend wandern.
Sauerstoffmangel. Fällt die Zugabe aus, zehrt der Taucher den Sauerstoff aus dem Kreis auf und atmet schließlich fast reines Inertgas. Eine Hypoxie kündigt sich dabei nicht zuverlässig an.
Sauerstoffüberschuss. Umgekehrt führt eine zu hohe Zugabe in die Hyperoxie bis zum Sauerstoffkrampf, und der tritt unter Wasser ohne brauchbare Vorwarnung ein.
Kohlendioxid. Ist der Kalk erschöpft oder wird er von einer plötzlichen Spitze überfordert, schlägt das Kohlendioxid durch und wird wieder eingeatmet; das führt in die Hyperkapnie. Der VDST warnt ausdrücklich vor der am offenen System gelernten Atemtechnik aus sparsamem Ausatmen, tiefem Einatmen und Luftanhalten: Sie spart im Kreis nichts, erzeugt aber Kohlendioxidspitzen, die den Kalk überlasten. Dazu kommt der größere Totraum — Mitchell gibt für ein durchschnittliches Kreislaufgerät-Mundstück 50 bis 80 Milliliter zusätzlich an, in der Summe etwas über 200 Milliliter —, weshalb ein tieferer Atemzug mehr hilft als ein schnellerer.
Besonders ernüchternd ist dazu der Befund zur Vorabatmung, mit der viele Taucher den Kalk vor dem Einstieg prüfen wollen. In der von Mitchell wiedergegebenen Untersuchung von Deng und Mitautoren aus dem Jahr 2015 erkannten bei einer fünfminütigen Vorabatmung mit teilweise ausgefallenem Kalk nur zwei von zwanzig Probanden den Defekt; selbst bei vollständig fehlendem Kalk brachen fünf von zwanzig nicht ab, obwohl ihr endtidales Kohlendioxid über 60 mmHg lag. Die Vorabatmung taugt also nicht als Prüfung des Kalks.
Ausweichgas und Ausbildung
Weil jedes der drei Risiken den Kreis unbrauchbar machen kann, gehört zu jedem Kreislaufgerät ein Ausweichgas, mit dem der Taucher im offenen System auftauchen kann. Der VDST stellt die Anforderung schlicht: Es muss immer für den Aufstieg reichen, und wieviel das ist, hängt vom Gerät, von einer eventuellen Extraflasche und davon ab, ob der Tauchgang Dekompressionsstufen enthält. Als Nachteile führt derselbe Text die höheren Anschaffungs- und Betriebskosten für Kalk, Batterien, Sensoren und Prüfungen, die anspruchsvollere Ausbildung und den größeren Aufwand vor und nach dem Tauchgang auf.
In der Ausbildung sehe ich den Unterschied weniger im Gerät als in der Aufmerksamkeit. Am offenen System kann ein Taucher viel vergessen und kommt trotzdem hoch. Am Kreislaufgerät ist das Gas, das er atmet, selbst eine Größe, die er laufend im Blick behalten muss — und genau deshalb ist es kein Gerät, das man sich nebenbei aneignet, sondern eines, für das man gerätespezifisch ausgebildet wird.
Quellen
- VDST: Grundwissen Rebreathertauchen (PDF) — Sauerstoffverbrauch 0,3 bis 2,5 l/min, Aufgaben des Geräts, Mundstück mit Richtungsventilen und Drehschieber, die drei SCR-Spielarten und die drei CCR-Spielarten, konstante Zugabe von etwa 0,8 l/min beim manuellen CCR, Verbrauchstabelle, Sechs-Meter-Grenze beim Sauerstoffgerät, Tiefengrenzen aus Narkose, Herstellerfreigabe und Ausweichgas, Atemtechnik und Kohlendioxiddurchschlag, Vor- und Nachteile.
- dekostop.ch: Kreislaufgerätetypen — Gegenlunge und Atemkalkbehälter als gemeinsames Prinzip, Flaschen von zwei oder drei Litern mit 200 oder 300 bar, Tiefenangaben 6 m, 40 bis 50 m, etwa 100 m und mehr als 200 m, Entleerung von einem Zehntel des Kreisvolumens beim passiven SCR, militärischer Einsatz.
- Simon Mitchell: Respiratory Physiology of Rebreather Diving, in: Rebreathers and Scientific Diving, Proceedings 2016 (PDF) — Totraum von 50 bis 80 ml am Mundstück und etwas über 200 ml in der Summe, Vorzug des tieferen gegenüber dem schnelleren Atemzug, Gasdichtegrenzen 5,2 und 6,2 g/l, die Untersuchung von Deng u. a. 2015 zur Vorabatmung mit den Erkennungsraten 2 von 20 und 15 von 20.
- Gant u. a., Diving and Hyperbaric Medicine 49 (2019), Heft 4 (PDF) — gemessene Standzeiten von 120 bis 330 Minuten je nach Belastungsprofil und Durchbruchschwelle, Zusammensetzung der geprüften Kalksorten.
- Wikipedia: Kreislauftauchgerät — deutsche Begriffe, Entwicklungsgeschichte von Borelli über Fleuss und Dräger bis zu den elektronisch geregelten Geräten, Wassertoleranz des Kalkbehälters. Wiki-Quelle.
Zur Quellenlage: Der VDST gehört nicht zu den vier Verbänden, an denen sich die Einträge dieses Lexikons sonst ausrichten; sein Grundwissenstext ist hier als deutschsprachige Verbandsdarstellung herangezogen und jede Zahl daraus ist ihm zugeordnet. dekostop.ch ist eine Praktikerquelle. Eine verbandsübergreifende Norm für die Herstellerfreigaben nennt keine der Darstellungen; die Werte 50 und 100 Meter sind Angaben über Geräte, keine Standards. Die Standzeiten von Gant u. a. sind an einem einzigen Gerätetyp an der Oberfläche gemessen; die Autoren weisen selbst darauf hin, dass niedrigere Temperaturen und höherer Druck die Standzeit verkürzen.
