Schwerpunkt Rad-Schiene-Geräusche

Simulationstool Rollgeräusche
Lärmarme kontinuierliche Schienenlagerung für den Fernverkehr
Optimiertes Schleifverfahren HSG (High Speed Grinding) für Schienen
Kurvengeräusche
Leiser Zug auf realem Gleis (L Zar G)

Schwerpunkt Antriebsgeräusche

Akustische Qualitätskontrolle
Lüftungsgeräusche
Quietschfreie Hochleistungsscheibenbremse

Leitung des Arbeitskreises: Fachgebiet Schienenfahrzeuge am Institut für Land- und Seeverkehr, TU-Berlin (Prof. M. Hecht)

Die hier aufgeführten Projekte sind abgeschlossen. Ergebnisse siehe TIB/UB, Stichworte „Leiser Verkehr“, „Leiser Schienenverkehr“ und Projektnamen.


Einführung Schienenverkehrslärm

Aus Umweltschutzgründen ist eine Verlagerung des Personen- und Gütertransports von der Straße auf die Schiene notwendig, sowohl im Nah- als auch im Fernverkehr, so dass der Minderung des Schienenverkehrslärms zukünftig verstärkte Bedeutung zukommt. Die wesentlichen Geräuschkompo-nenten des Schienenverkehrs sind

  • Antriebsgeräusche(insbesondere bei Diesellokomotiven),
  • Rad-Schiene-Geräusche und
  • aerodynamische Geräusche (bei Fahrgeschwindigkeiten oberhalb 300 km/h).

Im Nahverkehr (Straßenbahn, S-Bahn, U-Bahn) kommen noch Maschinengeräusche, Kurvenquiet-schen, Rumpel-, Brems-, Rangiergeräusche, akustische Signale usw. hinzu.

Bei den heutigen Zuggeschwindigkeiten dominiert das Rad-Schiene-Geräusch, wobei die dynami-schen Vorgänge im Kontaktbereich Rad/Schiene von ausschlaggebender Bedeutung sind. Das Roll-geräusch ist im Wesentlichen abhängig von der Fahrgeschwindigkeit, dem Zustand der Fahrfläche (glatt, rau) und der Fahrbahnart (Holz- oder Betonschwellen mit Schotterbett, "Feste Fahrbahn", Brücken, Bahnübergänge usw.). Der Zustand der Fahrfläche wird sehr stark von der Art der Bremsen bestimmt: Die bei IC- und ICE-Zügen üblichen Scheibenbremsen sind hier wesentlich günstiger als die Klotzbremsen der Güterzüge, die auf die Radlauffläche eingreifen und dadurch zuerst Fehlstellen auf den Rädern und in Folge Rauheiten der Gleise verursachen

Die Gleisrauheiten lassen sich durch Schleifen wieder beseitigen. Das ergibt bei schlechtem Aus-gangszustand Pegelminderungen von bis zu 20  dB(A) und bei durchschnittlich gepflegten Gleisen von etwa 3  dB(A). Die Wirksamkeit der Schleifverfahren lässt sich wohl noch verbessern.

Bei bestehenden Zügen lassen sich die Rollgeräusche vor allem durch Maßnahmen an den Rädern senken: Durch geeignete Radgeometrien sind bis zu 6  dB(A) Minderung möglich, der Einsatz von Radschallabsorbern bringt bis zu 8  dB(A), Radabdeckungen bis zu 5  dB(A). Die Wirkungen dieser Einzelmaßnahmen lassen sich allerdings nicht addieren. Insgesamt ist jedoch von einem hohen Ent-wicklungspotential auszugehen

Das mangelhafte Image der öffentlichen Schienenverkehrsmittel (Straßen-, S- und U-Bahn) ist mit auf ihr unbefriedigendes Geräuschverhalten auch für die Reisenden zurückzuführen. Eine deutliche Lärmminderung würde ihre Attraktivität erhöhen und könnte so zu einer Verringerung des Individual-verkehrs beitragen.

Aerodynamische Geräusche spielen nur im Hochgeschwindigkeitsverkehr eine Rolle. Wichtige Quellen sind der Zugkopf, die Fahrwerke, die Radkästen, die Übergänge zwischen den Wagen und der Stromabnehmer. Letzterer strahlt als hochliegende Schallquelle über alle Schallschutzwände hinweg ungedämpft ab und ist deshalb von besonderer Bedeutung.

Die vorliegenden Erfahrungen lassen sich zusammenfassen in der Feststellung, dass es keinen einfa-chen Weg zu einer leisen Bahn gibt, weil

  • die physikalischen Grundlagen der Lärmentstehung noch nicht vollständig geklärt sind,
  • eine Vielzahl von zum Teil gegenläufigen Einflussparametern existiert und
  • neben der Forderung nach leisen Zügen technische, infrastrukturelle und ökonomische Randbedingungen berücksichtigt werden müssen.

Der Schwerpunkt der im Bereich Leise Züge und Trassen vorgeschlagenen Vorhaben liegt auf Rad-Schiene-Geräuschen und Antriebsgeräuschen, insbesondere von Güterzuglokomotiven. Der Güter-verkehr bietet beträchtlich Minderungspotentiale. Die heutigen mit Grauguss-Klotzbremsen ausgerüs-teten Güterwagen sind eine dominante Lärmquelle und tragen erheblich zur Lästigkeit bei, besonders weil der Güterverkehr verstärkt in verkehrsschwachen Nachtstunden abgewickelt werden soll. Durch Umstellung auf Kunststoffbremsklötze lässt sich ein zweifacher Nutzen erzielen: neben der objektiven Lärmminderung der Güterwagen geht auch die nächtliche Belästigung zurück. Mit Abschwächung der Rollgeräusche treten dann aber die Antriebsgeräusche der Lokomotive stark in den Vordergrund und bedürfen deshalb der Reduzierung.

Das Ziel aller vorgeschlagenen Projekte ist es, kurz bis mittelfristig eine deutliche Lärmminderung im Schienenverkehr zu erreichen. Dies soll mit verschiedenen Methoden erreicht werden. Ein großer Teil der Projekte geht die Lärmprobleme von der konstruktiven Seite der Fahrzeuge oder des Fahrweges an. Einige Einzelvorhaben zielen auf die Erweiterung des Hintergrundwissens, das notwendig ist, um die nächste Schienenfahrzeuggeneration lärmärmer konstruieren zu können, andere bemühen sich um praktikable akustische Optimierungsvorschläge für bestehende Schienenfahrzeuge, die ja eine Lebenszeit von ca. 30 Jahren haben. Insgesamt ist ein Lärmminderungspotential bis 25 – 30  dB(A) vorhanden.


Verbundprojekt Entwicklung Simulationstool Rollgeräusch "SIMTool Rollgeräusch" und mess-technische Validierung, Leitung: Dipl.-Ing. H. Zimmer SFE GmbH, Berlin

Ziel ist die Entwicklung eines validierten Simulationstools, das über prognostische Aussagen einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion der durch Rollvorgänge verursachten Schallabstrahlung (Außen-geräusche) im Schienenverkehr leisten kann.

Das zu entwickelnde Simulationstool muss das Gesamtsystem Schienenfahrzeug/Fahrweg mit seinen Wechselwirkungen beschreiben, d.h. die gesamte Kette von der Schallanregung (Anregemechanis-men, Verriffelung, Kontaktkräfte und -flächen) über Körperschallübertragung (Körperschallintensitäten) und Außenschallabstrahlung erfassen. Die Auslegung des Tools muss weiterhin stark an den Arbeits-abläufen (Datenflüsse) und Erfordernissen der späteren Anwender (Fahrzeughersteller, Fahrwegher-steller, Betreiber) orientiert sein. Das Simulationstool wird auch Schnittstellen bereitstellen, die eine Voraussetzung für zukünftige quellenprognostische Untersuchung von Erschütterungen, Schädigun-gen der Schienenlauffläche sowie von Innengeräuschen aufgrund von Rollvorgängen sind. Die Er-gebnisse dieser Simulation können somit vollständig in den Prozess der Auslegung und Entwicklung eines neuen oder in die Verbesserung eines schon eingesetzten Schienenfahrzeugs einfließen.

Partner
- Bombardier (ADtranz), Hennigsdorf
- akustik-data, Berlin
- Bochumer Verein Verkehrstechnik GmbH
- CWW Gerko GmbH & Co. KG, Bielefeld
- Deutsche Bahn AG, FTZ, München
- SFE Gesellschaft für Strukturanalyse mbH, Berlin (Federführung SIMTool Rollgeräusch)
- TU Berlin, Institute für Luft- und Raumfahrt, Land- und Seeverkehr / Fachgebiet Schienenfahrzeuge und für Technische Akustik

Abschlussbericht:
Entwicklung Simulationstool Rollgeräusch für Schienenfahrzeuge und Fahrwege und seine messtech-nische Validierung


Verbundprojekt Lärmarme Kontinuierliche Schienenlagerung für den Fernverkehr (LKSF), , Leitung: H. Lenz, Ingenieurbüro Uderstädt + Partner, , Essen

Beschreibung der Problematik

Die Geräuschimmissionen von Schienenverkehrswegen entstehen durch das Zusammenwirken von Fahrzeug und Fahrweg. Insofern ist auch die Konstruktion des Fahrweges von großer Bedeutung für die Schallabstrahlung eines Schienenverkehrsweges. Bisher durchgeführte Untersuchungen zeigen, dass das Lärmminderungspotenzial des Oberbaus noch nicht ausgeschöpft ist.

Ziel des Vorhabens

Es soll eine kontinuierliche Schienenlagerung für Feste Fahrbahnen von Eisenbahnen mit dem Ziel entwickelt werden, die Schallemissionen um 3 – 6 dB(A) zu reduzieren. Eine Beschreibung des Vor-habens finden Sie hier.

Partner
- Max Bögl, Bauunternehmung GmbH & Co KG, Neumarkt
- Polyplan GmbH, Straßlach-Dingharting
- BÜFA Polyurethane GmbH & Co KG, Oldenburg
- TU Berlin, Fachgebiet für Schienenfahrwege und Bahnbetrieb
- TU München, Prüfamt für Bau von Landverkehrswegen
- BÜFA Polyurethane GmbH & Co KG, Oldenburg
- Ingenieurbüro Uderstädt + Partner, Ingenieure für Schwingungs-, Schall- und Schienenverkehrs-technik, Essen

Abschlussbericht:
Lärmarme kontinuierliche Schienenlagerung für den Fernverkehr


Verbundprojekt Optimiertes Schleifverfahren HSG (High Speed Grinding) für Schienen, , Leitung: Herr Taubert, RCB rail center Bützow GmbH & Co.KG, Bützow

Problemstellung

Der Lärm ist eine bedeutende ökologische Schwachstelle des ansonsten als umweltfreundlich ange-sehenen Schienenverkehrs. Seine Beeinträchtigungen durch Lärm liegen zwar oft deutlich unter denen des Straßenverkehrs, die auf die jeweiligen Verkehrsleistungen bezogenen Lärmbelastungen sind aber kaum geringer. Insbesondere der nächtliche Güterverkehr führt für relevante Teile der Bevölkerung zu Belastungen, die gesundheitsschädigende Ausmaße erreichen. Die Beeinträchtigungen durch Lärm sind deshalb auch ein wesentlicher Grund für den Widerstand der Bevölkerung gegen neue oder stärker belastete Trassen. Das umweltpolitische Ziel einer Verkehrsverlagerung von der Straße auf die Schiene wird dadurch in Frage gestellt.

Der Rad-Schiene-Kontakt nimmt einen bedeutenden Anteil der Lärmemission des Schienenverkehrs ein. Durch die Betriebsbelastung bilden sich auf der Schienenfahrfläche Riffel sowie kurze und lange Wellen. Insbesondere Riffel regen bei Zugüberfahrt die Schiene zu Schwingungen an, deren Fre-quenzen im Hörbereich des Menschen hohe Amplituden erzeugen. Um die Lärmgrenzwerte des Bun-des-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) einzuhalten, werden vielfach teure und landschaftlich prob-lematische Lärmschutzbauwerke (Wände, Wälle) seitlich der Schienenfahrwege gebaut.

Riffel, kurze und lange Wellen lassen sich durch Schleifen wieder beseitigen. Das ergibt bei schlech-tem Ausgangszustand Pegelminderungen von bis zu 20 dB(A) und bei durchschnittlich gepflegten Gleisen etwa 3 dB(A). Die Wirksamkeit der Schleifverfahren lässt sich noch verbessern.

Seit über 40 Jahren ist das Schleifen von Schienen Bestandteil im Aktionsprogramm der Deutschen Bahn AG bzw. Deutschen Bundesbahn. Folgende Schleiftechnologien werden derzeit eingesetzt: oszillierende Rutschersteine und rotierende Schleifscheiben.

Die Lebensdauer der Schiene hängt maßgeblich von einem ausgewogenen Verhältnis der Betriebsbe-lastung zum Verschleiß ab. Das ideale Verhältnis dieses gesteuerten Verschleißes wird als "Magic Wear Rate" bezeichnet. Neben den durch Überrollvorgänge erzeugten Spannungen in der Schiene führen auch Unregelmäßigkeiten und fehlender natürlicher Verschleiß zu Rissentstehung und -wachstum in der Schiene. Die Problematik der Rollkontaktermüdung führt zu einer deutlich verkürzten Lebensdauer der Schienen.

Seit Ende der 90er Jahre ist im Netz der DB AG unter gewissen Umständen der Ersatz baulicher Lärmschutzeinrichtungen durch das so genannte "Besonders überwachtes Gleis" (BüG) möglich. Da-bei wird der Zustand der Schienenoberfläche in besonders kurzen Zeitabständen gemessen und bei Bedarf wird geschliffen.

Nachteile der derzeitigen Schleiftechnik sind:

  • die Fahrgeschwindigkeit während des Schleifprozesses beträgt 3 bis 5 km/h, bei hochbelaste-ten Gleisen sind dadurch betriebliche Einschränkungen verbunden, mit der Folge von Be-triebserschwerniskosten
  • der Einsatz von derzeit üblichen Schleifmaschinen ist teuer
  • die derzeit praktizierten Schleifzyklen sind zu lang mit der Folge der Riffelentstehung

Ziele des Projektes

Gegenstand des Projektes ist die Entwicklung und die Einsatzoptimierung einer Schleifmaschine für das schnelle, regelmäßige Pflegen von Schienen. Die Arbeitsgeschwindigkeit soll bis zu 120 km/h betragen. Dabei werden folgende Ziele verfolgt:
  • Gewährleistung einer Lärmreduktion 3 dB(A), die mit dem "Besonders überwachten Gleis" (BÜG) bei Überfahrt mit einigermaßen glatten Radlaufflächen garantiert werden können
  • Verhinderung der Entstehung von Rollkontaktermüdungsfehlern und Riffeln durch eine regel-mäßige Schienenpflege
  • Minimierung des Materialabtrages durch Schleifen, bezogen auf die gesamte Lebensdauer der Schiene
  • Verlängerung der Lebensdauer der Schiene und damit Verminderung der Lebenszykluskosten (LCC) der Schiene
  • Vermeidung von Betriebseinschränkungen aufgrund der hohen Arbeitsgeschwindigkeiten (Mitschwimmen im Fahrplan)
  • Signifikante Reduzierung der Schleifzyklen konventioneller Schleifmaschinen
  • Signifikante Reduzierung der gesamten Instandhaltungskosten der Schiene gegenüber kon-ventionellen Verfahren
Die HSG-Methode verbessert das Längsprofil eines noch in den zulässigen Toleranzen liegenden Schienenquerprofils. Entstehende Unebenheiten (z.B. Riffel) und Mikrorisse werden in einem frühen Stadium der Entstehung beseitigt.

Partner
- RCB rail center Bützow GmbH & Co.KG
- TU Berlin, Fachgebiet für Schienenfahrwege und Bahnbetrieb

Abschlussbericht:
Entwicklung und Umsetzung des neuen, optimierten Schleifverfahrens HSG (High Speed Grinding) für Schienen


Verbundprojekt Kurvengeräusche, , Leitung: H. Lenz, Ingenieurbüro Uderstädt + Partner, , Essen

Einführung

In innerstädtischen Bereichen sind Straßenbahnen grundsätzlich als umweltfreundliches Verkehrsmittel anzusehen. Sie erzeugen allerdings bestimmte Schallimmissionen, die von manchen Anwohnern als erheblich belästigend angesehen werden. Das gilt insbesondere für die in Gleisbögen auftretenden Geräusche. In Gleisbögen mit großen Radien wird durch das Spurkranzanlaufen ein breitbandiges Zischelgeräusch und bei kleinen Radien durch die Stick-Slip-Vorgänge ein tonales Geräusch (Kurven-quietschen) erzeugt. Die durch diese Geräusche entstehenden Belästigungen können erheblich sein. Alle Verkehrsunternehmen sind auf der Suche nach Minderungsmöglichkeiten. Sie haben schon viel-fältige Lösungen getestet. Hierbei stellt sich immer wieder heraus, dass Maßnahmen, die an einer Stelle eine Verbesserung bewirken, an anderer Stelle nicht zu einer spürbaren Minderung der Geräu-sche beitragen. Im Rahmen des Forschungsverbundes "Leiser Verkehr" haben sich verschiedene Institutionen und Firmen zusammengetan, um neue Lösungen für das Problem unter Anwendung neuer Technologien aufzuzeigen.

Projektbeschreibung

Das Verbundprojekt besteht aus 4 Hauptarbeitspaketen:

Im Hauptarbeitspaket Phänomenologische Parameteranalyse von Kurvengeräuschen im Nahverkehr sollen durch messtechnische Untersuchungen die Randbedingungen ermittelt werden, bei denen durch bestimmte Maßnahmen eine Minderung von Kurvengeräuschen zu erwarten ist. Weiterhin sollen "bekannte Maßnahmen" untersucht werden, die an einer Stelle wirken und an anderer Stelle nicht oder nur unzureichend. Hierbei geht es um die Verallgemeinerung lokal mit Erfolg eingesetzter Lösungen

Das Hauptarbeitspaket Rechnergestütztes Prognoseverfahren beschäftigt sich mit der Weiterent-wicklung des vorhandenen Simulationswerkzeuges "SFE AKUSRAIL" aus dem vom BMBF geförder-ten Projekt "SIMTool – Rollgeräusch". Es soll zukünftig möglich sein, mit dem Simulationswerkzeug die Einflussparameter der Kurvengeräusche rechnerisch systematisch zu betrachten. Insbesondere wird es möglich sein, rechnerische Auslegungen von Maßnahmen zur Reduzierung der Kurvengeräu-sche vorzunehmen.

Im Hauptarbeitspaket Maßnahmen an Rad und Schiene werden vorhandene und in der Vergangen-heit mit mehr oder weniger Erfolg getestete Lösungen weiterentwickelt. Es handelt sich hierbei um eine Rad- und Schienenstegbedämpfung sowie einer Befeuchtungsanlage. Ziel ist die Entwicklung zuverlässig wirkender Schutzmaßnahmen.

Im Arbeitspaket Handbuch werden die Ergebnisse der vielfältigen Messungen, Berechnungen und weiter gehenden Betrachtungen zusammengetragen. Ziel ist es, für den Praktiker eine Entscheidungs- und Handlungsgrundlage zu schaffen

Als potenzielle Anwender für das Handbuch "Kurvengeräusche" werden folgende Institutionen gesehen:

  • Entwurfsabteilungen der Hersteller von Schienenfahrzeugen;
  • Bahnbetreiber zur Simulation von Lärmemissionen bei der Betrachtung der Akzeptanz in der Bevölkerung;
  • Ingenieurbüros, die Entwurfsleistungen für Hersteller von Schienenfahrzeugen und für Bahn-unternehmen erbringen;
  • Bahnbetreiber, die eigene Konstruktionsabteilungen besitzen;
  • Verkehrsbetriebe, die Problemlösungen bei Anliegerbeschwerden suchen;
  • Planungsbüros, die Betreiber von Schienenverkehrswegen beraten;
  • Wissenschaftliche Hochschul- und Ausbildungseinrichtungen zur Durchführung von For-schungs- und Entwicklungsarbeiten am System Bahn.

Partner
- Alstom LBH, Salzgitter
- Bombardier Transportation, Hennigsdorf
- moBiel GmbH, Bielefeld
- Polyplan GmbH, Straßlach
- SFE GmbH, Berlin
- STUVA, Köln
- SWM, Stadtwerke München
- TU Berlin

Das Projekt wird unterstützt von den Verkehrsbetrieben Berlin, den Verkehrsbetrieben Düsseldorf, den Verkehrsbetrieben Karlsruhe, dem Verband Deutscher Verkehrsunternehmen (VDV) und der Fach-hochschule Bielefeld.

Abschlussbericht:
Kurvengeräusche - Maßnahmen an Rad und Schiene / Phänomenologische Beschreibung von Kur-vengeräuschen
Kurvengeräusche - Maßnahmen an Rad und Schiene / Entwicklung einer Radbedämpfung
Kurvengeräusche : Maßnahmen an Rad und Schiene / Entwicklung einer Schienenbefeuchtung
Kurvengeräusche : Entwurf einer standardisierten Messvorschrift
Kurvengeräusche: Rechnergestütztes Verfahren zur Kurvengeräuschprognose
Kurvengeräusche – Sach- und Schlussbericht


Verbundprojekt Leiser Zug auf realem Gleis (L Zar G), , Leitung: Dr. Matthias Mather, Deutsche Bahn AG, Bahn-Umwelt-Zentrum

Beschreibung des Verbundprojekts

Das Verbundprojekt "L Zar G" begründet sich auf einer Initiative des Forschungsverbundes Leiser Verkehr. Die Schwerpunkte wurden aus einer vergleichenden Untersuchung und Bewertung der Er-gebnisse bereits durchgeführter Forschungs- und Entwicklungsvorhaben abgeleitet. Neben den jewei-ligen Maßnahmenkombinationen, die in den betrachteten Forschungsvorhaben verfolgt wurden, wur-den zusätzlich Einzelmaßnahmen zur Lärmsenkung, wie beispielsweise Bremssohlen, vergleichend bewertet..

Aus dieser Untersuchung hat sich klar ergeben, dass im Hinblick auf die vorliegende Aufgabenstellung vor allem folgende Entwicklungspfade weiterverfolgt werden sollten:

  • Unterbindung der Geräuschabstrahlung durch integrierte konstruktive Maßnahmen am Fahr-zeug (Radschallabsorber, Schwingungsdämpfung, schalloptimierte Radsätze, Verminderung der Körperschallübertragung)
  • Verminderung der Geräuschentstehung und der Entstehung von Erschütterungen durch inte-grierte Systemlösungen am Oberbau (Schwellenform, Schienenlagerung, Schwingungsdämp-fung, Oberbauinstandhaltung)
  • Weitere Maßnahmen zur Verringerung der Oberflächenrauigkeit von Rad und Schiene (Bremstechnik, Antriebstechnik, Schienenschleifen) bzw. Optimierung bisheriger Maßnahmen

Zwar sind die Grundlagen der Ansätze von der Wissenschaft und der Industrie bereits geschaffen, das Entwickeln zur Anwendungsreife ist jedoch mit einem so hohen Risiko verbunden, dass es von der meist mittelständischen Industrie nicht getragen werden kann. Das zeigt schon die Erfahrung mit vergangenen Forschungsvorhaben, von denen eine Vielzahl aus wirtschaftlichen, betrieblichen oder sicherheitstechnischen Gründen nicht umgesetzt werden konnten.

Um die Erfolgswahrscheinlichkeit zu erhöhen, übernimmt nicht nur die Deutsche Bahn AG die Projekt-führung, sondern die Systemintegration und Implementierung von Einzelmaßnahmen wird auch als eigene Aufgabe behandelt, um technische, wirtschaftliche und betriebliche Randbedingungen von Beginn an bei der Maßnahmenentwicklung zu berücksichtigen und auf Basis von Potenzialuntersu-chungen eine Auswahl und Priorisierung von Lösungsansätzen vorzunehmen.

Es sollen wirtschaftlich nutzbare Lösungen entwickelt werden, die sich leicht in das Bahnsystem integ-rieren lassen. Die Untersuchungen umfassen den Rad-Schiene-Kontakt, Radschwingungen, die schalltechnische Strukturoptimierung von Eisenbahnfahrwerken sowie die akustische Optimierung des Oberbaus.

Die Deutsche Bahn hat sich das Ziel gesetzt, den Schienenverkehrslärm ausgehend von 2000 bis 2020 zu halbieren. Erreicht werden soll dies trotz einer angestrebten Steigerung der Verkehrsleistung. Mit LZarG soll die noch bestehende Lücke gegenüber dem Gesamtziel nach Installation der Schall-schutzwände und Einführung der K-Sohle bei den klotzgebremsten Fahrzeugen geschlossen werden.

Die Ziele des Verbundprojektes sind im Einzelnen:

  • Weitere Lärmminderung im lärmsensitiven Netz der Deutschen Bahn AG um ca. 5 dB(A) ge-genüber den heutigen Interoperabilitätsrichtlinien (TSI Noise) bis 2020
  • Entwicklung serienreifer Lösungen
  • Retrofit-Lösungen (einfach austauschbare Komponenten) wegen langer Lebenszyklen von Fahrzeugen und Infrastruktur
  • Integration von Maßnahmen an Fahrzeug und Oberbau
  • Wirtschaftliche Bewertung an Lebenszykluskosten (Life-Cycle-Cost, LCC) orientiert

Zusammenfassung und Ausblick

Das Verbundvorhaben hat zu einem wesentlichen Erkenntnisgewinn über geeignete Maßnahmen ge-führt, mit denen die Lärmexposition des Schienenverkehrs wirksam und unter Beachtung wirt-schaftlicher und betrieblicher Randbedingungen weiter gesenkt werden kann. Im Rahmen des Projek-tes konnte eine Reihe von Komponenten für die Um¬rüstung von Bestandsanlagen bzw. Bestandsfahr-zeugen entwickelt werden, die den Status der serienfähigen Einsetzbarkeit erreicht haben oder kurz davor stehen.

Für den Schienengüterverkehr ist es gelungen, über die Wirkung einer Verbundstoffbremsklotz¬sohle hinaus eine weitere Lärmsenkung mit dem neuen Drehgestell DRRS 25L sowie den ent¬wickelten Absorberradsätzen zu erreichen. Diese Lösungen fügen sich problemlos in das be¬stehende Betriebs- und Wartungsregime bei den Betreibern ein und lassen sich auch bei be¬stehenden Fahrzeugen nachrüsten. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass das neue Drehgestell, das über eine Kompaktbremseinheit mit K-Sohle verfügt, die Betriebskosten von Güterwagen senkt. Dieser Effekt kann bei bestimmten Anwendungsfällen (hohe jährliche Lauf¬leistungen) so groß werden, dass selbst die Mehrkosten einer Umrüstung während der Restnut¬zungsdauer amortisiert werden können. Dies ist ein überra¬schendes Ergebnis, das so nicht erwartet wurde. Dennoch muss festgehalten werden, dass für die Umrüstung von Güterwagen erhebliche Mittel einzusetzen sind, die über den gesamten Gü-terwagenbestand mit all den überwiegend nur wenig genutzten Bauarten nicht amortisiert wer¬den können. Dies gilt insbesondere für die gut wirksamen Radschallabsorber, die keine positi¬ven Auswirkungen auf die Betriebskosten der Fahrzeuge haben. 6 Fahrzeuge einer Güterwagengattung, die mit LZarG-Komponenten ausgerüstet worden sind, befinden sich derzeit in der Betriebserprobung bei DB Schenker Rail.

Bei der Infrastruktur konnte in LZarG ein neuer Schienenstegdämpfer entwickelt werden, der in der Wirksamkeit zwar nicht ganz an das Niveau der bisher bekannten Lösungen heranreicht, aber deutlich geringere Investitionskosten erfordert und somit für die akustische Optimierung des Oberbaus von größeren Abschnitten des Bestandsnetzes besser geeignet ist.

Wichtig war auch die Erkenntnis, dass Schienendämpfer nicht überall gleichmäßig wirken, son¬dern die Lärmminderung von der jeweiligen Schienenbauart und den Zugarten abhängt.

Bei den besohlten Schwellen konnte gezeigt werden, dass über eine gezielte Auslegung der Sohlen eine gute Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten der Trasse im Sinne der Körper¬schalldäm-pfung im Schotteroberbau möglich ist. Der Hauptvorteil für einen Infrastrukturbetreiber ist naturgemäß die deutlich bessere Langzeitstabilität der Schotterfahrbahn hinsichtlich Gleisla¬ge und Bettungseigenschaften, sodass der flächendeckende Einsatz dieser Schwellenbauart uneingeschränkt empfohlen werden kann.

Um die Rollgeräusche von Personenzügen weiterabzusenken, wurde in LZarG eine Radkon¬struktion mit Radbremsscheibe so umkonstruiert, dass die Bremsscheibe eine versteifende Wir¬kung auf das Rad ausübt. Rechnerisch und experimentell konnte dabei gezeigt werden, dass die Verschiebung der Eigenfrequenzen und -moden des derart strukturoptimierten Rades zu ei¬ner geringeren Lärmemission führt. Die ebenfalls geplante Erprobung mit einem Triebzug der ET-Familie konnte leider nicht mehr während der Projektlaufzeit realisiert werden, da die Erprobungsträger wegen Zulassungsproblemen nicht rechtzeitig zur Verfügung standen.

Bezugnehmend auf die Zielsetzung von LZarG, die identifizierte Lücke von 5 dB(A) im Umset-zungsplan der DB AG bei der Lärmsenkung des Schienenverkehrs bis 2020 durch weitere technische Maßnahmen jenseits der Verbundstoffbremsklotzsohle und dem passivem Lärm¬schutz zu schließen, ist das Projekt LZarG erfolgreich abgeschlossen worden. Schwierigkeiten mit dem ursprünglich verfolgten Drehgestellkonzept konnten noch innerhalb der Projektlaufzeit überwunden werden. Die Komponenten, die im Rahmen der Aufgabenstellung wesentlich zur Erreichung der angestrebten Halbierung des Schienenverkehrslärms bis 2020 beitragen, befin¬den sich in der Betriebserprobung.

LZarG hat allerdings auch die Schwierigkeiten bei der Entwicklung von Lärminderungstechnologien für das extrem komplexe System Bahn aufgezeigt. Die Tests müs¬sen im laufenden Betrieb bzw. im Rah-men geplanter Infrastruktur — Instandhaltungsmaßnahmen ausgeführt werden. Bei Verschiebungen oder Verzögerungen, aber auch durch Regelwerksänderungen können die durch die Projektlaufzeit und -kosten vorgegebenen Pläne gefährdet werden. Es ist zu erwarten, dass die Lärmgrenzwerte in Zukunft deutlich gesenkt werden. LZarG hat die Grenzen der technischen Möglichkeiten zur Lärmmin-derung im bestehenden System deut¬lich gemacht. Weitergehende Maßnahmen ergeben sich nur aus einer Kombination von syste¬matischen betrieblichen und technischen Ansätzen, z.B. für neue Fahr-zeugkonzepte und wei¬tergehende korrespondierende Infrastrukturmaßnahmen.

(Quelle: Auszug aus Abschlussbericht ConTraffic)

Partner
- Deutsche Bahn AG
- ConTraffic GmbH
- Bochumer Verein Verkehrstechnik GmbH
- Bombardier Transportation
- ContiTech Luftfedersysteme für Schienenfahrzeuge GmbH
- Faiveley Transport Witten GmbH
- Getzner Werkstoffe GmbH
- Gutehoffnungshütte Radsatz GmbH
- Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH
- Radsatzfabrik Ilsenburg GmbH
- Schrey & Veit GmbH
- Technische Universität Berlin
- Technische Universität Dresden
- Technische Universität München
- TransTec Vetschau GmbH
- Vossloh Werke GmbH

Das Projekt wird unterstützt von den Verkehrsbetrieben Berlin, den Verkehrsbetrieben Düsseldorf, den Verkehrsbetrieben Karlsruhe, dem Verband Deutscher Verkehrsunternehmen (VDV) und der Fach-hochschule Bielefeld.

Abschlussbericht:
Schalltechnische Strukturoptimierung von Eisenbahnfahrwerken ; Schlussbericht zum Teilprojekt B2, Bombardier
Innovationsprojekt "Leiser Zug auf realem Gleis" (LZarG) : Abschluss-Bericht, DB Systemtechnik
Rollgeräuschminderung auf realem Gleis, Rad-Schiene-Kontakt : Abschlussbericht ; Arbeitspaket: B1, TU Bochum
Die Gleislagestabilität des Schotteroberbaus mit konventionellen und elastisch besohlten Schwellen, LZarG, Teilprojekt B3, TU München
Entwicklung u. Optimierung von Schienenbefestigungen und von Schienenstegdämpfern : Verbund-projekt LZarG, Teilvorhaben B3, Vossloh

Weitere Informationen: siehe TIB/UB, „L Zar G“, und http://www.lzarg.de/


Verbundprojekt Akustisches Qualitätsmanagement für Schienenfahrzeuge, Leitung: Hans-Peter Grütz, DB AG, Forschungs- und Technologiezentrum, München

Einführung

Die akustischen Belange spielen bisher im Schienenfahrzeugbau aufgrund vielfältiger Anforderungen eine untergeordnete Rolle, sowohl im Bereich der Entwicklung und Konstruktion als auch in der Fahr-zeugproduktion. Eines der größten Defizite stellt hierbei die unzureichende Beteiligung der akusti-schen Fachabteilungen in den frühen Entwicklungs- und Konstruktionsphasen dar.

Akustische Lastenheftvorgaben von Schienenfahrzeugen sind bisher unzureichend und entsprechen nicht dem Stand der Technik. Teilweise werden sie ohne Überprüfung auf ihre Realisierbarkeit und Sinnhaftigkeit aus anderen Lastenheften übernommen. Bei der Auftragsvergabe werden akustische Rahmenbedingungen über das Lastenheft festgelegt, deren Einhaltung erst bei der Fahrzeuginbe-triebnahme überprüft werden. In diesem Stadium sind häufig technisch und finanziell vertretbare Än-derungen zur Einhaltung der geforderten Werte nicht mehr möglich. In der Folge führt dies - bezogen auf die akustischen Forderungen - oftmals zu Widersprüchen und zu Abweichungen. Überschrittene akustische Lastenheftwerte können zu Lieferverzögerungen, Schwierigkeiten bei der Auslieferung, Problemen bei der Zulassung durch die zuständigen Behörden (EBA, TAB) und finanziellen Einbußen zum einen durch Strafgelder, zum anderen durch kostspielige Nachbesserungen führen.

Die untergeordnete Rolle akustischer Belange führt dazu, dass akustische Fehler verbreitet sind, die oftmals erst in der Fertigung oder bei ersten Messungen auffallen. Das bei den Fahrzeugen vorhan-dene Lärmminderungspotential wird bisher in Entwicklung und Konstruktion nicht vollständig ausge-schöpft. Mögliche Lärmminderungsmaßnahmen werden nicht systematisch im Entwicklungsprozess verfolgt, da hierfür unter anderem brauchbare und komfortable Werkzeuge (Tools) fehlen. Die Basis für ein systematisches und zielorientiertes Vorgehen im technischen und Managementbereich ist für die Akustik bisher nicht in ausreichendem Maße gegeben.

Während der Konstruktion können Schallreduktions¬ma߬nahmen wesentlich kostengünstiger und schneller umgesetzt werden als nach der Fertigung. Werden akustische Probleme erst im Nachhinein behandelt, gestaltet sich das immer äußerst aufwendig und führt meist nicht zu einer lärmtechnisch optimalen Lösung. Oft werden akustische Nachbesserungen aus Kostengründen nicht umgesetzt. Dies führt grundlegend an dem Ziel eines leisen Schienenfahrzeugs vorbei.

Aufgrund der unzureichenden Betrachtung der akustischen Anforderungen können zudem im Einkauf für einzelne Bauteile und Aggregate keine akustischen Spezifikationen getroffen werden. Dadurch kann der Einsatz lärmarmer Aggregate oder schalldämmender Bauteile nicht gesichert werden.

Insgesamt muss festgehalten werden, dass bisher ein akustisches Gesamtkonzept bei der Herstellung von Schienenfahrzeugen fehlt. Dadurch kommt es dazu, dass teilweise gute schalltechnische Arbeit, z.B. schalltechnisch sehr gut ausgelegte Bauteile, nicht ihre volle Wirkung erzielen kann bzw. in ihrer Wirkung nahezu aufgehoben wird, da an anderen Steel die Wirkung eines akustisch sehr gut ausge-legten Rades eines Schienenfahrzeugs durch eine akustisch schlechte Getriebeauslegung nahezu aufgehoben werden.

Die bisher existierenden Tools zur Geräuschprognose für ein Schienenfahrzeug liefern keine hinrei-chenden Ergebnisse. Mit der Entwicklung eines konstruktionsbegleitend einsetzbaren Prognosetools bietet sich die Chance, die Belange einer akustisch optimierten Konstruktion zu unterstützen.

Gegenwärtige Praxis bei Betreibern und Herstellern

Bei der Konstruktion von Fahrzeugen wird der Schallemission häufig nur wenig Beachtung geschenkt, vor allem dann, wenn keine besonders scharfen Emissionsgrenzwerte einzuhalten sind. Werden durch den Kunden akustische Anforderungen festgelegt, dann betreffen diese im Wesentlichen das Vorbei-fahrgeräusch bei etwa maximaler Geschwindigkeit, die Stand- und Anfahrgeräusche und schließlich den Abstellbetrieb. Dabei werden jedoch nicht alle betrieblich relevanten Zustände abgedeckt. Tonhal-tigkeitsprobleme oder Schallspektren werden beispielsweise nur äußerst selten berücksichtigt. Auch die Umsetzung der Anforderungen beim Fahrzeughersteller erfolgt nur in Einzelfällen über die Festle-gung von maximalen Schallpegelwerten für die einzelnen schallrelevanten Aggregate (Komponenten-lastenhefte). Die Definition dieser Grenzwerte basiert oft nur auf Erfahrungswerten, d.h. es erfolgt hierfür meist keine Analyse des Gesamtsystems bzw. eine ausführliche Schallprognose. Die gezielte Definition von erforderlichen Grenzwerten gestaltet sich dadurch schwierig. Ebenso ist eine Abstim-mung der einzelnen Schallminderungsmaßnahmen hinsichtlich ihrer resultierenden Wirkung innerhalb des Gesamtsystems sehr uneinheitlich. An manchen Komponenten wird ein sehr hoher Aufwand be-trieben, der keinen nennenswerten Einfluss auf das Gesamtgeräusch mehr darstellt, während an an-deren Komponenten zu wenig Aufwand betrieben wird, so dass diese das Gesamtgeräusch dominie-ren. Der Einfluss der einzelnen Schallquellen sowie der unterschiedlichen Schallschutzmaßnahmen auf das Gesamtgeräusch ist schwer zu bestimmen. Ein für Schienenfahrzeuge geeignetes Akustik-Tool könnte diesen Prozess wesentlich vereinfachen.

Ein gezieltes Akustik-Controlling während des gesamten Entwicklungs- und Konstruktionsprozesses findet derzeit aufgrund der fehlenden Werkzeuge meist nicht statt. Die zur Einhaltung vorgeschriebe-ner Lastenheftwerte des Gesamtfahrzeugs erforderlichen Maßnahmen werden dann mitunter nach-träglich getroffen, was technisch und wirtschaftlich wiederum problematisch ist.

Das Ziel der Betreiber von Schienenfahrzeugen ist es, die Schallemission der Schienenfahrzeuge mit dem fortschreitenden Stand der Erkenntnis weiter zu reduzieren. Aufgrund des steigenden Kostendru-ckes und der Anforderungen des Wettbewerbs spielen die akustischen Belange bisher noch nicht die Rolle, die ihnen aus umweltpolitischen Gesichtspunkten zukommt.

Sofern in den Lastenheften überhaupt Schallpegelgrenzwerte gefordert werden, ist derzeit mangels reproduzierbarer Verfahren eine Kontrolle der Einhaltung der Werte erst nach Fertigstellung der Fahr-zeuge prüfbar. Bei Überschreitung der vereinbarten Werte kann in diesem Stadium der laufenden Serienfertigung aber kaum noch in den Produktions- oder gar Konstruktionsprozess eingegriffen wer-den, so dass regelmäßig die Einhaltung dieser Werte nicht weiter gefordert wird, bzw., sofern griffige Pönalregelungen bei einer Überschreitung der Grenzwerte vereinbart wurden, diese zugunsten anderer Wünsche der Betreiber als "Tauschware" begriffen werden. Beides kann nicht im Interesse um-weltpolitischer Zielstellungen sein. Sehr oft werden pönalisierte Werte von den Herstellern nur als Richtwerte angesehen, die man unverbindlich anstrebt.

Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele

Es soll ein Verfahren für ein akustisches Management für Schienenfahrzeuge entwickelt werden. Die hierfür relevanten Aspekte der Technik und des Managements werden wissenschaftlich analysiert. Auf dieser Analyse aufbauend wird eine Methode erarbeitet, die eine Steuerung und Kontrolle des akusti-schen Designs von Schienenfahrzeugen ermöglicht. Als wissenschaftlich-technische Grundlage des Verfahrens wird ein Lärmminderungskonzept unter Berücksichtigung der technischen Machbarkeit sowie der Wirtschaftlichkeit (Aufwand/Nutzen-Verhältnis) erarbeitet. Kernstück des Konzepts wird ein Katalog mit Konstruktionsempfehlungen für ein schalloptimiertes Gesamtfahrzeug sein.

Die aus der wissenschaftlichen Analyse gewonnenen Erkenntnisse zum akustisch optimalen Design von Schienenfahrzeugen sowie zum effizienten Akustik-Controlling von der Lastenhefterstellung bis zur Auslieferung des Fahrzeuges an den Betreiber werden in die Entwicklung eines “Geräuschprog-nosetools” einfließen. Ziel dieses Tools ist es, den Fahrzeugherstellern und -betreibern ein Werkzeug zur Verfügung zu stellen, das die entwicklungs- und konstruktionsbegleitende Applikation der “Akusti-schen Qualitätskontrolle” ermöglicht und eine fundierte Geräuschprognose für Schienenfahrzeuge während der Entwicklungsphase gewährleistet.

Durch die wissenschaftlich fundierte Vorgehensweise des Akustischen Qualitätsmanagements und den Einsatz des Geräuschprognosetools werden die Voraussetzungen geschaffen, die Umsetzung akustischer Anforderungen von der Lastenhefterstellung an bis hin zur Abnahme des Fahrzeugs fest in den Entwicklungs- und Herstellungsprozess von Schienenfahrzeugen zu integrieren und eine akus-tische Optimierung der Fahrzeuge zu erreichen. Die Entwicklung und Einführung eines „Akustischen Qualitätsmanagements“ fördert damit eine effektive Schallpegelminderung an der Quelle im Schie-nenverkehr.

Partner
- Bayerische Oberlandbahn (BOB), Lenggries
- DB AG, Forschungs- und Technologiezentrum München (ab 2002 „DB Systemtechnik“)
- Vossloh Schienenfahrzeugtechnik (VSFT), Kiel
- Siemens Krauss-Maffei Lokomotiven GmbH (SKM), München
- Obermeyer Planen + Beraten, München
- TU Berlin, Institut für Straßen- und Schienenverkehr, Fachgebiet Schienenfahrzeuge

Abschlussbericht:
Akustisches Qualitätsmanagement für Schienenfahrzeuge


Verbundprojekt Minderung der Lüftungsgeräusche angetriebener Schienenfahrzeuge, Leitung: Gerhard Reiss, Siemens AG, Transportation Systems, Trains

Lüftungsgeräusche, die bei der Kühlung der Antriebskomponenten entstehen, haben einen wichtigen Anteil am Geräusch von Schienenfahrzeugen. Die Minderung der Lüftungsgeräusche war Ziel dieses inzwischen abgeschlossenen Vorhabens.

Kurzübersicht:

Aufgabenstellung

Die bei der Kühlung (Entwärmung) von Antriebskomponenten entstehenden Lüftungsgeräusche kön-nen im Stand oder bei langsamer Fahrt zu störender Schallemission eines Schienenfahrzeugs führen. Ziel dieses Vorhabens ist die Verringerung der A-bewerteten Lüftungsgeräusche um 8 dB. Das Ziel sollte zum einen über die Entwicklung eines Berechnungs- und Prognosetools erreicht werden, das die Optimierung der für Schienenfahrzeuge üblichen Lüftungsanlagen unterstützt. Zum anderen war die technische Machbarkeit an vorhandenen Schienenfahrzeugen nachzuweisen.

Voraussetzungen

Im Verbundprojekt „Leise Züge und Trassen“ werden Forschungsvorhaben zusammengeführt, in denen alle Facetten des Schienenverkehrslärms untersucht und Maßnahmen zur Geräuschreduktion erarbeitet werden. Das hier beschriebene Forschungsvorhaben AP 4220 „Minderung der Lüftungsgeräusche angetriebener Schienenfahrzeuge“ gehört zum Verbundprojekts 4000 „Leise Züge und Trassen“ und ist dort dem Teilprojekt 4200 „Antriebsgeräusche“ zugeordnet.

Politisches Umfeld

Die zunehmende Sensibilisierung der Bevölkerung gegenüber Lärm und die bereits begonnene ge-setzliche Limitierung der Schallemission von Schienenfahrzeugen haben den Handlungsdruck auf die Schienenfahrzeugindustrie und die Bahnbetreiber zur Senkung der Lüftungsgeräusche deutlich erhöht. Bis zum Dezember 2002 wurde die Stärke der Stillstandsgeräusche, die sich im Wesentlichen aus der Überlagerung verschiedener Ventilatorgeräusche ergibt, ausschließlich zwischen zwei Vertragspartnern vereinbart. Jetzt muss sie für neue Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge bereits nach europäischem Gesetz (TSI HS) begrenzt werden. Seit 2005 wird auch die Schallemission der konventionellen Züge auf europäischer Ebene durch die TSI CR gesetzlich geregelt.

Technische Bedeutung

Es gibt eine nicht unerhebliche Nachfrage nach Triebfahrzeugen mit leistungsstarken Antrieben, die zwangsweise einen hohen Kühlluftbedarf aufweisen. Wegen des knappen Bauraums für die Lüftungs-anlage wird der Luftdurchsatz oft durch eine Anhebung der Ventilatordrehzahl erreicht. Da die Schall-leistung eines Ventilators etwa mit der fünften Potenz der Drehzahl steigt, erklärt sich das zum Teil hohe Lüftergeräusch. Die Senkung hoher Lüftungsgeräusche ist eine systemtechnische Aufgabe, die unter voller Beachtung der übrigen an die Antriebskomponenten gestellten Anforderungen gelöst wer-den muss. Diese Problematik tritt bei allen schienengebundenen Fahrzeugen auf. Deshalb werden in diesem Arbeitspaket sowohl Triebzüge als auch Lokomotiven behandelt. Im Vorhaben arbeiteten Be-treiber, Bahnindustrie (Systemhaus sowie Komponentenhersteller) und Forschungseinrichtungen zu-sammen, so dass eine breite fachliche Basis gewährleistet war.

An dem Forschungsvorhaben waren folgende Unternehmen und Forschungseinrichtungen beteiligt.
- Behr Industry GmbH & Co., Stuttgart
- Deutsche Bahn AG, DB Systemtechnik, München
- DLR Institut für Antriebstechnik Berlin
- Fraunhofer-Institut für Bauphysik, Stuttgart
- Siemens A&D, Ventilatoren Bremen
- Siemens AG, Transportation Systems Locomotives, München, -Trains, Erlangen und Krefeld
- Müller-BBM GmbH, Planegg bei München
- TU-Berlin, Fachgebiet Schienenfahrzeuge im Institut für Land- und Seeverkehr, Berlin

Abschlussbericht:
Hauptbericht Minderung der Lüftungsgeräusche angetriebener Schienenfahrzeuge
Teilbericht Minderung der Lüftungsgeräusche angetriebener Schienenfahrzeuge


Verbundprojekt Quietschfreie Hochleistungsscheibenbremse, Leitung: Dr. K. Becker-Lindhorst,, Knorr Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH, München

Im Bereich Schienenverkehr, der bisher als sehr umweltverträglich gilt, ist die Geräuschemmission zunehmend als Problem zu sehen, das zukünftig ein ernst zu nehmendes Hindernis bei der Verkehrs-politik, deutlich mehr Verkehr von der Straße auf die Schiene zu verlagern, darstellen kann. Das Ver-bundvorhaben „quietschfreie Scheibenbremse“ zielt darauf, einen wichtigen Beitrag zur Lärmreduzie-rung im Schienenverkehr zu leisten.

Einführung

In Hochleistungs-Scheibenbremssystemen für Schienenfahrzeuge wird heute als Reibbelagmaterial Metallsinter eingesetzt. Der Einsatz von Sinterbelägen ist jedoch nicht auf Hochgeschwindigkeitszüge beschränkt, für die diese Belagwerkstoffe ursprünglich entwickelt wurden. Aufgrund ihrer Vorteile eig-nen sich diese Beläge auch für andere Anwendungen wie z.B. für Loks, Nahverkehrszüge, U-Bahnen oder Spezialgüterwagen.

Metallsinter ermöglicht wesentlich höhere Scheibentemperaturen als organisch gebundene Bremsbe-läge Durch die größere Aufnahmefähigkeit der Scheibe für die beim Bremsen umgesetzte Wärme-Energie kann die Anzahl der Bremsscheiben reduziert werden. Dies bedeutet einen entscheidenden Vorteil hinsichtlich Gewicht, Kosten und Einbauraum.

Bei den bremstechnischen und tribologischen Eigenschaften haben die Entwicklungen der vergange-nen Jahre zu akzeptablen, die Anforderungen erfüllenden Resultaten geführt. Nicht gelöst ist bislang jedoch das Lärmproblem in Form von Bremsquietschen. Die Beobachtungen zeigen, dass das Quiet-schen vornehmlich im Bereich von Niedrigenergiebremsungen (Regulierbremsungen) und in der Stopphase bei niedrigen Geschwindigkeiten kurz vor dem Halt (z.B. Bahnhofseinfahrt) auftritt.

Prinzipiell lassen sich drei Arten von schwingungsabhängigen Bremsgeräuschen unterscheiden, die alle vom Reibvorgang zwischen Bremsbelag und Bremsscheiben ihren Ausgang nehmen.

  • niederfrequentes Geräusch (Brummen), das vorwiegend von Schwingungen der Bremsbetäti-gungseinrichtung herrührt.
  • Schallschwingungen mit drehzahlabhängiger Frequenz (z.B. Erregung durch Boh¬rungen in der Reibfläche).
  • hochfrequentes, drehzahlunabhängiges Quietschen, verursacht durch sog. Stick-slip-Effekte des Bremsbelags.

In der subjektiven Wahrnehmung stellt hochfrequentes Quietschen die unangenehmste Lärmbelästi-gung dar, zumal dieses Geräusch sehr intensiv und mit großer Lautstärke auftreten kann. Messungen auf dem Bremsenprüfstand mit Sinterbelägen haben im Abstand von 40 cm von der Bremsscheibe Geräuschpegel zwischen 110 und 120 dBA ergeben.

Während sich die beiden erstgenannten Bremsgeräusche durch entsprechende konstruktive Maß-nahmen reduzieren bzw. beseitigen lassen, gestaltet sich die Elimination des Brem¬senquietschens weitaus schwieriger.

Bisherige Untersuchungen über den Lärm bei Schienenfahrzeug-Scheibenbremsen beziehen sich auf Bremsen mit organischen Belägen. Das Problem des extensiven Bremsquietschens bei Metall-Sinterbelägen ist bisher ungelöst.

Im Gegensatz zu organischen Belägen sind metallische Sinterwerkstoff-Beläge sehr hart und neigen auf Grund ihres tribologischen Verhaltens und ihrer geringen inneren Dämpfung gegenüber organi-schen Standardbelägen verstärkt zu Reibschwingungen und damit zu energiereichen Schallabstrah-lungen im Hochfrequenzbereich (bis 10 kHz). Eine Bedämpfung dieser Beläge mit Elastomeren wie bei organischen Belägen scheidet hier aus thermischen Gründen aus, da Sinterbeläge für Temperaturen bis über 600°C konzipiert sind.

Reibtechnische Anforderungen an Metallsinter-Bremsbeläge hinsichtlich des Bremsverhaltens wie Reibwertkonstanz, Nässeempfindlichkeit und Verschleißfestigkeit werden heute zufriedenstellend erfüllt. Bezüglich der Umweltverträglichkeit jedoch besteht noch akuter Handlungsbedarf: auftretendes Bremsenquietschen stellt eine außerordentliche Umweltbeeinträchtigung dar.

Dies tritt nahezu unabhängig vom eingesetzten Sintermetallwerkstoff auf. Praxiserfahrungen zeigen, dass Bremsenquietschen häufig bei Niedrigenergie-Bremsvorgängen, d.h. bei Regulierbremsungen und bei Bahnhofseinfahrten auftritt. Speziell hier wird das laute Geräusch von den nahe am einfah-renden Zug stehenden Fahrgästen als äußerst unangenehme Belästigung empfunden. Dementspre-chend liegen gegenwärtig zahlreiche Beschwerden bei den Fahrzeugbetreibern vor, die ihrerseits Abhilfe von den Bremssystem-Zulieferfirmen verlangen.

Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele

Ziel des Vorhabens ist es, das Bremsquietschen bei Hochleistungs-Scheibenbremssystemen für Schienenfahrzeuge mit Metall-Sinterreibbelägen zu beseitigen. Die Untersuchungen erstrecken sich sowohl auf die konstruktive als auch auf die werkstoffseitige Ebene. Dabei ist beabsichtigt, nicht nur einzelne Abhilfe-Maßnahmen bei vorhandenen und eingeführten Konstruktionen zu finden, sondern durch Analyse der Schwingungsvorgänge Verfahrensgrundsätze für die Gestaltung quietschfreier Hochleistungsbremsen zu entwickeln.

Das bedeutet im Erfolgsfall, dass sich Hochleistungs-Scheibenbremssysteme auf Grund ihrer genannten Vorteile gegenüber den konventionellen Scheibenbremssystemen auf dem Markt ungehindert durchsetzen können. Die quietschfreie Hochleistungs-Scheibenbremse wäre eine richtungsweisende technologische Verbesserung, die aus Gründen der Umweltschonung und auf Grund bestehender sowie zukünftiger Schallemissions-Auflagen dringend erforderlich ist.

Partner
- Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH
- Deutsche Bahn AG, Systemtechnik, München und Minden
- Becorit GmbH, Recklinghausen

Abschlussbericht:
Quietschfreie Hochleistungsscheibenbremse


Einige Internetlinks zum Thema Minderung des Schienenlärms

Schienenverkehrslärm- Forschungsprojekte von 1970 bis 2011, Datenbankauszug aus der Umweltforschungsdatenbank UFORDAT

Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen zu Lärmminderungsmaßnahmen im Güterverkehr (Präsentation ConTraffic)

Lärmminderung – Internetauftritt der DB

Güterwagenlärm(WACOSA (Vermietung und Verwaltung von Güterwagen für den Schienenverkehr, Luzern), Infoletter)

Lärmreduzierter Güterverkehr durch innovative Verbundstoff-Bremsklotzsohlen (V-BKS)
Ziel des Verbundprojektes LäGiV ist die Entwicklung technisch und wirtschaftlich optimierter Verbund-stoff-Bremsklotzsohlen (V-BKS) für den Einsatz in Güterwagen zur Lärmreduzierung des Schienengü-terverkehrs.

INNOTRACK - Innovativ Track System
Das Innotrack-Projekt zielt darauf, jeden Aspekt des Fahrweges von der Konzeption der Komponenten bis hin zum Unterhalt und Instandhaltung abzudecken. Es soll zu einer Reduktion der Eisenbahninfrastruktur Lebensdauerzykluskosten (LCC Life Cycle Cost) beitragen. Es bindet 32 Partner aus vielen europäischen Ländern einschließlich sowohl internationaler Eisenbahnorganisationen als auch gut ausgebildeter universitärer Eisenbahnforschungseinrichtungen, Vertretern der Eisenbahnbetreiber, Infrastrukturmanager und Fahrweglieferanten ein.

Leise Bahnen in Stadt und Region – wie Innovationen den Schienenverkehr „beruhigen“ (Vortrag Bahnindustrie)