In der Flasche eines Pressluftatmers ist gewöhnliche Druckluft, kein Sauerstoff, mit bis zu 300 bar. In die Maske strömt sie mit wenigen Millibar über dem Umgebungsdruck. Zwischen Flasche und Maske liegen zwei Ventile, die den Druck senken, Leitungen, ein Manometer und eine Pfeife. Dieser Beitrag geht diesen Weg Bauteil für Bauteil ab und rechnet nach, wie viel Luft wirklich in der Flasche ist.

Drei Druckbereiche

Der Pressluftatmer der Feuerwehr hat einen offenen Kreislauf. Die Ausatemluft kehrt nicht ins System zurück, sondern entweicht durch das Ausatemventil ins Freie. Auf dem Weg von der Flasche zum Gesicht durchläuft die Luft drei Druckbereiche.

Bereich	Druck	Wo
Hochdruck	200 oder 300 bar	Flasche, Flaschenventil, Leitung zum Manometer
Mitteldruck	etwa 7 bar	Leitung vom Druckminderer zum Lungenautomaten
Niederdruck	wenige Millibar über dem Umgebungsdruck	Maske

Die Hochdruckteile bleiben auf dem Rücken. Die Leitung, die über die Schulter zur Maske führt, trägt nur Mitteldruck.

Schema des Luftwegs: Flasche mit 300 bar, Druckminderer, Leitung zum Manometer, Mitteldruckleitung mit etwa 7 bar zum Lungenautomaten an der Maske, in der der Druck 1 bis 4 Millibar über dem Umgebungsdruck liegt. — Flasche mit Ventil (1), Druckminderer (2), Manometer (3), Lungenautomat (4) und Maske (5). Orange ist Hochdruck, Blau ist Mitteldruck. In der Maske liegt der Druck nur 1 bis 4 Millibar über dem Umgebungsdruck.

Die Flasche

Die Flaschen sind aus Stahl oder aus Verbundwerkstoff, mit einem Aluminiumkern, der mit Kohlefasern umwickelt ist. Eine leere Stahlflasche mit 6 Litern wiegt etwa 8,5 kg, eine Verbundflasche mit 6,8 Litern etwa 4 kg.

Den Luftvorrat berechnet man aus Flaschenvolumen mal Druck, aber das gilt nur bis etwa 200 bar. Bei 300 bar lässt sich Luft schlechter verdichten, als diese Rechnung annimmt, und in der Flasche ist rund 10 % weniger. Eine Flasche mit 6,8 Litern und 300 bar enthält nicht 2040 Liter Luft, sondern etwa 1840.

Das Flaschenventil wird im Einsatz ganz geöffnet. Manche Ventile haben eine Abströmsicherung, die den Luftstrom auf etwa 600 Liter pro Minute begrenzt, wenn das Ventil abbricht. Die Flasche fliegt dann nicht davon.

Eine Flasche soll nicht ganz entleert werden. In eine leere Flasche dringt Feuchtigkeit ein, und Feuchtigkeit gefriert in den Ventilen, wenn sich die Luft beim Entspannen stark abkühlt. Aus demselben Grund muss die Luft, mit der Flaschen gefüllt werden, sehr trocken sein.

Der Druckminderer

Der Druckminderer senkt den Flaschendruck auf den Mitteldruck, meist etwa 7 bar. In ihm arbeiten ein Kolben und eine Feder. Atmet der Geräteträger ein, fällt der Mitteldruck, die Feder verschiebt den Kolben und Luft strömt aus der Flasche nach. Steigt der Druck wieder, schließt der Kolben den Durchgang. Das wiederholt sich bei jedem Atemzug.

Auf der Mitteldruckseite sitzt ein Sicherheitsventil. Versagt der Druckminderer und steigt der Mitteldruck, lässt das Sicherheitsventil den Überschuss ab. Je nach Bauart öffnet es bei 11 bis 14 bar. Der Geräteträger kann weiter atmen, aber das Gerät ist defekt, und er muss sofort den Rückweg antreten.

Vom Druckminderer gehen zwei Leitungen ab: die Hochdruckleitung zum Manometer und die Mitteldruckleitung zum Lungenautomaten. Viele Geräte haben einen Zweitanschluss am Mitteldruck, an den sich der Lungenautomat einer zweiten Person anschließen lässt.

Lungenautomat und Überdruck

Der Lungenautomat gibt nur Luft ab, solange der Geräteträger einatmet. In ihm sitzt eine Membran, die über einen Hebel ein Ventil öffnet. Bei der älteren Normaldruck-Ausführung öffnet der Unterdruck des Einatmens das Ventil. Der Druck in der Maske liegt dann bei jedem Atemzug unter dem Umgebungsdruck, und durch jede Undichtigkeit am Maskenrand dringt Rauch ein.

Heutige Feuerwehrgeräte arbeiten mit Überdruck. Eine zusätzliche Feder drückt auf die Membran, und das Ventil schließt erst, wenn der Druck in der Maske 1 bis 4 Millibar über dem Umgebungsdruck liegt. Das Ausatemventil hat eine eigene Feder und öffnet bei etwas höherem Druck, weil die Luft sonst ständig abströmen würde. Ist die Maske irgendwo undicht, strömt Luft nach außen, und Rauch dringt nicht ein.

Überdruck ist kein Dauerstrom, denn das Ventil schließt bei jedem Ausatmen. Er ersetzt auch die Abdichtung nicht. Die Vorschriften lassen auch bei Überdruck weder Bart noch Koteletten im Bereich der Dichtlinie zu, und Luft, die am Maskenrand entweicht, fehlt in der Flasche.

Der Lungenautomat muss viel mehr Luft liefern können, als der Geräteträger im Mittel verbraucht, denn das Einatmen dauert weniger als die Hälfte des Atemzyklus. Die Vorschrift der Vereinigten Staaten verlangt zum Beispiel einen Durchfluss von mehr als 200 Litern pro Minute.

Die Maske

Die Vollmaske bedeckt Augen, Nase, Mund und Kinn. An ihr sitzen die Sichtscheibe, der Dichtrahmen, die Bänderung, die Sprechmembran, das Ausatemventil und der Anschluss für den Lungenautomaten. Im Inneren liegt eine kleinere Innenmaske, die nur Nase und Mund bedeckt.

Die Einatemluft strömt zuerst an der Sichtscheibe entlang und erst dann durch Ventile in die Innenmaske. So beschlägt die Scheibe nicht. Die Innenmaske verkleinert außerdem den Raum, in dem Ausatemluft stehen bleibt, und der Geräteträger atmet weniger eigenes Kohlendioxid wieder ein.

Die Sichtscheibe ist aus Polycarbonat und verträgt von allen Teilen des Geräts am wenigsten Wärme. In Laborversuchen zeigte die Außenfläche der Scheibe bei etwa 180 °C feine Risse, bei etwa 200 °C Blasen und bei etwa 270 °C Löcher. Durch ein Loch treibt der Überdruck Luft nach außen, und die Flasche leert sich schnell. Risse oder Blasen auf der Scheibe nach einem Brand zeigen, dass die Maske nahe an dieser Grenze war. Eine solche Maske wird nicht wieder eingesetzt.

Manometer und Warneinrichtung

Das Manometer zeigt den Flaschendruck und ist die einzige verlässliche Angabe darüber, wie viel Luft noch da ist. Fällt der Druck auf einen bestimmten Wert, ertönt ein akustisches Warnsignal, meist eine Pfeife.

Der Wert hängt von der Norm ab. Im größten Teil Europas spricht die Warneinrichtung bei etwa 55 bar an, in der britischen Praxis höher, damit Luft für rund zehn Minuten bleibt, und in Nordamerika, wenn noch etwa ein Drittel des Inhalts in der Flasche ist.

In einer Flasche mit 6,8 Litern sind 55 bar etwa 370 Liter Luft, ein Fünftel des Inhalts, bei schwerer Arbeit weniger als fünf Minuten. Wer erst beim Warnsignal den Rückweg antritt, geht ihn auf der Notreserve.

Wie lange die Luft reicht

Die Nenneinsatzzeit einer Flasche wird mit einem Verbrauch von 40 bis 50 Litern pro Minute berechnet. Feuerwehrleute verbrauchen bei der Arbeit deutlich mehr. In einer Messung an fünfzehn Berufsfeuerwehrleuten lag der Mittelwert während einer simulierten Brandbekämpfung bei 82 Litern pro Minute, in der schwersten Aufgabe bei 102.

Drei waagerechte Balken für eine Flasche mit 1840 Litern Luft: 46 Minuten bei 40 Litern pro Minute, 23 Minuten bei 80 und 18 Minuten bei 100. — Dieselbe Flasche mit 6,8 Litern und 300 bar bei drei Verbrauchswerten. Der graue Balken ist der Verbrauch, mit dem die Nenneinsatzzeit berechnet wird, die orangefarbenen Balken sind bei der Arbeit gemessene Werte.

Flasche mit 300 bar	Luft in der Flasche	40 L/min	80 L/min	100 L/min
6 L	etwa 1620 L	40 min	20 min	16 min
6,8 L	etwa 1840 L	46 min	23 min	18 min
9 L	etwa 2430 L	61 min	30 min	24 min

Das sind Minuten bis zur völlig leeren Flasche, ohne Reserve.

In einer Untersuchung stiegen Feuerwehrleute in voller Ausrüstung das Treppenhaus eines Hochhauses hinauf. Bei einer Flasche mit 30 Minuten Nenneinsatzzeit ertönte das erste Warnsignal nach 8 Minuten. In einer anderen verbrauchten einzelne Feuerwehrleute für dieselbe Aufgabe zwischen 26 und 68 % einer Flasche. Deshalb liest jeder sein eigenes Manometer ab, und die Einsatzdauer des Trupps richtet sich nach dem, der am meisten verbraucht.

Der Rückweg wird vor dem Betreten geplant. Eine verbreitete Regel lautet, für den Rückweg die doppelte Luftmenge des Hinwegs einzuplanen.

Das Gerät ermüdet auch von sich aus. In Messungen lag die maximale Sauerstoffaufnahme mit Gerät etwa 15 % niedriger als ohne. Der größere Teil dieses Rückgangs kommt vom Atmen durch den Lungenautomaten, der kleinere von der Last auf dem Rücken.

Die Kurzprüfung vor dem Einsatz

Vor dem Einsatz wird das Gerät kurz geprüft. Die Schritte sind überall dieselben, die Zahlen nicht.

Sichtprüfung von Gerät, Begurtung und Maske.
Flaschenventil öffnen und Druck ablesen.
Dichtprüfung: Flaschenventil schließen und beobachten, ob der Druck am Manometer fällt.
Prüfung der Warneinrichtung: Luft langsam ablassen, bis die Pfeife ertönt.
Dichtsitz der Maske am Gesicht prüfen.

In Mitteleuropa muss die Flasche in der Regel mindestens 90 % des Nennfülldrucks haben, und der Druck darf in einer Minute um höchstens 10 bar fallen. Anderswo gelten andere Grenzen. Maßgeblich sind die Gebrauchsanleitung des Herstellers und die Vorschriften, die für die Einheit gelten.

Nach jedem Gebrauch werden Maske und Lungenautomat gereinigt und desinfiziert. Vor dem Lagern müssen sie vollständig trocken sein, denn Wasser, das im Lungenautomaten zurückbleibt, gefriert genauso wie Feuchtigkeit aus der Flasche.

Aufbau eines Pressluftatmers