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Ein 10-l Doppelflaschengerät für das Tauchen mit O2-He-N2-Gemisch und/oder Luft

von Peter Rachow

Vorwort
Grundgedanken
Hardware
Atemregleranordnung/Schlauchführung
Tauchpraxis
Abschluss und Anmerkungen
Erfahrungen

Vorwort

Dieses Bauprojekt ist gedacht für den erfahrenen und technisch interessierten Sporttaucher. Es ist nicht gedacht für Anhänger einer der neumodischen " Tech tauchphilosophien" (wie. z. B. "DIR", TecRec von PADI, etc.), denn der hier gezeigte Bauvorschlag hat nichts mit dem Quatsch amerikanischen Ursprungs zu tun, der sich seit einigen Jahren etabliert hat und der auf den Namen Techdiving hört. Diesen Hinweis möchte ich insbesondere deshalb geben, weil bei diesem Projekt gemischte Atemgase (O 2 -He-N 2 -Mischgas) verwendet werden, die jene Leute, die sich selbst gerne als "Techies" bezeichnen, ebenfalls benutzen. Purer Zufall, mehr nicht. ;-))

Lesen Sie hier Reaktionen von sig. " Techdivern " auf diesen Artikel

1. Grundgedanken

Zielsetzung war es, ein einfaches Doppelflaschengerät bauen, das benutzt werden kann, um Tiefen bis ca. 75 Meter bei moderaten Grundzeiten (max. 5 bis 10 min.) aufzusuchen. Die beiden Flaschen sind unabhängig, sie können also beide mit Pressluft gefüllt werden bzw. anstatt mit entspannten 4000 m³ Luft zu tauchen, ist eine weitere Möglichkeit, für die tiefe Phase des Tauchganges ein Atemgas zu verwenden, dessen narkotisches Potenzial aufgrund eines verminderten Stickstoffpartialdruckes geringer ist als jenes von Luft. Das Atemgas für diese Phase ist folglich ein O 2 -He-N 2 -Gemisch. Je nach max. geplanter Tiefe des Tauchganges verwende ich z. B. max. 50% He-Anteil, was bei einer Wassertiefe von 75 Metern einen Stickstoffpartialdruck von 0,5 * 0,78 * 8,5 bar = 3,3 bar ergibt. Dies entspricht einer Wassertiefe von ca. 30 Metern unter Luftatmung.

Die Rahmenbedingungen für das Projekt waren also:

Das fertige Doppelflaschengerät

2. Die Hardware

2.1 Material

Für die Halterung der Flaschen wurden, wie beim Doppel-4-Litergerät , wieder Alu-Profile aus dem Baumarkt verwendet. Man benötigt an Material: Noch ein Hinweis zu den Schrauben, Muttern und Scheiben bzw. deren Materialqualität: Da ich dieses Tauchgerät nur im Süsswasser verwende, benutze ich die normale Qualität der in den großen Baumärkten angebotenen Schrauben oder max. Stahl der Spezifikation V2A aus dem Schraubenfachhandel.

2.2 Vorbereitung

2.2.1 Die Befestigungsschellen für die Flaschen

Als erstes werden aus den Alu-Bändern die Schellen für die Flaschen hergestellt. Diese haben folgende Form:

Zur Herstellung geht man folgendermaßen vor: Zuerst wird aus dem Alu-Band ein Stück entsprechend dem Flaschenumfang + ca. 4 cm herausgeschnitten (mit einer Metallsäge!). 3 cm von einem Ende wird das Band abgebogen, so dass es in einem Winkel von ca. 45° bis 50° zum restlichen Band steht. Am besten spannt man dazu das kurze Ende in eine einfache, selbst gebaute Biegevorrichtung zwischen zwei stabile Holzstücke in einen Schraubstock ein, damit man genau abbiegen kann. In dieses kurze gerade Ende wird nun zentral ein Loch mit 6,5 mm Durchmesser gebohrt durch das später die die Schelle fixierende Schraube geführt wird.

Das restliche Band wird nun um die Flasche gebogen, so dass sich die beiden Enden berühren. Nun sollte das Band mehrmals an der Flasche angedrückt werden, um die Spannung des Bandes abzubauen und es auf eine kreisförmige Geometrie zu bringen.

Jetzt kommt der schwierigste Teil: Auch auf der noch geraden Seite wird das Band ebenfalls abgebogen. Dabei muss die Länge des Zwischenraumes zwischen den Bandenden stimmen, damit das Band nachher in etwa genau die Flasche umfasst, (i. e. etwas kürzer als der verbleibende Umfang ist) und auf Spannung verschraubt werden kann.

Dazu habe ich mir einen kleinen Holzwürfel mit einer Kantenlänge von 2,5 mm aus einem Abfallstück herausgesägt. Dieser kleine Klotz wird nun an das bereits abgebogene Ende geschraubt und das noch nicht gebogene Ende dagegen gebogen. Der Klotz liegt also zwischen den Enden des Bandes. Damit hat man relativ genau die passende Distanz für das später einzubauende 2 cm-Alurohr. Wie das erste Ende wird auch hier ein passendes Loch gebohrt und der Rest des Bandes nach Bedarf abgeschnitten und glatt gefeilt, so dass sich eine exakt passende Schelle ergibt.

2.2.2 Die Verbindungselemente

Nach dem Herstellen der 4 Schellen sägt man 2 Stück Alu-Vierkantrohre aus den gekauften Profilen ab. Die Länge muss entsprechend der verwendeten Flasche gewählt werden. Ich habe die Schellen so positioniert, dass die obere einige cm unter der Flaschenschulter ansetzt und die untere direkt über den Standfüßen anliegt. In die Alu-Vierkantrohre werden nun die Löcher für die 4 Schellen gebohrt, sowie 2 im 90°-Winkel dazu versetzte, die für die Verbindungsschrauben der Alu-Vierkantrohre gedacht sind.

Anschließend werden die Schellen an die Flaschen geschraubt und zwar unter Zwischenlage eines Gummistreifens, der aus einem alten Fahrradschlauch herausgeschnitten wurde.

Das Ganze sieht dann in etwa so aus, hier allerdings mit Schrauben M8:

Hinter den beiden parallel verlaufenden Alu-Vierkantrohren findet sich im Bild oben eine weitere Längsstrebe. Diese ist ein Zwischenstück, da bei meiner Konstruktion die Schrauben, mit denen das Gerät am Jacket verschraubt werden sollte, zu kurz waren.

Noch eine Detailansicht der unteren Verschraubung. Die Schellen sind mit Schrauben M6 x 40 bzw. M8 x 40 mit den Alu-Vierkantprofilen unter Zwischenlage großer Unterlegescheiben verschraubt, die beiden Trägerprofile werden durch eine Schlossschraube M6 auf den richtigen Abstand gebracht, um die Jackettrageschrauben durchzuführen. Zwischen den beiden Vierkantträgern liegt eine Mutter M10 als Abstandshalter (etwas undeutlich erkannbar wegen des Blitzlichtes).

2.2.3 Der Tragegriff

Man sägt nun ein weiteres Stück Alu-Vierkantrohr ab, das genau zwischen die beiden Ventilflansche der Flaschen passt (siehe unteres Bild). Anschließend werden aus Alu-Flachprofil 2 Schellen gebogen, die den Griff an den Flaschenhälsen anschrauben indem sie diese umfassen. Den Griff selbst sollt man mit einer grifffreundlichen Umfassung versehen, z. B. einem Stück Gartenschlauch oder Neopren, damit das Gerät länger schmerzfrei getragen werden kann ;-)).

Tragegriff: Aluprofil (Quadratischer Querschnitt, 2 cm Kantenlänge) umwickelt erst mit Neopren, dann mit Kunststoffseil, li. und re. gesichert durch Gummistreifen aus Fahrradschlauch.
Detailansichten:

2.2.4 Endmontage

Nun wird das ganze fertige Gerät noch an das Jacket geschraubt. Dazu kann man zwischen den beiden Alu-Vierkantrohren 2 oder 3 Schrauben, je nach Jackethalterung durchführen (bzw. wie oben gezeigt, durch Einbau einer Zwischenstrebe) und diese an den vorgesehenen Punkten des Jackets einschrauben. Hinweis: Ein derat schweres Gerät muss sehr sicher verschraubt werden! Die Schrauben sind ggf. nach einigen Stunden nochmals nachzuziehen

3. Anordnung der Atemregler

Folgende Anordnung für Regler und Finimeter an den Flaschen habe ich verwendet, wenn ich Mischgas und Luft benutze:

Zusätzliche Hinweise:

Wird nur mit Luft getaucht, benutze ich pro Flasche je einen Atemregler mit je einem Finimeter. Die Regler werden gewechselt, nachdem die jeweilige Flasche den halben Druck erreicht hat, also bei 100 bar, 50 bar, 25 bar.

4. Praxis

4.1. Gas mischen

Um sich selbst die benötigte O 2 -He-N 2 -Mischung herzustellen, besorgt man sich im technischen Gashandel Helium der Qualität 4.6 in einer Vorratsflasche. Gefüllt wird mit einem Adapter von Edelgas auf Luft und einem Umfüllschlauch mit Manometer nach der Partialdruckmethode. Befüllt wird die fast leere Empfängerflasche (ca. 1 bis 2 bar Restdruck) zuerst mit Helium. Die restliche Gasmenge ist dann Pressluft.

4.1.1 Quantitäten

Das Berechnen des He-Anteiles geschieht nach dem Verfahren der "Äquivalenten Narkosetiefe" (AENT). Sie gibt an, welcher sticktoff-bezogenen Narkosetiefe eine bestimmte Wassertiefe entspricht. Diese AENT legt man also für die maximal zu erreichende Tauchtiefe fest und für einen Stickstoffpartialdruck (ppN 2 ), den man dort noch tolerieren zu können glaubt.

Ein Rechenbeispiel:

Legt man einen ppN 2 so fest, dass man sich wie in einer Tiefe von 70 Metern so fühlen will, wie bei 40 m Wassertiefe unter Luftatmung, wird folgendermaßen gerechnet (dargestellt wird der ausführliche Weg):

40 m Wassertiefe (s) entspricht einem Umgebungsdruck (p.amb) von ca. 5 bar.

p.amb = Rho H2O * G * s + p Luft
= 1,005 kg/dm³ * 9,81 m/s² * 40 m + p Luft
= 394 (kg*m²)/(s²*dm³) +p Luft
= 394 (N*m)/dm³ + p Luft
~ 39,4 (kg*m)/dm³ +p Luft
= 394 (kg*dm)/dm³ +p Luft
= 394 (kg/dm²)
= 3,94 kg/m²+p Luft
= 3,94 bar + 1 bar = 4,94 bar ~ 5 bar .

Wenn gilt: Partialdruck = Umgebungsdruck * Gasanteil, so schreiben wir für den max. zulässigen Partialdruck:

pp.max = p.amb * f (Gleichung I)

Der Stickstoffpartialdruck bei Luft (f.N 2 = 0.78) in dieser Wassertiefe ist

ppN 2 = 5 bar * f.N 2 = 5 bar * 0.78 = 3,9 bar (Gleichung II)

Der maximale ppN 2 in der Tiefe von 70 m darf also ca. 3,9 bar betragen.

Lösen wir die Gleichung II nach f auf und verwenden den max. zulässigen ppN 2 , so erhalten wir:

f = pp.max / p.amb (Gleichung III)

Setzen wir unsere vorher gefundenen Werte ein, ergibt sich bei 70 m WT und einem dortigen Umgebungsdruck von p.amb = 8 bar für den Stickstoffanteil in der Gasmischung:

f = 3,9 bar / 8 bar = 0.48 (entspr. 48% f.N 2 )

Um auf 48% N 2 -Anteil zu kommen, benötigt man eine bestimmte Menge an Luft. Diese errechnet sich zu

f.Luft = f.N 2 / 0.78 = 0,61 (= 61% Luftanteil in der Gasmischung )

Der Rest ist Helium, nach der Formel

f.He = 1 - 0,61 = 0,39 (= 39% He-Anteil in der Flasche )

Eine leere 200-bar-Flasche (1 bar Restdruck) wäre also näherungsweise zuerst bis zu 200 bar * 0,39 = 78 bar He zu befüllen. Dann wird aus dem Kompressor an der Füllstation mit Luft bis zum maximalen Flaschendruck von ca. 200 bar mit Luft aufgefüllt.

4.1.2 Weitere Rechnungen

Das Gemisch enthält jetzt zwangsläufig einen niedrigeren Sauerstoffanteil als Luft, es wird hypoxisch . Dieser Anteil berechnet sich zu

f.O 2 = f.Luft * 0,21 (Gleichung IV)

In unserem Beispiel ergibt sich für den Anteil an O 2 :

f.O 2 = 0,61 * 0,21 = 0,1281 (entspricht ca. 13% Sauerstoffanteil)

Um auf einen Sauerstoffpartialdruck (ppO 2 ) äquivalent zur Oberfläche (p.amb = 1 bar) zu kommen, müsste man theoretisch einen Umgebungsdruck von

f = pp / p.amb => p.amb = pp / f = 1,61 bar

erreichen. Dieser Wert wird nach Subtraktion von 1 bar Oberflächenluftdruck in einer Tiefe von ca. 6 Metern erzielt. In der Praxis lassen sich solche hypoxischen Gemische aber auch oberhalb dieser Wassertiefe atmen, wenn man auch keine Höchstleistungen mehr vollbringen können wird. Unter 0,16 bar ppO 2 sollte man den Sauerstoffpartialdruck allerdings nicht fallen lassen. Dies entspricht dann einem Aufenthalt in ca. 2000 Meter über NN.

Die Einsatztiefen des jeweiligen Gemisches lassen sich auch mit einer Excel-Tabelle ermitteln.

4.2 Tauchen

Der Tauchgang lässt sich nicht mehr ganz so einfach gestalten, wie ein Nullzeit-TG mit einer 12-Liter-Flasche auf den Malediven ;-)). Im Prinzip wird er geplant wie ein TG mit Luft in den selben Tiefenbereich. Gute Hilfe leisten die in unserem Tieftauch-Reader beschriebenen Verfahren (Drittel-Regel, Luftverbrauchrechnungen, Dekompressionsvorgehen). Auch die Hinzuziehung einer TG-Planungssoftware, wie Visual Decompression , schadet sicher nicht.

In der Praxis ist der Aufenthalt in der Tiefe allerdings durch die Mischgasmenge bestimmt. Die Luft in der zweiten Flasche reicht regelmäßig deutlich länger als das Gemisch für die Grundphase in der ersten. Der Tauchgang wird stets die Gestalt haben, dass die größte Tiefe zuerst aufgesucht wird und dann eine exponenzielle Austauchphase sich anschließt.

4.2.1 Abtauchen

Das Abtauchen geschieht mit Luft. In einer Tiefe von ca. 35 bis 40 Metern wird auf Mischgas gewechselt. Um beide Hauptatemregler stets ohne Probleme erreichen zu können, habe ich sie mit Kabelbindern ca. 30 cm von den zweiten Stufen an den Mitteldruckschläuchen zusammengebunden. Wenn man den einen Regler im Mund hat, hängt der andere sehr nahe beim anderen.

Wichtig ist es, die Regler sehr gut unterscheiden zu können. Ich tue dies, indem ich Luft aus einem Scubapro D400 atme, und das O 2 -He-N 2 -Gemisch aus einem G250. Beide Regler haben eine stark unterschiedliche Form, die man alleine durch die Berührung erkennen kann. Wo das nicht der Fall ist, müssen beide Regler deutlich markiert werden, etwa, indem man mit einem Kabelbinder eine Markierung am O 2 -He-N 2 -Regler befestigt.

4.2.2 Grundphase

Die Grundzeit wird nach dem durchschnittlichen Verbrauch an Atemgas festgelegt, den man kennen sollte. Weiterhin wird ein Sicherheitszuschlag eingerechnet. In der Praxis leite ich den Aufstieg spätestens dann ein, wenn sich in der O 2 -He-N 2 -Flasche nur noch 100 bar Druck befindet, so lassen sich Grundzeiten von 5 bis max. 10 Minuten auf Tiefen zwischen 60 und 70 Metern erreichen. Die Gaswechseltiefen müssen dann entsprechend angepasst werden, um beide Komponenten (Mischgas & Luft) möglichst effektiv zu nutzen

4.2.3 Austauchen und Dekompression

Beim Austauchen wird in einer Tiefe von ebenfalls ca. 30 Metern wieder auf Luft gewechselt. Dort wird dann auch ein tiefer Stopp von ca. 2 bis 3 Minuten eingelegt, um das schnell diffundierende Helium insbesondere aus den schnellen Kompartimenten initial zu eliminieren. Diesen Stopp mache ich bei einem He-Anteil von z. B. 40% mit einem Zeitansatz von 3 Minuten. Bei geringerem He-Anteil evtl. etwas verkürzt.

Danach wird relativ langsam (v max. = 4 bis 5m / min.) auf die erste Dekostufe aufgestiegen. Meistens dekomprimiere ich nach Luftregeln mit einer sehr stark exponenziell verlaufenden und um den Faktor 1,5 verlängernten Austauchphase. Durch den Wechsel auf Luft erhält man bei der Gaswechseltiefe für He einen sehr steilen Inertgasgradienten (p.i.atemgas / p.i.gewebe), was eine schnelle Elimination des He ermöglicht. Da die Dekompression nach Luftregeln aber verlängert abläuft, befindet man sich also relativ weit auf der sicheren Seite, in der Praxis würden sich theoretisch verkürzte Dekompressionzeiten ergeben. Beim Tauchen habe ich aber nach konservativem Luftverfahren und einer minimierten Aufstiegstgeschwindigkeit getaucht.

Falls mit Softwareprodukten gerechnet wird, kann die Dekompression natürlich auch nach deren Vorgaben durchgeführt werden.

4.3. Notfallprozeduren

Da mit zwei vollständig redundanten unabhängigen Systemen getaucht wird, ist die Wahrscheinlichkeit einer fatalen Fehlfunktion gering. Vorteil der Verwendung von Luft gegenüber Nitrox als Gas ist hier insbesondere, dass nun beide Gase eine relativ große Einsatzbandbreite haben, was den Tiefenbereich betrifft, in dem die Gase jeweils zu verwenden sind.

Folgende Handlungsstrategien sind im Fehlerfalle anwendbar. Das Versagen einer Gaszufuhr ist hier definiert als Ausfall von Haupt- und Zweitregler.

4.3.1 Luftzufuhr versagt während der Abtauchphase

Auf O 2 -He-N 2 -Gemisch als Atemgas wechseln, Tauchgang geordnet abbrechen, also langsam aufsteigen bis in den 10m-Bereich, dort einen Stopp für einige Minuten durchführen, dann langsam austauchen. Minimaltiefe beachten, damit der ppO 2 nicht zu gering wird.

4.3.2 O 2 -He-N 2 -Gemischzufuhr versagt während der Abtauchphase

Auf Luft wechseln und TG in geringen Tiefen fortsetzen. Dann TG geordnet beenden.

4.3.3 O 2 -He-N 2 -Gemischzufuhr versagt während der Grundphase

Auf ca. 45 Meter WT aufsteigen und auf Luft wechseln. Dekompression nach Luftregeln durchführen.

4.3.4 O 2 -He-N 2 -Gemischzufuhr versagt während der Austauchphase im tiefen Bereich (60 bis ca. 40 m)

Auf ca. 45 Meter aufsteigen und auf Luft wechseln. Dekompression nach Luftregeln durchführen.

4.3.5 Luftzufuhr versagt während der Auftauchphase

O 2 -He-N 2 -Gemisch weiter verwenden, dann bei Tauchpartner Luft atmen. Dekompressionphase evtl. abkürzen, tiefen Teil der Dekompression aber unbedingt durchführen.

5. Abschluss und Anmerkungen

Dass das Tauchen mit diesem Tauchgerät und in die gezeigten Tiefen von ca. max. 75 Metern WT (besonders im Süßwasser) nur erfahrenen und sicheren Tauchern vorbehalten ist, dürfte selbstredend sein. Beherrschung der Ausrüstung, Tarierfähigkeiten, Tieftaucherfahrung mit Luft, Erfahrung mit kritischen Situationen etc. sollten kein Thema mehr sein. Auch die sehr gute Kenntnis der Dekompressionstheorie(n) ist ein absolutes Muss. Tauchpraxis: Eine TG-Anzahl von einigen hundert tieferen TG ist m. E. für das Tieftauchen (ob mit oder ohne Mischgas) elementare Voraussetzung.

6. Erfahrungen

Trotz der zahlreichen Unkenrufe gewisser selbsternannter "Tekk"-Diver und "Profimechaniker" erweist sich das gezeigte Doppelflaschentauchgerät im praktischen Einsatz als äußerst robust und mechanisch sehr stabil. Ich habe damit mittlerweile viele Tauchgänge z. B. im Bodensee, Walchensee und nahen tiefen Baggerseen sowie im MIttelmeer durchgeführt. Der mechanische Aufbau überstand das alles (inklusive dem dauernden Verfrachten aus und in das Auto hinein bzw. den Transport als Fluggepäck) ohne Beschädigungen, Verwindungen, Lockerwerden von Schrauben oder Verbindungen bzw. Materialbruch. Für mich bewahrheitet sich hier wieder der Leitsatz "Probieren geht über studieren" bzw. die Erkenntnis, dass es bei den Hobbyaquanauten sehr viele Menschen gibt, die man salopp schlicht als "Dummschwätzer" bezeichnen könnte.

Das Gerät lässt sich zudem sehr schnell wieder trennen und in die Einzelflaschen aufteilen. Der Zusammenbau dauert mittlerweile nur noch 5 Minuten.

Fazit: Eine sehr preisgünstige Alternative zu den im Handel angebotenen, m. E. oft vollkommen überteuerten, kommerziellen Verbindungslösungen für Doppelflaschen. Zahlt man dort ca. 70 bis 90 Euro pro Schellensatz so gibt es das komplette Material für dieses Gerät schon für ca. 15 Euro.

Peter Rachow