Unterdruck im Flugzeug

Unter Druck

Tim Takeoff
22.01.2019
3 Fotos
5 Minuten

Sich in einer großen fliegenden Blechdose um die Welt zu bewegen, ist für Mensch und Material eine große Herausforderung. Unter anderem braucht der Mensch Atemluft, um zu überleben. Diese stellt in einem Flugzeug die Druckkabine zur Verfügung. Doch wie genau funktioniert das eigentlich?

Der Mensch hat einen durchschnittlichen Bedarf an Luft von circa acht bis neun Litern pro Minute. Am Boden. Begeben wir uns jetzt aber in größere Höhen, ändert sich der Luftdruck. Prinzipiell kann man sich Luft vorstellen wie ein großes Becken voller Wasser. Je tiefer man in diesem Wasser taucht, desto höher wird der Druck. Befindet man sich am Boden des Beckens, oder auf unserem Erdboden, ist der Druck dementsprechend am höchsten. Kurz unter der Wasseroberfläche, oder dem Rand unserer Atmosphäre, ist der Druck am geringsten.

Partialdruck

Steigt man also in die Luft auf, sinkt der Druck. Unsere Lunge benötigt allerdings einen gewissen Sauerstoffpartialdruck, damit sie den Sauerstoff in unser Blut übertragen kann. Bereits in 1.500 Metern, also nur einem Bruchteil der Höhe eines Verkehrsflugzeuges, steht dem Menschen nur etwa drei Viertel des normalen Sauerstoffes zur Verfügung. Ein gesunder Mensch kann bis etwa 2.500 Meter Höhe aufsteigen, ohne große Einschränkungen befürchten zu müssen. Darüber beginnt es mit Müdigkeit und Kopfschmerzen. Die Symptome gehen mit zunehmender Höhe weiter und verschlimmern sich bis zur Bewusstlosigkeit.

Time of Useful Consciousness

Die Cola-Dose

Wie schafft man es nun, einen großen Raum wie in einem Flugzeug für so viele Passagiere in einen Zustand zu versetzen, in dem man bequem und ohne professionelles Sauerstoffequipment atmen kann? Das Ganze im Zweifel sogar über einen extrem langen Zeitraum?

Um es sich besser vorstellen zu können, betrachten wir den Rumpf des Flugzeuges als eine Art Getränke-Dose. Diese ist in der Grundbauweise sehr ähnlich. Die Runde Form und Struktur des Rumpfes gibt ihm grundsätzlich die Möglichkeit, unter Druck gesetzt zu werden. Man hat also einen anderen Außendruck als in der Kabine. Maximal beträgt der Unterschied im Reiseflug circa 8,9 PSI. Dabei lasten dann etwa sechs Tonnen Druck pro Quadratmeter auf der Kabine. Doch wie erreicht man dies?

Die „Packs“

Zu Beginn wird der Kabine natürlich dauerhaft Frischluft zugeführt. Dies geschieht über die sogenannten „Packs“ (Klimaanlage). Die Packs beziehen ihre Luft aus den Triebwerken. Die Kabine kann nicht komplett luftdicht abgeschlossen werden, dies ist aber auch nicht nötig. Um nun einen kontrollierten Druck aufzubauen, verfügt der Rumpf im hinteren Teil über sogenannte „Outflow Valves“. Das sind spezielle große, Ventile. Sie werden in modernen Flugzeugen automatisch auf- oder zugefahren. Steigt das Flugzeug, wird der Luftdruck in der Kabine kontrolliert verringert, sprich ein Unterdruck hergestellt. Bis zu einer maximalen Kabinenhöhe von circa 8.000 Fuß (2.438 Meter) auf der Reiseflughöhe. Danach wird der Druck automatisch vom Outflow Valve konstant gehalten.

Türen öffnen bei Unterdruck?

Im Sinkflug schließt sich das Outflow Valve wieder mehr. Der Druck in der Kabine steigt an während die Flughöhe sinkt. Um die Türen am Boden öffnen zu können, muss der Luftdruck im Inneren komplett an die Außenluft angepasst sein. Hierfür öffnen die Outflow Valves am Boden komplett, was man auch gut beobachten kann. Aufgrund des Unterdrucks kann man, selbst wenn man es wollte, die Türen im Reiseflug nicht öffnen.

Strukturelle Limits

Besonders beansprucht sind die Türen, Fenster und das Druckschott, das ganz am Ende der Kabine verbaut ist. Sollte eines dieser Bauteile oder das Outflow Valve versagen, verfügt das Flugzeug über einige Notfall-Ventile, um das strukturelle Limit der Kabine nicht zu überschreiten. Im Falle eines unkontrollierbaren Druckverlustes, kommen natürlich die Sauerstoffmasken aus ihren Behältnissen. Die Besatzung wird einen sofortigen Sinkflug auf eine Höhe einleiten, in der man auch ohne Masken normal atmen kann. Bei einer explosiven Dekompression hat man etwa 15 Minuten Zeit, um diese Höhe aufzusuchen, denn nur solange reicht der Sauerstoff im System der Masken aus.

Trockene Luft

Ein weiteres Problem der Höhenluft ist ihre Trockenheit. Da die Luft in der Höhe sehr kalt wird, ist sie kaum noch dazu in der Lage, Wasserdampf zu enthalten. Durch die Erwärmung der Luft innerhalb der Klimaanlage verringert sich die Luftfeuchte nochmals. Optionale Befeuchtungssysteme gehen gegen dieses Problem an. Sie kosten allerdings Energie und schaden auf lange Sicht der Struktur des Flugzeuges. Da die meisten Jets noch aus einer Metallstruktur bestehen, muss der Rumpf immer wieder auf Korrosion geprüft werden. Dieser ist mit einem sehr widerstandsfähigen Lack konserviert. Feuchte Luft ist daher immer ein Problem.

„Plopp“ und Valsalva

Auch unsere Ohren „arbeiten“ innerhalb der Druckkabine. Das Trommelfell des Menschen wirkt als natürliche Barriere zwischen dem Druck im Mittelohr und der Umgebung. Besonders im Sinkflug, bei zunehmenden Druck, kann es manch ein Mensch als schmerzhaft empfinden. Grundsätzlich empfiehlt sich in diesem Fall das sogenannte „Valsalva“-Manöver. Man hält die Nase zu und den Mund geschlossen und presst Luft hinein. Hat man Glück, knackt es in den Ohren und das Druckgefühl lässt deutlich nach.

Ebenfalls hilfreich ist ein Bonbon oder Kaugummi, da eine Schluckbewegung die Öffnung der Eustachischen Röhren (Verbindung zwischen Ohr und Nasenrachen) weitet.

Die Zukunft der Atemluft

Ein modernes Beispiel wie die Zukunft aussehen kann, stellt die Boeing 787 dar. Sie zapft ihre Kabinenluft nicht mehr aus den Triebwerken ab, sondern in einem elektrischen Kompressor. Durch die neuen Werkstoffe wie Kohle- und Glasfaser, kann die Luft deutlich stärker befeuchtet werden. Außerdem kann in modernen Verkehrsflugzeugen, neben der Boeing 787 auch der Airbus A380, etwas stärker bedruckt werden. Ihre Rümpfe lassen es zu, dass die maximale Kabinenhöhe nur 5.000 beziehungsweise 6.000 Fuß anstatt 8.000 Fuß beträgt.

Und der Tomatensaft?

Wikimedia Commons – NatiSythen 

von Tim Takeoff

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