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Frischluftversorgung

Airbus A380 - Klima an Bord

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Bei einem Langstreckenflug mit mehr als 550 Passagieren an Bord werden an die Klimaanlage des Megaliners höchste Anforderungen gestellt. Während in Toulouse schon die ersten Maschinen montiert werden, tüfteln in Hamburg noch Spezialisten an einer Optimierung der Versorgung mit Frischluft.

In einer Halle des Airbus-Werkes in Hamburg-Finkenwerder ist ein skurril aussehendes, dreistöckiges Gerüst aufgebaut, das Reich von Dr. Wolfgang Gleine, Senior Manager Akustik und Systemversuche und seiner Mitarbeiter. Bei näherem Hinsehen, unterstützt von Erläuterungen des Hausherrn, schält sich aus dem Wirrwarr von Gerüsten, Kabeln und Leitungen die Nachbildung der kompletten Klimaanlage der A380 heraus, installiert in einem „Rumpf“, dessen Konturen von hölzernen Spanten gebildet werden.

„Die äußere Hülle bekamen wir praktisch von den Konstrukteuren vorgegeben, als wir den Auftrag erhielten, in diese Röhre eine komplette Klimaanlage einzubauen, die alle Spezifikationen erfüllen muss.“ Sie sollte so leicht wie möglich, aber so sicher wie nötig sein und durfte mit den Installationen der anderen Fachbereiche nicht kollidieren, berichtet Dr. Gleine. „Kurz gesagt: Wir müssen jedem Passagier, ganz egal, wo er seinen Platz hat, saubere Atemluft ohne Partikel und Keime, mit angenehmer Temperatur und Feuchtigkeit sowie ohne Lärmbelästigung bereitstellen.“

Kundenanforderungen und Spezifikationen

Bei einem Langstreckenflug mit mehr als 550 Passagieren an Bord werden an die Klimaanlage des Megaliners höchste Anforderungen gestellt. Foto und Copyright: Airbus S.A.S.

Begonnen hat die ganze Entwicklung mit der Formulierung dieser Kundenanforderungen, welche den Komfortanspruch der A380 mit der Funktionalität eines Lebenserhaltungssystems verbinden. Dazu kommt der Zwang der Masse- und Volumeneinsparung, denn zum einen darf die Abflugmasse des Flugzeuges nicht zu groß werden, und zum anderen sollte das gesamte System möglichst nicht zu viel vom Frachtraum beanspruchen, den man sich schließlich vom Frachtkunden bezahlen lassen will.

Spezifikationen

Sind die Anforderungen formuliert, werden sie mit den technischen Parametern abgeglichen und daraus die Spezifikationen abgeleitet: Wie groß muss der Mindestdurchsatz der Luftleitungen sein, damit genügend Atemluft, genügend Heiz- oder Kühlleistung eingespeist werden kann? Wie groß sind daraus resultierend die Rohrquerschnitte und die Aggregate? Wieviel Zapfluft steht bei den neuen Triebwerken mit welchem Druck und welcher Temperatur zur Verfügung? Wieviel kalte Stauluft von außen muss noch zugeführt werden? – um nur einige zu nennen.

Konstruktion

Oberdeck einer nicht ausgestatteten A380. Foto und Copyright: Matthias Gründer

Nach der vorläufigen Festlegung all dieser Daten konnte die Konstruktion beginnen. Vorläufig deshalb, weil sich zum einen aus dem Betrieb noch zahlreiche Änderungen ergeben können und zum anderen, weil selbst mit der modernsten Computertechnik nicht alles berechnet werden kann. Auch heute noch muss man manche Teile erst einmal bauen, um dann zu testen, ob sie so überhaupt eingesetzt werden können.

Zum Verständnis der Funktionsweise der Klimaanlage begibt man sich am besten ins „Erdgeschoss“ der Konstruktion, ins Unterdeck der A380 also. Hier fallen drei große Aggregate auf, seitlich zwei Wärmetauscher und in der Mitte eine Mischkammer. Ausgehend vom geforderten Luftdurchsatz mussten zwei ziemlich große Wärmetauscher gebaut werden, in welchen die Zapfluft vom Triebwerk mit Stauluft von außen gekühlt wird. Die Größe dieser Anlagen ergab die Notwendigkeit, sie erstmals in der Geschichte des modernen Flugzeugbaus aus dem Frachtraum herauszunehmen und in den Flügel, direkt neben die inneren Triebwerke zu verlegen.

Von hier aus wird die Luft in die Mischkammer geleitet, wo sie mit aufbereiteter Luft aus der Kabine vermischt und wieder in das Verteilungssystem eingespeist wird. „Der Mixer ist nur ein Beispiel der empirischen Datensammlung. Wir haben ihn so lange erprobt und verändert, bis er funktionierte“, erzählt Dr. Gleine.

Jedes Einzelteil wurde hier in Hamburg konstruiert und erprobt, doch erst beim Zusammenbau zeigt sich, ob alles wirklich funktioniert. Dann gehen die Bauaufträge an die Herstellerfirmen in ganz Europa, und was da zurück kommt, ist teils aus Metall, teils aus Kunststoff, und manche der Rohre bestehen gar nur aus harzgetränktem Papier – unglaublich leicht, aber zugleich stabil. Nun beginnt die Verifikation des Systems, bei der sich herausstellt, ob die Systeme die Spezifikation erfüllen. Installation in dem bereits erwähnten, dreistöckigen Gerüst und, als Nagelprobe sozusagen – der erste Groundtest.

Groundtest

Computergrafik des Röhrensystems der Klimaanlage. Nicht abgebildet sind die Wärmetauscher in den Tragflügeln. Foto und Copyright: Airbus S.A.S.

Dazu wird in einer benachbarten Halle eine APU angefahren, welche die Zapfluft liefert, und nun beginnen hunderte von Sensoren zu arbeiten, welche anzeigen, ob an jedem einzelnen Platz tatsächlich genügend saubere Luft ankommt. Diese wiederum steht natürlich unter Druck, damit sie auch bis in den letzten Winkel kommt. Sich bewegende Luft in einem Gewirr von Rohren mit ständig wechselndem Querschnitt hat jedoch die unangenehme Eigenschaft, ebenso unangenehme Töne hervorzubringen. Es gilt also, die Luft möglichst weich zu verteilen und notfalls Schalldämpfer einzubringen. Das Ergebnis: Die A380 ist schon vor ihrem Erstflug eines der Flugzeuge mit den leisesten Kabinengeräuschen.

Zudem müssen die Spezialisten einem weiteren physikalischen Phänomen vorbeugen, wie Dr. Gleine berichtet: „Unter bestimmten Bedingungen kann durch das Zusammentreffen sehr heißer Luft aus dem Triebwerk und sehr kalter Außenluft in Reiseflughöhe Eis in den Röhren entstehen. Das Ergebnis wäre, dass es aus den Luftaustrittsöffnungen in der Kabine schneit.“ Selbstredend widerspräche das entschieden dem Komfortanspruch der A380, und deswegen muss jedes Rohr auf solche Stellen untersucht werden, an denen sich Eis bilden könnte, damit man hier Abhilfe schaffen kann. Das schwierigste Problem ist aber die gleichmäßige Zirkulation der Luft. Man kann ja nicht nur ständig Frischluft in die Kabine drücken, sondern man muss auch die verbrauchte Luft absaugen, und zwar so, dass der Passagier nicht das Gefühl hat, dass es zieht.

Luftaustausch

Zudem muss die Luft überall gleichmäßig ausgetauscht werden, und wie man das erreicht, sieht man im „Oberdeck“ des Teststandes. Hier sind zahlreiche der Luftaustrittsöffnungen, die wie überdimensionale Staubsaugerdüsen aussehen, mit Sperrholzkästen umschlossen. Am einen Ende wird Luft hineingedrückt und am anderen die Luft abgesaugt. Durch Messung des Differenzdrucks im Kasten kann man nach und nach die Feineinstellung vornehmen, bis der Passagier tatsächlich nichts mehr vom Luftzug merkt.

Gleichmäßiger Austausch bedeutet aber auch sensible Verteilung, denn strömende Luft hat die Eigenschaft, dass sie entsprechend des so genannten „Coanda-Effekts“ stets an der Kontur, sprich der Kabinenwand, anliegt. Zwänge man dem Luftstrom hier nicht andere Wege auf, säßen die Passagiere in der Mitte in der verbrauchten, die auf den Fensterplätzen jedoch in der frischen Luft. Dazu haben die Hamburger einen kompletten Kabinenabschnitt samt Sitzen nachgebaut und die Verkleidungen schwarz gefärbt. Nun wird Luft eingeblasen, die mit Rauch versetzt ist, und mit Kaltlicht (warmes würde die Beobachtungen verfälschen, weil es Einfluss auf die Strömung hätte), die Verwirbelung beobachtet.

Heliumgefüllte Seifenblasen

Zusätzlich sorgt ein Röhrensystem auf den Sitzen für eine warme Gegenströmung, denn Passagiere geben während des Fluges Körperwärme und Schweiß ab. Im Extremfall, wenn die Rauchbilder noch keinen genauen Aufschluss über die Wirksamkeit des Systems zeigen, werden sogar heliumgefüllte Seifenblasen verteilt, deren Bewegung im Luftstrom hervorragend beobachtet werden kann. Das Helium sorgt dafür, dass die Blasen praktisch gewichtslos sind und tatsächlich nur dorthin schwimmen, wohin sie die Luft treibt. All das wird mit einer eigens entwickelten Software am Computer ausgewertet und auf komplizierten Vektorbildern dargestellt. Anhand dieser Messergebnisse wird das System optimiert und teilweise millimetergenau nachgeregelt.

Tests in der Druckkammer und Logistik

Die Strömung wird mit Rauch und Kaltlicht sichtbar gemacht. Foto und Copyright: Airbus S.A.S.

Schließlich werden komplette Abschnitte des Belüftungssystems in einer Druckkammer installiert und bei hoher Feuchtigkeit – sprich viele Passagiere während eines Langstreckenfluges – immer wieder statisch getestet, bis alle Werte zufriedenstellend sind. „Stellen Sie sich nur vor“, sagt Dr. Gleine, „Sie flögen 18 Stunden lang mit 550 anderen Menschen in diesem Flugzeug. Da darf es einfach nicht passieren, dass sie am Ziel völlig erledigt sind.“

Logistik

Währenddessen geht die Arbeit der Logistiker weiter, denn bestätigte und zertifizierte Bauteile müssen an die Industrie übergeben werden, damit diese rechtzeitig produziert und an den rechten Ort liefert. In der neuen A380-Montagehalle nebenan werden schon Sektionen für die Flugzeuge MSN 007 und MSN 008 gebaut, und vor ihrer Ablieferung nach Toulouse muss klar sein, wie das darin zu installierende Klimasystem auszusehen hat. Auch wenn die Hamburger immer noch an ihrem System tüfteln – einsatzbereit ist es bereits jetzt.

FLUG REVUE Ausgabe 06/2004
 

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