Otto Normaltaucher taucht mit Preßluft. Da braucht man so einen Atemschnuller und eine olle Preßluftpulle für. Damit taucht es sich relativ gut und sicher. Nichtsdestotrotz geht die Entwicklung der Tauchtechnik weiter und man sieht immer mehr Taucher zunächst Nitrox, dann sogar Trimix oder Rebreather tauchen. Diese Errungenschaften ermöglichen es einem, entweder kürzere Dekozeiten zu blubbern oder gefahrloser größere Tauchtiefen aufzusuchen. Und was kommt als nächstes? Am Horizont ist es düster und man hört es gelegentlich nur dumpf rumpeln, was einen zwar etwas ahnen - aber nichts wissen läßt. Das meiste Rumpeln kommt aus der militärischen Ecke, wofür man aus offensichtlichen Gründen aber keine Erklärung bekommt. Lediglich Filme wie "Abyss" mit dem Stichwort "Liquivent" lassen einen ahnen, was eventuell hinter zugezogenen Vorhängen geschieht. Wie sieht aber die Zukunft aus? Ich möchte an dieser Stelle zwei stark miteinander verwandte "neue" Tauchsysteme vorstellen. Eines ist bereits einige Jahrzehnte alt und kam nie so recht aus der Versenkung, das andere ist ein neueres "Abfallprodukt" der Raumfahrtforschung, das Aufmerksamkeit und Förderung verdient.

Von dem älteren Tauchsystem berichtet interessanterweise das US- Tauchmagazin Skin Diver im Juni 1967.Danach erfand ein gewisser Jim Woodberry ein neuartiges Tauchgerät.
Der Knüller daran war: in der Flasche befand sich keine Preßluft, sondern flüssige Luft!
Diese wurde über ein ausgeklügeltes System bei der Einatmung gasförmig. Das neue Gerät ermöglichte so mit einer Füllung Tauchzeiten von bis zu sechs Stunden in 30m Tiefe.
Das einsatzbereit 14,5kg wiegende Gerät hat Jim Woodberry dann ohne Zwischenfälle 400 Stunden lang betaucht, mit maximalen Einsatztiefen von 60m. Der Gerätepreis sollte bei 300 US-Dollar liegen, wogegen Tauchshops für die Infrastruktur - wohl vor allem die Flüssiglufttankstelle - jeweils 9.000 US-Dollar hätten investieren müssen.

Offensichtlich weckte dieses Gerät das Interesse der Kameraden von der anderen Feldpostnummer so stark, daß sie einen Entwicklungsauftrag an das Physikalisch-Technische Institut für niedrige Temperaturen in Charkow vergaben. Ein Herr A. Pedorenko berichtet dann in der Ausgabe 46/1978 des Tauchmagazins Sportsmen-Podwodnik auch treulich,daß ein derartiges Tauchgerät mit der Bezeichnung AK-3 entwickelt, patentiert und anschließend auf der Allunionsausstellung mit zwei Silbermedaillen und fünf Bronzemedaillen prämiert wurde.

Bei dem in einsatzbereitem Zustand 24kg wiegenden Gerät handelt es sich um eine Verfeinerung und Weiterentwicklung des Woodberry-Tauchapparates. Das 68 x 35 x 14cm große AK-3 kann nämlich sowohl mit einem normalen Luftgemisch wie auch mit einem Sauerstoff-Luftgemisch betrieben werden.

Die maximale Betriebstiefe im Luftbetrieb wird mit 45m angegeben; mit einem EAN 60-Atemgas liegt sie nach russischen Angaben bei 39m (!).
Scheinbar wurden seinerzeit in der UdSSR die Naturgesetze in Bezug auf Sauerstoffpartialdrücke und Sauerstofftoxizität vom Zentralkommitee der KPdSU außer Kraft gesetzt :-)
Nimmt man mal die mittig angebrachten Verkleidungsbleche ab, hat das AK-3 äußerlich viel Ähnlichkeit mit einem Preßluft-Doppelpack, das mit einem Zweischlauchautomaten betrieben wird.

Dieses Doppelpack aus Edelstahl hat es aber im wahrsten Sinne des Wortes "in sich". In jedem dieser Edelstahlflaschen rechts und links befindet sich in einer stoßsicheren Konstruktion jeweils ein 5 Liter-Dewar. Ein Dewar ist ein Spezialbehälter für extrem kalte Stoffe. In Laboratorien finden Deware zB. als Behälter für Flüssigstickstoff Verwendung. Auch in den beiden Dewars des "Doppelpacks" befindet sich etwas sehr kaltes: das flüssige Atemgas. Denn dieses Atemgas ist nur flüssig, wenn es auf eine bestimmte Temperatur heruntergekühlt wird. Hier hat das Atemgas eine Temperatur von minus 190°C und strömt dank eines Schwerkraftventils mit einem Arbeitsdruck von 0,58 MPa bzw. 5,8kp/cm² durch die Apparatur! Das hört sich irgendwie unpraktisch an? Mit der gleichen Menge Gerödel auf dem Ast wie beim Preßlufttauchen kann man aber mit dem AK-3 vier mal so lange tauchen! Das AK-3 ist nämlich für einen Gasvorrat von 6.900L und einem Reservegasvorrat von 500L berechnet. Sicher kann man mit größeren Dewars diese Tauchzeiten noch weiter optimieren. Außerdem läßt sich das AK-3, anders als die Preßluftgeräte, die oft ewig am Kompressor hängen, in drei bis fünf Minuten befüllen. So gesehen sicherlich ein Ausgleich für den Kälteaspekt. Zwar sieht das AK-3 aus wie ein Doppelpack mit einem Zweischlauchregler, jedoch ist es mit einem einstufigen Lungenautomaten ausgerüstet. Dieser hat einen Atemwiderstand von 500 Pa (50mm WS) bei einem Luftverbrauch von 155 Liter/min. Das runde Teil zwischen den beiden Edelstahlbehältern ist der Atemregler des AK-3.

Er verfügt über große Ventil- und Leitungsquerschnitte.Diese messen mehr als 38mm². An diesen Druckregler ist der darunterliegende Auftriebskompensator angeschlossen. Dieser ist seinerseits über einen Wärmetauscher und den Verdampfer mit dem Atemgasvorrat verbunden. Letzterer wird am Dewarboden über zwei wegen ihrer Schwere in die Flüssigphase eintauchende Sammelrohre zugänglich.Jeder Dewar verfügt über ein solches Sammelrohr.Die Umsteuerung zwischen beiden Sammelrohren erfolgt durch ein lageabhängiges Schwerkraftventil.
Von der Konstruktion her ist also die Gasentnahme abhängig von der Lage des Tauchers im Wasser. Dies funktioniert aber nur, solange die Dewars voll sind. Leeren sie sich aber bis zu einem gewissen Punkt, bei dem der Atemwiderstand ansteigt, muß die Reserveschaltung bzw. das Zweiwegeventil - hier in Bildmitte - aktiviert und in vertikaler Tauchlage aufgetaucht werden.

Praktisch sieht die Handhabung so aus, daß zunächst das Zweiwegeventil der Dewars geöffnet wird. Drückt man die Luftdusche der zweiten Stufe, zieht man aus dem Dewar Flüssiggas in den Verdampfer. Das Verdampfen erwärmt im Wärmetauscher das Atemgas und baut einen Druck von ca. 0,5 bis 0,8 MPa bzw. 5 bis 8 kp/cm² auf.

Nach 10 Minuten hat sich der Verdampfungsprozeß soweit entwickelt, daß das Gerät betriebsbereit ist und das Zweiwegeventil wieder in die Ausgangslage bewegt werden kann. Je länger das Füllen her ist, desto kürzer braucht man für diese Vorbereitungshandlung. War beim Woodberry-Gerät noch das Problem der kühlen Atemluft und entsprechenden Dekompressionskomplikationen sowie das Problem des sofortigen Einsetzens des Verdampfungsvorganges und folglich mangelnder Lagerbarkeit befüllter Atemgeräte vorhanden, waren diese Probleme beim AK-3 weitgehend gelöst. Der Wärmetauscher arbeitete zufriedenstellend und auch die Lagerbarkeit hatte sich gegenüber dem Woodberry-Gerät erhöht.
Jedoch vor allem behinderte wohl der Mangel an Flüssiggas-Tankstellen und die Lageabhängigkeit der Atemgaszufuhr bei Dewarleerung eine weitere Verbreitung dieses Tauchgerätes.

Die Lösung dieser Probleme kam Anfang der neunziger Jahre in Form eines "Abfallprodukts" des amerikanischen Raumfahrtprogramms. Zu diesem gehören nämlich nicht nur Raketen und Astronauten, sondern auch eine Menge Infrastruktur. Ein Bestandteil dieser Infrastruktur - nämlich die Feuerwehr der Abschußrampen im KSC (John F. Kennedy Space Center) in Florida - brauchte ein neues Atemgerät. Man verwendete zwar schon Atemgeräte auf Flüssiggasbasis mit der Bezeichnung LAP (Liquid Air Pack), jedoch waren diese zu klobig um zB. Astronauten aus einer brennenden Raketenkapsel zu bergen. Die LAP`s hatten außerdem immer noch den Nachteil des körperlageabhänigen (Nicht-)Funktionierens ab einer gewissen Leerung der Flüssiggasbehälter. Die Abteilung Treibstoffe und Gase des KSC schrieb deshalb ein Projekt aus, das diese Probleme in einer Neuentwicklung beheben sollte. Die Firma ADD (Aerospace Design & Development Inc.) aus Boulder im Bundesstaat Colorado erhielt mit dem Konzept von Dr. Harold L. Gier und Richard L. Jetley den Zuschlag und entwickelte das SCAMP (SuperCritical Air Mobility Pack). Bei diesem Atemgerät befindet sich der Atemgasvorrat nicht mehr in flüssiger Form in einem entsprechenden Vorratsbehälter. Letzterer ist vielmehr mit einem Atemgasvorrat in superkritischem Zustand gefüllt. Jeder von uns kann sich sicher noch mit einigem Grübeln an den Physikunterricht in der Schule erinnern. Da gab es die drei Aggregatzustände von Stoffen: Fest, flüssig und gasförmig. "Superkritisch" ist gewissermaßen eine Art vierter Aggregatzustand. Superkritische Luft ist fast so kalt, daß sie flüssig ist.Sie steht gleichzeitig unter einem Druck, der über über der kritischen Schwelle von 3,86MPa absolut liegt. Damit hat superkritische Luft fast die gleiche Dichte wie Flüssigluft. Dieser Zustand beglückt den Techniker mit einem Atemgas das in einer Phase vorliegt und sich selbst so lange in den Abfluß drückt bis der Vorrat des superkritischen Atemgases verbraucht ist. Damit ist der Nachteil der Lageabhängigkeit bei zunehmender Dewar-Leerung von LAPs überwunden. Obendrein hat die Konstruktion jetzt auch noch recht handliche Ausmaße.
Die Aufwärmung und Abgabe des superkritischen Atemgases aus dem Dewar funktioniert ähnlich wie beim AK-3. Zunächst einmal sorgt ein Wärmetauscher im SCAMP dafür, daß Umgebungswärme an den Dewar kommt und Atemgas aus dem Dewar ausströmt. Ein weiterer Wärmetauscher im SCAMP wärmt dieses dann auf Umgebungstemperatur auf. Dies wird von einer mit kleinen Kunststoffschläuchen durchzogenen Weste unterstützt. Diese wird unter dem hitzeabweisenden Anzug der Feuerwehrleute getragen. Durch die Schläuche strömt der Dewarinhalt in seiner jeweiligen Form, gibt einerseits Kälte ab und nimmt andererseits die Körper- bzw. Umgebungswärme auf. Dies stützt sowohl den Prozeß des Wärmetauschs und dient gleichzeitig dem Feuerwehrmann, der nun mit einem erträglicheren Klima unter seinem Feuerwehranzug Brände bekämpfen kann. Beide Wärmetauscher sind mit einem druckaktivierten Bypassventil verbunden und sorgen bei Arbeitstemperaturen zwischen minus 40°C und plus 49°C dafür, daß das System das Atemgas mit einem Druck von 5,17 MPa abslout und einer Flußrate von zwischen 10 und 150 Liter/min liefert.
Außerdem ist man auch nicht mehr auf handmäßiges Umschütten und Auffüllen des Dewar wie beim AK-3 angewiesen. ADD hat nämlich auch gleich eine hochmobile "Zapfsäule" mitentwickelt. Die für einen einstündigen Atemgasvorrat berechneten Deware der 11,3kg wiegenden SCAMPs  werden einfach wie Patronen in einem Füller ausgetauscht. Der leere Dewar wird in ein Gerät gepfropft, das etwa so aussieht wie ein mittelgroßer Kühlschrank und ist innerhalb von 5 Minuten wieder aufgefüllt. Dieses Füllgerät ist, vereinfacht ausgedrückt, eine Art Kompressor mit einem Flüssigstickstoffbad-Kühler. Damit das ganze praktisch bleibt, braucht man zum Betrieb dieses Füllgeräts lediglich einen Dewar mit flüssigem Stickstoff und eine Stromquelle von unter 100 Watt Leistung. Das SCAMP gibt es auch noch in einer 2-Stunden-Version die 15,8kg wiegt.
So weit so gut - für Feuerwehrleute.
Das SCAMP erregte schließlich auch die Aufmerksamkeit der Ausrüster der Astronauten selbst.
Mit einigen Änderungen konnte das SCAMP nicht nur die Atemgasversorgung von Astronauten in ihren Raumanzügen sicherstellen, sondern das Medium als solches konnte gleichzeitig durch ein in den Raumanzug eingarbeites Schlauchsystem fließen und den Astronauten vor der Hitze des Weltalls schützen. Diese Neuerung wurde ua. im August 2000 in einem Vortrag von Don Doerr von der NASA und J.R. Clarke, B.Shykoff und D.Warkander von der NEDU (Navy Experimental Diving Unit) mit dem Titel "Superkritisches Gas als Gasversorgung und Kühlmittel im Warmwassertauchen" auf der 4. Internationalen Konferenz zur Lebenserhaltungs- und Biosphärenwissenschaft in Baltimore/USA publiziert.
Das Lyndon B. Johnson Space Center in Houston/Texas stellte dazu fest, daß Geräte dieser Art auch sehr gut für das konventionelle Tauchen abgewandelt werden können. Don Doerr, der Leiter der Abteilung Biomedical Engineering im Kennedy Space Center der NASA in Florida, änderte dann auch eine SCAMP-Einheit zum Tauchen ohne Raumanzug ab. Erste Versuche im Pool mit einer Vollgesichtsmaske waren erfolgreich.

Auf dem folgenden Bild sieht man sehr schön den Dewar in der Mitte. Anders als beim Feuerwehr-SCAMP hat die Tauchapplikation zwei sehr groß dimensionierte Wärmetauscher-Spiralen. Hier sieht man sie rechts und links des Dewars, wie sie die Kälte des Dewarinhalts an das Wasser abgeben und dessen Wärme aufnehmen.

Und so standen dann bald die nächsten Versuchsreihen im Freiwasser an, wo im Jahre 1997 für drei Stunden in einer Tiefe von 25 Fuß bzw. 7,6m getaucht wurde.

Das SCAMP wurde in einer Weiterentwicklung aber nun auch Astronauten in ihren Raumanzügen während ihres Unterwassertrainigs auf den Rücken geschnallt und versah dort treulich seine Dienste. Es existieren bereits einige durch die "Bruce Caldwell of Oceaneering Space Systems" weiterentwickelte SCAMP-Geräte, die nicht nur den Umstand nutzen, mit gleicher Flaschengröße vier mal so lange wie mit Preßluftflaschen tauchen zu können, sondern auch über eingebaute CO²-Absorptionssysteme wie Rebreather verfügen. Leider auch hier wieder nur als Geräte für Astronauten im Weltall. Auch die NEDU der US-Marine interessiert sich unter der Federführung von Dr. Clarke für den SCAMP und testet ihn ausgiebig - wenn auch in Zusammenhang mit dem flüssigkeitsgekühlten Raumanzug. Gegenwärtig stehen jedoch wieder einige Testreihen an, in denen Don Doerr die Nur-Tauchvariante des SCAMP weiteren Prüfungen unterziehen wird. Man darf gespannt sein!
 
 

Unser Dank für die Bereitstellung seiner Photos sowie Materialien zum Tauchgerät AK-3 geht an Dr. Dietmar Berndt von Förderkreis Sporttauchen.Vielen Dank!
Furthermore we want to express our warm "Thanks!!" to Mr. Don Doerr, Chief of the Biomedical Engineering Department at Kennedy Space Center/NASA, for taking some time to answer our curious questions and finally for his kind donation of some photos of the new SCAMP as diving application! We wish him tons of success in the further development and will hopefully be able to write more about the diving SCAMP!