Helium

Technische Aspekte
Probleme bei der Heliumbeschaffung

Technische Aspekte

Der Zeppelin im Fluge

Die richtige Handhabung des Traggases war ein wesentliches und herausforderndes Element um ein Luftschiff sicher über tausende Kilometer weit zu bewegen. Neben der Gewährleistung absoluter Feuersicherheit, musste die Besatzung viele Faktoren wie den örtlichen herrschenden Luftdruck, die Zuladung oder den Befüllungsgrad der Gaszellen beachten. Durch den Treibstoffverbrauch der Motoren in der Luft verliert ein Luftschiff zudem ständig an Gewicht, die Auftriebskraft des Traggases bleibt zunächst jedoch immer gleich. Mit abnehmendem Gewicht würde es folglich immer weiter steigen und in Gefahr geraten. Um die vorgeschriebene Flughöhe zu halten, muss zum Ausgleich das (teure) Traggas schrittweise abgelassen werden. Dieser Vorgang nennt sich die Trimmung. Der Nachteil dieser Methode war, dass die Tragkraft des abgelassenen Gases verloren ging. Ein Beispiel dient hier zur Verdeutlichung: LZ 126 lässt auf einer Atlantikfahrt bis zu 1/3 des mitgeführten Wasserstoffs ab. Die Gaszellen verfügten zum Auslassen des Gases über sogenannte Manövrierventile, welche aus der Führergondel heraus angesteuert werden konnten. Das Bedienelement hierfür war die Gastafel.

Gastafel von LZ 129.

Im Lauf der Zeit wurden unterschiedliche, technische Methoden entwickelt, um ein Ablassen des Gases, vor allem in Hinblick auf die sehr hohen Herstellungskosten von Helium, zu umgehen. Neben Versuchen, das Traggas vor der Einfüllung zu erwärmen oder abzukühlen wurde in das LZ 130 eine Ballastwasser - Rückgewinnungsanlage eingebaut. Hierbei konnte man Ballastwasser aus den heißen Abgasen gewinnen. Diese wurden nicht direkt in die Umgebung abgegeben, sondern abgekühlt, wobei sich Kondenswasser bildete. Dieses Wasser wurde gesammelt und konnte zwischen verschiedenen Ballasttanks, je nach Fluglage, hin- und her gepumpt werden.

Weitere wichtige Faktoren des Gashaushalts Während des Fluges konnten unterschiedliche Einflüsse die Trageigenschaften der Traggases verändern. Durch starke Hitze, beispielsweise durch Sonnenstrahlen, konnte sich das Gas erwärmen und ausdehnen. Im Gegensatz dazu konnte Regenwasser das Gesamtgewicht eines Luftschiffes um mehrere Tonnen erhöhen. Die Gaszellen eines Luftschiffes wurden vor dem Start nicht komplett befüllt. Mit zunehmender Höhe und abnehmendem Luftdruck dehnte sich das Gas aus, somit war es notwendig einen bestimmten Prozentsatz des Gaszellenvolumens frei zu lassen. Hatte das Luftschiff eine bestimmte Flughöhe - die Prallhöhe - erreicht, waren die Gaszellen prall gefüllt. Wurde diese kritische Höhe überschritten, konnte das Gas die Gaszellen zerreißen. Überdruckventile in den Gaszellen sollten dies vermeiden.

Prallhöhe: Höhe des höchsten zulässigen Innendrucks der Gaszellen.
Sie ist wichtig für den Betankungsvorgang, da die Gaszellen nicht ganz gefüllt werden beziehungsweise das Traggas vorgewärmt wird. Das Traggas hat Platz sich in den Gaszellen auszudehnen. Je niedriger die Prallhöhe ist, desto mehr Traggas kann eingefüllt werden (statischer Auftrieb), was wiederum bedeutet,dass mehr Nutzlast mitgeführt werden kann.

Zusätzliche Vorteile von Helium

Neben diesen technischen Vorteilen hätte das Helium auch weitere positive Eigenschaften gehabt:

Zwar höhere Kosten pro Kubikmeter in der Herstellung dennoch eine höhere Rentabilität als Wasserstoff, da weit weniger Befüllungen pro Jahr notwendig waren.

Duch beidseitige Diffusion durch die Gaszelle und Aussenhülle vermischte sich der Wasserstoff auf einem Flug mehr und mehr mit Luft. Da eine Trennung der beiden Gase nicht möglich ist, musste ein Luftschiff 8 - 10 mal in einem Jahr komplett neu befüllt werden.

Verunreinigtes Helium hingegen konnte gereinigt und wieder verwendet werden. Hierfür wurden an den Landeplätzen Heliumreinigungsanlagen eingerichtet

Konstruktive Änderungen zwischen Wasserstoff und Helium (Trageigenschaften)

Probleme bei der Heliumbeschaffung

Warum gab es keine weit verbreitete Verwendung von Helium in der deutschen Luftschifffahrt?

Selbst den Zeppelinbauern stellte sich diese Frage erst nach dem Hindenburg-Unglück ernsthaft, obwohl die Gefahren des Wasserstoffs als Traggas schon lange bekannt waren. Es drohte nicht nur den Passagieren Gefahr, das ganze Luftschiff stand auf dem Spiel. Zunächst wurde dennoch Wasserstoff verwendet, denn die Besatzungen waren sehr erfahren und sehr vorsichtig in der Handhabung des Wasserstoffs, Helium hat im Vergleich zu Wasserstoff geringere Trageigenschaften. Nutzbare Heliumvorkommen gab es nur in den USA.

Die USA entwickelten schnelle günstige Herstellungsverfahren und Möglichkeiten zum Transport. 1923 startete in den USA das erste Heliumluftschiff, die USS-Shenandoah. Es folgten hunderte weitere Luftschiffe mit Heliumbefüllung. Bis 1935 wurden drei Starrluftschiffe in den USA und eines in Deutschland gebaut. Bis 1945 waren es sogar 168 Prallluftschiffe.

Probleme des Heliumhandels

Die USA bestanden auf ihr Monopol und lieferten Helium nicht gerne an andere Länder. Die Überschätzung der militärischen Einsatzmöglichkeiten des Zeppelins führte zu einer sehr restriktiven Helium-Politik der US-Regierung, was die Aufbewahrung, Verwendung und Auslieferung von US-Helium betrifft. Es wurden politische Erschwernisse, bürokratische Hürden und logistische Probleme begünstigt, die sich stark auf den Heliumhandel auswirkten. Bis 1935 betrieben die USA ein eigenes militärisches Starrluftschiffprogramm, zumindest bis dahin führte dieser Eigenbedarf zu den Restriktionen der Ausfuhr. Nach der Fertigstellung des LZ 130 im September 1938 waren es natürlich auch massive politische Gründe, die letztendlich zu dem Ausfuhrverbot führten.

1. Heliumgesetz vom 03.03.1925

Alle staatlichen Heliumanlagen wurden dem Innenministerium unterstellt.

Alle Regierungsbehörden und die Armee mussten das benötigte Helium von dort anfordern.

Nur überschüssiges Helium stand US-Firmen und ausländischen Staaten zur Verfügung.

Eine Ausfuhr des Heliums war nur mit Genehmigung des Präsidenten persönlich und einer Empfehlung des Kriegs-, Marine-, und Innenministeriums möglich.

Das 2. Heliumgesetz von 1927 brachte keine Lockerung für den Heliumhandel und die USA hielten stets nur eine Füllmenge auf Vorrat bereit. Daher wird auch der LZ 127 noch ausschließlich für Wasserstofffüllung konstruiert. Die Hindenburg dagegen war schon für beide Traggase, Wasserstoff und Helium, ausgelegt. Die logistische Organisation des Heliumhandels stellte sich allerdings als höchst kompliziert heraus. In Deutschland waren nicht genügend Gasbehälter aufzutreiben, so mussten sie aus der ganzen Welt zusammengeliehen werden. Da die geborgten Behälter das Misstrauen der deutschen Ingenieure weckten, musste jede Gasflasche einzeln vom deutschen Druckgasausschuss geprüft und freigegeben werden.