Chancen und Möglichkeiten des Gyrocopters als Expertenzubringer in der Notfallmedizin im Vergleich zu Rettungshubschraubern

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Vorstellung des Fluggerät Gyrocopter
2.1 Gyrocoptertechnik
2.2 Flugsicherheit Hubschrauber / Gyrocopter
2.3 Extremely short take-off and landing

3 Geschichte des Gyrocopter
3.1 Zivile Entwicklung des Gyrocopter
3.2 Militärische Entwicklungen des Gyrocopter

4 Analyse der Häufigkeit von Rettungshubschraubereinsätzen als Expertenzubringer in Österreich, Deutschland und der Schweiz

5 Ökonomischer Vergleich Gyrocopter und Rettungshubschrauber
5.1 Anschaffungskosten
5.2 Wartungs- und Unterhaltskosten
5.3 Ausbildung Pilot
5.4 Ausbildung Crew Member / Experte

6 Ökologischer Vergleich Gyrocopter und Rettungshubschrauber

7 Gesetzliche Bestimmungen zum Gyrocopterflug
7.1 Gesetzeslagen in Deutschland, Österreich und der Schweiz
7.2 Gesetzeslagen in Europa
7.3 Nachtflüge

8 Zusätzliche Möglichkeiten zur Nutzung von Gyrocopter im BOS Bereich
8.1 Sucheinsätze Wärmebildkamera
8.2 Katastrophenfall, MANV, Luftbeobachtung Feuerwehr
8.3 Verkehrsüberwachung
8.4 Verfolgungen

9 Politische und emotionale Aspekte des Gyrocoptereinsatz

10 Zusammenfassung und Ausblick

Literaturverzeichnis

Tabellen und Abbildungen

Abkürzungsverzeichnis

Anhang

Ausstattungsvorschlag Notfallrucksack EMS-A

Fragebogen zur Aeronautischen Expertenzubringung

Abstract

Buchholz J. (2011): Chancen und Möglichkeiten des Gyrocopters als Expertenzubringer in der präklinischen Notfallmedizin im Vergleich zu Rettungshubschraubern in Deutschland, Österreich und der Schweiz

Ziele:

1. Die Einführung stellt eine Beschreibung der Technik und der Geschichte des Autogyro dar.
2. Analyse des Potentials der aeronautischen Expertenzubringung in den Ländern Deutschland, Österreich und der Schweiz.
3. Beschreibung erweiterter Einsatzmöglichkeiten des Autogyro.
4. Darlegung eines ökonomischen und ökologischen Vergleichs zwischen Autogyro und Rettungshubschrauber.
5. Analyse der Realisierbarkeit des Autogyro als Expertenzubringer.

Methoden:

1. Analyse von Rettungshubschraubereinsatzzahlen Deutschland, Österreich und Schweiz aus dem Jahr 2010
2. Interviews mit deutschen Steakholdern aus Rettungsdienst und Luftrettung
3. Prüfung der Jurisprudenz in den einzelnen Ländern und in Europa
4. Auswertung von Betriebs-, Verbrauchs- und Wartungsdaten des EC 135 und des Xenon Autogyro

Ergebnisse:

1. Aus ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten ist die Expertenzubringung durch Autogyros der Expertenzubringung durch Hubschrauber weit überlegen.
2. Im Jahr 2010 wurden von den größten Luftrettungsorganisationen in Deutschland, Österreich und der Schweiz 61.824 Patienten versorgt. In allen drei Ländern überwogen medizinische Einsätze. Betrachtet man die Einsätze ohne die alpinen Rettungsflüge bei denen der Lufttransport meist logistische Gründe aufwies, so stellen in allen drei Ländern medizinische Notfälle über 50 % des Gesamteinsatzvolumens dar. Beim größten Teil aller ausgewerteten Einsätze diente der Rettungshubschrauber als schneller Notarztzubringer.

Fazit:

Die Expertenzubringung durch Autogyro kann in ruralen Regionen in Deutschland, Österreich und der Schweiz den bodengebundenen Rettungsdienst sinnvoll ergänzen. Der Indikationskatalog für den Notarzteinsatz muss für dieses System überarbeitet und dem Rettungsdienstpersonal eine erweiterte Handlungskompetenz zugesprochen werden. Wenn der bodengebundene Rettungsdienst auf die aeronautische Expertenzubringung abgestimmt ist, wird eine optimale und lückenlose Patientenversorgung gewährleisten werden. Dadurch kann einer Reduzierung von Notarztstandorten begegnet werden. Weiterer Forschungsbedarf ist wegen der fortschreitenden technischen Entwicklung und fehlender Feldversuche notwendig.

Schlüsselwörter: Luftrettung, Autogyro, aeronautische Expertenzubringung, Notarzteinsatzhubschrauber, Rettungsdienst, Rettungshubschrauber, Ärztemangel,

1 Einleitung

Experten¹ stellen in der präklinischen Notfallmedizin in den Ländern Deutschland, Österreich und der Schweiz eine Ergänzung zum notfallmedizinischen Fachpersonal dar. Im Gegensatz zu früheren Jahren gehört heute, unumstritten auch die präklinische ärztliche Versorgung neben den ambulanten und klinischen Einrichtungen zum Gesamtversorgungskonzept des Gesundheitswesens.² Das Rendezvoussystem, wie man es den drei Ländern vorfindet, sieht vor, dass ein Experte mit einem zusätzlichen Fahrzeug zur Einsatzstelle fährt oder dorthin gebracht wird. Gerade in topographisch dünn besiedelten und unwegsamen Teilen dieser Länder ist die bodengebundene Expertenzubringung nicht flächendeckend realisierbar. Seit Mitte der sechziger Jahre werden für diesen Einsatzzweck Helikopter eingesetzt. Seitdem hat sich in den drei Ländern ein flächendeckender Luftrettungsdienst etabliert, der den bodengebundenen Rettungsdienst ergänzt. Betrachtet man den terrestrischen Rettungsdienst, wird dort als Expertenzubringer meist ein PKW eingesetzt. Diese Sonderfahrzeuge welche selbst über keine Transportmöglichkeit für Notfallpatienten verfügen, sind für den Transport des Notarztes des Fahrers und einer weiteren Person sowie der umfangreichen medizinischen und technischen Ausstattung die für die Aufrechterhaltung und Wiederherstellung der Vitalfunktionen besonders geeignet ist gedacht.³ Für diesen Fahrzeugtyp werden in Österreich, Deutschland und der Schweiz die Bezeichnung Notarzteinsatzfahrzeug, Anästhesieeinsatzfahrzeug oder Notfalleinsatzfahrzeug verwendet.

Die letzten Jahre waren von einer Dynamik in den Rettungsdienstsystemen der drei Länder geprägt. Um erfolgreich am globalen Markt operieren zu können, entwickelt sich der Rettungsdienst zunehmend von einer karikativen Transportaufgabe zu einer hochprofessionalisierten Dienstleistung. Um die finanzielle Belastung des Gesundheitswesens gering zu halten, wird im Rettungsdienst versucht, neue Einsparpotenziale zu erschliessen. Gerade bei der Expertenzubringung wurden in den letzten Jahren Standorte eingespart. So ist die Zahl der öffentlichen Krankenhäuser in Deutschland in dem Zeitraum von 1996 bis 2007 um 31,3% und die der freigemeinnützigen um 18,8% gesunken.⁴ Die Zahl der gewinnorientierten privaten Krankenhäuser stieg im gleichen Zeitraum um 40,6% an. Dies bedeutet eine Verringerung der Deutschen Krankenhäuser um circa 10%. Als unwirtschaftlich und dadurch von weiteren Schliessungen bedroht gelten laut Augurzky vor allem kleine, öffentlich-rechtlich betriebene Häuser auf dem Land in Westdeutschland. Die privaten Kliniken beteiligen sich oft nicht an dem defizitären Geschäft der Expertenzubringung, da dadurch Experten nicht uneingeschränkt in ihrer Arbeit eingesetzt werden können. Der Ärztemangel erweist sich dabei als zusätzlich Problem, so fehlen aktuell zirka 5000 Ärzte in deutschen Kliniken.⁵ Trotz der zunehmenden Professionalisierung des medizinischen Fachpersonals und der bereits heute überwiegenden Versorgung von Notfallpatienten durch Health Care Professionals,⁶ hat der Kunde in den drei Ländern im Rahmen bestimmten Notfallbilder Anspruch auf präklinische Expertenhilfe.

Gesetzliche Hilfsfristen in Deutschland betragen in ruralen Gebieten zwischen 12 und 17 Minuten. In Österreich gibt es in einigen Bundesländer Empfehlungen, dass die Hilfsfrist nicht länger als 15 Minuten betragen sollte. In der Schweiz empfiehlt der IVR 15 Minuten. Die Hilfsfristen bis zum Eintreffen des Experten an der Einsatzstelle sind bis auf wenige Ausnahmen nicht geregelt. Dabei stieg in der Bundesrepublik Deutschland in den letzten 15 Jahren die Zeit von der Alarmierung des Notarztes bis zum Eintreffen von durchschnittlich 9 auf 12,3 Minuten an.⁷ Die Situation der terrestrischen Expertenzubringung wird sich durch die starke Zunahme des Strassenverkehrs in den nächsten Jahren zudem drastisch verschärfen.⁸

Die Arbeit soll die Frage beantworten:

Kann der zusätzliche Einsatz des Gyrocopter als Expertenzubringer den terrestrischen Rettungsdienst ergänzen?

In den Kapiteln zwei und drei findet eine hermeneutische Analyse des Aeronautisches Rettungsmittel Gyrocopter statt. Dabei wird die Technik des Autogyro näher betrachtet. Insbesondere die Vorteile der ständigen Autorotation sind dabei sicherheitsrelevant. Ebenso entscheidend ist der extreme Kurzstart (ESTOL). Die historische Entwicklung der Autogyrotechnik findet sich an dieser Stelle der Arbeit wieder.

In den Kapiteln vier bis sieben und neun findet eine empirische Analyse der Chancen des Gyrocoptereinsatz am Rettungsdienstmarkt der drei Länder Deutschland, Österreich und Schweiz statt. Es werden ökonomische, ökologische und juristische Aspekte beleuchtet.

Im achten Kapitel erfolgt eine hermeneutische Analyse der Möglichkeiten zur zusätzlichen Nutzung des Gyrocopter im BOS Bereich. Hierbei soll sowohl das Einsatzspektrum als auch die Realisierbarkeit anhand bereits vorhandener Tragschraubereinsätze im Behördendienst aufgezeigt werden.

2 Vorstellung des Fluggerät Gyrocopter

2.1 Gyrocoptertechnik

Tragschrauber⁹ sind eine eigene Flugzeugklasse und gehören zu der Gruppe der Drehflügler. In der Luftfahrt, spielt der Gyrocopter häufig eine untergeordnete Rolle. Dabei ist gerade die Technik interessant, da sie sehr einfach und dadurch nicht anfällig für Störungen ist. Anders als beim Hubschrauber wird beim Tragschrauber ein an einem Mast befestigter Rotor durch Vortrieb in Rotation versetzt. Dabei ist der Rotor nicht starr an dem Mast befestigt sondern über mechanische Gelenke mit der Nabe verbunden. Durch Beschleunigung des Hauptrotors und der Veränderung des Anstellwinkels erfolgt ein aerodynamischer Auftrieb. Analysiert man die Bionik des Ahornsamens, so wird das Prinzip des Auftriebs durch Luftschrauben fassbar. Es gibt auch Kinderspielzeuge die dieses Prinzip des Auftriebs nutzen und bei denen mit Hilfe eines Seilzuges ein Propeller beschleunigt und so Auftrieb erzeugt wird.

Abbildung 1: Technik Helikopter / Gyrocopter; Zeichnung; Autor

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Autorotor / Tragschraube: Zukünftig wird die hochbelastbare Faser-Verbund-Kunststoff-Bauweise der Leichtmetall-Flugzeugaluminiumhohlbauweise wohl vorgezogen werden. Geringeres Gewicht und flexibleres hochstabiles Material auch bei niedrigen Temperaturen bringen Vorteile. Vor einigen Jahrzehnten wurde noch Holz verbaut. Der Durchmesser beträgt bei den meisten Modellen zwischen 7 und 9 Meter. Anders als bei modernen Helikoptern werden beim Gyrocopterbau Zweiblattrotorsysteme bevorzugt. Die Rotoren drehen sich im Betrieb mit zirka 350 U/min bis 450 U/min. Bereits bei einer Geschwindigkeit von 200 km/h erreicht der Rotor Schallgeschwindigkeit. Dies begrenzt durch die Aerodynamik die maximale Geschwindigkeit. Die Befestigung der Luftschraube mit dem Rumpf findet durch die so genannte „Engelsmutter“¹⁰ statt. Diese ist das sicherheitsrelevan

Abbildung 2: Schlaggelenk, Engelsmutter, Prärotationswelle und Kopf-kipsteuerung; Foto: Autor

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

teste Bauteil, welches bei Materialermüdung zum Verlust der Luftschraube und zum Absturz führt. Der Rotorkopf ist „kardanisch“ aufgehängt und verfügt über ein „Teeter hinge“ (Schlaggelenk).

Kanzel / Cockpit: Beim Rumpf-Bau moderner Autogyros wird aus Gewichtsgründen weitgehend auf den Einsatz von Stahl verzichtet. Die Hauptbestandteile sind hochstabile Kevlar Verbundwerkstoffe, Kohlefaser, Pflanzenfaserverbundwerkstoffe, Magnesium, Acryl und Aluminium. Da die Tragschrauber für den Zweck der Expertenzubringung ganzjährig genutzt werden, muss aus Komfortgründen ein geschlossenes zweisitziges Modell zum Einsatz kommen. Dabei unterscheidet man zwischen der Tandembauweise (zwei Sitze hintereinander angeordnet) und der „Side-By-Side“-Bauweise (zwei Sitze nebeneinander). Beide Bauweisen haben Vor- und Nachteile. Autogyropiloten sagen den „Side-By-Side“-Modellen schlechtere Flugeigenschaften nach. Bei Tandemmodellen fehlt die Gesamtübersicht des „Gyrocopter Emergency Medical Service Crew Member“ (Copilot). Dieser kann so nur eingeschränkt der Cockpitassistenz nachkommen.

Antrieb: Da in einigen europäischen Ländern, wie beispielsweise in Frankreich, die Motorleistung von Ultraleichtflugzeugen auf 74 kW / 100 PS begrenzt ist verbauen die Hersteller, um den gesamt europäischen Markt bedienen zu können, meist Motoren mit dieser Leistungsbeschränkung. Wo vor einigen Jahrzehnten noch relativ schwere Subaru-Flugzeugmotoren verbaut wurden, halten heute mehr und mehr leichte 4-Takt / 4-Zylinder Motoren in die Tragschrauber Einzug, beispielsweise von Rotax¹¹, welche speziell für die Flugzeugklasse Ultraleicht entwickelt wurden. Turbolader bringen teilweise eine Leistung von bis zu 84,5 KW / 115 PS. Diese Motoren haben neben dem geringen Gewicht weitere Vorteile, sie sind wartungsärmer und auf Langzeitbelastungen ausgelegt.

Fahrwerk: Aufgrund geringer Geschwindigkeiten verfügen die meisten Gyroplanes über starre Fahrwerke. Die Räder können je nach Bedarf mit Stollen- oder Sportbereifung ausgestattet werden. Einige Modelle können zusätzlich mit Schwimmern (Floats) ausgestattet werden, so dass eine Wasserlandung möglich ist. In einigen skandinavischen Ländern können Windmillplanes zusätzlich mit Kufen ausgestattet werden, um eine sichere Landung auf Eis und Schnee zu gewährleisten.

Lenkung: Für die Lenkung wird meist ein herkömmliches Seitenruder mit Seilzug, Gestänge oder elektronischer Steuerung verwendet.

Abbildung 3: Instrumente und "On Board Computer System"; Foto: Autor

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Instrumente: Die Instrumente im modernen Gyrocopter unterscheiden sich je nach Hersteller. In neuen Modellen findet sich jedoch meist ein Flugcomputer (OCS On Board Computer System), welcher neben den elektronischen Flugkarten auch die Navigation (GPS) enthält. Dieser elektronische Bordcomputer ist beinahe ein Alleskönner und das „Gehirn“ des Gyrocopter. So können Flugwetterdaten (Inklusive MT Satellite-Radar) vom jeweiligen Wetterdienst und NOTAM Daten (Notice to Airmen) der Flugsicherheitsbehörden empfangen und direkt in die GPS-Flugroute eingeplant werden. Eine 3 D-Routenvisualisierung über „Google-Earth“ ist ebenso möglich wie das Anzeigen von Instrumenten wie beispielsweise dem künstlichen Horizont. Über diverse Schnittstellen können Flugzeugdaten eingespeist und angezeigt werden, was viele Instrumente ersetzt und dadurch Gewicht einspart. Eine Sprach- und Touchscreensteuerung erleichtert die Bedingung. Zudem ist das Gerät je nach Modell mobil einsetzbar und kann aus dem Gyrocopter entfernt werden. Die Updates finden automatisch statt. Ein Zusatznutzen ist die mobile Satelliten Telefonie. Die Flugroute kann am Computer, PDA, Tablett PC oder Smart Phone geplant und später an das Gerät übertragen werden. Flugbuch und SOPs können elektronisch ausgefüllt und abgearbeitet werden. Zusatzfunktionen sind E-Book Reader, Abspielen von MP3 und Videodaten, Strassennavigation und DVBT-Fernsehempfang.¹² Die meisten Hersteller verbauen zusätzlich die wichtigsten Instrumente manuell, um eine doppelte Sicherheit im Falle eines Systemausfalls des Computers zu gewährleisten. Flugkarten in Papierform müssen aus demselben Grund weiterhin mitgeführt werden.

Funk: Der Flugfunk findet bei Gyrocopterflügen meist auf Deutsch statt, da ausschliesslich Sichtflug (VFR) geflogen wird und ein Instrumentenflug (IFR) aktuell nicht gestattet ist. Bisher ist die Zulassung zur Beteiligung am Flugfunkdienst für ultraleichte Sportfluggeräte in Deutschland unterschiedlich geregelt. So dass nicht eindeutig ist ob überhaupt ein Sprechfunkzeugnis benötigt wird. In Österreich und der Schweiz sind Funkprüfungen (BFZ-beschränkt gültiges Sprechfunkzeugnis für den Flugfunkdienst) Standard. Handsprechfunkgeräte sind in der Ultraleichtfliegerei häufig teilweise sind auch fest eingebaute Geräte vorhanden. Der BOS Funk sollte aus Gewichtsgründen mit Handsprechfunkgeräten realisiert werden.

2.2 Flugsicherheit Hubschrauber / Gyrocopter

Betrachte man den Gyroskopischen Effekt, die Eigenstabilisierung von Kreisel im Raum, wird klar, warum der Autogyro auch als sicherstes Fluggerät der Welt bezeichnet wird. Ein Starrflügelflugzeug hat die Eigenschaft, dass es sich von sich aus träge im Luftraum bewegt und ohne Vortrieb keinen Auftrieb gewährleisten kann, was bedeutet, dass es im Falle von Turbinen oder Motorausfall abstürzt. Dies gilt auch für Segelflugzeuge, die stark von der Thermik abhängig sind. Bei modernen Hubschraubern verhält es sich ähnlich. Mit einem Helikopter ist zwar theoretisch eine Notlandung in Autorotation möglich, dies hängt jedoch stark von der Flughöhe und dem Pilotenkönnen ab. Der Tragschrauber befindet sich im Flug ständig in Autorotation, was einen Absturz nahezu unmöglich macht. Die grösste Gefahr des Gyrocopter ist ein Starrflügelpilot, der Flüge ohne vorherige Einweisung durchführt. Die Steuer- und Flugeigenschaften der Fluggeräte unterscheiden sich grundlegend. Während ein Starrflügelflugzeug nahezu vertikal fliegen kann, ohne dabei die Insassen zu gefährden, enden solche Manöver mit einem Gyrocopter unter Umständen tödlich. Ein Autogyro liegt ausschliesslich stabil im Medium Luft, solange er autorotiert. Dies kann jedoch nur gewährleistet werden, wenn er von vorne und unten angeströmt wird. Deshalb sind mit einem Gyroplane Kunstflugmanöver nur sehr bedingt und ein Überschlag überhaupt nicht möglich. Dennoch ist der Tragschrauber ein sehr sicheres Fluggerät was die Unfallzahlen beweisen (siehe Tabelle 1)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten¹³

Tabelle 1: Zulassungs- und Unfallzahlen 2009-2010

Es gibt beim Autogyroflug drei Gefahrensituationen, die in unterschiedlichem Ausmass von Pilotenkönnen und Fluggeräteigenschaften beeinflusst werden

- Beim „blade flapping“ oder auch „mast bumping“ genannt kommt es durch null oder negative G-Kräfte zu einem Anschlag der Hauptrotoraufhängung an den Nabenmast. Dies kann sogar zu einem Brechen des Mastes führen. Bei modernen Gyrocoptern erfolgt dieser Zustand bauartbedingt ausschliesslich am Boden. Rollt der Tragschrauber bei geringer Rotordrehzahl am Boden zu schnell, kann es zu diesem Zustand kommen. Vermieden werden kann dies, indem der Pilot den Rotor nicht ungewollt gegen den Wind stellt und beim Rollen auf eine angemessene Geschwindigkeit achtet. Durch Schulung und sicherheitstechnische Einbauten in modernen Windmillplanes wird dieser Zustand weitgehend vermieden. So kann mit modernen Autogyros gerollt werden, ohne beim Hauptrotor eine Bewegung auszulösen. Dies wird entweder durch einen flachen Anstellwinkel der Rotorblätter oder durch eine Rotorbremse gewährleistet.

- Die „pilot induced oszillation“, abgekürzt PIO, beschreibt einen fatalen Pilotenfehler. Durch schnelle und starke Steuermanöver kommt es zu einem pendelförmigen Aufschaukeln des Fluggerätes. Diese Resonanz führt zu einem Zunehmen der Ausschläge. So kann es einen Autogyro aufgrund von extremen Materialbelastungen in der Luft in Einzelteile „zerlegen“. Die PIO wird bei modernen Gyrocoptern bereits bei der Planung berücksichtigt. Der Zustand kann durch präzise Steuerungstechnik vermieden werden, die ohne grosse Verzögerung auf die Befehle des Piloten reagiert. Eine fundierte Ausbildung der Piloten ist wichtig, die diesen Flugzustand nicht eingehen dürfen.

- Der „power push over“-PPO beschreibt den „ungewollten Parabelflug“. Dabei zieht der Pilot den Gyroplane bei reduzierter Leistung steil nach oben. Daraus resultiert eine Verringerung des Auftriebs, was der Pilot fälschlicherweise durch die Erhöhung der Geschwindigkeit auszugleichen versucht. So kommt das Luftfahrzeug an seine Betriebsgrenzen und an die null-G Belastung. Der Rotor unterschneidet, wird also von oben angeströmt, und es kommt unter Umständen zu einem Kippmoment nach vorne. So kann es sogar zu einem Überschlag kommen, welcher dann nicht mehr abgefangen werden kann. Es werden heute Autogyro gebaut, die einen ausgeglichenen Masseschwerpunkt haben, dadurch wird dieser Zustand nahezu ausgeschlossen. Durch Gas geben erfolgen keine Kippmomente nach vorne mehr. Dennoch spielt bei der Vermeidung des PPO die Ausbildung der Piloten eine zentrale Rolle.¹⁴

Die Anforderungen der Europäischen Union an Ultraleichtfluggeräte fordern den Einbau eines Gesamtrettungssystems. Ausgenommen davon sind Gyrocopter, da diese Fluggeräte auch bei einem Antriebsausfall als besonders absturzsicher gelten. Eine grosse Gefahr bei modernen Gyrocoptern liegt in einer Materialschwäche am Rotorkopfes und den Rotorblättern. Von den meisten Herstellern wird, gerade bei Flügen im Winter, empfohlen, auf eisfreie Rotorblätter zu achten. Neben dem zusätzlichen Gewicht kann die Manövrierfähigkeit der Steuerung eingeschränkt werden. Bei Flügen in der kalten Jahreszeit, vor allem in Wolkennähe, kann es bei Drehflüglern zu einer Kondensation von Wasser am Fluggerät und an den Rotorblättern kommen. Dieses Kondenswasser gefriert, was zu einer massiven Erhöhung des Eigengewichts des Fluggerätes und somit zum Absturz führen kann. Bei geschlossenen Gyrocoptern mit beheizbarem Cockpit ist diese Gefahr jedoch als gering einzustufen. In Zukunft werden die Rotorblätter vermehrt aus Verbundstoffen gefertigt werden, welche für Eis weniger anfällig sind als das bisher verwendete Flugzeugaluminium. Betrachtet man die Gleitzahl von 1:4¹⁵ eines Gyrocopters und vergleicht diese mit der Gleitzahl von Starrflügelflugzeuge 1:20, wird klar, warum ein Autogyro auch bei einem Totalausfall des Motors meist noch sicher gelandet werden kann. Durch eine geringe Positionsveränderung kann frühzeitig nach einem geeigneten Landeplatz Ausschau gehalten werden. Dies erweitert die Sicherheitseigenschaften von Gyrocoptern enorm. Laut der deutschen Rotorflugunion zeigt:

„der Vergleich eines 3-Achser Ultraleichtflugzeug mit einer Mindestgeschwindigkeit von 60 km/h mit einem Gyrocopter, den man mit 20 km/h aufsetzen kann, dass der 3-Achser wegen des quadratischen Zusammenhangs die neunfache kinetische Energie mit sich führt. Im Falle eines Crashs hat der Pilot daher im Tragschrauber nur 1/9 der Kräfte auszuhalten. Gibt es sonst gar keine Möglichkeit, so kann man einen Gyrocopter auch aus der vertikalen Autorotation heraus senkrecht notlanden, man setzt dann mit rund 6-7 m/s auf. Das entspricht einem ungebremsten Fall aus rund 2 Meter Höhe und wird meist überlebt.“¹⁶

Ein Aufsetzten aus der horizontalen Autorotation heraus, also waagerecht, unterscheidet sich nicht von der gewöhnlichen Landung. Der Absprung mit einem Rettungsfallschirm aus einem Gyrocopter ist ebenfalls möglich, sodass auf eine zusätzliche Rettungsmöglichkeit nicht zwingend verzichtet werden muss. Einer der grössten Sicherheitsvorteile ist jedoch die Robustheit der Autogyro. Während ein moderner Hubschrauber elektronische, mechanische, hydraulische und modellspezifisch pneumatische Bauteile enthält, mutet die Technik eines Gyroplane steinzeitlich an. Mithilfe der Betriebsanleitung, einem Standard-Werkzeugkoffer und ein wenig technischem Geschick kann und darf der Autogyropilot viele Wartungsprozeduren selbst vornehmen, ohne dabei die Flugsicherheit zu beeinträchtigen. Durch wenig und robuste Technik ist die Ausfallwahrscheinlichkeit sehr gering. Ein weiterer Vorteil des Gyrocopter ist seine Unempfindlichkeit gegenüber Turbulenzen. Auch bei starken Böen kann der Pilot mit etwas Übung noch präzise auf kleinster Fläche landen.

Hubschrauber und Autogyro im Vergleich

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten^{17 18 19 20 21}

Tabelle 2: Vergleich Autogyro / Hubschrauber

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten^{22 23 24 25}

Tabelle 3: Reichweitenvergleich; Eigene Darstellung

Abbildung 4: Reichweitenvergleich (Ungefährer Wert / 10 Minuten inkl. Umwegfaktor)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.3 Extremely short take-off and landing

Abbildung 5: Kliniklandeplatz geeignet für Autogyroeinsätze; Foto: Autor

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Betrachtet man die Start- und Landeeigenschaften moderner Gyrocopter, wird schnell klar, dass ihre bisherige Einteilung als Kurzstart- und Landeflugzeug „Extremely Short Take-off and Landing Airplane“ oder auch ESTOL-Flugzeuge mit einer Startstrecke von weniger als 152 Metern für diese speziellen Fluggeräte nur bedingt zu gebrauchen ist. Moderne Autogyros haben die Möglichkeit, mit Hilfe von Getrieben, Wellen oder zusätzlichen Motoren den Hauptrotor so stark zu beschleunigen, dass nur noch 5-10 Meter lange Startstrecken erforderlich sind. Bei einigen Modellen ist sogar ein „Jump Take-off“ möglich, was bedeutet, dass der Hauptrotor beim stehenden Autogyro sehr stark beschleunigt „prärotiert“ wird, um anschliessend die Rotorblätter anzustellen. Durch das „Greifen“ der Rotorblätter findet so ein nahezu vertikales Abheben statt. Da bei diesem Manöver je nach Windintensität eine geringe Beschleunigung des Fluggerätes nach vorne stattfindet, ist es nicht möglich, völlig senkrecht zu starten, deshalb kann man nicht von einem „vertical take-off“ sprechen. Diese Startmanöver sind jedoch, je nach Modell, mit starken Materialbeanspruchungen verbunden und häufig nicht für den Dauerbetrieb geeignet. Eine Startstrecke von einigen Metern ist notwendig. Auf den meisten Helikopterlandeplätzen ist eine Landung mit einem Autogyro jedoch problemlos realisierbar. Helikopterlandeplätze unterscheiden sich in Grösse und Ausstattung voneinander. Theoretisch benötigt der Hubschrauber eine Landefläche die dem Ausmass des Rotorblätterblattdurchmessers entspricht. Um sicher landen zu können, ist jedoch ein Sicherheitspuffer von 3 Metern auf allen Seiten der Rotorblätter unverzichtbar. Die Ausmasse des Landeplatzes befinden sich im Bordbuch der Helikopter und weichen je nach Grösse der Fluggeräte stark voneinander ab. In der Fachliteratur findet man häufig Ma ss e von 30 mal 55 Meter beziehungsweise 30 mal 30 Meter²⁶ für Primärluftrettunghubschrauber und 80 mal 80 Meter bei Grossraumrettungshubschraubern.²⁷ Eine EU-Norm sieht eine Mindestlandefläche von 35 mal 35 Meter, Hindernisfreiheit sowie die Möglichkeit zum Durchstarten mit mehrmotorigen Hubschraubern vor.²⁸ Die Rega empfiehlt eine hindernisfreie Fläche von 25 mal 25 Meter und 100-150 Meter Entfernung zur Unfallstelle.²⁹ In Österreich, Deutschland und der Schweiz besteht eine Landeplatzpflicht, bis auf wenige exakt definierte Ausnahmen, beispielsweise aus Gründen der Sicherheit oder zur Hilfeleistung bei einer Gefahr für Leib und Leben, darf ausschließlich von oder auf genehmigten Flugplätzen gestartet oder gelandet werden.³⁰ Auf diesen Flächen ist Landung und Start mit den meisten Gyrocoptermodellen gefahrlos möglich. Autogyrolandungen auf kleineren Landeplätzen, wie beispielsweise auf Klinikdächern, scheinen aus einsatztaktischen und aus sicherheitstechnischen Gesichtspunkten nur bedingt sinnvoll. Da Patienten nicht transportiert werden und so ein Be- und Entladen des Fluggeräts nicht notwendig ist, muss sich die Crew der zusätzlichen Gefahr durch den Absturz des Gyrocopters vom Klinikdach nicht aussetzten. Bei höher frequentierten Landeplätzen müssen eine Befeuerung (Licht), Warnlichter auf Gefahrenstellen (Hochspannungsmasten, Gebäude), Feuerlöscheinrichtungen und weitere bautechnische Einrichtungen vorhanden sein.³¹

3 Geschichte des Gyrocopter

3.1 Zivile Entwicklung des Gyrocopter

Die Geschichte des Gyrocopters beginnt im Jahr 1920. 137 Jahre nachdem der Ballon der Geschwister Montgolfier zum ersten Mal erfolgreich Menschen in die Lüfte erhob. 53 Jahre nachdem Otto Lilienthal bewiesen hatte, dass ein Fluggerät schwerer als Luft, einen Menschen tragen konnte und 17 Jahre nachdem die Gebrüder Wright den ersten motorisierten Flug absolviert hatten. Aufgrund der bereits fortgeschrittenen Ära der Luftfahrt stellt sich die Frage, weshalb ein Erfinder auf die Idee kam, ein weiteres Fluggerät zu entwickeln.

Der spanisch Flugzeugpionier Juan de la Cierva y Condorniu hatte ein Jahr zuvor den Prototypen eines selbst entwickelten, dreimotorigen Bomberflugzeugs verloren, welches in einen überzogenen Flugzustand geraten war. Dieser Zustand, auch „abschmieren“, Stall, trudeln oder Strömungsabriss genannt, erfolgt aufgrund zu geringer Geschwindigkeiten bei zu geringem Anstellwinkel und kann im Landeanflug nicht mehr abgefangen werden. Bis heute ein Alptraum für jeden Starrflügelpiloten.

„Cierva träumte daraufhin von einem Flugapparat, dessen Tragflächen oder Drehflügel auch bei sehr geringen Geschwindigkeiten mit genügend hoher Geschwindigkeit angeströmt werden um den überzogenen Flugzustand zu verhindern. Eine Art mechanischer Fallschirm. Eine Vorrichtung dieser Art musste einfach sein, nicht mechanisch aufwendig und kompliziert wie ein Hubschrauberrotor. Bei Modellersuchen stellte Cierva fest, dass ein frei drehender Rotor Auftrieb erzeugte, wenn man ihn waagerecht durch die Luft zog.“³²

Er begann kurz darauf mit dem Bau eines Tragschraubers, dem er seinen Namen gab „Cierva 1“ C1, der sich jedoch als Fehlschlag und nahezu fluguntauglich erwies. Die Jahrhunderte zuvor waren schon etliche Erfinder, Ingenieure und technikbegeisterte Tüftler am Bau von Luftschraubenflugzeugen gescheitert. Es schien fast so, als würden sich Drehflügler nur in der Science Fiction-Literatur wie in dem Jules-Verne-Roman „Robur der Eroberer“³³ in die Lüfte erheben. In den nächsten zwei Jahren baute Cierva zwei weitere Prototypen, den C2 und C3, die sich ebenfalls als fluguntauglich erwiesen. Es gab bis dato nahezu keine Erkenntnisse zum Bau von Drehflüglern. Es war noch nicht bekannt, dass das noch vorne drehende Rotorblatt schneller angeströmt wird als das rücklaufende und dadurch einen höheren Auftrieb erzeugte, was zu einer Kippneigung um die Längsachse führt. Mit dieser sogenannten „Unsymetrie des Auftriebs“ hatten schon etliche Drehflügelpioniere vor Cierva zu kämpfen. Dies machte die ersten Drehflügel-Konstruktionen nicht manövrierbar. Cierva war verzweifelt. In seiner Werkstatt funktionierte das Flugprinzip an kleinen Modellen tadellos, doch sobald er seine Erkenntnisse auf die Prototypen übertrug, scheiterte er.

Cierva ging sogar soweit, dass er in der Luftfahrt keine Zukunft sah, sollte das Problem des Strömungsabriss nicht gelöst werden können. Er erkannt, dass sowohl Starrflügelflugzeuge als auch Hubschrauber das gleiche Problem drohte. Bei einer Verringerung der Anströmgeschwindigkeit durch einen Motorausfall waren diese Luftfahrzeuge zum Abstürzen verurteilt.

Durch Zufall entdeckte er, dass aufgrund der hohen Flexibilität der Drehflügel bei seinen Modellen eine Stabilisierung des Flugzustandes gewährleistet wurde. Daraufhin verband er beim Prototyp C4 den Hauptrotor nicht mehr starr mit der Nabe, sondern stellte mittels eines mechanischen Gelenks, dem Schlaggelenk, die notwendige Flexibilität her. Cierva hat dadurch die Entwicklung moderner Drehflügler wie dem Hubschrauber eingeleitet. Im Jahr 1923 flog der C4 eine Rundstrecke von 4 Kilometern in einer durchschnittlichen Höhe von 30 Metern. Ein neues Luftfahrzeug war geboren. Cierva gab ihm den Namen Autogyro und liess es sich patentieren. Im Jahr 1927 baute Cierva ein zweites Gelenk, das Schwenkgelenk, im Autogyro C8 ein. Dies führte zu weniger Materialbeanspruchung. Es folgten etliche Verbesserungen und Weiterentwicklungen des Gyrocopters. Mitte der 20er-Jahre wurden Autogyros vermehrt zu kommerziellen Zwecken, vor allem zum Posttransport, eingesetzt. Die Weltwirtschaftskriese, der Zweite Weltkrieg und die fortschreitende Entwicklung von immer leistungsfähigeren Hubschraubern verhinderte jedoch über einige Jahrzehnte die Weiterentwicklung und Verbreitung der Autogyrotechnik. Erst Anfang der 50er Jahre stieg das Interesse an der zivilen Luftfahrt und an kostengünstigen Alternativen zu Helikoptern und Motorflugzeugen. Gerade in den USA erkannte man früh, dass der Einsatz von Flugzeugen in der Landwirtschaft einen grossen Nutzen versprach. Agra-Luftfahrzeuge wurden für den Viehtrieb, die Überwachung der Felder und zur Schädlingsbekämpfung eingesetzt. Hohe Wartungs-, Betriebs- und Anschaffungskosten gerade von Helikoptern wirkten diesem Trend entgegen. Eine äusserst liberale Gesetzgebung zum Selbstbau von Luftfahrzeugen mit Einmannbesatzung und geringem Gewicht (ultralight) förderte die Entwicklung von kostengünstigen Alternativen. Dr. Igor Bensen war ein amerikanischer Pionier der „Billigfluggeräte“, sein Ziel war es ein „Ultralight“ Flugzeuge für den Preis von unter 1000 US-Dollar zu entwickeln und so der Menschheit den Traum von der Alltagsfliegerei näherzubringen.³⁴ Die ersten Autogyro mit Heckantriebsrotor und Zwei-Blatt-Hauptrotor wurden von Bensen gebaut. Er leitete so eine neue Ära in der modernen Gyrocopterbauweise ein. Bekannt wurde das Benson Modell als „Little Nelly“ durch den James Bond Film „Man lebt nur zweimal“. Benson brachte Bausätze auf den Markt, die per Post versendet und vom Empfänger einfach zusammengebaut werden konnten. Diese Entwicklung war für die erfolgreiche Verbreitung der „Windmill planes“ Segen und Fluch zugleich. Bei den Bensen-Modellen handelte es sich um ein Metallgerüst an dem Räder, eine Luftschraube und ein Sitz befestigt waren. Das Antriebsrotorblatt musste meist selbst gebaut oder dazu gekauft werden. Durch minderwertige Qualität der Baustoffe und Unkenntnis der Heimwerker, waren diese Fluggeräte häufig unsicher. Ein weiteres Problem war, dass die Motoren nicht mitgeliefert wurden und für die Piloten keine Ausbildung vorgeschrieben war. Spezifische Motoren für den Einsatz in Tragschrauber gab es zur damaligen Zeit nicht. So wurden Fahrzeug- und Maschinenmotoren eingebaut, welche sich für diesen Zweck als ungeeignet erwiesen. Die Piloten hatten meist Starrflügel-Erfahrung und brachten die selbst gebastelten Maschinen durch Kunstflugmanöver häufig bis an die Betriebsgrenzen. Dies führte zu schweren Unfällen, welche dieses Fluggerät schnell in Verruf brachten. In den USA und in Europa, speziell in Frankreich, wo die Ultraleichtfliegerei sehr beliebt war, bezahlten so etliche Pionierpiloten ihren Erfindungsgeist mit dem Leben. Erst Anfang der 90er-Jahre durch den Einsatz neuer Leicht-Materialien, Gerätespezifische Motoren und präzise Steuerungstechnik sowie einer neuen Gesetzgebung zur Ultraleichtfliegerei etablierten sich die Autogyro nach und nach auf dem Markt der zivilen Luftfahrt. Bei der modernen Tragschrauber-Generation sitzt die Besatzung nicht mehr offen, sondern in einem Cockpit. Es werden heute geschlossene und halbgeschlossene Varianten in Einsitzer- Zweisitzer- und vereinzelt Dreisitzer-Ausführung angeboten.

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¹ Auf Grund der besseren Lesbarkeit wird im Text nur die männliche Form. Die weibliche Form ist selbstverständlich immer mit eingeschlossen.

² Seferin, 1998, Seite 102.

³ DIN 75079:2009-11

⁴ Augurzky et al., 2009,

⁵ 3 Sat Sendung HiTec „60 Minuten zwischen Leben und Tod“ vom 31.01.2011

⁶ 67% RTW Notfalleinsätze, 33% NEF/RTH Notfalleinsätze, Gauger: Eine Kritische Betrachtung des Deutschen Rettungswesens, Seite 22

⁷ 3 Sat Sendung HiTec „60 Minuten zwischen Leben und Tod“ vom 31.01.2011

⁸ (Zunahme des Personenverkehrs um mindesten 20 %) http://www.volkswagenag.com/vwag/vwcorp/info_center/de/publications/2007/09/acatech_mobilitaet.-bin.acq/qual-BinaryStorageItem.Single.File/Acatech_Mobilitaet_2020.pdf http://www.acatech.de/fileadmin/user_upload/Baumstruktur_nach_Website/Acatech/root/de/Aktuelles___Presse/Dossiers/Dossier_Mobilitaet/Dossier_Mobilitaet.pdf 12.06.2011 14:29 Uhr

⁹ Die Bezeichnungen des Fluggerätes können im Verlauf der Arbeit zwischen den strikten Synonymen Gyrocopter, Autogyro, Gyroplane, Tragschrauber und Windmill plane wechseln.

¹⁰ Fliegerjargon: „Engelsmutter“ deshalb weil bei Materialschwäche dieses Bauteils Engel (Tote) die Folge sind.

¹¹ Bombardier-Rotax GmbH

¹² Technische Daten Flymap, Moving Terrain,

¹³ Zulassungszahlen Autogyro: DULV Deutscher Ultraleichtflugverband e.V. (per Mail, Frau Behnke 27.07.2011)

Zulassungszahlen Hubschrauber: Luftfahrtbundesamt; http://www.lba.de/cln_011/sid_5C6A62203D08C838B62AF5E07610CF10/DE/Oeffentlichkeitsarbeit/Statistiken/Statistik_Luftfahrzeuge.html?nn=23052 27.07.2011 18:20 Uhr Unfallzahlen: BFU Bundesamt für Flugunfalluntersuchung (per Mail)

¹⁴ http://www.rotorflugunion.de/index.php?idcatside=20&lang=1 05.04.2011 11:24 Uhr

¹⁵ Bei einem Höhenverlust von 1000 Meter legt der Gyrocopter 4000 Meter Entfernung zurück

¹⁶ http://www.rotorflugunion.de/index.php?idcatside=20&sid=9c4014af0b06078eaf1019b571230d52 29.01.2011 15:03 Uhr

¹⁷ Wichtigster Vorteil des Helikopter, Hoorvern macht jedoch weniger als 5 % der Flugmanöver aus

¹⁸ http://de.wikipedia.org/wiki/Eurocopter_EC_135 09.04.2011 16:54 Uhr

¹⁹ http://www.celieraviation.eu/download/272-germany-r-pdf 25.04.2011 20:35 Uhr

²⁰ http://www.flugdienst-sauerland.de/flugdienst-sauerland-gyrocopter.html 09.04.2011 16:57 Uhr

²¹ http://www.gyrocopter.es/deutsch-gyrocopter.html 01.04.2011 19:44 Uhr

²² „ Für Rettungstransportwagen (RTW) wird für Innerortsgebiete eine durchschnittliche Alarmfahrt-Geschwindigkeit von 58 km/h, für Außerortsgebiete auf Bundesautobahnen und autobahnähnlichen Straßen von 95 km/h, auf Bundesstraßen von 90km/h, auf Landes- und Kreisstraßen von 80km/h und auf Ortsstraßen auf 65 km/h zugewiesen. Bei Notarzteinsatzfahrzeugen werden gegenüber dem RTW eine um durchschnittlich 5 km/h im Innerortsgebiet und um durchschnittliche 10km/h im Außerortsgebiet höhere Durchschnittsgeschwindigkeit festgelegt (FORPLAN 1995). http://www.bbk.bund.de/nn_398010/SharedDocs/Publikationen/Publikationen_20Forschung/Band_2051,templateId=raw,property=publicationFile.pdf/Band%2051.pdf 26.04.2011 09:36 Uhr Berechnungsgrundlage: NEF Landes- und Kreisstrassen ausserorts (90 km/h)

²³ Approximierte Realkilometer inkl. Umwegfaktor von 1,3 Entwicklung im Deutschen Rettungswesen Gauger; Seite 48

²⁴ http://www.flugdienst-sauerland.de/flugdienst-sauerland-gyrocopter.html 09.04.2011 16:57 Uhr

²⁵ http://de.wikipedia.org/wiki/Eurocopter_EC_135 09.04.2011 16:54 Uhr

²⁶ Eigensicherung im Rettungsdienst H .Friedrich; Seite 258

²⁷ LPN Berufskunde und Einsatztaktik (3. Auflage) Kersten Enke; Seite 404 ff

²⁸ europäische Flugbetriebsvorschrift JAR-OPS-3 und internationale Richtlinie ICAO Annex 14

²⁹ Rega; Alarmierung Rettungshelikopter 2009

³⁰ JAR-OPS 3 Gewerbsmäßige Beförderung von Personen und Sachen in Hubschraubern vom 1. Juli 2002 JAR-OPS 3 Abschnitt A (a) JAR-OPS 3 gilt für den Betrieb von Zivilhubschraubern zum Zwecke der gewerbsmäßigen Beförderung in Luftfahrtunternehmen mit Hauptniederlassung in einem JAA-Mitgliedstaat. Die Vorschriften von JAR-OPS 3 gelten nicht für Hubschrauber, die im Militär-, Zoll- und Polizeidienst eingesetzt werden. JAR-OPS 3 Abschnitt B (d) Medizinische Hubschraubernoteinsätze (Helicopter Emergency Medical Service (HEMSII) sind nach den in JAR-OPS 3 enthaltenen Bestimmungen durchzuführen, vorbehaltlich der in Anhang 1 zu JAR-OPS 3.005(d) enthaltenen abweichenden Regelungen, für welche eine gesonderte Genehmigung erforderlich ist.

³¹ JAR-OPS 3 Abschnitt D 3.295 Auswahl von Hubschrauberflugplätzen

³² Hubschrauber, Tragschrauber, Flugschrauber, Die Geschichte der Drehflügler, Robert Jackson 1976, Seite 44

³³ Deutschsprachige Ausgabe erschien 1887 unter dem Titel „Robur der Sieger“

³⁴ http://www.bensenaircraft.org/b-6-plans