Kabinendruck

Kabinendruck wird verwendet, um eine sichere und komfortable Umgebung für Fluggäste und Crew während eines Fluges auf einer großen Höhe. Der Kabinendruck wird erzeugt, indem klimatisierte Luft in die Kabine des Flugzeuges gepumpt wird, die üblicherweise von den Triebwerken auf der Verdichterstufe abgezapft wird. Die Luft wird dann gekühlt, mit Feuchtigkeit angereichert, wenn notwendig mit der Umluft gemischt und durch ein oder mehrere Umgebungssteuerungssysteme in der Kabine verteilt. Der Druck in der Kabine wird durch das Ablaugventil geregelt.

Notwendigkeit

Der Kabinendruck muss ab einer Höhe von 3.800 bis 4.300 Meter über dem Meeresspiegel reguliert werden. Der niedrige Luftdruck der Umgebung kann auf dieser Höhe eine Reihe von physiologischen Problemen verursachen.
Hypoxie (Mangelversorgung des Gewebes mit Sauerstoff). Der niedrige partielle Sauerstoffdruck in der Höhe reduziert die alveolare Sauerstoffspannung in der Lunge und folglich im Gehirn, was zu verlangsamter Wahrnehmung, verschlechtertem Sehvermögen, Bewusstlosigkeit und schließlich zum Tod führen kann. Personen mit Herz- oder Lungenkrankheiten können bereits ab einer Höhe von 1.500 Meter die ersten Symptome der Hypoxie verspüren, obwohl die meisten Menschen sich in einer Höhe von etwa 2.400 Meter ohne Anzeichen der Krankheit aufhalten können. In dieser Höhe beträgt der Anteil des Sauerstoffes in der Luft 25% weniger, als auf der Höhe des Meeresspiegels. Hypoxie kann durch Verabreichen von zusätzlichem Sauerstoff entweder durch die Sauerstoffmaske oder eine Nasenkanüle, behandelt werden. Sauerstoff kann ohne Kabinendruck bis zu einer Höhe von 12.000 Meter in ausreichendem Maße bereitgestellt werden. Dies liegt daran, dass eine sonst auf der Meeresspiegelhöhe lebende Person etwa 0,20 bar Sauerstoffpartialdruck braucht, um normal funktionieren zu können. Dieser Druck kann auch bis zu 12.000 Meter Höhe dadurch beibehalten werden, dass der Stoffmengenanteil des Sauerstoffes in der Atemluft erhöht wird. Auf einer Höhe von 12.000 Meter fällt der Umgebungsdruck auf ein Minimum von 0,20 bar. Um den minimalen Sauerstoffpartialdruck aufrechtzuerhalten, muss 100%er Sauerstoff durch die Sauerstoffmaske eingeatmet werden. Sauerstoffmasken in den Fluggastkabinen eines Luftfahrzeuges müssen keine Atemmasken mit Druckanforderung sein, da die meisten Flugzeuge nicht auf eine Höhe von über 12.000 Meter aufsteigen. Beim Überschreiten dieser Höhe fällt der Sauerstoffpartialdruck auf unter 0,20 bar, sodass ein gewisser Kabinendruck wieder hergestellt oder das Flugzeug auf eine geringere Höhe absteigen muss, um das Risiko von Hypoxie zu vermeiden.
Höhenkrankheit. Meistens reagiert der Körper auf Hypoxie mit Hyperventilation. Teilweise hilft das, um den Sauerstoffpartialdruck in der Lunge wieder herzustellen. Hyperventilation verursacht aber auch die Freisetzung von Kohlenstoffdioxid im Blut, welches die pH-Werte steigert und Alkalose hervorruft. Dies kann sich an der Müdigkeit, Übelkeit, Kopfschmerzen, Schlaflosigkeit und, vor allem auf Langstreckenflügen, sogar Lungenödem bemerkbar machen. Die gleichen Symptome können Bergsteiger erleben, aber die kurze Dauer des Fluges macht die Entwicklung eines Lungenödems unwahrscheinlich. Beim Bergsteigen verlaufen jedoch andere Krankheitssymptome auf Grund vom langsamen Aufsteigen und der Akklimatisation weniger auffällig.
Dekompressionskrankheit. Der niedrige Partialdruck der Gase, hauptsächlich Stickstoff, kann das Ausfallen der im Blut gelösten Gase verursachen, was zur Gasembolie oder Gasbläschen im Blut führen kann. Dieselbe Erscheinung tritt bei | Tauchern beim Aufsteigen aus der Tiefe auf. Die bei der Dekompressionskrankheit auftretenden Symptome können subkutaner Juckreiz, Müdigkeit, Vergesslichkeit, Kopfschmerzen bis hin zur Thrombose und Schlaganfall sein.
Barotrauma. Während des Steigens oder des Sinkens können bei Passagieren Beschwerden oder akute Schmerzen auftreten, da die Gase im Körper sich ausdehnen oder zusammenziehen. Unangenehme Empfindungen kommen am häufigsten im Mittelohr oder in den Nasennebenhöhlen vor, aber auch im Magen-Darm-Trakt und sogar in den Zähnen können Schmerzen auftreten. Diese sind meist nicht stark genug, um ein eigentliches Trauma zu verursachen, können aber in Ohrschmerzen resultieren, die auch nach dem Flug bestehen bleiben und sich verschärfen können.
Unterdrucksetzen des Laderaumes ist ebenso erforderlich, um druckempfindliche Güter zu schützen.

Kabinendruckhöhe

Der Druck in der Kabine wird in der Fachsprache als „äquivalente effektive Kabinendruckhöhe“ (engl.: equivalent effective cabin altitude) oder einfach Kabinendruckhöhe bezeichnet. Kabinendruckhöhe entspricht dem Luftdruck auf der Meeresspiegelhöhe. In der Praxis ist sie aber aufgrund der spezifischen Bauweise des Rumpfes und der Notwendigkeit, in höheren Gegenden zu landen, immer etwas höher. Die Kabinendruckhöhe wird bei einer Reiseflughöhe von 12.000 Meter beim Steigflug kontinuierlich bis zu der Höhe von 2.000 Meter ansteigen und verringert sich langsam beim Sinkflug, bis sie dem Luftdruck der Umgebung entspricht.
Die Kabinendruckhöhe, zum Beispiel bei einer Boeing 767, wird typischerweise dem Druck auf der Höhe von 2.400 Meter äquivalent sein, während das Flugzeug sich auf einer Reiseflughöhe von 12.000 Meter befindet. Neue Flugzeugmodelle werden mit dem Ziel entworfen, die Kabinendruckhöhe zu senken. Zum Beispiel, die Kabinendruckhöhe einer Boeing 787 Dreamliner entspricht dem Luftdruck in 1.800 Meter.
Eine Kabinendruckhöhe von unter äquivalent 2.400 Meter mildert typischerweise die Auswirkungen von Hypoxie, Höhenkrankheit, Dekompressionskrankheit und Barotrauma signifikant. Deshalb schreiben Luftfahrtbehörden vieler Staaten vor, dass die Kabinendruckhöhe unter normalen Betriebsbedingungen die maximalen Werte nicht überschreiten darf. Diese obligatorische maximale Kabinendruckhöhe beseitigt nicht alle physiologischen Probleme. So wird beispielsweise Passagieren mit Erkrankungen wie Pneumothorax (verhinderte Ausdehnung eines Lungenflügels) von Flügen abgeraten, wenn sie noch nicht vollständig gesund sind.

Plötzlicher Druckverlust

Der Begriff „plötzlicher Druckverlust“ bezieht sich auf einen ungeplanten Druckabfall in der Kabine eines Luftfahrzeuges. Der Druckabfall kann durch menschliche Fehler, Materialermüdung, Baufehler oder sonstige Einwirkungen auf den Druckluftbehälter, die ihn undicht machen oder gänzlich außer Betrieb setzen.
Plötzlicher Druckabfall in der Kabine ist selten, hat aber in der Vergangenheit zu einer Reihe von fatalen Unfällen geführt.
Der Ausfall der Luftdrucksysteme des Flugzeuges auf einer Höhe über 3.000 Meter erfordert einen schnellen Abstieg auf 2.400 Meter, sodass gleichzeitig der sichere Bodenabstand eingehalten wird. Die Sauerstoffnotfallversorgungssysteme sehen genug Sauerstoff für jeden Flugzeuginsassen vor, sodass Piloten ausreichend Zeit haben, auf eine Höhe von unter 2.400 Meter abzusteigen. Ohne Notfallsauerstoff würde Hypoxie zu Bewusstlosigkeit und einem anschließenden Verlust der Kontrolle über das Flugzeug führen. Wenn der Druck fällt, kann auch die Lufttemperatur auf die Außenlufttemperatur sinken und Unterkühlung oder Erfrierung verursachen.

Arten

Explosive Dekompression

Eine explosive Dekompression erfolgt sehr schnell, sodass die Luft aus der Lunge noch nicht vollständig entweichen kann. Das Risiko eines Lungentraumas ist sehr hoch. Nach einer explosiven Dekompression kann sich das Flugzeuginnere mit einem dichten Nebel füllen, da die Kabinenluft sich abkühlt und kondensiert.

Rapide Dekompression

Schneller Druckabfall dauert in der Regel von 0,1 bis 0,5 Sekunden, sodass der Luftdruck in der Lunge schneller abfällt, als der in der Kabine. Die Gefahr von Lungenschäden ist immer noch vorhanden, ist aber im Vergleich zur explosiven Dekompression deutlich geringer.

Langsame Dekompression

Langsamer oder schrittweiser Druckabfall passiert langsam genug, um unbemerkt zu bleiben und kann oft nur von Geräten entdeckt. Dieser Art der Dekompression kann auch durch die Unmöglichkeit zum Unterdrucksetzen während des Steigfluges auftreten. Ein Beispiel dazu stellt die Katastrophe von Helios Airways Flug 522 aus dem Jahr 2005 dar, bei dem die Piloten es versäumt haben, den automatischen Druckaufbau im Flugzeug zu prüfen und dann auf die Warnungen der Flugzeugtechnik zu achten. Zusammen mit den meisten der Passagiere und der Kabinen-Crew verloren sie infolge der Hypoxie das Bewusstsein und das Flugzeug stürzte in der Nähe von Athen ab, nachdem nach mehreren Warteschleifen der Treibstoff ausgegangen war.

Mythen

Die Explosion des Körpers im Vakuum
- Dieses Vorurteil basiert auf der Unfähigkeit, zwei Arten von Dekompression zu unterscheiden: die eine vom normalen Luftdruck hin zum Vakuum und der anderen vom außergewöhnlich hohen Luftdruck hin zum normalen.

Die erste Art, ein plötzlicher Wechsel vom normalen Luftdruck hin zum Vakuum, ist die häufigste. Untersuchungen und Erfahrung in der Weltraumforschung und Höhenluftverkehr haben gezeigt, dass die Einwirkung von Vakuum zwar Schwellungen verursachen kann, jedoch ist die menschliche Haut robust genug, um dem standzuhalten, wenngleich die folgende Hypoxie innerhalb von Sekunden zur Bewusstlosigkeit führt. Es ist auch möglich, dass ein Lungenbarotrauma (Lungenbruch) beim zwangsweisen Anhalten der Luft auftreten wird.
Die zweite Art der Dekompression ist selten, da die einzige normale Situation, in der sie auftreten kann, ist nach dem Tiefseetauchen. Es wurde nur ein Fall dokumentiert - der Dekompressionsunfall auf der Byford Dolphin Insel von 1983. Dabei handelte es sich um zwei Druckkammer, die mit einer Taucherglocke verbunden waren. Beim Verlassen der Taucherglocke nach dem Tauchen wurde eine Klemmvorrichtung aus unbekanntem Grund geöffnet, was eine explosive Dekompression und eine gewaltige Druckwelle ausgelöst hat. Ein Opfer explodierte tatsächlich aufgrund von Ausdehnung der Gase im Körper. Dieser Unfall wäre nicht passiert, wenn die Dekompression lediglich einen Wechsel von einer normalen Atmosphäre hin zum Vakuum herbeigeführt hätte.

Kugeln und explosive Dekompression
- Flugzeugrümpfe werden durch Spante und Stringer verstärkt. Das Ausmaß der Beschädigung des Rumpfes entscheidet neben anderen Faktoren über die Schnelligkeit der Dekompression. Ein Kugelloch ist nicht groß genug, um eine explosive oder rapide Dekompression herbeizuführen.

Dekompressionsverletzungen

Folgende Verletzungen und gesundheitliche Beeinträchtigungen können infolge einer Dekompression entstehen:

Hypoxie
Barotrauma
Dekompressionskrankheit
Verletzungen am Körper durch die Gewalt der explosiven Dekompression und umherfliegende Gegenstände
Höhenkrankheit
Unterkühlung und Erfrierung

Zeit bis zur Bewusstlosigkeit

Im englischen Fachvokabular der Luftfahrt existiert der Begriff „time of useful consciousness (TUC)“, welcher sinngemäß übertragen die Zeit bezeichnet, in der eine Person in einer Umgebung mit mangelnder Sauerstoffversorgung noch in der Lage ist, Flugleistungen adäquat zu erbringen. Es ist der Zeitabschnitt zwischen der Unterbrechung der Sauerstoffversorgung oder dem Beginn der Einwirkung einer sauerstoffarmen Umgebung bis zu dem Zeitpunkt, ab dem die Person nicht mehr imstande ist, richtige Gegen- oder Schutzmaßnahmen zu treffen (nicht zu verwechseln mit der Zeit der totalen Bewusstlosigkeit). Auf größeren Flughöhen wird die TUC sehr kurz. Im Hinblick auf die Gefahr liegt der Schwerpunkt vielmehr auf der Prävention, als auf dem richtigen Umgang mit der bereits eingetreten Situation.
Hypoxie kann individuell viele Formen annehmen. Faktoren wie das Alter, Zigarettenkonsum oder Krankheiten der Atemwege können Einfluss auf die Fähigkeit des Körpers, Sauerstoff aufzunehmen, ausüben. Folgende Tabelle spiegelt verschiedene Flughöhen mit den dazugehörigen durchschnittlichen TUC für junge und gesunde Militärpiloten dar:

Flughöhe in Meter	TUC
4,572	30 Minuten und mehr
5,486	20 bis 30 Minuten
6,705	5 bis 10 Minuten
7,620	3 bis 6 Minuten
8,534	2,5 bis 3 Minuten
9,144	1 bis 3 Minuten
10,668	30 bis 60 Sekunden
12,192	15 bis 20 Sekunden
13,106	9 bis 15 Sekunden
15,240	6 bis 9 Sekunden

Eine rapide Dekompression kann die TUC um circa 50% reduzieren.

Siehe auch

Urteile und Rechtsprechung