Fokus

Exchange of Experts 1|’22

 

Exchange of Experts 1|’22

Am ersten Expertenaustausch vom 17. Mai 2022 in Sempach-Neuenkirch wurde das Fahrbahnlabor den Fachleuten vorgestellt und anschliessend die neue, auf einem 1 km langen Streckenabschnitt installierte Messstrecke, besucht. Diese liefert Messdaten für Forschungszwecke in Echtzeit, ein grosser Schritt für die leisere Eisenbahn der Zukunft.

Mehr zum Fahrbahnlabor

Referate

Lärmforschung Eisenbahn
Fredy Fischer, Bundesamt für Umwelt BAFU
Einführung

Eisenbahn und Innovation
Franz Kuster, Bundesamt für Umwelt BAFU
Referat

Fahrbahnlabor Messtechnik und Ausrüstung
Stefan Lutzenberger, Müller-BBM Rail Technologies GmbH
Referat

Rahmenbedingungen Betrieb
Marc Schmid, SBB Infrastruktur
Referat

Strategie und Nutzungsmöglichkeiten
Armin Zemp, Alliant Fahrweg Normalspur
Jean-Marc Wunderli, Empa
Referat

Impressionen

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Simulationsstudie 4L Drehgestell

BAFU 4LDrehgestell

Simulationsstudie zur Zulassungsfähigkeit

Das Drehgestell 4L scheint im Vergleich zum Y25 vielversprechend in Bezug auf die Reduktion von Lärmemissionen und Gewicht. Die Simulationsstudie über Laufverhalten und Zulassungsfähigkeit vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. DLR soll die Frage beantworten, ob das Drehgestell lauftechnisch zulassungsfähig ist.

In dieser rein virtuellen Studie funktionierte das 4L Drehgestell grundsätzlich in allen Szenarien. Es traten keine Probleme bezüglich Brems-, Entgleisungs-, Stabilitäts- und AIR-Radsatztests auf. Allerdings würde das Fahrzeug nach DIN EN14363 wegen Überschreitung von Grenzwerten in der Laufsicherheit- und Gleisbeanspruchung zum heutigen Zeitpunkt abgelehnt.

Zur Studie

Leise Geleise

Bis 2025 sollen mindestens 80 Prozent der Schweizer Bevölkerung vor Lärmemissionen geschützt werden – doch der Bahnverkehr nimmt weiter zu. Forschende der Empa und der Hochschule für Wirtschaft und Ingenieurwissenschaften des Kantons Waadt unter Federführung der ETH Lausanne setzen auf «Rail Pads» aus elastischem Kunststoff zwischen Schienen und Betonschwellen um die Belastung zu mindern. Diese schonen den hochbelasteten Fahrweg, indem sie den Schienen minimale Bewegungen erlauben. Doch gerade diese Schwingungsfreiheit lässt die Schiene stärker «klingen» – das ist der entscheidende Faktor.

beautiful natural lake in the Poschiavo Valley in the canton of Grisons, Switzerland. Along the shores of forests, cliffs, hiking trails and a railway runs

Massgeschneiderter Verbundwerkstoff

Rail Pads bestehen in der Schweiz meist aus dem harten Kunststoff Ethylenvinylacetat (EVA). Zwar würde ein weicheres Material den Fahrweg besser schonen – aber zum Preis einer höheren Lärmbelastung. Die Idee: eine Hülle aus EVA und ein Kern aus dem weichen Werkstoff Polyisobutylen (PIB), dessen Dämpfung präzise auf den geräuschintensiven Frequenzbereich von ca. 200 bis 2’000 Hertz abgestimmt ist. Also Sandwich-Strukturen aus flachen Schichten, mit und ohne «Deckel» aus EVA, zick-zack-geformte PIB-Füllungen, Oberflächen mit Einschnitten und allerlei mehr.

Doch zur Erkundung im Labor waren zudem aufwändige Vorarbeiten nötig. Das komplexe Zusammenspiel zwischen Schienen, Schwellen und Schotter simuliert eine «Drei-Schwellen-Einheitszelle»: zwei Meter Fahrweg, versehen mit einem «Shaker», der definierte Frequenzen erzeugt, und einer Sonde, die die Schallintensität misst. Diese Messzelle erlaubt präzise Vergleiche unter unterschiedlichen Bedingungen.

Forscher um Bart van Damme von der Empa-Abteilung «Akustik / Lärmminderung» entwickelten eine Simulation des Systems mittels Finite-Elemente-Methoden als Basis, um das Verhalten auf eine längere Bahnstrecke hochzurechnen. Als beste Lösung für Rail Pads erwies sich ein PIB-Anteil von über 50 Prozent, eingelegt in eine «Schale» aus dem härteren EVA-Kunststoff.

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Rechnerisch simuliert: Die Grafik zeigt die hochskalierte Verformung der Schiene auf den Betonschwellen. Bild: HEIG-VD

Tests auf realer Bahnstrecke

Auf einer Bahnstrecke in Nottwil finden Tests statt, ein beteiligtes Unternehmen übernimmt die Herstellung der bereits patentierten Bauteile. Dazu van Damme: «Diese Rail Pads lassen sich leicht herstellen. Auf der 100 Meter langen Strecke werden fast 400 Stück eingesetzt».

Die Messungen von Lärm, Vibrationen, Verformungen und weiteren Kenndaten werden zeigen, ob sich die Rail Pads bewähren. «Wir hoffen, dass sie hörbar weniger Lärm verursachen und gleichzeitig den Schotter besser schützen als herkömmliche, harte Zwischenlagen», so van Damme.

Im Forscherteam herrscht jedenfalls Optimismus. Dazu Empa-Abteilungsleiter Jean-Marc Wunderli: «Die im Projekt entwickelten Modelle erlauben eine gezielte Optimierung der teilweise widersprüchlichen Anforderungen». Und: «Da für die Herstellung der Zwischenlagen keine nennenswerten Mehrkosten erwartet werden, erhoffe ich mir einen grossflächigen Einsatz und damit einen bedeutenden Beitrag zur Reduktion des Bahnlärms.»

Text: Norbert Raabe, Empa

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Die grauen, elastischen Rail Pads schützen die Schwellen vor hohen Belastungen. Bild: HEIG-VD

Forum21 Lärmforschung Eisenbahn

 

Forum21 Lärmforschung Eisenbahn

Am virtuellen Forum Lärmforschung Eisenbahn vom 16. März 2021 präsentierten Experten aus Forschung,
Industrie und Entwicklung neueste Erkenntnisse und Lösungen.

Referate & Publikationen

BGLE-Eisenbahnlärmforschung
Fredy Fischer, Bundesamt für Umwelt BAFU
Einführung

5 L Demonstrator Zug
Jens-Erik Galdiks , SBB Cargo AG
Referat
Publikation

Gesamtoptimierter innovativer Güterwagen
Dr. Hanno Schell, VTG Rail Europe GmbH
Referat
Publikation

Composite Radsatz
Prof. Dr. Masoud Motavalli, Empa
Referat
Publikation

Entwicklung eines Oberbau-Simulations-Tools
Dr. Jean-Marc Wunderli, Empa
Referat
Publikation 1
Publikation 2

Rail Pads
Prof. Dr. Holger Frauenrath, EPFL
Referat
Publikation

Optimierte Betonschwelle, optimierte Zwischenlage
Dr. Christian Czolbe, PROSE AG
Referat
Publikation

Messung der akustischen Rauheit
Florian Mauz, Wissenschaftlicher Mitarbeiter/Doktorand, ETH Zürich
Referat

Impressionen

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