Kein Verkehrsflugzeug der Welt hat eckige Fenster. Diese Form ist keine Designlaune, sondern die Folge einer Unglücksserie, die 1954 zwei Maschinen über dem Mittelmeer auseinanderbrechen ließ. Runde Flugzeugfenster stehen für eine der aufwendigsten technischen Untersuchungen des 20. Jahrhunderts, an deren Ende ein kompletter Rumpf in einem Wasserbecken barst. Die bekannteste Version dieser Geschichte stimmt allerdings nur zur Hälfte, denn der entscheidende Riss saß gar nicht dort, wo ihn fast alle Erzählungen vermuten.
Wer im Flugzeug am Fenster sitzt, blickt durch eine ovale Scheibe mit weich auslaufenden Kanten. Kein Hersteller weicht davon ab, weder bei einem Regionaljet mit siebzig Sitzen noch bei einem Großraumflugzeug mit vier Triebwerken. Diese Einheitlichkeit ist ungewöhnlich, denn fast alles andere an einem Verkehrsflugzeug unterscheidet sich von Modell zu Modell. Runde Flugzeugfenster sind deshalb kein ästhetischer Zufall, sondern eine Konstruktionsregel, die aus Erfahrung entstanden ist. In den frühen Jahren der zivilen Luftfahrt sahen die Öffnungen im Rumpf noch ganz anders aus. Sie waren rechteckig, teilweise fast quadratisch, und niemand sah darin ein Risiko. Erst als Passagierflugzeuge in Höhen vorstießen, in denen der Innendruck der Kabine deutlich über dem Außendruck liegt, wurde aus einer harmlosen Fensterform ein Problem, das 56 Menschen das Leben kostete und die gesamte Branche zwang, ihre Sicherheitsphilosophie neu zu schreiben.
Der Grund dafür liegt in der Druckkabine. In Reiseflughöhe von rund zehn Kilometern ist die Luft so dünn, dass Menschen ohne künstlichen Innendruck binnen weniger Minuten bewusstlos würden. Also wird der Rumpf bei jedem Flug aufgepumpt und beim Sinkflug wieder entlastet. Beim ersten Düsenverkehrsflugzeug der Welt, der de Havilland Comet, lag dieser Überdruck bei etwa 0,57 bar und damit bei mehr als dem Doppelten dessen, was Propellermaschinen bis dahin aushalten mussten. Jeder Flug dehnt die dünne Aluminiumhaut ein Stück und lässt sie danach wieder schrumpfen. Dieses ständige Weiten und Zusammenziehen bleibt folgenlos, solange sich die Kräfte gleichmäßig über die Fläche verteilen. An scharfen Ecken tun sie das nicht. Dort staut sich die Belastung auf engstem Raum, und genau an dieser Stelle beginnt die Geschichte, die den Flugzeugfenstern ihre heutige Form gegeben hat.
Am 2. Mai 1952 startete in London eine Maschine der British Overseas Airways Corporation nach Johannesburg und eröffnete damit den weltweit ersten planmäßigen Linienverkehr mit einem Düsenflugzeug. Die de Havilland Comet trug das Kennzeichen G-ALYP, bot Platz für 36 Passagiere und flog mit rund 780 Kilometern pro Stunde in etwa 10.700 Metern Höhe. Vier Triebwerke steckten in den Flügelwurzeln, sodass der Rumpf ohne Ausbuchtungen blieb, und die Kabine war im Vergleich zu den lauten Propellermaschinen erstaunlich ruhig. Fahrgäste flogen erstmals über dem Wetter statt mitten hindurch. Für die britische Luftfahrtindustrie war das Flugzeug ein nationales Prestigeobjekt und der amerikanischen Konkurrenz mehrere Jahre voraus. Die großen, fast rechteckigen Fenster galten dabei als Komfortmerkmal und nicht als Schwachstelle.
Am 10. Januar 1954 stieg genau diese Maschine nach dem Start in Rom durch etwa 8.200 Meter, als der Funkkontakt abriss. Vor der Insel Elba wurden Trümmer und 35 Tote aus dem Mittelmeer geborgen. Die Flotte blieb zunächst am Boden, wurde überprüft, an mehreren Stellen verstärkt und Ende März 1954 wieder freigegeben. Nur gut zwei Wochen später, am 8. April 1954, zerbrach in der Nähe von Neapel die Comet G-ALYY, 21 Menschen starben. Damit schieden ein einzelner Defekt und ein Bedienfehler als Erklärung aus, denn zwei baugleiche Flugzeuge waren unter fast identischen Bedingungen zerstört worden. Die britische Regierung entzog dem Muster die Zulassung und setzte eine Untersuchungskommission unter Lord Cohen ein, deren Bericht 1955 erschien.
Die technische Untersuchung übernahm das Royal Aircraft Establishment in Farnborough unter seinem Direktor Arnold Hall. Über Monate hinweg holten Bergungsschiffe Wrackteile aus rund 150 Metern Tiefe an die Oberfläche, die anschließend auf einem hölzernen Gerüst zu einem Rumpf zusammengesetzt wurden. Parallel dazu entstand der Versuchsaufbau, der die Untersuchung berühmt gemacht hat. Die Ingenieure bauten um eine ausgemusterte Comet ein riesiges Becken und fluteten es mit etwa 900.000 Litern Wasser. Danach wurde der Innendruck der Kabine immer wieder erhöht und abgesenkt, wobei jeder einzelne Zyklus einem kompletten Flug entsprach. Wasser statt Luft wählten sie bewusst, denn komprimierte Luft speichert so viel Energie, dass ein Bruch die Beweise zerfetzt hätte.
Die Testmaschine mit dem Kennzeichen G-ALYU hatte bereits 1.230 Flüge mit Druckkabine hinter sich, im Becken kamen 1.830 künstliche Zyklen hinzu. Nach insgesamt rund 3.060 Druckzyklen riss die Rumpfhaut auf, und zwar an der Ecke einer fast quadratischen Öffnung im vorderen Rumpfbereich, dem Notausstieg. Ausgelegt war die Struktur auf 10.000 Flüge. Sie hielt also nicht einmal ein Drittel dessen aus, was die Konstrukteure erwartet hatten. Welche Annahmen dieser Rechnung zugrunde lagen, zeichnet ein Fachvortrag an der HAW Hamburg im Detail nach. Materialermüdung war als Phänomen längst bekannt, doch für eine dünne, mehrfach gekrümmte Druckkabine hatte sie niemand belastbar berechnen können.
Die Version, die sich seit Jahrzehnten hält, lautet: eckige Passagierfenster brachten die Comet zum Absturz. Das trifft die Physik richtig und die Fundstelle falsch. Als die Ingenieure das Wrack von G-ALYP auswerteten, fanden sie den Ursprung des Bruchs nicht an einem Kabinenfenster, sondern an einer kleinen Öffnung im Dach des Rumpfes, dem Ausschnitt für die Antenne des automatischen Funkpeilers. An einer Bohrung in der Ecke dieses Ausschnitts hatte sich ein Riss gebildet, der sich mit jedem Flug ein Stück weiter durch das Blech arbeitete. Spätere bruchmechanische Analysen schätzten den anfänglichen Fehler auf etwa 100 Mikrometer, also weniger als die Dicke eines Blattes Papier. Die Maschine absolvierte zu diesem Zeitpunkt ihren 1.286. Flug mit Druckkabine.
Dass die Fensterform trotzdem zu Recht in Verruf geriet, liegt am gemeinsamen Prinzip dahinter. Jeder Ausschnitt in einer tragenden Haut ist eine Kerbe, und je enger der Radius, desto stärker konzentriert sich die Kraft an dieser einen Stelle. Ob es sich um ein Fenster, eine Luke oder ein Antennenloch handelt, ist der Rumpfhaut gleichgültig. Ein Gegenbeispiel liefert die französische Caravelle: Sie bekam dreieckige Fenster und blieb in dieser Hinsicht unauffällig, weil ihre Ecken großzügig ausgerundet waren. Irreführend war zudem ein früherer Test des Herstellers, bei dem eine Rumpfsektion 18.000 Zyklen überstand. Sie war zuvor jedoch mit dem doppelten Betriebsdruck geprüft worden, was das Material örtlich verformte und die Lebensdauer künstlich verlängerte. Wie zäh solche Schäden sind, beschäftigt die Werkstoffforschung bis heute, auch wenn sich winzige Ermüdungsrisse unter Laborbedingungen sogar wieder schließen können.
Die Konsequenz war keine runde Scheibe um ihrer selbst willen, sondern ein völlig neuer Umgang mit Spannungsspitzen. Abgerundete Ecken verteilen die Kraft über eine größere Fläche, statt sie in einem Punkt zu bündeln, und schon ein deutlich größerer Radius senkt die örtliche Belastung erheblich. Zusätzlich erhielten Ausschnitte kräftige Verstärkungsrahmen, Bohrungen wurden sauberer ausgeführt und Nietbilder verändert. Wichtiger noch war der Bruch mit der bisherigen Denkweise. Bis dahin galt das Prinzip der sicheren Lebensdauer, bei dem ein Bauteil nach einer berechneten Zahl von Flügen ausgetauscht wird. Die Lehrsammlung der US-Luftfahrtbehörde FAA führt die Comet deshalb bis heute als Musterfall. An die Stelle der starren Lebensdauer trat die Vorstellung, dass ein Riss entstehen darf, solange er entdeckt wird, bevor er gefährlich wird. Vollmaßstäbliche Ermüdungsversuche wurden Pflicht, und die Ergebnisse flossen offen in die Comet 4 und die Boeing 707 ein.
Ein heutiges Flugzeugfenster besteht aus drei Schichten. Die äußere Scheibe trägt den Druckunterschied, die mittlere dient als Reserve und die innere schützt vor Kratzern und Stößen aus der Kabine. In der mittleren Scheibe sitzt ein winziges Loch, das viele Passagiere für einen Schaden halten. Es sorgt dafür, dass der Kabinendruck an der äußeren Scheibe anliegt und die mittlere im Normalbetrieb entlastet bleibt, und es verhindert zugleich Beschlag zwischen den Schichten. Die Scheiben selbst bestehen aus gerecktem Acrylglas, das gutmütiger reißt als Silikatglas. Die Form bleibt oval, weil jeder zusätzliche Zentimeter Radius die Belastung an der Ecke senkt. Wer beim nächsten Start hinausschaut, blickt damit auf das sichtbarste Erbe zweier Abstürze im Frühjahr 1954.
Engineering Failure Analysis, Fatigue failure of the de Havilland Comet I; doi:10.1016/S1350-6307(97)00005-8