Quelltext der Seite Druckkabine

[[Datei:Lufthansa_737_interior.jpg|mini|Passagierkabine innerhalb der Druckkabine einer [[Boeing 737]]]]
[[Datei:Outflow.jpg|mini|Outflow Valve und Overpressure Relief Valve einer B737-800]]
[[Datei:Pxctl.jpg|mini|Cabin Pressure and Bleed Air Control Panels einer B737-800]]

Unter einer '''Druckkabine''' wird in der [[Luftfahrt|Luft]]- und [[Raumfahrt]] eine druckfeste Bauform von [[Kabine|Passagierkabine]], [[Cockpit]] oder [[Unterflurfrachtraum|Frachtraum]] für höher fliegende [[Flugzeug]]e oder [[Raumschiff]]e verstanden, die Menschen und Tieren den Aufenthalt unter diesen beeinträchtigenden bis lebensfeindlichen Bedingungen ermöglicht. Das wird durch einen in der Druckkabine aufrechterhaltenen gegenüber der Umgebung erhöhten [[Luftdruck]] erreicht.

== Kabinenhöhe ==
Der ''Luftdruck in der Kabine'' lässt sich in Relation zu einer bestimmten Höhe ausdrücken. Statt vom ''Luftdruck in der Kabine'' wird daher auch von ''Kabinenhöhe'' (engl. ''cabin altitude'') oder genauer der ''Kabinendruckhöhe'' gesprochen. Die ''Kabinenhöhe'' wird im Flug reguliert und soll sich im Bereich von –200 [[Fuß (Einheit)|ft]] (–60&nbsp;m) bis +8.000&nbsp;ft (+2.438&nbsp;m) bewegen. Der Druck in der Kabine soll also einem Luftdruck in dieser Höhe entsprechen.

Wird der Luftdruck in der Kabine erhöht, dann sinkt die ''Kabinenhöhe'', was auch als ''Sinkflug der Kabine'' bezeichnet wird. Umgekehrt steigt die ''Kabinenhöhe'' (''Steigflug der Kabine''), wenn der Druck in der Kabine gesenkt wird. Die ''Kabinenhöhe'' ist in Analogie zur Flughöhe zu sehen, die auf den Umgebungsdruck (Druckhöhe, siehe [[Dichtehöhe]]) bezogen wird. In einem Flugzeug ohne Druckkabine sind Flughöhe und ''Kabinenhöhe'' identisch. Dass durch den Fahrtwind leichte Druckabweichungen in der Kabine herrschen können, wird bei dieser Betrachtung vernachlässigt.

== Druckverhältnisse ==
[[Datei:DifferentialPressureÜbertrieben.png|mini|Abbildung 1: übertriebene Darstellung der Ausdehnung einer Druckkabine mit zunehmender Höhe. Um den Druckunterschied zwischen Innen und Außen (Differential Pressure) nicht zu groß werden zu lassen, muss der Druck im Flugzeug während des Steigfluges gesenkt werden. Die ''Kabinenhöhe'' wird auf 2000 bis 3000&nbsp;m einreguliert.]]
Die Druckverhältnisse ändern sich während eines Fluges erheblich. Bereits in einer Höhe von 18.000 [[Fuß (Einheit)|ft]] (ca. 5450&nbsp;m) hat sich der Luftdruck der Außenluft halbiert, in 34.000 ft (ca. 10.300&nbsp;m) beträgt er nur noch ein Viertel.

Die Kabine eines Flugzeugs, das sich im Steigflug befindet, dehnt sich wegen des abnehmenden [[Außendruck]]s bei gleich bleibendem [[Innendruck]] aus. Im Sinkflug verringert sich die Ausdehnung der Kabine wieder. (Abbildung 1)

Die erlaubte Differenz zwischen Innendruck und Außendruck (Differenzdruck, delta P, ΔP; maximaler Druckunterschied oder engl. ''pressure differential'' auch ''differential pressure'') ist durch die Bauweise (Gewicht) der Kabine begrenzt, aber auch durch das Verhalten der Kabine bei plötzlicher [[Druckabfall im Flugzeug|Dekompression]]. Wegen dieser konstruktionsbedingten Begrenzung muss der Innenkabinendruck gegenüber dem Druck auf Meereshöhe abgesenkt werden, wenn das Flugzeug in großen Höhen fliegt (Abbildung 2 und 3). Bei einem Kabinendruck nach dem Start von konstant auf 0&nbsp;m ''Kabinenhöhe'' (= Meereshöhe) wäre der Druck in der Kabine gegenüber dem Außendruck größer, so dass die Flugzeughülle stabiler dimensioniert werden müsste, um nicht durch [[Materialermüdung]] zu versagen.

Bei einer Druckdifferenz von 0,6 bar beträgt der Innendruck auf die Innenwand der Druckkabine ungefähr sechs Tonnen je Quadratmeter<ref>[http://michael-lagemann.com/artikel/011-flugzeugtueren/pdf1-flugzeugtueren.pdf Flug Revue August 2007: Dichtung und Wahrheit - Passagiertüren in Verkehrsflugzeugen (pdf)]</ref>.

Je nach [[Flugphase]] wird der Druck in der Druckkabine allmählich geändert oder konstant gehalten.
* Im Steigflug (engl. ''climb'') muss die ''Kabinendruckhöhe'' steigen (Luftdruck sinkt in der Kabine). Das Auslassventil (siehe [[#Druck-Ventile|unten]]) wandert in eine weiter geöffnete Position (gegenüber dem stabilen Zustand, beispielsweise am Boden oder im Reiseflug).
* Im Sinkflug (engl. ''descent'') muss die ''Kabinendruckhöhe'' sinken (Luftdruck steigt in der Kabine). Das Auslassventil schließt etwas mehr.
* Im Reiseflug (engl. ''cruise'') muss die ''Kabinendruckhöhe'' konstant auf einem hohen Wert gehalten werden („Dienstgipfelhöhe der Kabine“, niedriger Luftdruck in der Kabine im Vergleich zur Meereshöhe). Unter stabilisierten Bedingungen mit konstanter Kabinendruckhöhe ist die Luftmenge, die durch das Auslassventil fließt, gleich der Luftmenge, die von der [[Klimaanlage (Flugzeug)|Klimaanlage (Pack)]] geliefert wird, minus der durch Leckage verlorenen Luft. Das Auslassventil ist teilweise geöffnet.
* Während [[Start (Luftfahrt)|Start]] und [[Landung]] (engl. ''take off and landing'') wird die ''Kabinenhöhe'' leicht unter Platzniveau abgesenkt, das bedeutet, dass der Kabinendruck minimal erhöht wird. In dieser Situation kann nämlich bei einem großen Rotationswinkel (zeitweilig großer Anstellwinkel) der Luftstrom teilweise gegen das Auslassventil im Heckbereich und die ausströmende Luft gerichtet sein. Hierdurch wird ein plötzlicher Druckanstieg innerhalb der Kabine verursacht. Durch kurzzeitige Erhöhung des Kabinendrucks (engl. ''ground pressurisation'') beim Start und bei der Landung um ca. 0,1 [[Pound-force per square inch|PSI]] (entsprechend einer Kabinendruckhöhe von 200&nbsp;ft unterhalb der Flugplatzhöhe) lässt sich dieser Effekt vermeiden (Abbildung 2). Flugzeuge, die keine [[Zapfluft]] (engl. ''bleed-air'') nutzen, benötigen keine ''ground pressurisation''.

Bei einigen Mustern wird standardmäßig, bei den anderen nur bei Bedarf, „packless“ gestartet (''packs'' sind die Hauptaggregate der [[Klimaanlage (Flugzeug)|Klimaanlage im Flugzeug]]: packless = mit ausgeschalteten packs) – damit erhöht sich der effektive Triebwerksschub, denn die Triebwerksleistung wird nicht durch die abgezweigte [[Zapfluft]] aus der Verdichterstufe des Triebwerkes gemindert, die für den Betrieb der ''packs'' benötigt wird. Diese zusätzliche Triebwerksleistung (durch Ausschalten der ''packs'') wird besonders benötigt bei hohem Startgewicht, hohen Außentemperaturen oder Flugplätzen mit niedrigem Luftdruck (z. B. Gebirge).

== Technik der Druckkabinen ==
[[Datei:Boeing B747 Aft Airlock.jpg|mini|Hinteres Druckschott einer B-747]]
[[Datei:Cabin door caution 001.JPG|mini|hochkant|Warnschild an der Kabinentür eines [[Airbus A300#A300B4-600R|Airbus A300-600R]] von innen]]
[[Datei:A32X Door Indications.jpg|mini|Warnleuchte zur Anzeige des Überdrucks]]
Eine Druckkabine erfordert einen wesentlich höheren konstruktiven Aufwand. Einerseits führt das zu einer vermehrten Gewichtsbelastung. Andererseits muss der Kabinendruck aufwendig reguliert werden, um Unterdruck oder Überdruck in der Kabine zu vermeiden.

Ein Flugzeug mit Druckkabine ist nicht [[Hermetischer Verschluss|hermetisch]] dicht, es wird ständig Frischluft zugeführt und ein Teil der verbrauchten Luft aus dem Flugzeug abgelassen. Die Triebwerke und nachgelagerten ''Packs'' ([[Klimaanlage (Flugzeug)|Klimaanlage im Flugzeug]]) liefern die dafür notwendige Luft. Zusätzliche Turbokompressoren unterstützen bei älteren Maschinen die Triebwerke, bis etwa in die 1960er Jahre. Neu ist die ausschließliche Erzeugung der Druckluft mit einem Elektrokompressor ([[Boeing 787]]). Automatisch arbeitende Ventile (siehe [[#Druck-Ventile|unten]]) regulieren dann den Druck in der Druckkabine durch Rückstau oder Entweichen&nbsp;– die Zuluftmenge ist ungeregelt.

Konstruktive Schwachpunkte bei der Abdichtung des Flugzeuges und für die Stabilität bei hohem Innendruck sind:
* die [[Flugzeugtür]]en (einschließlich Frachttüren),
* die [[Flugzeugfenster]] und
* das hintere [[Druckschott (Flugzeug)|Druckschott]] (engl. ''rear pressure bulkhead'').

Innerhalb der Kabine wird ein relativer [[Überdruck]] erzeugt, dafür wird meistens die [[Zapfluft]] der Triebwerke oder ein elektrischer Kompressor genutzt ([[Boeing 787]]). Um die Konstruktion der Druckkabine nicht unnötig zu belasten, wird nur ein bestimmter maximaler Druckunterschied (Differenzdruck) eingestellt. Es ist vorgeschrieben, dass der Luftdruck in der Kabine nicht unter den Wert fallen darf, der unter Normalbedingungen in 8000&nbsp;ft (2438&nbsp;m) Höhe herrscht (''Kabinenhöhe''). <!-- Steht weiter oben nicht schon fast das gleiche? - de ja vu? - JA, aber nur für's Wohlbefinden, nicht für die Behörde...-->

=== Druck-Ventile ===
Die Druckregulierung der Druckkabine erfolgt über folgende Ventile (engl. ''valves'')
* ''positive pressure relief valve'' (normalerweise ''outflow valve'' genannt; dt. ''Auslassventil''): die Ventile (meist zwei oder mehr) für die Druckregulierung durch Druckablass im Normalbetrieb
* ''negative pressure relief valve'' (dt. ''Unterdruck-Notventil''): diese Funktion übernehmen normalerweise die Türdichtungen
* ''safety pressure relief valve'' (auch ''overpressure relief valve'' genannt; dt. ''Notventil oder Sicherheitsventil''): diese begrenzen auf das strukturelle Limit, falls die Druckregelung versagt

=== Regelung des Kabinendruckes ===
[[Datei:Climb flight profile.png|mini|hochkant=1.5|Abbildung 2. Flughöhe und Kabinendruck im ''Steigflug'']]
[[Datei:Descent flight profile.png|mini|hochkant=1.5|Abbildung 3. Flughöhe und Kabinendruck im ''Sinkflug'']]

Der Druck in der Kabine (engl. ''cabin pressure'') wird bei modernen Flugzeugen über Auslassventile (engl. ''outflow valves''), die vom ''Pressure controller'' geführt werden, geregelt und zusätzlich durch Notventile abgesichert. Jene sind mehrfach vorhanden –&nbsp;wegen Redundanz&nbsp;– wie die meisten wichtigen (sicherheitsrelevanten) Teile im Flugzeug.

Je nach Automatisierungsgrad des Steuerungssystems für den Kabinendruck wird der Pilot mehr oder weniger von der Automatik entlastet. Bei den neuesten Systemen wird die Steuerung des Kabinendruckes automatisch vom [[Flight Management System|Flight Management Computer]] (FMC) übernommen. Der Controller für den Kabinendruck bekommt vom FMC die Information über die Höhe des Startflugplatzes und des Landeflugplatzes, sowie über die geplante Flughöhe. Auch bei Änderung des Zielflughafens (neue Landehöhe) durch den Piloten während des Fluges aktualisiert der FMC die Informationen an den Controller.

Etwas ältere Systeme benötigen dagegen noch eine Eingabe vom Piloten am ''Cabin pressure panel'' (dt. ''Schalttafel für Kabinendruck''), wenn der Sinkflug für die Landung beginnt, da der Controller nicht unterscheiden kann, ob es sich bei einem Sinkflug nur um ein kurzes Segment im Reiseflug handelt oder um den Sinkflug zum Landeanflug. Der Controller wertet bei älteren Systemen noch nicht die Information in Bezug auf die horizontalen Position aus.

Die ''Outflow valves'' steuern den Abfluss der Luft aus der Kabine und halten so einen vorgegebenen Überdruck (Sollwert) in der Kabine aufrecht. Beim Schließen der Türen bekommt der Druckcontroller (ein Computer) ein Signal, den Druck in der Kabine leicht zu erhöhen&nbsp;– das heißt, die Kabinenhöhe wird um einige [[Fuß (Einheit)|Fuß]] abgesenkt. Damit wird das Flugzeug leicht „aufgeblasen“. Dieser erhöhte Innendruck macht das Flugzeug stabiler&nbsp;– es ist genau dafür ausgelegt und konstruiert worden. Alle Startparameter (Gewichte, Geschwindigkeiten) gehen von der Festigkeit der Flugzeugkonstruktion aus, wie sie durch den leicht erhöhten Innendruck erzeugt wird. Das gleiche trifft für die Landung zu&nbsp;– auch hier ist für die Festigkeit ein leicht erhöhter Innendruck gefordert.

Auch ein Luftballon oder eine hermetisch geschlossene Konservendose ist mit erhöhtem Innendruck stabiler, als mit Unterdruck. Die Flugzeugtüren sind ebenfalls so konstruiert, dass sie bei erhöhtem Innendruck, auch, wenn sich die ganze Zelle leicht ausdehnt, dicht halten.

=== Versagen der Outflow valves ===
[[Datei:Fastdescent flight profile.png|mini|hochkant=1.5|Abbildung 4. Schneller Sinkflug]]
[[Datei:To fast descent flight profile.png|mini|hochkant=1.5|Abbildung 5. Schneller Sinkflug]]
Sollten die ''Outflow valves'' versagen, kann es zu verschiedenen Szenarien kommen: Die ''Outflow valves'' öffnen nicht mehr (weiter) oder schließen nicht mehr (weiter).

==== Outflow valves geschlossen ====
Ein mögliches Versagen der ''Outflow valves'' ist, dass sie nicht mehr (weiter) öffnen können und immer (zu weit) geschlossen bleiben. Hier wird nochmals unterschieden, ob das im Sinkflug (bzw. Reiseflug) oder am Boden auftritt.

* Variante 1<br/>Falls die ''Outflow valves'' im [[Sinkflug]] oder Reiseflug versagen und (zu weit) geschlossen bleiben, die Klimaanlagen gleichzeitig weiterarbeiten und somit immer mehr Druck im Flugzeug aufbauen, dann öffnen sich Notventile sobald ein Differenzdruck von etwa 9&nbsp;[[Pound-force per square inch|PSI]] (ca. 0,6&nbsp;[[Bar (Einheit)|bar]]) zwischen Kabinendruck und Außendruck überschritten wird. Danach schließen sie wieder so lange, bis die 9&nbsp;PSI erneut erreicht sind. Dieser Vorgang wiederholt sich in gewissen Zeitabständen immer wieder. Diese grobe Notsteuerung des Kabinendrucks über die ''Overpressure relief valve'' ist allerdings durch den sägezahnförmigen Druckverlauf in der Kabine deutlich und unangenehm zu spüren. Ein Abschalten der Klimaanlagen, um den Druckaufbau zu stoppen, kommt auch nicht in Betracht, da sie zur Temperaturregulierung und zur Aufrechterhaltung eines überlebenswichtigen Drucks in der Kabine (über 4&nbsp;km Flughöhe) unentbehrlich sind&nbsp;– man kann aber die Anzahl der aktiven Packs reduzieren. <!-- ein kleines Bild zur grafischen Veranschaulichung würde hier passen - zwischen welchen Werten schwankt deltaP in diesem Fall - Obergrenze 9 PSI, Untergrenze ... PSI? Da muss man schon den Hersteller fragen, das steht nicht im technischen Handbuch, da es nur der allerletzte Notnagel ist. Komfort spielt da keine Rolle mehr, die Hysterese ist aber beachtlich-->
* Variante 2<br/>Falls die ''Outflow valves'' versagen und (zu weit) geschlossen bleiben, während das Flugzeug wieder am Boden steht (nach der Landung), herrscht in der Kabine Überdruck (die Kabinenhöhe ist tiefer als Außenhöhe), was nie der Fall sein darf, da sich dann die Türen –&nbsp;besonders im Fall einer evtl. nötigen Evakuierung&nbsp;– nicht öffnen ließen. Beispielsweise ergibt 0,1&nbsp;bar Differenzdruck etwa 2&nbsp;t Kraft auf eine normale Türfläche. <br/> Da dann auch manuelles Öffnen des „Outflow valves“ nicht mehr funktioniert, bleibt nur die Möglichkeit, die Luftzufuhr abzustellen, also die den Luftdruck erzeugende Klimaanlage auszuschalten („Packs off“&nbsp;– „Packs ausschalten“). <!-- Mal zum Vergleich die vorherige Fassung: „Falls die Outflow valves versagen und geschlossen bleiben, während das Flugzeug am Boden steht (nach der Landung), dann herrscht in der Kabine Unterdruck (die Kabinenhöhe ist höher als Außenhöhe), was eigentlich nie der Fall sein darf. Für diesen Fall gibt es ein ''Negative pressure relief valve'', welches beispielsweise bei einer [[Boeing 737|B737]] aus einer einfachen, etwa DIN-A4-großen federbelasteten Klappe besteht, die dann nach innen öffnet und den Unterdruck abbaut.
Die „negative Pressure Relief Valve“ verhindert, dass die die Höhe des Flugzeuges unter die Kabinenhöhe sinken.“
!-- heißt das, dass die Zeichnung To_fast_descent_flight_profile.png falsch ist, da es auch im Sinkflug nicht zum Unterdruck kommen kann? Denn auch da schützt das „negative Pressure Relief Valve“? KLAR ERKANNT: da helfen dann die NEGATIVE pressure relief valves garnix, das Problem wäre der Überdruck wg. Türöffenen / Evakuierung-->

==== Sonderfall: zu schneller Sinkflug ====
Normalerweise sinken Flugzeug und Kabinenhöhe gleichzeitig, das Flugzeug meist mit 1000–2000&nbsp;ft/min, die Druckkabine mit ca. 350&nbsp;ft/min. Das genügt, damit beide gleichzeitig „am Boden sind“. Wird der Sinkflug aber sehr zügig durchgeführt (beispielsweise wegen [[Air Traffic Control|ATC]]-Anweisung oder topografischer Erfordernisse), dann erreicht der Flieger die Kabinenhöhe deutlich vor der Landung&nbsp;– damit würde der Außendruck höher als der Innendruck (siehe Abbildung 4 und 5). Für diesen Fall gibt es ein ''Negative pressure relief valve'', welches beispielsweise bei einer [[Boeing 737|B737]] aus einer einfachen, etwa DIN-A4-großen federbelasteten Klappe besteht, die dann nach innen öffnet und den Unterdruck abbaut&nbsp;– bei anderen Mustern geschieht dies über die Türdichtungen. Diese Verfahren sind in den Ohren deutlich spürbar.

==== Outflow valves geöffnet ====
Ein weiteres mögliches Versagen der ''Outflow valves'' ist, dass sie nicht mehr geschlossen werden können (bleiben zu weit offen). Auch hier wird nochmals unterschieden, ob das im Sinkflug (bzw. Reiseflug) oder am Boden auftritt.

* Variante 1<br/>Falls die ''Outflow valves'' im Reiseflug versagen und nicht (genügend weit) schließen, ist ein kontrollierter Sinkflug in eine Höhe nötig, in der den Passagieren dauerhaft 8.000&nbsp;ft Kabinenhöhe gesichert werden kann. <br/> Ein sofortiger ''Rapid descent'', auch ''Emergency descent'' (deutsch: ''[[Sinkflug#Sonderformen des Sinkflugs|Notabstieg]]'') ist nur nötig bei größeren Schäden an der Flugzeughülle (deutlich größer als ein Flugzeugfenster). Die [[Sauerstoffmaske]]n liefern bei einer Kabinenhöhe von über 14.000 [[Fuß (Einheit)|Fuß]] (ca. 4.250&nbsp;m) nur für ungefähr 15 min Sauerstoff. Das Flugzeug hat für eine Landung nach einer Dekompression zwar keine anderen Limits (Landegewicht, Klappengeschwindigkeiten), es wird aber nach einer „rapid decompression“ wegen des vermuteten größeren Schadens trotzdem mit größerer Vorsicht gelandet.
* Variante 2<br/>Falls die ''Outflow valves'' bereits vor dem Start am Boden versagen und nicht mehr schließen, kann höchstens noch ein Flug in niedriger Flughöhe (unter 8.000&nbsp;ft) durchgeführt werden, für den keine Druckkabine benötigt wird&nbsp;– beispielsweise ein [[Überführungsflug]] in eine [[Flugwerft]] oder einen [[Luftfahrttechnischer Betrieb|Luftfahrttechnischen Betrieb]] zur Reparatur. Bei einigen Flugzeugen gibt es für diesen Fall reduzierte Limits (Gewichtsabschläge), da für den Start die Stabilität des Flugzeuges auf den leicht erhöhten Druck in der Kabine ausgelegt ist. Bei Flugzeugen, die immer mit abgeschalteten Packs starten, also ohne Inbetriebnahme der Druckkabine noch vor dem Start, spielt das jedoch keine Rolle.

== Transportflugzeuge ==
Zivile [[Frachtflugzeug]]e sind mit einer ganz normalen Druckkabine ausgestattet, da in der Regel modifizierte Versionen von Passagiermaschinen benutzt werden. Der Frachtraum bei Passagierflugzeugen ist Bestandteil der Druckkabine. Die Außenhaut des Flugzeugrumpfes stellt praktisch die äußere Hülle der Druckkabine dar. Passagierkabine, Cockpit und Frachtraum bilden eine zusammenhängende Druckkabine. Lediglich die Möglichkeit zur Temperaturregulierung ist für die Frachträume (bei vielen Flugzeugen) eingeschränkt, oft wird nur ein Teil des Frachtraumes, der für besonders empfindliche Fracht bestimmt ist, temperiert. Für das Cockpit gibt es in einigen Flugzeugen eine bessere Frischluftzufuhr, die aber leider auch trockener ist und bei den Piloten zu entsprechenden Beschwerden führen kann (Atemwegsprobleme, [[Konjunktivitis]]).

[[Transportflugzeug|Militärtransporter]] haben meistens keine Druckkabine, da sie unter anderem aus großen Höhen Fracht über eine Laderampe abwerfen. Schon bei leichtem Beschuss könnte es zur Dekompression kommen. Flugzeuge mit Laderampen sind nur mit hohem konstruktivem Aufwand druckdicht zu machen. Teilweise wird eine Druckkabine nur für das Cockpit benutzt. Die Mannschaften im Frachtraum müssen dann in großen Höhen Sauerstoffmasken tragen.

Der Frachtraum der [[Antonow An-124]] ist nicht als Druckkabine ausgeführt.

== Kampfflugzeuge ==
Auch Kampfflugzeuge haben wegen der erreichbaren Flughöhen und der hohen Steig- und Sinkflugleistung in der Regel eine Druckkabine. Um die Folgen einer rapiden Dekompression (zum Beispiel beim Verlust oder bei Beschädigung des Kabinendachs nach Beschuss) gering zu halten, verhält sich hier jedoch der Kabinendruck, anders als bei Passagierflugzeugen, unter 10.000 Fuß analog zum Umgebungsdruck. Oberhalb dieser Höhe wird in der Kabine ein Innendruck erzeugt, der langsamer abnimmt als der Außendruck. Dieses Verfahren wird bis zu einer maximalen Kabinendruckhöhe von 18.000 Fuß beibehalten, dann wird der Druck stabilisiert. Zum Schutz vor [[Hypoxie (Medizin)|Sauerstoffmangel]] werden regelmäßig Sauerstoffmasken angelegt. Bei Flügen in großen Höhen werden zusätzlich zum Schutz vor den Folgen der Dekompressionskrankheit bei einer rapiden Dekompression oder für den Fall eines Rettungsausstiegs [[Druckanzug|Höhenschutzanzüge]] getragen.

== Geschichte ==
[[Datei:Hermann von Schroetter Druckkabine.jpg|mini|Entwurf einer Druckkabine für Ballonfahrten (von Schrötter, 1903)]]
Die erste Druckkabine wurde von [[Auguste Piccard]] gebaut. An einen Gasballon gehängt erreichte er in ihr am 27. Mai 1931 eine Höhe von 15.781&nbsp;m und konnte so den 30 Jahre alten Höhenrekord von [[Arthur Berson]] und [[Reinhard Süring]] überbieten, die in offenem Korb auf 10.800&nbsp;m aufgestiegen waren. Bereits 1903 hatte [[Hermann von Schrötter]] auf der 232. Versammlung des [[Verein zur Förderung der Luftschifffahrt|Berliner Vereins zur Förderung der Luftschifffahrt]] den Einsatz eines ''hermetisch geschlossenen Korbs mit erhöhter Sauerstoffspannung'' für Ballonfahrten in Höhen über 10.000&nbsp;m vorgeschlagen.

Die [[Junkers Ju 49]], ein spezielles Höhenflugzeug, das 1931 zum Erstflug startete, verfügte über eine Druckkabine für zwei Personen. Auguste Piccard wurde in den 1930er Jahren von [[Alfred Renard]] bei der Entwicklung eines Passagierflugzeuges mit Druckkabine eingebunden. Das Ergebnis war die [[Renard R-35]], die beim Jungfernflug 1938 abstürzte und nicht weiter entwickelt wurde.

Das erste in Serie gefertigte Passagierflugzeug mit Druckkabine war der nur 10-mal gebaute [[Boeing 307|Boeing 307 ''Stratoliner'']], der ab Mitte 1940 von der [[Trans World Airlines|Transcontinental and Western Air]] (T&WA) im Langstreckendienst zwischen New York und Los Angeles eingesetzt wurde, bei der Gesellschaft [[Pan American World Airways|Pan Am]] gefolgt ab Februar 1946 von der später in größeren Stückzahlen gefertigten und ebenfalls viermotorigen [[Lockheed-Constellation-Familie]]. Im Kurzstreckenverkehr setzte ab Juli 1948 [[American Airlines]] die zweimotorige [[Convair CV-240]] ein. Bereits im Mai 1944 kam der mit einer zweigeteilten Druckkabine versehene Bomber [[Boeing B-29]] im [[Pazifikkrieg]] zu den Verbänden der [[United States Army Air Forces]] (USAAF).

Im Zusammenhang mit der [[De Havilland DH 106#Unfallserie 1953 – 1954|Unfallserie der de Havilland Comet]], die in Reiseflughöhe (35.000 bis 40.000&nbsp;ft) eine Kabinenhöhe von 8000&nbsp;ft hatte, mussten die Ingenieure in den 1950er Jahren nach aufwendigen Untersuchungen feststellen, dass bei der Druckkabine eine bis dahin nicht bekannte Form der [[Materialermüdung]] auftreten kann.

Der Absturz einer [[Vickers Vanguard|Vickers 951 Vanguard]] auf [[British-European-Airways-Flug 706]] im Oktober 1971 wurde von der durch [[Korrosion]] verursachten Zerstörung des hinteren Druckschotts verursacht. Nach Abriss beider [[Höhenleitwerk]]sflächen war die Vanguard nicht mehr steuerbar.

Ein [[Boeing 747]] Jumbo-Jet stürzte 1985 auf [[Japan-Air-Lines-Flug 123]] ab, weil sieben Jahre vorher das hintere Druckschott nicht nach Herstellervorschrift instandgesetzt wurde. Das fehlerhaft reparierte Schott barst in 7300 Metern Höhe und der entweichende Kabinendruck sprengte das Seitenleitwerk ab.

Der Unfall von [[Aloha-Airlines-Flug 243]] auf Hawaii zeigte, dass unter dem Einfluss salzhaltiger Luft eine hohe Anzahl von Dekompressionszyklen die Druckkabine zusätzlich beansprucht und dies bei den Wartungsintervallen der [[Luftfahrzeug-Instandhaltung]] mit zu berücksichtigen ist.

Die meisten [[Turboprop]]-Flugzeuge haben mittlerweile ebenfalls eine Druckkabine. Die kleinsten Flugzeuge mit Druckkabine sind die [[Cessna P210]] oder die [[Piper PA-46|Piper PA-46 Malibu]].

Die traditionelle Methode, den Druck in der Druckkabine mit [[Zapfluft]] (''bleed air'') zu erzeugen, wurde bei der [[Boeing 787]] verlassen. Bei diesem Flugzeug wurde gänzlich auf Zapfluft verzichtet, um den Wirkungsgrad der Triebwerke (Leistung, Treibstoffverbrauch) nicht durch die Entnahme von Zapfluft zu beeinträchtigen. Der Kabinendruck wird stattdessen durch einen elektrisch betriebenen Kompressor erzeugt.

Um den Komfort für die Passagiere zu erhöhen, sind Flugzeughersteller bestrebt, die Kabinendruckhöhe näher an den vom Boden gewohnten Druck anzupassen. So beträgt sie bei der [[Boeing 787]] (bei einer maximalen Reiseflughöhe von 43.000&nbsp;ft) maximal 6000&nbsp;ft (1829&nbsp;m)<ref name="CabinAltitudeB787">{{cite web |url=http://www.newairplane.com/787/design_highlights/#/passenger-experience/lower-cabin-altitude |title=Boeing's New Airplane - Design Highlights |publisher=www.newairplane.com/ |accessdate=2013-02-05}}</ref>, was einem relativen Unterschied zum Standarddruck von ca. 20 % entspricht. Die Kabinendruckhöhe des [[Airbus A380]] wird (bei gleicher maximalen Reiseflughöhe) hingegen auf maximal 5000&nbsp;ft (1525&nbsp;m)<ref name="CabinAltitudeA380">{{cite web |url=http://a380airbus.com/airbus-a380-cabins/ |title=The Airbus A380 Cabin and Interior |publisher=a380airbus.com/ |accessdate=2013-02-05}}</ref> gehoben, was einer Abweichung von ca. 17 % vom Standarddruck entspricht.

Eine kostengünstige Alternative für kleinere Flugzeuge ohne Druckkabine, die zum Beispiel wegen eines Gebirgsüberfluges nur gelegentlich in großen Höhen fliegen müssen, sind portable Sauerstoffsysteme.

== Steuerung der Kabinenhöhe am Beispiel der B-747-400 ==

Bei der Boeing 747 überwacht und steuert der Pilot die Kabinenhöhe an einer Schalttafel (engl. ''cabin altitude control panel'') am ''Overhead Panel''. Hier wird auch die Stellung der ''Outflow valve'' durch den ''Outflow valve position indicator'' angezeigt. Es gibt eine linke und eine rechte ''Outflow valve'' (OP = Open, Cl = Closed).

[[Datei:Cabin Altitude Control.png|mini|[[Boeing 747|B747]]-400&nbsp;– Cabin altitude control panel]]

Der Wahlschalter für die Landehöhe (''LDG ALT''; links unten; Landing Altitude Selector) kann im Bereich von minus 1000 bis plus 14000 Fuß eingestellt werden. Zum Einstellen der Landehöhe muss er herausgezogen werden und kann dann gedreht werden. Dieser Wahlschalter übersteuert alle anderen Eingaben der Landehöhe (vom FMC&nbsp;– [[Flight Management System|Flight Management Computer]]) an den ''Cabin altitude controller'' (ein kleiner Computer, der den Kabinendruck steuert). Bei gezogenem Wahlschalter muss die Landehöhe manuell an diesem Schalter eingestellt werden. Der eingestellte Wert wird am [[EICAS]] (dem Bildschirm vor dem Piloten) angezeigt und ist dann mit dem Zusatz ''MAN'' (für manuell) markiert. Wenn der Wahlschalter wieder reingedrückt ist, wird die Eingabe der Landehöhe erneut an den FMC abgegeben. Der FMC gibt im Normalbetrieb die Landehöhe an den ''Cabin altitude controller'' weiter. In diesem Fall ist die Anzeige der Landehöhe am EICAS mit dem Zusatz ''AUTO'' versehen.
Die Landehöhe wird also entweder manuell (Wahlschalter gezogen) oder automatisch vom FMC (Wahlschalter gedrückt = Normalbetrieb) an den ''Cabin altitude controller'' übermittelt.

Auch die ''Outflow valves'' können in besonderen Situationen manuell vom Piloten gesteuert werden. Dazu gibt es am ''Cabin altitude control panel'' jeweils einen Druckschalter für das rechte und linke Ventil (engl. ''outflow valve manual switch''). Wenn dieser gedrückt ist, wird das entsprechende Ventil manuell gesteuert. Der gedrückte Tastschalter leuchtet dann mit der Aufschrift ''ON'' (manuelle Steuerung eingeschaltet). In dieser Schalterstellung wird der automatische Controller der ''Outflow valve'' umgangen, und auch der ''Cabin altitude limiter'' (dt. ''Begrenzer für die Kabinenhöhe'') überbrückt. Dadurch ist der Dreiwegeschalter (zwischen den viereckigen Druckschaltern; unten Mitte) aktiviert. Eine Feder zieht diesen Dreiwegeschalter nach dem Loslassen immer wieder in die Mittelposition. In der oberen Position (''OPEN'') werden die übersteuerten Ausströmventile langsam immer weiter geöffnet (und somit die Kabinenhöhe erhöht); in der unteren Position (''CLOSE'') werden die übersteuerten Ausströmventile langsam immer weiter geschlossen (und somit die Kabinenhöhe gesenkt). Hat man die gewünschte Ventilstellung erreicht, lässt man einfach los und der Schalter springt wieder in die Mittelstellung.

Bei ausgeschaltetem ''Outflow valve manual switch'' werden die Ausströmventile wieder automatisch gesteuert.

Rechts unten ist ein Drehschalter (engl. ''Cabin altitude auto selector''), mit dem man zwischen den doppelt vorhandenen ''Cabin altitude controllern'' (A und B) umschalten kann. Bei störungsfreiem Betrieb überlässt man der Automatik die Auswahl des Controllers. Bei Störungen kann der Pilot aber gezielt auf den Controller A oder B umschalten, um so Fehler zu suchen oder erkannte Fehler zu überbrücken. Im Normalbetrieb steht der ''Cabin altitude auto selector'' auf ''NORM''. Er wählt dann automatisch, für jeden neuen Flug abwechselnd, den Cabin Altitude Controller A bzw. B als primären Controller. Im Falle eines Fehlers des primären Controllers wird dann ebenfalls automatisch auf den anderen (sekundären) Controller umgeschaltet. Auch im manuellen Betrieb ist der jeweils gewählte Controller der primäre und der andere der sekundäre Controller.

== Medizinische Situation ==
Der [[Atmung|Luftbedarf]] eines Menschen beträgt im Ruhezustand in Meereshöhe ungefähr 8,5&nbsp;l/min. Mit zunehmender Höhe sinkt der Luftdruck, und der [[Partialdruck|Sauerstoffpartialdruck]] reicht nicht mehr aus, um einen Menschen mit genügend [[Sauerstoff]] zu versorgen. Der Sauerstoffpartialdruck in den [[Lunge#Feinbau|Lungenbläschen]] ist dann zu niedrig und es geht zu wenig Sauerstoff in das Blut über. Die zur Verfügung stehende niedrigere Sauerstoffmenge im Blut ([[Hypoxie (Medizin)|Sauerstoffmangel]]) wird zunächst durch [[Tachypnoe|schnellere Atmung]] kompensiert und nach einigen Tagen (für Flüge nicht relevant) dann durch die vermehrte Produktion von roten Blutkörperchen.

=== Sauerstoffmangel ===
Die meisten Personen tolerieren Höhen bis 8000&nbsp;ft (2400&nbsp;m) ohne gesundheitliche Beschwerden oder Unwohlsein. Jedoch können einige Passagiere –&nbsp;besonders Kranke mit Herz- oder Lungenerkrankungen&nbsp;– bereits ab 5000&nbsp;ft (1500&nbsp;m) Symptome zeigen. In 5000&nbsp;ft steht dem Körper bereits 25 % weniger Sauerstoff zur Verfügung als in Meereshöhe. Über 8000&nbsp;ft kann es zu Müdigkeit und Kopfschmerzen kommen. Mit zunehmender Höhe sind Verwirrtheit, Gedächtnisverlust, Muskelkrämpfe und Bewusstlosigkeit möglich. Längere Flüge über 10.000&nbsp;ft (3050&nbsp;m) erfordern die zusätzliche Gabe von Sauerstoff oder eine Druckkabine. Ein Aufenthalt über 13.000&nbsp;ft (4000&nbsp;m) ohne Akklimatisierung kann zur [[Höhenkrankheit]] mit Selbstüberschätzung, Müdigkeit, Orientierungsverlust und sogar [[Bewusstlosigkeit]] führen. Ein Aufenthalt über 20.000&nbsp;ft (6100&nbsp;m) kann bei längerem Verweilen zum Tode führen. Ab ca. 57.000 ft (19.000 m) entspricht der Umgebungsdruck dem Wasserdampfdruck von 47 mmHg (6,3 kPa) und  Wasser entweicht als Gas aus sämtlichen Körperzellen. Ohne schützende Hülle (Druckkabine oder druckbelüfteter Raumanzug) ist selbst bei  bei 100 % Sauerstoffatmung ein Überleben dann nicht mehr möglich.

=== Time of Useful Consciousness ===

Die ''Time of useful consciousness'' (für ''Zeitraum bei vollem Bewusstsein'', jedoch als Begriff ungebräuchlich) ist die Zeit zwischen Eintritt einer [[Druckabfall im Flugzeug|Dekompression]] (der Druck im Flugzeug fällt auf Umgebungsdruck) und dem Eintritt der Handlungsunfähigkeit. Das ist die maximale Reaktionszeit, die einem Piloten im Falle einer Dekompression bleibt. Es muss sich bei der Handlungsunfähigkeit nicht gleich um Bewusstlosigkeit oder Tod handeln, jedoch ist der Pilot praktisch handlungsunfähig. In 40.000&nbsp;ft (12 km), der normalen Flughöhe moderner Passagierflugzeuge, beträgt die ''Time of useful consciousness'' 15–20 Sekunden. In dieser Zeit müssen die Piloten ihre Sauerstoffmaske angelegt haben.

Das Versagen der Druckkabine kann zu Bewusstlosigkeit der Piloten und Flugzeugabsturz führen.

=== Ohren ===
Rasche Luftdruckwechsel werden vom menschlichen Ohr als Druck auf das Trommelfell wahrgenommen, da der [[Druckausgleich]] zwischen Mittelohr und Umgebung nicht schnell genug erfolgen kann. Solche Fluktuationen haben einen erheblichen Einfluss auf Wohlbefinden und Gesundheit. Normalerweise sollten daher im Steigflug 500&nbsp;ft/min und im Sinkflug 350&nbsp;ft/min nicht überschritten werden. Zur Minderung dieser Beschwerden wurde früher ein Bonbon zum Start gereicht. Beim Lutschen bewegt sich das Gaumensegel und die Rachenmuskulatur, was die Dehnung und Öffnung der [[Eustachi-Röhre|Eustachischen Röhre]] fördert, über die ein Druckausgleich erfolgt. Das geht aber bei Bedarf auch über trockenes Runterschlucken, ist aber nur sinnvoll im Steigflug mit abnehmendem Außendruck. Die [[Valsalva-Versuch|Valsalva-Methode]] (Nase zuhalten und Luft in die Nase pressen, bis es in den Ohren knackt) ist auch geeignet, sich Linderung zu verschaffen&nbsp;– allerdings nur beim Sinkflug, wenn der Außendruck wieder zunimmt.

=== Gase ===

Es gibt weitere Einwirkungen auf den Menschen, die bei Luftdruckabfall eintreten können. So dehnen sich Gase im Darm mit steigender ''Kabinenhöhe'' (siehe [[#Kabinenhöhe|Abschnitt Kabinenhöhe]]) aus und können bei Druckabnahme in der Kabine [[Meteorismus]] hervorrufen. Die Luft in den [[Nasennebenhöhlen]] kann ebenfalls zu Beschwerden führen, falls sie wegen einer Entzündung nicht entweichen kann. Das Gleiche gilt (theoretisch) auch für eingeschlossene Luft in Zähnen (z.B. Wurzelentzündung, Wurzelbehandlung).

Kranke Passagiere müssen vor dem Flug mit ihrem Arzt abklären, ob sie eine Druckabnahme, die einem Aufenthalt im Gebirge in 2500&nbsp;m Höhe entspricht, vertragen können.

== Trockene Luft ==

In einer Reiseflughöhe von bis zu 12.000&nbsp;m ist die Luft so kalt, dass sie – absolut – nur noch wenig Wasserdampf enthält. Wegen der Erwärmung der Außenluft in der Klimaanlage verringert sich die relative Luftfeuchtigkeit sehr stark, dass sie die Atemwege der Menschen austrocknen lässt. Deshalb können in moderne Reiseflugzeuge optional Befeuchtungssysteme (Humidifier) installiert werden. Das kostet Energie für die Verdunstung des Wassers oder aber Heizenergie. Es wird auch Trinkwasser gereicht.

== Schadstoffe in der Kabinenluft ==

Die Kabinenluft wird bei modernen Flugzeugen an den Triebwerken gezapft. Nachweisbar können dabei unter bestimmten Umständen (im Fehlerfall) Öldämpfe und mit ihnen Schadstoffe wie das Nervengift [[Trikresylphosphate|TCP]] in die Kabine gelangen. Hunderte Piloten und Flugbegleiter berichteten 2010 über schwere und teils chronische Erkrankungen bis hin zur Berufsunfähigkeit („[[aerotoxisches Syndrom]]“).

Die [[Vereinigung Cockpit]], [[Ver.di]] und [[Unabhängige Flugbegleiter Organisation|UFO]] fordern eine unabhängige und umfassende Untersuchung der [[Kausalkette]] [[Stoffreinheit#Verunreinigung (Kontamination)|Kontamination]] der Luft bis hin zum Krankheitsbild.<ref>''[http://www.vcockpit.de/index.php?id=333&tx_ttnews%5Btt_news%5D=13030&tx_ttnews%5BcObj%5D=696 vcockpit.de VC, ver.di und UFO fordern eine unverzügliche, umfassende und unabhängige Untersuchung]''. 19. Mai 2010</ref>

Ein vertrauliches Papier des [[Bundesverband der Deutschen Fluggesellschaften|Bundesverbandes der deutschen Fluggesellschaften (BDF)]] von 2010 besagt, dass sich viele Fluggesellschaften Sorgen um ihren Ruf machen.<ref>{{internetquelle |autor=Tim van Beveren |hrsg=Welt Online |url=https://www.welt.de/welt_print/wissen/article9012413/Vergiftete-Kabinenluft-bringt-deutsche-Airlines-in-Bedraengnis.html |titel=Vergiftete Kabinenluft bringt deutsche Airlines in Bedrängnis |datum=2010-08-15 |zugriff=2012-09-04}}</ref>

Die Boeing B787 („Dreamliner“) entnimmt als einer der ersten modernen Passagierjets die Kabinenluft nicht mehr an den Triebwerken.<ref>[http://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/articles/qtr_4_07/AERO_Q407_article2.pdf B787 No-Bleed systems architecture]</ref>

== Raumfahrt ==
Raumfahrern dient die Überdruckkabine als künstliche „Atmosphäre“ zum Überleben in der völligen Luftleere des Weltraums. Da zu Vakuum die Druckdifferenz maximal ist, müssen Raumfahrzeuge besonders stabil gebaut sein, um ein Platzen zu vermeiden. Auch [[Raumanzug|Raumanzüge]] werden unter – jedoch geringerem – Innendruck gehalten.

=== Sauerstoffatmosphäre ===
Um den Partialdruck des Sauerstoffs in den Lungen zu erhöhen, kann statt einer Druckerhöhung auf ein physiologisch verträgliches Niveau alternativ auch die Sauerstoffkonzentration in der Kabine erhöht werden. Nichts anderes machen Piloten im Flugzeug, die ohne Druckkabine in nicht allzu extremen Höhen fliegen (ca. 3000 bis 5000&nbsp;m) und über eine kleine Sauerstoffsonde ihrer Atemluft etwas Sauerstoff hinzufügen. Das geht aber nur bis zu einer gewissen Abnahme des Luftdrucks in der Kabine.

Konstruktiv wurde die Sauerstoffanreicherung der Kabinenatmosphäre mit Sauerstoff nicht in Flugzeugen angewandt, sehr wohl aber in den amerikanischen [[Mercury-Programm|Mercury]]-, [[Gemini-Raumschiff|Gemini]]- und [[Apollo (Raumschiff)|Apollo-Raumschiffen]]. Ihre Kabinenatmosphäre bestand während des Fluges aus reinem Sauerstoff bei einem Drittel des Drucks auf der Erde (34 % des Erddrucks in Meereshöhe = 344&nbsp;hPa). Durch den niedrigeren Innendruck konnten die Raumschiffe leichter sein. Nach den leidvollen Erkenntnissen aus der Katastrophe mit [[Apollo 1]] wurde (nur in der Startphase) 40 % [[Stickstoff]] hinzugefügt. Da in den sowjetischen Raumschiffen eine Stickstoff-Sauerstoffatmosphäre mit Druck auf Meereshöhe herrschte, gab es bei der Ankoppelung zwischen beiden im Rahmen des [[Apollo-Sojus-Projekt]]es (1975) einige diesbezügliche Probleme zu lösen. In der Sojus-Kommandokapsel wurde der übliche Druck von 100 % der Erdatmosphäre (1013&nbsp;hPa) für diese Mission auf 68 % reduziert (689&nbsp;hPa). Das Apollo-Raumschiff führte einen Dockingadapter mit, der als Koppelmodul und Luftschleuse diente.

Die Erhöhung des Sauerstoff(partial)drucks – und etwas auch das Weglassen von Stickstoff – erhöht die Brandgefahr. Erst beim [[Space Shuttle]] ging auch die [[NASA]] auf eine Stickstoff-Sauerstoffatmosphäre bei Normaldruck über.

== Eisenbahn ==
{{Staatslastig|DE}}
{{Hauptartikel|Druckertüchtigte Schienenfahrzeuge}}
Auch [[Eisenbahn]]züge wie der [[InterCityExpress|ICE]], [[InterCity|IC]] und fast alle Züge des Regionalverkehrs verwenden mittlerweile Druckkabinen, um trommelfellbelastende Luftdruckstöße bei der Einfahrt in einen Tunnel oder Begegnung mit einem Gegenzug zu vermeiden. Dies resultiert aus den höheren Fahrgeschwindigkeiten und gestiegenen Komfortansprüchen.

== Literatur ==
* Lufthansa Flight Training: ''Airframe and systems 2''. Verkehrsfliegerschule, Bremen März 2001.
* E. Hunt, H. Reid, D. Space, F. Tilton: ''Commercial Airliner Environmental Control System, Engineering Aspects of Cabin Air Quality''. Anaheim California May 1995

== Siehe auch ==
* [[Druckkörper (Physik)]]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=7670949-8}}

[[Kategorie:Luftfahrttechnik]]
[[Kategorie:Raumfahrttechnik]]

[[ja:与圧#航空機]] <!-- Weiterleitung -->