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2024-10-18T10:55:04Z

Das war zu erdbezogen

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Ein '''Traggas''' ist ein [[Gas]], das als Füllung für [[Luftschiff]]e und [[Gasballon]]s eingesetzt wird. Es hat eine niedrigere [[Dichte]] als die das Luftfahrzeug umgebende Medium. Auf der Erde ist dies [[Luft]], auf der [[Venus (Planet)|Venus]] beispielsweise [[Kohlenstoffdioxid]]. Dadurch ergibt sich gemäß dem [[Archimedisches Prinzip|archimedischen Prinzip]] ein [[statischer Auftrieb]].<ref>{{Internetquelle |url=https://www.hi.uni-stuttgart.de/gnt/ausstellungen/zeppelin/3.0_traggase.html |titel=Materialgeschichte des Zeppelin – Traggase |hrsg=[[Universität Stuttgart]] |abruf=2024-02-11}}</ref> Die wichtigsten Traggase sind [[Wasserstoff]], [[Helium]] und [[Heißluft]]. Als Auftriebsgas oder Leichter-als-Luft-Gas bezeichnet man Traggas, das eine geringere Dichte als normale atmosphärische Gase hat. In [[Starrluftschiff]]en und [[Halbstarres Luftschiff|halbstarren Luftschiffen]] wird das Traggas in [[Gaszelle]]n eingefüllt.

== Allgemeines ==
Für den Zweck eines Traggases kommen auf der Erde Gase infrage, die eine geringere Dichte als Luft (ca. 1,293 kg/m³ unter [[Normalbedingungen]]) haben.

Die Kontrolle des Zustands des Traggases ist essentiell für den ordnungsgemäßen Betrieb des Luftschiffes. Hier muss neben dem Brandschutz unter anderem auf Luftdruck, Außentemperatur und Zuladung geachtet werden.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.zeppelin-tourismus.de/de/zeppelin/wissenwertes.php |titel=Zeppelin – Wissenwertes |hrsg=Förderverein Zeppelin-Tourismus e. V. |abruf=2024-02-11}}</ref> Zudem verändert sich bei gleicher Menge an Traggas der Auftrieb des Luftschiffes, wenn dieses durch permanenten Verbrauch von Treibstoff an Gewicht verliert. Sowohl Helium als auch Wasserstoff haben die Eigenschaft, durch viele Stoffe (Ballonhülle) zu [[Diffusion|diffundieren]].<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://www.planet-wissen.de/technik/luftfahrt/zeppeline/index.html |titel=Luftfahrt: Zeppeline |werk=Planet Wissen |datum=2019-10-21 |sprache= |abruf=2024-02-11}}</ref> Es kann auch vorkommen, dass Gas zum [[Auftriebsausgleich]] abgelassen werden muss. Bei ständig gefüllten Ballons oder Luftschiffen muss daher in regelmäßigen Abständen ein kleiner Teil des Gases ersetzt werden.<ref name=":0">{{Internetquelle |url=https://www.hi.uni-stuttgart.de/gnt/ausstellungen/zeppelin/3.2_helium.html |titel=Materialgeschichte des Zeppelin – Helium |hrsg=[[Universität Stuttgart]] |abruf=2024-02-11}}</ref>

Mit einem Kubikmeter Wasserstoff lässt sich ein statischer Auftrieb von 1,203 kg, mit einem Kubikmeter Helium ein Auftrieb von 1,1145 kg erzeugen; diese Werte gelten jedoch nur unter [[Normalbedingung]]en. In einiger Höhe herrscht ein geringerer Luftdruck (siehe [[barometrische Höhenformel]]), was für gleiche Auftriebskraft ein größeres Traggasvolumen (bei jedoch gleicher Traggasmasse) erfordert. Aus diesen Werten ergibt sich als großzügige Faustregel: Um eine [[Masse (Physik)|Masse]] von einem Kilogramm mit Ballonauftrieb aufzuheben, wird rund ein Kubikmeter Traggas benötigt, entsprechend für ein [[Gramm]] ein [[Liter]].

=== Wasserstoff ===
Mit [[Jacques Alexandre César Charles]] gelang es 1783 erstmals einem Luftfahrer die Verwendung von Wasserstoff als Traggas, hier in seinem Gasballon. Zuvor waren die [[Gebrüder Montgolfier]] beim Einsatz von Wasserstoff daran gescheitert, das Diffundieren des Gases durch die Hülle des Ballons zu verhindern.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.hi.uni-stuttgart.de/gnt/ausstellungen/zeppelin/3.1_wasserstoff.html |titel=Materialgeschichte des Zeppelin – Wasserstoff |hrsg=[[Universität Stuttgart]] |abruf=2024-02-11}}</ref>

In physikalischer Hinsicht ist Wasserstoff als das leichteste aller Elemente mit einer [[Atommasse]] von nur ≈1,0u, Molekülmasse H<sub>2</sub> von ≈2,0 u und einer Dichte von nur 0,0899 kg/m³ ideal als Traggas. Da es zudem relativ einfach und günstig herzustellen ist, war es bis weit in das 20. Jahrhundert hinein als Traggas vorherrschend. Allerdings ist Wasserstoff leicht brennbar und im Gemisch mit [[Sauerstoff]], etwa aus der Luft, sogar explosiv ([[Knallgas]]). Im [[Ballonsport]] wird für Gasballons allerdings weiterhin ausschließlich Wasserstoff verwendet, da eine Heliumfüllung viel zu teuer wäre.

=== Heliumfüllung ===
Helium als das zweitleichteste Element hat mit ≈4,0 u zwar die vierfache Atommasse, da es aber als Edelgas in Form von Atomen und nicht von zweiatomigen Molekülen vorliegt, hat es nach dem [[Avogadrosches Gesetz|Avogadroschen Gesetz]] mit 0,1785 kg/m³ nur eine doppelt so große Dichte wie Wasserstoff. Da weiterhin für den Auftrieb nicht die absolute Dichte, sondern die Differenz zur Luftdichte entscheidend ist, erzeugt eine Heliumfüllung nur etwa 8 % weniger Auftrieb als eine Wasserstofffüllung.

Neben der Sicherheit ist der Einsatz von Helium nach der Anschaffung hingegen sehr effizient. Nicht nur muss das Luftschiff deutlich seltener befüllt werden, verschmutztes Helium lässt sich auch reinigen und ist im Anschluss wieder normal verwendbar.<ref name=":0" />

LZ 129 war das erste für den Einsatz von Helium konstruierte [[Zeppelin]]-Luftschiff. Dennoch wurde im Luftschiffbau außerhalb der [[Vereinigte Staaten|Vereinigten Staaten]] weiterhin Wasserstoff verwendet. Dies hatte verschiedene Gründe: einerseits waren die Besatzungen im Gebrauch von und Umgang mit Wasserstoff sehr erfahren und vertraut. Andererseits lagen vor dem [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkrieg]] die einzigen verwendbaren Heliumvorkommen in den USA, welche somit ein Monopol auf die Verwendung besaßen. Ein Export scheiterte an strengen Ausfuhrregelungen, zuletzt im Jahr 1938 nach der [[Hindenburg-Katastrophe]] aber auch an der politischen Situation in Deutschland. Die USA selbst bauten bis 1945 insgesamt 168 Prallluftschiffe mit Helium als Traggas.<ref name=":0" />

Da die Heliumlagerstätten begrenzt sind und das Gas durch den steigenden Verbrauch immer knapper und teurer wird, ist man in der Ballon- und Luftschifftechnik dazu übergegangen, Wasserstoff und Helium in einem bestimmten Volumenverhältnis miteinander zu mischen.
Dieses Gasgemisch hat dann eine höhere Tragkraft als Helium allein, ist demgegenüber aber günstiger und andererseits im Gegensatz zum Traggas Wasserstoff reaktionsträge und nicht brennbar (inert).<ref>{{Internetquelle |url=https://www.engineeringtoolbox.com/molecular-mass-air-d_679.html |titel=Air – Molecular Weight and Composition |abruf=2022-05-05}}</ref> Alternativ wurden im Zeppelin-Luftschiffbau auch mit Wasserstoff gefüllte [[Gaszelle#Kernzellen|Kernzellen]] in Erwägung gezogen, die von Helium-Zellen umschlossen werden.<ref>{{Literatur |Autor=Barbara Waibel |Titel=LZ 129 Hindenburg. Faszination Zeppelin |Auflage=3. |Verlag=Sutton Verlag |Ort=Erfurt |Datum=2020 |ISBN=978-3-95400-694-6 |Seiten=12-13}}</ref>

=== Weitere Traggase ===
Früher wurde auch das leicht verfügbare und günstige [[Leuchtgas]] als Traggas verwendet.<ref>{{Britannica 1911 |Lemma=Gas |Band=11 |Seite=483 |Abschnitt=Gas Manufacture – Historical}}</ref> Dabei musste indessen neben dem Nachteil eines deutlich geringeren Auftriebes auch die Feuergefährlichkeit und Giftigkeit in Kauf genommen werden. Seit der Umstellung der öffentlichen Gasversorgung auf [[Erdgas#Situation in Deutschland|Erdgas]] steht kein Leuchtgas mehr zur Verfügung.

Über 100 °C steht als Traggas auch überhitzter [[Wasserdampf]] zur Verfügung, der (Molekülmasse = 18) pro Gasvolumen etwa doppelt so viel Auftrieb erzeugt wie gleichwarme Luft, und so immerhin fast dreiviertel desjenigen von Helium oder Wasserstoff. 2006 wurde in Deutschland das skalierte Modell eines [[Heißdampfballon]]s, des Heißdampfaerostaten HeiDAS UH, vorgestellt. Bei einer Dampftemperatur von 150 °C wurde hier ein Auftrieb von 735 Gramm/Kubikmeter erreicht. Der Preis für diese Leistung wird durch außergewöhnliche Materialien bezahlt, denn der Hüllenwerkstoff ist dampfbeständig wie Edelstahl, aber leicht wie Kunststoff. Wasserdampf ist das effektivste nichtbrennbare Traggas, welches nicht durch Ressourcenknappheit bedroht wird.

In der Venusatmosphäre kann in einer Höhe von ca. 50 km über dem Venusboden ein Luftschiff oder ein Ballon mit Stickstoff als Traggas betrieben werden. Dies ist möglich, weil die Venusatmosphäre im wesentlich aus Kohlenstoffdioxid besteht (≈44,0 u gegenüber ≈28,0 u beim Stickstoff). Dieser Ansatz wird beim [[High Altitude Venus Operational Concept]] verfolgt.<ref name="DOI10.2514/6.2015-4545">Christopher A. Jones, Dale C. Arney, George Z. Bassett, James R. Clark, Anthony Hennig, Jessica C. Snyder: ''High Altitude Venus Operational Concept (HAVOC): Proofs of Concept.'' In: ''AIAA SPACE 2015 Conference and Exposition.'' 2015 {{DOI|10.2514/6.2015-4545}}.</ref><ref>Geoffrey A. Landis: ''Settling Venus: A City in the Clouds?'' In: ''2020 AIAA Ascend.'' 16. bis 18. November 2020, AIAA-2020-4152 (PDF)</ref>

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Gasballone]]
[[Kategorie:Luftschifffahrttechnik]]

Traggas - Versionsgeschichte

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