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Schiene

Erste Modellierung Schienenrauheit

Berner Fachhochschule BFH, 2021

Projektziel

Mit dem Projekt wird untersucht, welcher Anteil der Rauheitsentwicklung mit den von Experten definierten wichtigsten Einflussfaktoren erklärt werden kann.

Ergebnisse

Auf der Basis von verschiedenen Infrastrukturparametern werden Schätzwerte für die Schienenrauheit ermittelt.

Bemerkungen

Siehe auch Nachfolgeprojekt «Rauheit des SBB Schienennetzes – Verfeinerung der Modelle anhand neuer Messdaten

Schienenbefestigung, Nachfolgearbeit aus “Schienenbefestigung, Phase I”

Haute Ecole d’Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud, 2021

Projektziel

Mit diesem Projekt werden die Auswirkungen von nicht korrekt befestigten Schienen auf den Lärm und den Unterhalt mit Simulationsrechnungen abgeschätzt.

Ergebnisse

Aufgrund einer Simulationsrechnung und einer Messung an einem Labormodell wird der Einfluss der Schienenbefestigung als vernachlässigbar eingeschätzt. Eine indirekte Wirkung auf den Lärm über das stärkere Wachstum der Schienenrauheit wird jedoch nicht ausgeschlossen.

Bemerkungen

Nachfolgearbeit aus dem Projekt “Schienenbefestigung, Phase I”

Hochdämpfende Zwischenlagen

KPZ Fahrbahn AG, 2021

Projektziel

Lärmmessungen einer hochdämpfenden Schienenzwischenlage der Firma Getzner und Vergleich zu einer harten und weichen handelsüblichen Schienenzwischenlage.

Ergebnisse

Sowohl die Gleisabklingraten- wie auch die Schallemissionsmessungen zeigen, dass die hochdämpfende Zwischenlage akustisch sehr ähnlich wirkt wie eine harte Zwischenlage, obwohl sie statisch fast zehnmal weicher ist.

Mit den Schallemissionsmessungen wird gegenüber dem Referenzoberbau mit weicher Zwischenlage eine Schallminderung von 3.6 dBA beim Zugtyp EWIII und 3.8 dBA beim Zugtyp Nina ausgewiesen. Im Bericht “Vergleich Zwischenlagen für Betonschwellen” wird aufgezeigt, welcher Typ Zwischenlage bei bestimmten Untergrundverhältnissen und Anforderungen bzgl. Lärm und LCC sinnvollerweise eingebaut werden sollte.

Das Dokument soll den Bahnen zukünftig als Entscheidungshilfe dienen. Harte Zwischenlagen haben den Vorteil, weniger Lärm zu emittieren, wohingegen die geringe Lastverteilung bei gutem bis hartem Unterbau zu höheren LCC führen kann. Elastische Zwischenlagen mit wenig Dämpfung sind bei diesen Untergrundverhältnissen hinsichtlich LCC die bessere Wahl. Allerdings handelt man sich mit ihnen eine Erhöhung der Luftschallemissionen (ca. 3 dBA) ein. Eine echte Alternative bieten hochdämpfende Zwischenlagen. Wie die Analyse der Gleisabklingrate zeigt, verhalten sie sich hinsichtlich der Schallabstrahlung im niederfrequenten Bereich < 400 Hz wie weiche Zwischenlagen. Darüber sind sie den harten Zwischenlagen sehr ähnlich, was dazu führt, dass die fahrbahnseitige Schallemission merklich reduziert werden kann. Fragenzeichen gibt es noch beim Thema Dauerhaftigkeit.

Bemerkungen

Der Bericht “Vergleich Zwischenlagen für Betonschwellen” wurde als Auftragserweiterung erteilt.

Schienenbefestigung, Phase I

KPZ Fahrbahn AG, 2021

Projektziel

Klärung der Frage, ob die Schienenbefestigung betreffend Lärm und Unterhaltskosten einen relevanten Einfluss hat.

Ergebnisse

Ausgehend von der Stichprobe gehen die Studienautoren davon aus, dass 10-15% der Schienenbefestigungen nicht korrekt montiert sind. Der Luftspalt zwischen Spannklemme und Winkelführungsplatte beträgt in diesen Fällen (deutlich) mehr als die maximal erlaubten 0.5 mm.

Es ist davon auszugehen, dass dies Auswirkungen auf die Lärmabstrahlung, aber auch auf den Unterhaltsaufwand für den Oberbau hat (Inhomogenitäten). Das Problem könnte mit angepassten Dübeln / Schrauben relativ einfach gelöst werden.

Bemerkungen

Siehe auch Nachfolgearbeit “Bericht Schienenbefestigung HEIG-VD”

Lärm und TDR in engen Gleisbögen

Schweizerische Südostbahn AG SOB, 2021

Projektziel

Das Forschungsprojekt untersucht die Auswirkungen von elastischen Komponenten in engen Gleisbögen auf die Lärmabstrahlung, die TDR (Track Decay Rate, Schienenabklingrate) und die Riffelbildung.

Ergebnisse

Die Lärmemission in Gleisbögen mit Radien < 300m unterscheidet sich von der Lärmemission in der Geraden bei gleichwertigen Oberbau in einem um etwa 5 dB höheren Vorbeifahrpegel. Die Lärmemission in einem Doppelgleisbogen mit unterschiedlichem Betonschwellenoberbauten fällt bei der Kombination 54E2 mit weicher Zwischenlage um 4 dB höher aus als bei der Kombination 46E1 mit harter Zwischenlage. Auch der vorauseilende Schienenschall, das Schienensingen wird am Oberbau 46E1 mit harten Zwischenlagen um 5 dB stärker bedämpft und beträgt im Mittel 12.5 dB pro 100m.

Im Forschungsprojekt von PROSE konnte nach dem Einbau von hochdämpfenden elastischen Zwischenlagen von BATEGU im Bogen km 9.1 in Riedmatt im September 2019 eine Pegelminderung von 5 dB gegenüber der weichen Zwischenlagen Zw700 AT ermittelt werden. Hochdämpfende elastische Zwischenlagen eignen sich sowohl für die Lärmbekämpfung als auch für den Oberbauerhalt durch die Eindämmung des Riffel- und Schienenrauheitswachstums. Das Schienensingen kann mithilfe dieser Zwischenlagen ebenfalls reduziert werden.

Entwicklung Zwischenlage

Prose AG, 2020

Projektziel

Das Ziel des Projekts ist es, die weiche Zwischenlage (Zw) so zu optimieren, dass die Lärmemission vorbeifahrender Züge auf einem Standardoberbau mindestens gleichwertig zu Oberbautypen mit harter Zw ausfällt. Die neue elastische Zw mit hoher Dämpfung soll für den verbreiteten Standardoberbau mit Betonmonoblockschwellen und UIC60/UIC54 Schiene entwickelt werden.

Ergebnisse

Im Rahmen des Projektes «Akustisch optimierte Schienenzwischenlage» wurde eine hochdämpfende Zwischenlage (Zw) in zwei Ausführungsvarianten für die Verwendung in Schienenbefestigungssystemen Typ UIC54 und UIC60 entwickelt, welche

  • die dynamischen Stossbelastungen im Gleis um mehr als 66% gegenüber einer harten Zwischenlage und etwa 20% gegenüber der weichen Zwischenlage reduziert,
  • eine Lärmminderung von 3 bis 5 dB bewirkt und
  • die Zulassungsfähigkeit erreicht hat.

Die Feldversuche wurden an unterschiedlichen Streckenabschnitten durchgeführt. In engen Gleisbögen bei der SOB in Wollerau mit UIC54 Schienen und 60 km/h Durchschnittsgeschwindigkeit wurde eine Pegelminderung von bis zu 5 dB nach Einbau der BATEGU Zw ermittelt. Auf einer weiteren Strecke in der Geraden bei Kerzers mit UIC60 Schienen und einer mittleren Geschwindigkeit von 120 km/h lagen die Vorbeifahrpegel am BATEGU Testabschnitt um 3-4 dB niedriger im Vergleich zum Abschnitt mit weicher Zwischenlage.

Bemerkungen

Arbeitsgemeinschaft mit BATEGU, Gummitechnologie GmbH, Wien

Neuartige Schienenzwischenlagen (Phase I)

Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), 2019

Projektziel

Mit diesem Projekt soll die Entwicklung eines Produktes vorbereitet werden, das die Vorteile von harten und weichen Schienenzwischenlagen vereint. Die neu zu entwickelnde Schienenzwischenlage soll sich frequenzabhängig steif, respektive nachgiebig verhalten. Die Lärmemissionen gegenüber einem Oberbausystem mit weicher Zwischenlage sollen um 4 dB(A) reduziert werden, gegenüber einem System mit üblicher steifer Zwischenlage um mindestens 1 dB(A). Diese Ziele können, gemäss heutigem Wissensstand, mit derzeitig verfügbaren Materialien nicht erreicht werden.

Im Projektantrag vom 13. Juli 2017 wird das Projekt in drei Phasen aufgeteilt, wobei die totale Laufzeit 5 Jahren beträgt. Das BAFU löst mit diesem Vertrag die Projektphase I aus.

Projektphase I soll aufzeigen, ob und wie das Bauteil „Schienenzwischenlage“ so weiterentwickelt werden kann, dass die Projektziele in den noch auszulösenden Projektphasen 2 und 3 erreicht werden können.

Ergebnisse

Phase I of the project has focused on obtaining experimental data and developing new analytical and numerical models that provide explicit links between rail pad geometry, materials properties, noise generation and superstructure protection. This is a complex hierarchical problem, depending on not only the behaviour of the rail pad itself, but also that of the many other components that constitute a rail track. Our strategy for the development of novel rail pads in Phase II will be based on combinations of a representative stiff material (EVA), a soft material (porous PU) and a material with strongly frequency-dependent stiffness in range of interest (PIB). Going beyond the goals defined for the project Phase I, we have already produced a first example of a model high-damping rail pad that has shown a reduction in noise emission by up to 3 dB with respect to conventional hard rail pads. This result emphasizes the validity and potential of the chosen approach.

Bemerkungen

Grundlagenprojekt für die Phasen II und III.

Lärm- und LCC-optimierte Schienenzwischenlagen

TÜV Rheinland Schweiz GmbH, 2018

Projektziel

Mit diesem Projekt soll ein Produkt entwickelt werden, welches elastische Eigenschaften wie die heutigen Zwischenlagen aufweist, um den Oberbauverschleiss zu minimieren, aber gleichzeitig auch dämpfenden Eigenschaften besitzt, um den Lärm zu mindern.

Merkmale der neuen Schienenzwischenlage:

  • elastische Eigenschaften wie die heutigen weichen Zwischenlagen
  • dämpfende Eigenschaften, um Lärm zu mindern

Zusammensetzung aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Steifigkeiten und Dämpfungseigenschaften (EPDM-Materialien).

Ergebnisse

Die neue Schienenzwischenlage verhält sich bezüglich Lärm und TDR wie eine herkömmliche weiche Schienenzwischenlage.

Erprobung Schienenstegabschirmung

Sersa Group AG (Schweiz), 2016

Projektziel

Ziel ist es, die akustische Wirksamkeit der Schienenstegabschirmung an einem Streckenabschnitt messtechnisch durch einen Vorher/Nachher Vergleich zu quantifizieren.

Ergebnisse

Die Schallmessungen ergaben eine deutliche Minderung der Vorbeifahrpegel durch die SSA im erwarteten Bereich von ca. 1 – 4 dB. Die Pegelreduktion der SSA ist dann am höchsten, wenn der Schienenschallanteil das Rollgeräusch bestimmt (Lötschberger in Kombination mit weicher Zwischenlage) und umgekehrt am geringsten bei einem entspre- chend kleinen Rollgeräuschanteil der Schienen (Re420 mit EW3 oder Güterzug in Kombi- nation mit harter Zwischenlage), was plausibel ist.

Im Frequenzbereich ist die Dämmwirkung durch SSA ab 500 Hz erkennbar und ist am höchsten zwischen 800 bis 1000 Hz sowie bei 2000 Hz. Dies ist laut Theorie auch der Schallanteil im Rollgeräusch welcher von der Schiene abgestrahlt wird.

Ein überraschendes Ergebnis zeigen die Gleisabklingraten- und Schienenschwingungs- messungen. Bisher ist man davon ausgegangen dass die SSA im Gegensatz zu Schienenstegdämpfern (SSD) keinen Einfluss auf die Gleisabklingrate und Schienenschwingung haben. Tatsächlich zeigt sich ein beträchtlicher Unterschied in Form von höherer Dämpfung im Gleis und reduzierten Schienenschwingungen, insbesondere in horizontaler Richtung. Der Lärmminderungseffekt der SSA beruht also nicht nur auf der Abschirmung sondern auch auf reduzierter Schwingung und Schallabstrahlung der Schiene.

Betriebsversuch Schienenkopfkonditionierung

ZB Zentrahlbahn AG, 2016

Projektziel

Das Ziel des Auftrages besteht darin, die Wirksamkeit und die Betriebstauglichkeit der SKK im Regelbetrieb über mehrere Monate zu testen.

Ergebnisse

3 ABe 130-Triebzüge (SPATZ) wurden mit SKK-Systemen ausgerüstet. In der Zeit von April 2016 bis Oktober 2016 wurden alle Zugfahrten in der Steinibach-Kurve akustisch zum Nachweis der Wirkung vermessen. Es zeigte sich bereits nach kurzer Zeit eine messbare Wirkung der Schienenkopfkonditionierung. Nach Abschluss der Messkampagne konnte dieser Eindruck bestätigt werden. Durch den Einsatz der Schienenkopfkonditionierung kann der Lärm um bis zu 10 dBA reduziert und die Frequenzen, die als Kreischen wahrgenommen werden, nahezu vollständig unterdrückt werden. Für die nachhaltige Eliminierung des Kurvenkreischens ist es notwendig die Schienenköpfe nach 4-5 Zugdurchfahrten neu zu konditionieren.

Erprobung von Schienendämpfern

Schweizerische Bundesbahnen SBB, 2016

Projektziel

  • Die Bestimmung der Wirksamkeit von Schienendämpfern und daraus Berechnung der netzweiten Kosten und Nutzen.
  • Die Überprüfung der fahrbahnseitigen Tauglichkeit dieser Produkte.
  • Die Validierung der Beurteilungsmethodik „Stardamp“ für die Lärmminderung von Schienendämpfern.

Die Bestimmung von Oberbaufaktoren (Faktor X), welche den Lärm beeinflussen und deren Anpassung eine Alternative zum Einsatz von Schienendämpfern darstellen könnten.

Ergebnisse

Die Wirkung von Schienendämpfern ist in den meisten Fällen zu klein, als dass sie sich als effektive Lärmschutzmassnahme eignen würden. In Fällen, wo eine grössere Wirkung der Schienendämpfer erwartet wird, kann der Oberbau geändert werden: 1) Im B70 System kann im Rahmen von Oberbauerneuerungen das B91 System eingebaut werden. 2) In Fällen mit B91 und weichen Schienenzwischenlagen, können diese mit harten ersetzt werden.

Die Investitionskosten würden bis CHF 33 Millionen betragen, womit ca. 9‘700 Personen neu unter den Immissionsgrenzwert zu liegen kämen.

Vergleich Zwischenlagen

PROSE AG, 2015

Projektziel

Um den Einfluss von unterschiedlich steifen Zwischenlagen (Zw) auf die Lärmemissionen beurteilen zu können wurden Vergleichsmessungen angelehnt an TSI NOI (2015) bei Vorbeifahrt von Zügen auf dem Streckenabschnitt zwischen Kerzers und Müntschemier durchgeführt. Dort sind zum einen harte Zwischenlagen des Typs Zw 661-6 EVA und weiche Zwischenlagen des Typs Zw700-b-100kNEPDM-H-SF150-W eingebaut.

Ergebnisse

Insgesamt als A-bewertete Schalldruckpegel ergibt sich mit weicher Zwischenlage eine Erhöhung der Schallemission (in 7.5 m Abstand vom Gleis gemessen) abhängig vom Zugtyp. Beim leisesten gemessenen Zugtyp liegt die Erhöhung bei 1.8 dB(A), bei Güterzügen liegt die Erhöhung bei maximal 0.5 dB(A). Interessant sind die frequenzabhängigen Unterschiede beim Luftschall zwischen weicher und harter Zwischenlage. Im Frequenzbereich bis zu 500 Hz ist die Schallemission mit weicher Zwischenlage geringer, zwischen 500 und 1000 Hz aber deutlich höher.

Schienenabsorber BLS

PROSE AG, 2011

Projektziel

In einer Messkampagne auf einem geeigneten Gleisabschnitt in Kerzers wurden vier Schienenstegabsorber vergleichend auf ihre Wirkung untersucht. Die Vergleichsparameter waren die zu erzielende Lärmminderung innerhalb der Vorbeifahrpegel verschiedener Fahrzeugarten sowie die Änderung der Abklingrate (Track-Decay-Rate).

Ergebnisse

Das Vorbeifahrgeräusch durch die verschiedenen getesteten Absorbertypen von Schrey & Veit, Vossloh, TATA und STRAIL kann ab einer Geschwindigkeit von 60 km/h im Mittel um 2 dB reduziert werden. Je nach Fahrzeugmix bezüglich Radbauart, Fahrzeugtyp und Betriebsgeschwindigkeit sind auch höhere Pegelminderungen möglich.

Die Absorber von Schrey & Veit und TATA erwiesen sich als besonders effektiv und sind lang erprobte und technisch ausgereifte Produkte. Die Absorber von Vossloh und STRAIL weisen vor allem durch ihre geringere Masse kleinere Pegelminderungen auf, sind dafür jedoch meist günstiger in der Beschaffung. Der STRAILastic Absorber ist zudem metallfrei aufgebaut.

Die Eignung eines Gleisabschnittes für solche Massnahmen sowie die Wirkung im Frequenzbereich kann mit Hilfe der Track Decay Rate Messung quantifiziert werden.

Entwicklung von kurzwelliger Schienenrauheit

TU Berlin, 2011

Projektziel

Literaturstudie zu den Einflussfaktoren für die Entwicklung von kurzwelliger Schienenrauheit.

Bemerkungen

Nach der vorliegenden Literatur wird die Schienenrauheit durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst, die meist unabhängig voneinander auftreten. Wichtigste Einflüsse sind die dynamische Beschaffenheit der Oberbaus, speziell des Gleisrostes. Weitere Einflussparameter sind die Fahrgeschwindigkeit. Daraus resultieren Schlupfbewegungen und Vibrationen, die durch die spezifischen Gleis-Resonanzen beeinflusst werden. Hier ist die unterschiedliche Gleis- / Rad-Rezeptanz wichtig, die sich bei einer Radposition im Schwellenfach bzw. auf dem Schwellenkopf einstellt. Jedoch sind auch andere Einflüsse wie Luftfeuchtigkeit oder laterale Kräfte nicht vernachlässigbar. Die Schwierigkeit in der vollständigen Untersuchung und Bewertung einer Messstelle ist daher die Bestimmung aller Einflussfaktoren. Bei Langzeit-Feldversuchen kann nur mit großem Aufwand ein Faktor geändert werden. Daher scheint es, daß bisher die Entstehung und Einflussfaktoren der akustisch relevanten Schienenrauheit eher wenig analysiert worden sind.

Entwicklung der Schienenrauheiten – BAV Messstellen 2003 bis 2011

PROSE AG, 2011

Projektziel

Dokumentation der Ergebnisse der Schienenrauheitsmessungen an den Messstellen des BAV zum Monitoring des Schienenfahrzeuglärms in der Schweiz zwischen 2003 und 2011. Die Messstellen Oberwichtrach, Itingen und Steinen wurden seit 2003 registriert, die Messstellen Gland, Walenstadt und Lindau ab 2004.

Ergebnisse

Die Schienenrauheiten nehmen über den betrachteten Zeitraum ab, dies kann als allgemeine Tendenz in den Ergebnissen erkannt werden. Das Ausgangsniveau der Rauheitspegel von 2003 bzw. 2004 ist jedoch bei allen Messstellen hoch. In Oberwichtrach werden die höchsten Rauheitspegel gemessen, wird dort geschliffen, so hält die niedrige Rauheit nur wenige Monate an und erreicht kurz darauf wieder das Ausgangsniveau. Die Rauheiten der Messstelle in Gland erscheinen sehr gleichmässig, es ist ein leichter Rückgang der Pegel zu erkennen – dennoch ändert sich die Kontur des Rauheitsspektrums über den Zeitraum kaum. Die Schienenrauheiten in Itingen weisen einen markanten Rückgang zwischen 2006 und 2007 auf, welcher auch auf dem neuen niedrigen Niveau bestehen bleibt. Hier hat entweder ein Schleifprozess stattgefunden oder gar ein Gleisumbau. In Steinen werden die höchsten Schienenrauheiten erst 2005 und 2006 gemessen. In den Folgejahren nimmt der Pegel durch Schleifmassnahmen weiter ab. In Steinen West kann man sehr gut die Entwicklung von Schleifspuren erkennen, sie nehmen mit 10 dB / Jahr ab. Walenstadt weist auf beiden Gleisen unterschiedliche Rauheitsspektren auf, welche anfangs gleichermassen auf hohem Niveau darstellten. Auf dem Ost Gleis sind Wellenlängen zwischen 5 und 2.5 cm relevant (Riffelbildung), auf dem Westgleis sind es eher die langwelligen Anteile im Spektrum. Beide Gleise wurden zuletzt geschliffen, wobei die niedrigen Schienenrauheiten in Walenstadt West bereits seit 2007 fortbestehen. In Lindau ist ein eher dynamisch veränderliches Spektrum erkennbar, welches nach einem Schleifvorgang innert 2 Jahren wieder auf voriges Niveau anwachsen wird. In Lindau West man diesen Vorgang besonders gut beobachten. Während die Schleifmarken hier lediglich mit 5 dB pro Jahr zurückgehen, wachsen die langwelligen Anteile mit 8 dB pro Jahr rasch wieder an. Je nach Prozesstiefe benötigen Schleifmarken bis zu drei Jahren um vollständig im zu verschwinden.

Entwicklung der Schienenrauheit – Grundlagenstudie

EMPA, 2010

Projektziel

Im Rahmen eines Vorprojektes wurde der Einfluss verschiedener Faktoren auf die zeitliche Entwicklung der Schienenrauheit untersucht. Als zentrale Datengrundlage dieser Analyse wurden Schienenrauheitsmessungen von rund einem Drittel des Schweizer Schienennetzes eingesetzt. Diesen Messdaten wurden Angaben zum Betrieb (Achslast, Geschwindigkeit, Traktion/Bremsen) und zum Oberbau (Bogenradius, Schwellentyp, Schienenqualität) gegenüber gestellt. Die verwendeten Daten stammen aus Datensätzen der SBB, der Firma Prose und der SwissTopo. Der erste Teil der Arbeit umfasste die Beschaffung, Aufbereitung und Fusion der verschiedenen Datensätze. In einem zweiten Teil wurde der Einfluss der verschiedenen Attribute auf die Schienenrauheit untersucht.

Ergebnisse

Die multiple lineare Regression ergab, dass die folgenden Parameter einen bedeutenden Einfluss auf die Schienenrauheit haben:

Radius

  • Überhöhung
  • Schienenqualität
  • Schwellenart
  • Schienenstoss
  • Schwellenverlegeart

Die Summenrauheitspegel Lλ,CA schwanken dabei je nach variiertem Parametern um bis zu 10 dB(A) und unterstreichen die Bedeutung, welche der Infrastruktur in Bezug auf die Schienenrauheit und damit auf die Schallentstehung zukommt. Nicht als massgebliche Einflussgrösse wurde die betriebliche Belastung ausgewiesen. Die vorhandenen Daten liefern somit keine Bestätigung für die häufig gehörte Aussage, dass raue Räder raue Schienen verursachen. Für das weitere Vorgehen wird empfohlen, die Entwicklung eines physikalischen Modells in Angriff zu nehmen, welches die Entstehung von Rauheiten beschreiben kann und aus welchem Empfehlungen im Hinblick auf die Beeinflussung der massgebenden Parameter abgeleitet werden können.

Schwelle

Schwellenbesohlung, Einfluss auf den Fahrlärm

EMPA, 2019

Projektziel

Das Ziel des Auftrages besteht darin, die Unterschiede in der Lärmabstrahlung eines Oberbaus mit besohlter und unbesohlter Betonschwelle aufzuzeigen (steife Besohlung Typ SBB und harte Zwischenlagen).

Ergebnisse

USP are soft track component with a frequency-temperature dependent behaviour. Their material properties should be measured via DMA to ensure a proper modelling of the pad properties.

The influence of USPs over the track dynamics and acoustic is limited to frequencies up to 30 Hz for a lateral excitation and up to 300 Hz for a vertical excitation.

Only the USP stiffness matters when looking at noise emission. The damping does not have any noticeable effect. This is due to the damping of the ballast being already very high. Any added damping is superfluous.

At (very) low frequencies, USPs can results in a sound power level increase of around 15 dB in the lateral case and around 10 dB in the vertical case, when compared with a track without USP. These extremum are obtained for unrealistic low values of USP stiffness and serve only as guidelines.

Since the temperature has an effect on the USP stiffness, care should be taken to measure reference track and track with USP at at comparable temperature conditions and if possi- ble at close locations.

 

For a pass-by event, the presence of hard USP (SLB3007) results in an increase of the Sound Pressure Level by less than 1dB(A).

Innovative Betonschwelle

PROSE AG, 2019

Projektziel

  • Reduktion der Streckenlärmemissionen um 1 dBA gegenüber Strecke mit Betonschwelle B91 (unbesohlt)
  • hart besohlte neue gegenüber hart besohlte Betonschwelle B91 akustisch neutral
  • Quantitative Aussage zu Streckenlärmemissionen bei Verwendung mit weicher Besohlung

Beschreibung optimale Anwendungsfälle in Bezug auf Lärmemissionen, Instandhaltung, Erschütterungen mit/ohne Besohlung mit harter/weicher Schienenzwischenlage.

Ergebnisse

In der Praxis hat am besten das Testgleis mit Railbone-Schwellen und doppelter Schienenbefestigung abgeschnitten, gefolgt vom Gleis mit Hammerhead-Schwellen. Am Testgleis wurden im kritischen Bereich des Schienenschalls bei 1000 Hz somit über 2.5 dB höhere und bei 1250 Hz noch über 1.5 dB höhere TDR-Werte in lateraler Richtung gemessen als beim Gleis mit B91-Schwellen. Da dieser Frequenzbereich im Rollgeräusch im A-bewerteten Spektrum i.d.R. die höchsten Terzpegel aufweist, wirken sich diese Änderungen direkt auf den Summenpegel aus, sodass eine Pegelminderung durch die Betonschwelle von 1-2 dB realistisch ist. Im tieffrequenten Bereich gibt es auch leichte Pegelreduktionen durch die höhere Schwellenmasse und Dämpfung, was aber von untergeordneter Bedeutung ist.

Aus akustischer Sicht wird mit neuen Betonschwellen vom Typ Railbone oder vom Typ Hammerhead sowie bei der Verwendung von harten Zwischenlagen somit ein lärmarmer Gleisaufbau möglich, an dem 1-2 dB niedrigere Vorbeifahrpegel als bei einem konventionellen Gleis mit B91-Schwellen realistisch sind.

Bemerkungen

Zusammenarbeit mit VIGIER RAIL AG, Müntschemier

Vergleich Betonschwellen B70 – B91

PROSE AG, 2018

Projektziel

Von den SBB wurde in den Raum gestellt, dass neue B91– Oberbauten bis 3 dB(A) leiser seien als die vor dem Umbau vorhandenen B70 – Oberbauten. Auf welchen Teil des Oberbaus die behauptete Lärmreduktion zurückzuführen ist, bleibt unklar. Das Abstrahlverhalten der Schiene (verschiedene Profile) ist bekannt. Deshalb soll im vorliegenden Projekt das Abstrahlverhalten der Schwellen B70 und B91 bei gleichem Schienenprofil (UIC-60) und harter Zwischenlage untersucht werden.

Ergebnisse

PROSE AG Bericht Akustische Wirkung von Betonschwellen B70 und B91 – Erkenntnisstand aus Forschungsprojekten (2018).

Lärmzunahme bei Schwellenbesohlungen

PROSE AG, 2015

Projektziel

Ziel des Projekts ist, die bei verschiedenen Messungen an unterschiedlichen Standorten festgestellte Lärmzunahme bei Einsatz von Schwellenbesohlungen (USP) vertieft zu analysieren, um die Ursache für die Lärmzunahme möglichst identifizieren zu können. Zu klären ist insbesondere, in welchem Frequenzbereich sich die Lärmzunahme auswirkt und welchen Einfluss die Schwellenbesohlung auf die Gleisdämpfung und die Schienenrauheit hat. Mittels Analyse und Gegenüberstellung unterschiedlicher Fahrgeschwindigkeiten und unterschiedlichen Rollmaterials lassen sich Schlüsse bezüglich Anregung und Schallabstrahlung ziehen. Neben ortsfesten Schallemissionsmessungen werden auch on-board Beschleunigungs- und Schallmessungen analysiert, insbesondere auch die Korrelation zur Schienenrauheit und den ortsfesten Messungen.

Ergebnisse

Die durchgeführten Analysen im Frequenzbereich zeigen eine deutliche Lärmzunahme ab 160 Hz bis über 1000 Hz, meistens mit einem Maximalwert von 5-10 dB bei 250 Hz. In Lengnau – Pieterlen (inkl. weiche Zwischenlage) erstreckt sich die Lärmzunahme, trotz deutlich reduzierter Schienenrauheit, von 400 Hz bis 1000 Hz mit einer markanten Spitze bei 630 Hz und einem Maximalwert bis zu 13 dB in diesem Terzband. In einigen Fällen, wo zu zwei Zeitpunkten gemessen wurde, stellte man eine weitere Lärmzunahme über die Zeit fest, welche auch im Frequenzbereich deutlich ersichtlich ist. Dies dürfte auf ein verstärktes Schienenrauheitswachstum in den Abschnitten mit Schwellenbesohlung gegenüber der Referenz zurückzuführen sein. Allerdings gibt es auch Abschnitte mit Schwellenbesohlung, die geringere Rauheiten als die Referenz aufweisen. Die Entwicklung der Schienenrauheit ist daher bei Abschnitten mit Schwellenbesohlung in Zukunft weiter zu beobachten. Klar ist aber, dass auch bei gleicher Schienenrauheit im Referenz- und Schwellenbesohlungsabschnitt trotzdem eine deutliche Lärmzunahme vorhanden ist. Hinsichtlich Gleisabklingrate gibt es keine klaren Anzeichen, dass diese durch die Schwellenbesohlung reduziert wird und damit die Lärmzunahme erklären könnte. Allerdings fehlen dazu Messdaten, die eine klare Aussage ermöglichen würden. Schwingungsmessungen an Schiene und Schwelle zeigen, dass die Schwellen mit Schwellenbesohlung verstärkt schwingen und zwar genau in den Frequenzbereichen, in denen auch die höchsten Lärmzunahmen festgestellt wurden. Diese Schwingungen und die daraus resultierende Schallabstrahlung dürften der Hauptgrund für die festgestellten Lärmzunahmen sein. Es wäre daher wünschenswert, wenn der Oberbau mit Schwellenbesohlung hinsichtlich Schallabstrahlung optimiert wird, sei es durch eine optimale Abstimmung der Steifigkeiten der Zwischenlage und USP oder durch Entwicklung einer akustisch geeigneten Schwelle für Schwellenbesohlung. Zudem sollte dieser Oberbau eine geringe Schienenrauheit aufweisen.

Synthesebericht Weiche Schwellenbesohlung

Schweizerische Bundesbahnen SBB, 2014

Projektziel

Im Herbst 2011 haben die SBB auf dem Abschnitt Lengnau – Pieterlen eine Teststrecke realisiert, um den Einsatz von Schwellenbesohlungen als Massnahme zum Schutz vor Erschütterungen zu untersuchen. Im vorliegenden Synthesebericht sind die Ergebnisse einer vertieften Auswertung zu verschiedenen Messreihen zusammengefasst.

Ergebnisse

Die Auswertungen haben gezeigt, dass durch den Einbau von Schwellenbesohlungen eine Reduktion der Erschütterungen festgestellt werden kann. Die Reduktion beläuft sich bezogen auf alle Zugskategorien und gemessen an den vRMS Werten je nach Auswertungsmethode auf zwischen 15% – 45% bzw. 8% – 39% (Normierung mit Modell). Die durchschnittliche Reduktion in dBA für alle Zugskategorien und über den gesamten erfassten Frequenzbereich beträgt rund 5.5 dBA. Mit Aussenlärmmessungen wurden Hinweise gefunden, dass im Zusammenhang mit dem Einbau von USP eine Zunahme des Lärmpegels im Bereich zwischen 315 und 1250 Hz zu verzeichnen ist, während im Bereich zwischen 25 – 160 Hz eine Abnahme festgestellt wurde. Für den Bereich, in welchem eine Zunahme zu verzeichnen ist, bieten sich bauliche Massnahmen zur Optimierung des Systems an.

Besondere Lärmquellen

Schlupfwellen in engen Bögen

Trombik Ingenieure AG , 2019

Projektziel

Im Rahmen des Projekts werden verschiedene technischen Lösungen gegen das Entstehen von Schlupfwellen in engen Bögen (R<250m) in einer Teststrecke der BLS erprobt. Geplant ist der Ersatz von Holzschwellen mit besohlten Betonschwellen B91 mit weichen / harten Zwischenlagen. Das Vorhaben wird nach Abschluss der Leistungen direkt zur Anwendung bereit stehen.

Ergebnisse

Für enge Bögen wird aufgrund der Messresultate aus akustischer Sicht die Oberbaukonfiguration mit weicher Zwischenlage und Schwellenbesohlung empfohlen. In diesem Abschnitt sind im Gegensatz zu den anderen Abschnitten die Schienen auch 300 Tage nach dem Schienenschleifen noch glatt (Einzahlwert 80 km/h < 4 dB) und die Schallemissionspegel erreichten, abgesehen von witterungsbedingtem Kurvenquietschen des Regio Dosto an einem Messtag, die tiefsten Werte bei den Messungen 200 Tage nach dem Schienenschleifen. Aufgrund des Trends der zeitlichen Schienenrauheitsentwicklung in den verschiedenen Abschnitten werden die Schallemissionspegel zudem zukünftig am wenigsten stark ansteigen.

RBS Mandarinli Bremsquietschen

Prose AG, 2012

Projektziel

Bei einigen „Mandarinli“ Triebzügen aus den 70er-Jahren des RBS kommt es zu lautem Quietschen der Bremsen beim Anhalten der Züge. Dies führte zu Beanstandungen von Anwohnern beim Betreiber RBS. PROSE wurde damit beauftragt, abzuklären, wie das Quietschen entsteht und vermieden werden kann.

Ergebnisse

Mittels Messungen auf dem Fahrzeug im Betrieb und statischen Versuchen zur Bestimmung der Eigenfrequenzen der Bremsbauteile, wurde das Bremsquietschen untersucht. Die ursprüngliche Hypothese, dass die Bremsscheibe das schallabstrahlende Bauteil ist, wurde durch die Untersuchungen widerlegt. Stattdessen sind ein beweglicher Hebel und ein Bauteil, das der Auflage dieses Hebels dient, mit grosser Wahrscheinlichkeit für die Abstrahlung des Bremsquietschens verantwortlich. Die vorwiegend als Anhaltebremse verwendete mechanische Bremse auf den Mandarinli-Fahrzeugen verursacht an allen Haltestellen sehr lauten und, durch das unangenehme Quietschen, besonders störenden Lärm. An einigen Stationen sind die Lärmpegel aber besonders stark, wie die Lokalisierung des Bremsquietschens ergeben hat. Ein Zusammenhang zwischen der Lautstärke des Bremsquietschens und der Temperatur der Bremsscheiben konnte nicht festgestellt werden. Schliesslich wurde untersucht, wie sich das Anbringen von Anbauteilen an den beiden identifizierten schallabstrahlenden Bremsbauteilen auswirkt. Im statischen Versuch wurde eine deutliche Reduktion der Schallabstrahlung festgestellt, so dass die Wirksamkeit dieser Massnahme nun durch Kontrollmessungen im Betrieb des Fahrzeugs verifiziert werden kann.

Schwingungsabsorber bei Stahlbrücken

Schweizerische Bundesbahnen SBB, 2009

Projektziel

Stahlbrücken haben die negative Eigenschaft, dass sie den Eisenbahnlärm markant erhöhen. Als wirksame Massnahme zur Minderung des Brückenlärms drängte sich bis anhin einzig ein Brückenersatz auf. Lärmschutzwände bildeten nur bedingt eine geeignete Massnahme und kamen häufig aus ästhetischen Gründen nicht in Betracht. Das Ziel des Pilotprojektes bestand darin, mittels einer elastischen Schienenlagerung kombiniert mit Schwingungsabsorbern den Brückenlärm kostengünstig und wirksam zu reduzieren.

Ergebnisse

Im ursprünglichen Zustand war die getestete Stahlfachwerkbrücke mit offener Fahrbahn um 8 dB(A) lauter als das normale Eisenbahntrassee. Mit der neuen Sanierungsmethode „elastische Schienenlagerung + Schienenabsorber“ konnte die Brückenschallabstrahlung um 6.5 Dezibel reduziert werden, so dass nur noch ein Brückenzuschlag von 1.5 dB(A) übrigblieb. Ein Unterschied zwischen dem Bahntrassee der offenen Strecke und dem Brückenbereich ist nicht mehr hörbar. Der von der Stahlbrücke verursachte Zusatzlärm konnte somit vollständig eliminiert werden. Die Schienenabsorber werden an die Schiene geschraubt und diese erleiden folglich keine Perforierung. Ausser dem Mehrgewicht der Absorber, das die Brücken zu tragen haben, bestehen keine Sicherheitsbedenken. Die langfristigen Auswirkungen auf den Unterhalt und die Sicherheitsaspekte sind Gegenstand weiterer Beobachtungen. Im Vergleich zu einem Ersatz mit Betonbrücken ist mit rund 10-mal geringeren Investitionskosten zu rechnen.

Vermeiden von Kurvenkreischen

Prose AG, 2006

Projektziel

Erarbeitung von Lösungsvorschlägen zum Thema Vermeiden von Kurvenkreischen bei Eisenbahnen.

Ergebnisse

Ausgangslage ist, dass das Rollmaterial der MOB sukzessive mit Radschallabsorbern ausgerüstet wird. Diese zeigen eine gute Wirkung gegen Kurvenkreischen. Die Umbauten werden im Rahmen normaler Revisionen durchgeführt und es wird daher noch längere Zeit in Anspruch nehmen, bis das Kurvenkreischen mit dieser Massnahme eliminiert werden kann. Deshalb prüft MOB, an einigen Bögen auch Massnahmen an der Strecke vorzunehmen, die das Kurvenkreischen unterbinden. Die Rahmenbedingungen bei der MOB sind mit Meterspur, engen Radien, grossen Steigungen und konzentrierter Traktion gegeben und schränken die Auswahl der Lösungsansätze ein. Neben dem schon verfolgten Ansatz der Raddämpfung ist einzig der Ansatz der Reibwertreduktion am Berührpunkt des Rades mit der Schiene erfolgversprechend. Validierte Lösungen für Einsatzbedingungen, die die Anforderungen bei MOB einschliessen, gibt es heute jedoch noch nicht. Schliesslich wurden die Lärmverminderungen bezüglich Kurvenkreischen durch die Installation von ortsfesten Reibwertkonditionieranlagen an zwei besonders engen Kurvenradien an der MOB-Strecke Montreux — Gstaad mittels Lärmmessungen untersucht.  Durch den Vergleich der gemessenen Schallpegelwerte im Ausgangszustand und nach Inbetriebnahme der Anlagen konnte festgestellt werden, dass die Anlagen eine Verbesserung der Lärmsituation bewirken. Die mittlere Reduktion des Spitzenschallpegels um ca. 2 bzw. 5 dB ist jedoch unter dem Wert, der erwartet wurde. Es wurde festgestellt, dass Kurvenkreischen auch mit Reibwertkonditionierung auftritt.  Für eine Aussage zur Reduktion der Häufigkeit ist das Beobachtungsintervall zu kurz.

Lärmmesskonzept für Eisenbahn-Stahlbrücken

Prose AG, 2006

Projektziel

Im Hinblick auf die Lärmsanierung von Stahlbrücken älterer Bauart ist es erforderlich, den Erfolg von solchen Sanierungsmassnahmen beurteilen zu können. Da es keine Normen für die Beurteilung des Lärmverhaltens von Brücken gibt, sollte ein Messverfahren für diese Beurteilung entwickelt werden.  Es wurde ausgehend von den vorhandenen Normenwerken, dem Stand der Technik und den spezifischen Gegebenheiten an Eisenbahnbrücken ein Messverfahren entwickelt, das für die Beurteilung von Sanierungsmassnahmen an Brückenbauwerken geeignet ist. Insbesondere die schlechte Zugänglichkeit von Brücken für die Messung sowie der lange zeitliche Abstand zwischen der „Vorher”- und der „Nachher”-Messung erschweren die Messung.

Ergebnisse

Beim vorgeschlagenen Verfahren wird der normale Zugsverkehr erfasst. Es wird bewusst auf spezielle Messfahrzeuge verzichtet, da dieser Ansatz von der Auswahl der Fahrzeuge bis zur langfristigen Vorhaltung der Fahrzeuge in einem konstanten Zustand viele Detailprobleme birgt. Der übliche Zugsverkehr stellt hingegen eine breite statistische Basis dar, die zudem der real an der Brücke vorkommenden Situation entspricht. Für die übrigen Parameter der Messung (Messposition, Messwert, Geschwindigkeit der Züge, etc.) werden geeignete Werte festgelegt.  Das Verfahren ist wegen des statistischen Ansatzes in der Lage, die erreichte Pegelreduktion in einem Sanierungswert zu konzentrieren. Der Sanierungswert drückt das geänderte Lärmverhalten einer Brücke in einem einzelnen Wert aus.  Auf Grund der Komplexität des zu messenden Systems „Brücke mit überfahrendem Zug” und dem heutigen Wissensstand wird in diesem Bericht ausführlich auf die Zusammenhänge eingegangen, die zu dem vorgeschlagenen Messverfahren geführt haben. Dadurch ist es möglich, das Messverfahren der Messsituation anzupassen, falls eine Durchführung nach dem hier vorgeschlagenen Messverfahren nicht möglich ist. Ebenso ist so eine fundierte Beurteilung der Messergebnisse möglich.

Massnahmen zur Lärmsanierung von Stahlbrücken

Schweizerische Bundesbahnen SBB, 2005

Projektziel

Im Hinblick auf die notwendige Lärmsanierung einer grösseren Anzahl von Stahlbrücken im ganzen Netz der SBB galt es festzulegen, mit welchen technischen Lösungen diese Sanierung angegangen werden soll. Dabei waren zunächst alle denkbaren Lösungsansätze zu sammeln und hinsichtlich ihrer Wirksamkeit, ihrer Lebenszykluskosten und ihrer Auswirkungen auf die betroffenen Fachbereiche Fahrbahn, Ingenieurbau und Umwelt zu beurteilen.

Ergebnisse

Das Projektteam kommt zum Schluss, dass die Problematik der Längsdilatation bis heute sehr konservativ gehandhabt worden ist, und dass bei genauerer Betrachtung durchaus Spielraum besteht für elastische Schienenbefestigungen. Elastische Schienenbefestigungen verhindern die Vibrationsübertragung auf die Tragkonstruktion der Brücke nahe am Entstehungsort der Vibrationen. Es sind fertig entwickelte und technisch ausgereifte Lösungen am Markt erhältlich, welche sich im Ausland bereits bewährt haben. Der Einbau elastischer Zwischenlagen zwischen den Schwellen und den Längsträgern der Brücke sind ähnlich erfolgsversprechend. Dem potentiellen Vorteil der tieferen Kosten steht der Nachteil gegenüber, dass solche Lösungen erst noch entwickelt werden müssten. Es wird vorgeschlagen, eine bestehende Stahlbrücke als Prototyp umzubauen und zwei verschiedenen Typen elastischer Schienenbefestigungen einzubaen. Parallel dazu soll abgeklärt werden, ob und mit welchem Aufwand eine Konstruktion für eine elastische Zwischenlage zwischen Schwelle und Längsträger erarbeitet werden kann. Falls eine solche Konstruktion gefunden werden kann ist der Vergleich mit den elastischen Schienenbefestigungen anschliessend zu aktualisieren. Vorerst noch ausgeklammert sind Stahlbrücken mit Schotterfahrbahn. Bei diesen Brücken stehen zusätzliche Möglichkeiten für die Lärmsanierung zur Verfügung. Diese sollen in einem nächsten Schritt miteinander verglichen und beurteilt werden.

Schallabstrahlung von Eisenbahntunnelportalen

B+S Ingenieur AG / EMPA, 2004

Projektziel

Im Bereich von Eisenbahntunnelportalen können relevante Schallimmissionen entstehen, die vom Portal abgestrahlt werden. Diese Schallenergie tritt während der Tunnelfahrt als Folge von Reflexionen an den Tunnelwänden auf. Bis anhin wurde dieser Effekt bei Schallimmissionsprognosen weitgehend ignoriert. Das Projekt sollte diesen Sachverhalt untersuchen.

Ergebnisse

Die Portalabstrahlung wurde anhand von Messungen an realen Tunneln und in Massstabsmodellexperimenten untersucht. Basierend auf den Messergebnissen und theoretischen Überlegungen wurde schliesslich ein Rezept zur Abschätzung der ’Tunnelwirkung’ entwickelt. Eine schallabsorbierende Auskleidung auf einer Länge von 30 m im Portalbereich reduziert den vom Portal abgestrahlten Anteil ganz erheblich. Demgegenüber erhöht sich in Portalnähe bei freier Sicht und bei harter Fahrbahnplatte der Mittelungspegel um bis zu 4 dB. Besonders kritisch sind Fälle mit abgeschirmtem Direktschall, d.h. unterbrochener Sichtlinie auf die Geleise, da in diesen Situationen der vom Portal abgestrahlte Schall auf Grund der höheren Emissionspunktlage typisch eine deutlich geringere Dämpfung erfährt. Hierbei sind Tunnelwirkungen möglich, die deutlich über 4 dB liegen. Nebst der reinen Pegelbetrachtung ist zu bedenken, dass der hallige Charakter des Portalgeräusches den Tunnel leicht wahrnehmbar macht und damit zu Reklamationen der Anwohner führen kann. Nebst der Portalabstrahlung des eigentlichen Eisenbahngeräusches wurde untersucht, inwieweit sich messtechnisch Druckpulse als Folge der plötzlichen Entspannung bei der Ausfahrt nachweisen lassen. Im untersuchten Geschwindigkeitsbereich bis 135 km/h wurden keine relevanten Schalldrucke beobachtet.

Wirksamkeit Schienenentdröhnung

SFE Gesellschaft für Strukturanalyse in Forschung und Entwicklung GmbH , 2003

Projektziel

Ziel des Projektes ist es, das Rollgeräusch um 3 bis 5 dB(A) durch den Einbau einer Schienenentdröhnung in einem Gleis mit weichen Zwischenlagen zu reduzieren. In dieser Untersuchung soll die Wirksamkeit der Schienenentdröhnung durch eine Simulation der Fahrzeug-Fahrweg-Interaktion beurteilt werden. Hierzu wird anhand einer Labormessung ein validiertes FE-Schienenmodell der Entdröhnung erstellt und in ein FE-Modell des Gleises integriert. Die Beurteilung der Wirksamkeit erfolgt anhand des Körperschalls auf Rad und Schiene.

Ergebnisse

In einem Laborversuch wurde zunächst die Wirkung der Schienenentdröhnung auf die „frei gelagerte“ Schiene untersucht. Die Schienenentdröhnung verringert zwar die Schwingungsamplituden, führt aber nicht zu einer qualitativen Änderung des Resonanzverhaltens der Schiene. Die Schiene ist weiterhin nur „schwach“ gedämpft, da weiterhin viele schmale Resonanzstellen auch bei der entdröhnten Schiene erkennbar sind. Die Schienendynamik im eingebauten Zustand weist große qualitative Unterschiede zu der im Laborversuch verwendeten freien und endlich langen Schiene auf. Es sind nur noch wenige Resonanzstellen vorhanden, die jetzt aber nicht mehr nur „schwach“ sondern „stark“ gedämpft sind. Dies ist auf die hohen Dämpfungseigenschaften der Zwischenlagen und auf die Abstrahldämpfung der quasi unendlich langen Schienen zurückzuführen. Die Wirkung der Entdröhnung am Steg und am Fuß ist in der dynamischen Nachgiebigkeit des Gleises und in den Schwingschnellen auf Rad und Schiene nur noch in geringem Maße feststellbar. Änderungen der Zwischenlageneigenschaften haben einen größeren Einfluss als die Verwendung einer Schienenentdröhnung. Die dämpfende Wirkung der Zwischenlagen ist darin begründet, dass die Zwischenlagen durch die Schienenschwingungen relativ großen Verformungen ausgesetzt werden. Die Verformungen der Schienenentdröhnung sind in den akustisch relevanten Frequenzbereich bis 1000 Hz dagegen gering. Deutliche Auswirkungen der Schienenentdröhnung zeigen sich, wenn mit dem Gleismodell die Auswirkungen einer lateralen Kraftanregung auf die Schwingschnellen von Kopf und Fuß in 3 m Entfernung berechnet wird (Bild 26 und Bild 27). Ob hierdurch eine wesentliche Verringerung der abstrahlenden Fläche der Schienen und damit eine Reduktion des Luftschallpegels um 3 bis 5 dB erreicht wird, soll Schwerpunkt der Untersuchung in Projektphase 2 mit den spezifischen Daten der Erprobungsstrecke sein.

Feste Fahrbahn

Simulationsmodell lärmarmer Oberbau (OST)

EMPA, 2017

Projektziel

Das Ziel des Auftrages besteht darin, ein Modell zu entwickeln, mit welchem die Schallentstehung und Abstrahlung des Rollgeräusches von Eisenbahnen, ausgehend von einer physikalisch korrekten Beschreibung der Phänomene, modelliert werden kann. Das Modell soll dabei die Teilsysteme Fahrzeug (Drehgestell und Wagenkasten) und Oberbau (Schiene, Schwelle, Schotter inkl. Zwischenlagen) einbeziehen. Neben der Rollgeräuschsimulation auf gerader Strecke soll das Modell auch dahingehend konzipiert werden, Kurvenfahrten (ohne Kurvenkreischen) sowie transiente Ereignisse wie Weichen oder Schienenstösse abzubilden.

Ergebnisse

Im Rahmen des Entwicklungsprojektes konnte die Modellierungskette erfolgreich geschlossen werden und es konnte gezeigt werden, dass auf dieser Basis die auftretenden Kräfte, die daraus entstehenden Strukturschwingungen sowie der schlussendlich abgestrahlte Luftschall ganzer Zugvorbeifahrten zeitlich und spektral fein aufgelöst simuliert werden können. Dank umfangreichen Messungen zum einen auf dem Schienen- weg-Prüfstand der TU München und zum anderen an einem Streckenabschnitt bei Rothenthurm, Kanton Schwyz, konnten zudem mehrere Teilmodelle validiert werden. Eine abschliessende Validierung des Gesamtmodelles steht allerdings noch aus. Dies, sowie eine weitergehende Optimierung der Teilmodelle, namentlich in Bezug auf die Nachbildung der Dämpfungseigenschaften, sollte in einem Nachfolgeprojekt erfolgen. Ebenso sollte eine Datenbank mit Materialeigenschaften und komponentenspezifischen Modellen aufgebaut werden. Auf dieser Basis kann im Anschluss ein Variantenstudium erfolgen, welches eine aus lärmtechnischer Sicht optimale Kombination bestehender Komponenten bezweckt, unter Berücksichtigung weiterer Eigenschaften wie Lagestabilität, Verschleiss oder Erschütterungen.

Optimierung Oberbau: Go Leise (Phase I)

Schweizerische Bundesbahnen SBB, 2016

Projektziel

Das Ziel des Auftrages besteht darin, eine Übersicht über den Einfluss der Gleiskonstruktion auf den Fahrlärm der Eisenbahnen zu erhalten, Lücken im Wissen und Versuche zu definieren, wie diese Lücken geschlossen werden können. Zusätzlich soll die Methodik zur Optimierung der Gleiskonstruktion im Detail bestimmt werden. Dabei sollen gleichzeitig die Anforderungen bezüglich Lebenszykluskosten (LCC), Sicherheit und Erschütterungen bestmöglich mitberücksichtigt werden.

Ergebnisse

Es wurden mehr als 70 Wissenslücken identifiziert. Sechzehn davon wurden als besonders wichtig taxiert. Diese sind: 1) Entstehung und Wachstum der Schienenrauheit, 2) Monitoring Schienenrauheit, 3) Gründe für die Zunahme des Lärms bei Schwellenbesohlung, 4) Bestimmung der relevanten Parameter bei Schienenzwischenlagen, Verbesserung 5) der Schienenzwischenlage, 6) der Befestigung, 7) der Schwelle, 8) Bestimmung der Effekte des Alterns, 9) Erhebung besserer Kostendaten im Asset Management, 10) Bestimmung optimaler Ersatzzeitpunkt für Gleiskomponenten, 11) Richtlinie Design of Experiments und Statistik, 12) Funktion für Beschreibung der Leistung des Gleises, 13) Bestimmung von Testabschnitten, 14) zufällige und nicht diskrete Anordnung von Gleiskomponenten 15) Einfluss von Reibungsmodifikatoren auf Wachstum Schienenrauheit und 16) Aufbau eines Wissensmanagements.

Bemerkungen

Phase II wurde nicht ausgelöst.

Dokumente

Schotter

Lärmauswirkung von Unterschottermatten

PROSE AG, 2015

Projektziel

Um den Einfluss von Unterschottermatten auf die Lärmemissionen beurteilen zu können, wurden Vergleichsmessungen bei Vorbeifahrt von Zügen auf dem Streckenabschnitt in Raron durchgeführt, wo Unterschottermatten auf dem Südgleis mit HMT-Unterbau (HMT = Heissmischtragschicht) verlegt sind. Der Streckenabschnitt (Südgleis) ist mit 4 verschiedenen Oberbauvarianten ausgestattet. In den Querschnitten 2, 3 und 5 ist neben Kiessand und Schotter eine 6 Zentimeter dicke HMT eingebracht. Die Querschnitte 3 und 5 verfügen darüber hinaus noch über eine 3 cm dicke Unterschottermatte (USM). Bei Querschnitt 5 handelt sich dabei um eine USM des Herstellers Phönix vom Typ VL30-01. Die USM bei Querschnitt 3 ist vom Typ G-1023 des Herstellers Clouth.

Ergebnisse

Der Schalldruckpegel nimmt in Messquerschnitt 5 (MQ5) mit Phönix USM (auf HMT) gegenüber Standardoberbau SBB (Referenz MQ1) bei Schnellzügen um 2.2 – 2.6 dB(A) zu. Dieser Unterschied ist hauptsächlich rauheitsbedingt, wobei die erhöhte Rauheit bei MQ5 ein Effekt des Einfügens der USM (auf HMT) sein könnte. Bei gleicher Schienenrauheit in MQ1 und MQ5 läge die Zunahme mit Phönix USM rechnerisch bei 1.0 – 1.1 dB(A). Bei Güterzügen mit den erhöhten Radrauheiten wirkt sich dieser Unterschied der Schienenrauheiten weniger aus. Der Schalldruckpegel bei MQ5 ist bei Güterzügen nur um 1.1 dB(A) gegenüber MQ1 erhöht. Bei MQ3 mit Clouth USM ist gegenüber MQ1 keine Zunahme des Schalldruckpegels feststellbar. Bei MQ2 mit HMT liegen die Schalldruckpegel für alle Zugtypen um etwas mehr als 1 dB(A) höher als bei der Referenz MQ1. Die Schwingungsmessungen an Schiene und Schwelle bestätigen die frequenzabhängigen Unterschiede der Schallmessungen. Die Verstärkungen bei der Schallemission zwischen 160 und 250 Hz sind auf stärkere Schwellenschwingungen in den USM-Bereichen zurückzuführen, die Verstärkungen ab 500 Hz, insbesondere bei MQ5, auf stärkere Schienenschwingungen. Auch die breitbandige Verstärkung im HMT-Bereich MQ2 spiegelt sich in breitbandig verstärkten Schienen- und Schwellenschwingungen wieder.

Knoten

Standlärm optimierte Fahrzeugabstellung der Reisezüge

Schweizerische Bundesbahnen SBB, 2014

Projektziel

Aufgrund von Beschwerden einzelner Anwohner und vorgenommenen Einzelmessungen, muss davon ausgegangen werden, dass sich der Standlärm teilweise im Bereich der Lärmgrenzwerte befinden kann. Dies hängt stark von der Nutzung der Abstellanlagen und der umliegenden Bebauungssituation (Distanz zu Wohnzonen) ab.  Um die Lärmsituation besser zu kennen, hat die Division Infrastruktur der SBB im Rahmen eines Divisionsprogramms eine interne Untersuchung in Auftrag gegeben.

Ergebnisse

Der vorliegende Bericht fasst die ersten Erkenntnisse des Grobkatasters zusammen und zeigt anhand von worst-case-Szenarien das Mengengerüst lärmrechtlich möglicherweise problematischer Abstellanlagen auf. Die vertiefte Analyse der 66 Abstellanlagen unter Beizug von Experten von I-FN (Abstell-Konzepte) und P-OP (Rollmaterial) hat gezeigt, dass für die geplante Abstellung im Jahr 2020 bei ca. 80% der Abstellanlagen rein rechnerisch mit einer durchschnittlichen Nutzung Grenzwertüberschreitungen auftreten könnten. Dieses Mengengerüst kann einerseits dadurch reduziert werden, dass betriebliche Optimierungsmassnahmen (welches Fahrzeug steht wo) vorgenommen werden. Andererseits können durch Optimierungen am Rollmaterial selber die Emissionsquellen gesenkt werden. SBB Infrastruktur wird aufgrund des Grobkatasters die Abstellkonzepte der problematischen Anlagen im Sinne des Vorsorgeprinzips versuchen akustisch zu optimieren. Dies bedingt einen neuen Prozessschritt. Die Definition dieses Prozesses erfolgt zusammen mit FN (Fahrplan- und Netzdesign). Bis Ende 2014 sollte ein standardisiertes Vorgehen bei FN vorliegen.  Bei SBB Personenverkehr sind diverse Rollmaterialoptimierungen in Arbeit oder geplant. Darunter fallen sowohl Massnahmen zur Optimierung des Schlummerbetriebs (Software-Anpassungen) als auch Massnahmen an den Lärm emittierenden Aggregaten (Hardware-Ersatz) im Rahmen von Fahrzeugrevisionen. Ein spezifisches Lärmsanierungsprogramm wird bei Personenverkehr im 2014 gestartet, damit die Standlärmproblematik weiter reduziert werden kann. Im Idealfall können mit den betrieblichen Massnahmen und den Rollmaterialoptimierungen die Grenzwerte eingehalten werden. Eine fortlaufende Überwachung der geplanten Optimierungsmassnahmen und Integration in die Emissionsdatenbank soll in Zukunft mit Hilfe von Neuberechnungen zeigen, ob weitere Massnahmen auf Seiten Infrastruktur notwendig sind (Lärmschutzbauten, Nutzungseinschränkungen). Zu diesem Zweck wird das Divisionsprogramm auf Seite Infrastruktur unter dem Lead von IAT-IU-UMW-LR weiter geführt.

Lärm von abgestellten Zügen

EMPA, 2012

Projektziel

Erarbeitung von Grundlagen für einen Leitfaden zur Beurteilung und Begrenzung des Lärms von abgestellten Zügen. Ergänzend dazu sollen ein Berechnungswerkzeug auf Excel-Basis entwickelt sowie vorhandene Emissionsdaten aufbereitet und in einer Datenbank abgelegt werden. Die Durchführung der Emissionsmessungen sowie der Aufbau der Emissionsdatenbank erfolgte mit Unterstützung und Finanzierung der SBB.

Ergebnisse

Als Schallquellen bei stehenden Zügen treten primär Hilfsaggregate wie Klimaanlagen, Kühlsysteme von Restaurants sowie luft- bzw. flüssigkeitsbasierte Kühlsysteme der Energieversorgungs- und Traktionssysteme sowie Druckluftkompressoren in Erscheinung. Diese führen zu intermittierenden Dauergeräuschen und seltener zu impulsartigen Einzelereignissen. Relevante Schallquellen finden sich primär, aber nicht ausschliesslich, an Triebzügen und Lokomotiven. Die Erfassung dieser Quellen erfolgt im Hinblick auf ein Beurteilungswerkzeug sinnvollerweise als einzelne Punktquellen und nicht als integrale Beschreibung ganzer Züge. Die Schallemissionen der Züge hängen stark vom Betriebszustand ab, Stillstand/Parkieren und Schlummern. Als Grundlage zum Aufbau einer Emissionsdatenbank bieten sich Abnahmemessungen an, welche nach EN ISO 3095 bzw. TSI CR NOISE durchgeführt wurden. Messberichte welche auf dieser Grundlage erstellt wurden, wurden im Rahmen des Projektes aufbereitet. Ergänzend wurden zusätzliche Messungen durchgeführt, zum einen an Fahrzeugen bzw. Geräuschquellen, für welche keine Messdaten vorliegen, zum anderen zur Klärung zusätzlicher Fragen bezüglich der Repräsentativität von Abnahmemessungen, zur Charakterisierung des realen Betriebes und zur Abschätzung der Streuung der Schallemissionen innerhalb einer Fahrzeugflotte.  Es wurde ein Beurteilungswerkzeug auf Excel-Basis entwickelt, welches ein vereinfachtes Ausbreitungsverfahren ausgehend von der ISO-Norm 9613 verwendet. Mit dem Berechnungswerkzeug wurden für sämtliche Züge aus der Emissionsdatenbank Beurteilungspegel berechnet sowie eine Festlegung von minimalen Sicherheitsabständen vorgenommen. Die minimalen Sicherheitsabstände variieren stark und reichen für Zonen mit Empfindlichkeitsstufe II von unter 50 m für leise Fahrzeuge wie FLIRT und Re450 bis zu knapp 200 m beim TGV. Dieses auf Minimalabständen basierende Konzept kann zur Identifikation potenziell problematischer Abstellorte und somit als Planungswerkzeug eingesetzt werden. Es werden zusätzlich verschiedene Massnahmen zur Lärmminderung diskutiert.

Unterhalt

Schall- und Vibrationsquellen bei Stopfmaschinen

EMPA, 2016

Projektziel

Die Charakterisierung der einzelnen Quellen und die des gesamten Schallereignisses hinsichtlich der spektralen Zusammensetzung und deren Ortung bei Stopfmaschinen mit Hilfe von Luftschall- und Körperschallsensoren. Sodann sind Ansätze zur Lärmminderung auszuarbeiten.

Ergebnisse

Eine detaillierte Beschreibung der Untersuchten Gleisstopfmaschine, der durchgeführten Luft- und Körperschallmessungen und konkrete Massnahmen zur Lärmminderung basierend auf den ausgewerteten Luft- und Körperschallmessungen sind im Bericht Nr. 23/2016 der TU Berlin, Messtechnische Identifizierung der Schall- und Vibrationsquellen und Ausarbeitung von prinzipiellen Minderungsvorschlägen für die Gleisstopfmaschine B66U der Firma MATISA, ausgeführt.

Synthese akustische Untersuchungen zu Schienenpflegeverfahren

Prose AG, 2015

Projektziel

Zusammenfassung der Erkenntnisse aus den in der Vergangenheit durchgeführten akustischen Untersuchungen zu Schienenpflegeverfahren.

Ergebnisse

Der Bericht geht auf die Eigenschaften der verschiedenen untersuchten Schleifverfahren ein und beschreibt Gemeinsamkeiten und Unterschiede. Detailliert betrachtet werden die zeitliche Entwicklung der Schienenrauheit sowie der Zusammenhang zwischen der durch die Bearbeitung „hinterlassenen“ Schienenrauheit und der sich ergebenden Vorbeifahrpegel. Die untersuchten Schienenpflegeverfahren werden anhand der Schienenrauheiten und sich ergebenden Vorbeifahrpegel akustisch bewertet, Vor- und Nachteile werden aufgezeigt. Tabelle 1-1 gibt eine Übersicht über die wichtigsten Parameter der untersuchten Schienenpflegeverfahren und stellt diese gegenüber. Aus akustischer Sicht wird es als lohnend angesehen, entstandene tonal wirksame Schleifriefen mit einem geeigneten Verfahren zu entfernen. Basierend auf den untersuchten Verfahren wird ein Versuch angeregt, bei dem nach einem konventionellen Schleifvorgang ein High Speed Grinding durchgeführt wird. Akustisches und Rutschersteinschleifen zeigten nicht die erwarteten akustischen Vorteile. Weiterhin wird angeregt, wenn möglich die Vorschubgeschwindigkeit beim Schienenschleifen so anzupassen, dass ein den Streckenabschnitt mit typischer Geschwindigkeit passierender Zug keine Resonanzen im Gleis anregt.

Entwicklung beim Schienenfräsen

Prose AG, 2014

Projektziel

Vergleich des Schienenfräsen mit Schleifverfahren wie konventionelles Schleifen oder High Speed Grinding hinsichtlich Schienenrauheitsentwicklung.

Ergebnisse

Die Bearbeitung durch das Schienenfräsen führt kurz nach dem Schienenfräsen zu einer erhöhten Rauheit, die allerdings in den weiteren Tagen sehr schnell abnimmt. Ein Tag nach der Bearbeitung wird die TSI Noise Limite leicht überschritten, bereits nach 10 Tagen liegt die Schienenrauheit aber bereits deutlich unter der TSI-Kurve. Bemerkenswert ist, dass keine Rauheits-Peaks wie beim konventionellen Schienenschleifen (siehe AP1 z.B. Göschenen) zu erkennen sind, die Rauheit ist eher breitbandig wie beim HSGSchleifen. Die Schiene wird nach dem Schienenfräsen nach 51 und 200 Tagen sehr glatt. Aufgrund der bisherigen Untersuchungen der Schienenrauheit mit Schienenbearbeitungsverfahren hat das Schienenfräsen akustisch folgende Vorteile:

  • es entstehen durch das Schienenfräsen keine Schleifriefen senkrecht zur Fahrtrichtung und damit keine tonalen Anteile im Rollgeräusch
  • die Schienenrauheit nimmt sehr schnell ab
  • die Schiene bleibt bis 200 Tage nach dem Schienenfräsen sehr glatt

Diese Eigenschaften haben damit zu tun, dass in Schienenlängsrichtung gefräst wird (im Gegensatz zum konventionellen Schienenschleifen senkrecht zur Fahrtrichtung) und von der Schienenoberfläche viel Material abgetragen wird. Der verbleibende Schienenkopf ist damit praktisch rissfrei.

Potential akustisches Schienenschleifens

Züst Engineering AG , 2010

Projektziel

Insbesondere bei lärmarmem (neuem) Rollmaterial hat die Qualität der Schienenoberfläche (Rauheit / Welligkeit) einen sehr grossen Einfluss auf den Schienenlärm. Die Resultate von sonRAIL zeigen deutlich, dass bei lärmarmem Rollmaterial zwingend eine regelmässige „akustische Schienenpflege“ notwendig ist, um das Lärmreduktionspotential von neuem Rollmaterial vollumfänglich auszuschöpfen. Schlussendlich geht es hier um die Realisierung einer Lärmreduktion von 3 dBA und mehr, mit einem Entlastungspotential von ca. 50‘000 Lärmbetroffenen.

Ergebnisse

Ein erster Kostenvergleich zeigt, dass sich die jährlichen Unterhaltskosten am Gleis bei jährlichem präventivem Schienenschleifen kombiniert mit akustischen Schienenschleifen tendenziell eher etwas reduzieren. Dies ist zum einen darin begründet, dass beim jährlichen präventiven Schleifen weniger Abtrag notwendig und somit die Schichtleistung deutlich höher ist. Zum anderen belasten einwandfreie Schienen weniger den Gleisoberbau; dadurch könnte der laufende Unterhalt reduziert und die Nutzungsdauer erhöht werden. Insgesamt hat das akustische Schienenschleifen somit ein sehr gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis. Aktuell ist der Lärmpegel nach dem Schienenschliefen deutlich zu hoch. Es ist deshalb ein akustisches Schienenpflegeverfahren notwendig, welches unmittelbar nach dem Schleifen bereits gute Resultate liefert und zudem hohe Vorschubgeschwindigkeiten zulässt, damit grössere Distanzen in einer Nacht geschliffen werden können. Im Bereich der Entwicklung neuer Schienenschleiftechnologien sind deshalb die Aktivitäten zu verstärken, damit entsprechende Schleiftechnologien vorliegen. Zudem sollte das Alterungsverhalten der Schienen (insbesondere die Auswirkungen von unterschiedlichen Pflegeverfahren und unterschiedlichem Oberbau) genauer analysiert, das Schienenmonitoring (Rauheitsüberwachung) verbessert und verstärkt sowie die damit verbundene Kostenstruktur (Unterhalt & Investition) detaillierter insbesondere im Hinblick auf unterschiedliche Schienenpflegeverfahren untersucht werden.

Rollgeräusch

FRP Radsatz

EMPA, 2018

Projektziel

Mit dem vorliegenden Projekt soll die Machbarkeit eines neuartigen Radsatzes für Schienengüterwagen aus faserverstärktem Kunststoff (FVK, respektive „fiber-reinforced polymer FRP“) geprüft werden.

Ergebnisse

Das Gewicht dieses CFK-Radsatzes ohne Wellenbremsscheibe beträgt 632 kg. Ein vergleichbarer Stahl Radsatz hat dagegen ein Gewicht von 1002 kg. Somit beträgt die Gewichtsersparnis 370 kg.

Der CFK-Radsatz führt zu einer beachtlichen Reduktion des abgestrahlten Luftschalls (Lärm) von ca. 23 dB(A), berücksichtigt man die Beiträge von Schiene und Schwelle zum gesamten Immissionspegel während einer Vorbeifahrt ist die Reduktion immerhin noch ca. 3 dB(A) im Vergleich zu einem Stahl Radsatz.

Die Herstellung eines CFK-Radsatzes kostet etwa 6 mal mehr als die Herstellung eines konventio- neller Stahl Radsatzes. Wenn die Kostenreduktion durch das tiefere Gewicht berücksichtigt wird, reduziert sich der Faktor auf 4.2.

Bemerkungen

Subunternehmer: PROSE AG, Winterthur, Carbo-Link, Fehraltorf

Radsatz inkl. Schallabsorption und Entkopplung E-Behälter

Schrey & Veit GmbH, 2017

Projektziel

Ziel der Forschung ist:

  • die Anwendungsreife des kompletten Radsatzes BA308 inkl. der Radschallabsorber VICON RASA
  • die Anwendungsreife einer elastischen Entkoppelung von E-Behältern des WASCOSA flex freight system©
  • und die messtechnische Validierung des akustischen Nutzens beider Massnahmen in Bezug auf Roll- und Kurvengeräusch zur Anrechnung z. B. in lärmabhängigen Trassenpreissystemen (laTPS).

Ergebnisse

Die optimierten Radsätze inkl. Radschallabsorber reduzieren den Luftschall um ca. 4 dB (Wagen leer) bzw. 2.5 dB (Wagen mit leerem E-Behälter beladen).

Im Gleisbogen (hier: Bogenradius ca. 220 m) zeigen sich bei keiner der geprüften Fahrgeschwindigkeiten entsprechende Bogengeräusche. Der Nutzen der Entkoppelung der E-Behälter konnte nicht nachgewiesen werden

Flachstellenerkennung Telematik

WASCOSA AG, 2017

Projektziel

Das Ziel des Auftrages besteht darin:

  • Eine Software zur frühzeitigen und zuverlässigen Flachstellenerkennung mit einem herkömmlichen Telematiksystem ohne externe Sensorik zu entwickeln und zu erproben (Programmierung des Algorithmus zur Flachstellenerkennung);
  • Eine standardisierte Übermittlung dieser Information an externe Systeme zu entwickeln

Ergebnisse

Der Algorithmus konnte erfolgreich realisiert werden.

Für präzisere Aussagen und zur weiteren Optimierung der Messparameter bedarf es weiterhin eines Vergleichs von Messdaten mit Flachstellen («Big Data»-Analysen).

Die Schnittstelle zur Übermittelung aller relevanten Daten konnte innerhalb des Projektes umgesetzt werden.

Wascosa wird den Algorithmus weiterhin auf Ihren Wagen aktiv laufen lassen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden als wertvolle Informationsquelle zur Entwicklung der zustandsbasierten Fahrzeuginstandhaltung gesehen. Es gilt in einem ersten Schritt die Belastbarkeit der Informationen weiter zu erhärten und gegebenenfalls die Messparameter weiter zu optimieren.

Für weitere Installationen gilt zu beachten, dass der Einbauort des Telematiksystems einen Einfluss auf die Detektionsfähigkeit hat. Insbesondere bei doppelwagen, aber auch bei Installationen sehr nahe an Drehgestellen, wo das nahe Drehgestell die Messwerte dominiert. Unter Umständen können aber auch hier durch eine langfristige Erfassung und Auswertung von Daten weitere Erkenntnisse gewonnen werden.

Bemerkungen

Subunternehmer: Kasasi GmbH, Kempten (DE) Martin Forster
SAVVY Telematic Systems AG, Schaffhausen (CH) Felix Schwarz

LCC von Güterwagen mit Verbundstoffbremssohlen und Scheibenbremsen

ETH Zürich, 2015

Projektziel

Abklärung der Lebenszykluskosten von Güterwagen mit Verbundsstoffbremssohlen und Scheibenbremsen gegenüber Graugussbremssohlen.

Ergebnisse

Sämtliche ausgewertete Quellen zeigen, dass es bei der Verwendung von Verbundstoffbremssohlen zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Bremssohlen gegenüber Graugussbremssohlen kommt. Allerdings kommt es auch zu einer Verringerung der Lebensdauer der Räder, sodass die Life Cycle Costs (LCC) eines Güterwagens insgesamt bei der Verwendung von Verbundstoffsohlen gegenüber der Verwendung von Graugusssohlen steigen. Das genaue Maß dieser Steigerung hängt maßgeblich von den Betriebs- und Rahmenbedingungen des jeweiligen Güterwagens ab. Auch bei verschiedenen Güterwagen mit Graugussbremssohlen kommt es zu unterschiedlichen Verschleißraten (hier 40 % bis 60 % Abweichung), welche sich auf bis zu 9 % Abweichungen bei den Betriebskosten des Laufwerks auswirken.  Ein „quasi ss-fähiger“ Wagen1, der gemischt in einem Zug mit s-fähigen Wagen2 verkehrt, verursacht sowohl bei Graugusssohlen als auch bei Verbundstoffsohlen einen etwa 1,5-fachen Verschleiß bei den Bremskomponenten. Dies dürfte die Obergrenze für den zusätzlichen Verschleiß von ss-fähigen Güterwagen mit Knickventilen in gemischten Zügen sein.  Die im Rahmen dieser Studie ermittelten zusätzlichen Betriebskosten bei Bremsen mit Verbundstoffsohlen erstrecken sich im Wesentlichen über zwei verschiedene Kostenbereiche. Ein Kostenbereich reicht von etwa 0,017 CHF/km bis 0,024 CHF/km. Der andere Kostenbereich schließlich erstreckt sich von knapp unter 0 CHF/km bis etwa 0,010 CHF/km. In diesem Kostenbereich befindet sich auch die Scheibenbremse, die nach den durchgeführten Berechnungen ab spätestens etwa 55.000 km jährlicher Lauf-leistung mit nur einer Ausnahme wirtschaftlicher ist als alle untersuchten Verbundstoffsohlen. Ab 135.000 km jährlicher Laufleistung ist die Scheibenbremse gemäß der durchgeführten Berechnungen sogar wirtschaftlicher als die GG-Bremse. Es ist jedoch zu beachten, dass für die Daten der Scheibenbremse nur eine Quelle verwendet wurde. Maßnahmen für die Reduktion der bremsbedingten LCC von Güterwagen sind die verstärkte Nutzung der elektrodynamischen Bremsen (unter Erhöhung der zulässigen ertragbaren Längsdruckkräfte und/oder Verwendung von automatischen Kupplungen), die flächendeckende Einführung von ETCS Level 2 sowie intelligente Echtzeit-Dispositionssysteme. Außerdem könnte der Nachteil hoher Investitionskosten der Scheibenbremse durch zinsfreie Kredite abgeschwächt werden.

Bemerkungen

Projektpartner TU Berlin

Studie LCC Güterwagen

ETH Zürich, 2015

Projektziel

Das Projekt hat das Ziel, den aktuellen Wissensstand zu Life Cycle Costs (LCC) von Eisenbahn-Güterwagen mit dem Fokus auf unterschiedliche Bremsbauarten darzustellen. Dabei sol- len unterschiedliche Einsatzszenarien für die LCC von Eisenbahngüterwagen, abhängig von deren Bremsbauart (Grauguss-, K- bzw. LL-Sohlen) sowie hinsichtlich der zulässigen Wagen- Höchstgeschwindigkeiten (100 km/h / 120 km/h bzw. –s / -ss) ermittelt werden. Weitere sind die jährliche Laufleistung der Wagen sowie die Einsatzszenarien (Blockzug / gemischter Zug bzw. einheitliche Bremsbauart / Einsatz in Zügen mit gemischten Bremsbauarten) bei der LCC- Ermittlung zu berücksichtigen.

Ergebnisse

Die Scheibenbremse, ist ab spätestens etwa 55’000 km jährlicher Laufleistung mit nur einer Ausnahme wirtschaftlicher als alle untersuchten Verbundstoffsohlen. Ab 135’000 km jährlicher Laufleistung ist die Scheibenbremse gemäss der durchgeführten Berechnungen sogar wirtschaftlicher als die GG-Bremse.

Bemerkungen

Projektpartner TU Berlin

Verhalten von torsions- und quergedämpften Radsatzwellen

Prose AG, 2010

Projektziel

Ziel der vorliegenden Machbarkeitsstudie ist eine Aussage, ob bei der Winzeler-Welle gleichmässiger Verschleiss von Lauffläche und Spurkranz sowie geringere und akustisch vorteilhafte Schlupfvorgänge zwischen Rad und Schiene für den grundlegenden Fall einer weder angetriebenen noch gebremsten Ausführung zu erwarten ist. Gegenstand sind dabei allein lauftechnische Belange und ihre mutmasslichen Auswirkungen z.B. hinsichtlich Lärmemission. Fragestellungen beispielsweise nach Festigkeit, Zuverlässigkeit oder Instandhaltbarkeit solcher Radsatzwellen sind zweifelsohne mindestens ebenso relevant, aber nicht Gegenstand der vorliegenden Untersuchung. Das Vorgehen dieser lauftechnischen Machbarkeitstudie besteht darin, die Winzeler-Welle unter exemplarischen Randbedingungen mittels numerischer Simulation zu untersuchen.

Ergebnisse

Für die angesetzten Dämpfungsparameter verhält sich die Winzeler-Welle wie ein Losradkonzept mit dem wesentlichen Vorteil einer hohen Laufstabilität sowie dem wesentlichen Nachteil einer fehlenden Ausrichtung zur Gleistrajektorie. Für betrieblich enge Bögen der Normalspurbahn lassen sich Vorteile bezüglich der Rad/Schiene-Reibarbeit respektive der benötigten Traktionsenergie nicht aber in Bezug auf die Querschlupfvorgänge und damit auf die erwartete Geräuschemission ausmachen. Für engere Bögen z.B. einer Strassenbahn lassen sich ohne Kompensation des Schräglaufwinkels kaum Vorteile erwarten. Die vorstehende Untersuchung lässt also für die Winzeler-Welle gegenüber den bekannten lauftechnischen Vor- und Nachteilen von Radsatz und Losrad keine neuen lauftechnischen Vorzüge oder eine Eliminierung von Nachteilen erkennen.

Wirkung von Radschallabsorbern

Prose AG, 2005

Projektziel

Mit akustischen Messungen sollen Entscheidungsgrundlagen (qualitative und quantitative Wirkung) für den Einsatz von Radschallabsorbern (RSA) bei neuen eigenspanungsarmen Rädern bei Rollmaterial der RhB liefern.

Ergebnisse

Im Sommer 2005 wurden im Rahmen der Validierungsmessungen der neuen eigenspannungsarmen Räder auch Messungen zur Beurteilung der Wirksamkeit eines neu entwickelten Radschallabsorbers durchgeführt. Die Messungen wurden auf der Bernina-Südrampe zwischen Poschiavo und Alp Grüm durchgeführt. Die Wirksamkeit der eingesetzten Radschallabsorber gegen das Kurvenkreischen konnte klar nachgewiesen werden. Das Kurvenkreischen konnte wirksam unterdrückt werden, was eine Pegelreduktion von ca. 20 dB(A) bewirkt.  Weiterhin konnte auch eine Wirksamkeit der Radschallabsorber bei Talfahrten mit angelegter Bremse festgestellt werden, wo der Lärmpegel um etwa 7 dB(A) gesenkt wird. Im Falle eines Bremsquietschens konnte dieses ebenso wirksam wie das Kurven-quietschen verhindert werden.

Lärmsanierung Rollmaterial RhB

Prose AG, 2005

Projektziel

Ziel des hier beschriebenen Versuchs ist es, den Nachweis zu erbringen, dass die sanierten Wagen mit eigenspannungsarmen Radsätzen und Komposit-Bremsklötzen im Rollgeräusch die Sanierungswerte der Lärmschutzverordnung einhalten.

Ergebnisse

Der TEL = LpAeq,T (da T = Tp) wurde gemäss prEN ISO 3095 ausgewertet. Die benötigten Zeiten wurden aus den Lichtschrankensignalen der Radsätze und der Kenntnis der Fahrzeugabmessungen berechnet, siehe Abbildung 3.  Die Geschwindigkeit wird aus den Lichtschrankensignalen der Radsätze und der Kenntnis der Radsatzabstände der Ge4/4111 berechnet.  In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse zusammenfassend aufgeführt:

  Geschwindigkeit [km/h] Schalldruck-pegel EW 1  LpAeq,T [d B] Schalldruck-pegel EW III  LpAeq,T [dB]
Mittelwert 61,0 75,1 76,0
Mittelwert 79,8 78,7 79,2
Mittelwert 190,3 180,7 181,1

Der Sanierungswert beträgt für Reisezugwagen TEL = LPAeq,T = 84 dB(A). Der Versuch wurde entsprechend prEN ISO 3095 [2] durchgeführt.  Die sanierten Wagen unterschreiten den Grenzwert mit einem Rollgeräusch von TEL = LpAeq,T = 79 dB(A) deutlich

Triebfahrzeuge

Tramlärm

B & S AG, 2016

Projektziel

Die aktuelle Messkampagne soll für die zukünftige Ermittlung und Beurteilung von Tramlärmimmissionen die Basis zu allgemeingültigen Richtlinien schaffen.

Ergebnisse

Basierend auf den durchgeführten Messungen resultieren folgende wesentliche Ergebnisse:

  • Trams der neusten Generation sind mit Pegeldifferenzen von bis zu 10 dBA im Vergleich zu den älteren Trams deutlich leiser.
  • Die Geschwindigkeitszunahme von 20 km/h auf 50 km/h ergibt eine markante Pegelzunahme von bis zu 10 dBA.
  • Die Trasseebeschaffenheit spielt eine wesentliche Rolle. Rasengittersteine reduzieren die Lärmimmissionen um etwa 3-4 dBA.
  • Bei den Messungen in Steigungen ergaben sich Pegelzunahmen von ca. 1 – 3 dBA.
  • Die Messungen eines Haltevorgangs zeigen in etwa einen äquivalenten Mittelungspegel Leq einer Tramdurchfahrt mit 30 km/h.

Die Messungen zeigen, dass die Bautechnik und Konstruktion von Tramzügen in Bezug auf die Lärmentwicklung wesentliche Fortschritte erzielt hat. Subjektiv entspricht die Lärmpegel-Differenz von alten Trams zu Trams der neusten Generation, einer Halbierung der Lautstärke. Mit der sukzessiven Erneuerung der Tramflotte resp. dem konsequenten Einsatz von Trams der neusten Generation, wird sich die Lärmbelastung, bei gleichem Taktraster, zukünftig weiter reduzieren. Weiter spielt die Trasseebeschaffenheit eine wesentliche Rolle. Rasengittersteine reduzieren im Vergleich zu einer harten Fahrbahn die Lärmimmissionen ebenfalls wahrnehmbar. Bei der ausschliesslichen Betrachtung der akustischen Aspekte sind demzufolge Trassen mit Rasengittersteinen gegenüber schallharten Fahrbahnflächen vorzuziehen und wenn möglich zu realisieren.

Dokumente

Konzepte zur Lärmsanierung von Triebfahrzeugen

Prose AG, 2011

Projektziel

Von der Lärmbilanz ist es sinnvoll, auch ältere Triebfahrzeuge mit Verbund-Bremssohlen umzurüsten. Hierzu müssen die Machbarkeit und technischen Voraussetzungen vorab geklärt werden. Im Projekt soll geklärt werden, an welchen der untersuchten Fahrzeuge (Re 456 (KTU) RBDe 565 / 566 II Re 425 Re 420 / Re 430 Re 620) welche technischen Änderungen vorgenommen werden müssen, um diese mit Verbund-Bremsklotzsohlen ausrüsten zu können.

Bemerkungen

Bei Triebfahrzeugen eignet sich aus thermischen wie mechanischen Gesichtspunkten eine L-Sohle mit einem etwa halb so hohen Reibwertniveau wie bei einer K-Sohle. Beim Einsatz von LL-Sohlen wären keine Anpassungen der Bremskräfte nötig, sie sind jedoch noch nicht für den Betrieb zugelassen und wurden daher nicht weiter betrachtet. Auf Grund des unterschiedlichen Reibwertverlaufs der L-Sohle müssen die bestehenden Bremsanlagen so angepasst werden, dass Bremsweg und thermische Belastung im zulässigen Bereich liegen. Dies kann bei allen untersuchten Fahrzeugen durch Senkung der Bremszylinderdrücke erreicht werden. Bestehende Bremsgestänge oder Bremszylinder müssen bei keinem der genannten Fahrzeugtypen getauscht werden. Die neuartigen Bremsmaterialien aus Verbundstoffen haben eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit als Grauguss, auf Grund der ungleichen Wärmeleitfähigkeit von Rad und Bremsklotz geht ein grösserer Anteil ins Rad als bei der Verwendung von Grauguss-Klötzen. Für diese Wärmeeinwirkung sind Speichenräder und bandagierte Räder nicht ausgelegt und müssen daher durch Monobloc Räder ersetzt werden. Für die Umrüstung der Einheitsloks der SBB zeigte sich, dass für die Bremszangen inklusiv Bewegungsraum nicht genügend Bauraum zur Verfügung steht, weshalb tiefergehende Änderungen am Drehgestell unternommen werden müssten, die aber einen Umbau auf Radscheibenbremsen aus wirtschaftlichen Gründen nicht sinnvoll erscheinen lassen. Es wird empfohlen, mindestens ein Prototyp je Fahrzeugtyp gemäss der erarbeiteten Konzepte umzurüsten und in einer Erprobungsphase von 12-18 Monaten in den relevanten Betriebssituationen zu testen. Nur so können gesicherte Aussagen über das Verschleissverhalten und thermische Belastung der Räder getroffen werden. Einer etwaigen erhöhten thermischen Radbeanspruchung kann anschliessend durch Änderung der Bremssteuerung und dem Verhältnis E-Bremse zur P-Bremse erfolgen.

Lärmminderung an Triebfahrzeugen

Prose AG, 2006

Projektziel

Da die Lärmsanierung der Reisezugwagen auf gutem Wege ist und auch die praktische Umsetzung bei den Güterwagen begonnen hat, stellt sich die Frage, welche Lärmquellen bei Streckenlokomotiven und bei elektrischen Triebwagen und Triebzügen dominant sind und welche Massnahmen zur Lärmsanierung möglich sind.

Ergebnisse

In dieser Studie werden zuerst typische dominante Lärmquellen bei Triebfahrzeugen aufgezählt und erläutert. Anschliessend werden prinzipielle Möglichkeiten der primären und sekundären Lärmreduzierung im Luft- und Körperschallbereich beschrieben. Zur Beurteilung von Lärmminderungspotentialen werden die für diese Studie relevanten Streckenlokomotiven und elektrischen Triebwagen und Triebzüge zusammengestellt, die in der Schweiz in ausreichend grosser Stückzahl vorhanden sind und weiträumig eingesetzt werden. Für die typischen Betriebszustände (Stillstand, Anfahrt, Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit) werden für diese Fahrzeugtypen die dominanten Lärmquellen identifiziert und anschliessend konstruktive Massnahmen diskutiert. Neben den konstruktiven Massnahmen kann der Lärm auch durch betriebliche Massnahmen, wie komplettes Abrüsten von Fahrzeugen im Abstellbereich oder geschicktes Platzieren der Züge im Abstellbereich, reduziert werden, dies ist aber nicht Bestandteil dieser Studie.  Wie die anschliessende Diskussion der Lärmminderungsmassnahmen für die einzelnen Fahrzeugtypen zeigt, gibt es bei den Einheitslokomotiven, der S-Bahn Zürich (Re 450) und den NPZs realisierbare Möglichkeiten, dass verhältnismässig laute Lärmverhalten mit konstruktiven Änderungen zu reduzieren.

Wagen

Ausbröckelungen bei scheibengebremsten Güterwagen

Ferriere Cattaneo SA, 2020

Projektziel

  • Analyse der Betriebserkenntnisse und Festlegung der Spezifikation von Bremsstreckenversuchen
  • Durchführung von Bremsstreckenversuchen auf einem Eisenbahn-Versuchsring gemäss der in der Spezifikation für die Bremsstreckenversuche festgelegten Parameter
  • Auswertung der Versuchsergebnisse und Festlegung der Massnahmen / Spezifikation der Komponenten (Bremsbeläge, Bremssystem)

Ergebnisse

Aufgrund der Erfahrungen beim Betrieb von T3000eD-Wagen, von ersten Messungen des Bremsmesssystems sowie Erfahrungen von Lieferanten hat Ferriere Cattaneo SA ein Versuchsprogram für Scheibenbremsprüfungen festgelegt (siehe Pos. 1 dieses Auftrags). Dabei wurden die wesentlichen Bremsparameter und die Geschwindigkeiten jedes Radsatzes gemessen. Nach Durchführung der ersten Versuchsreihe mit dem Jurid 707-11-Belag ist aufgefallen, dass die vermutete wesentliche Erhöhung der Reibwerte bei geringen Geschwindigkeiten und Lasten nach UIC-Bedingungen (trockene Schiene) nicht stattfand bzw. kein Radsatzgleiten festgestellt wurde. Aus diesem Grund wurden neue besondere Versuche, welche realistischen Betriebszuständen entsprechen (zB Bremsstörungen, Bremsüberhitzungen, Bremsungen nach Ladeasymmetrie, usw.), definiert und umgehend bei trockenen und nassen Bedingungen durchgeführt. Bei nassem Zustand wurde ein Radsatzgleiten unter asymmetrischem Beladezustand (14,5 t RSL, 1:1,25 R/L) bei angeschriebenen Radsatz 5 beim Anfahren ab Stillstand in vollgebremsten Zustand festgestellt. Anhand der gewonnenen Versuchserfahrungen wurde eine mögliche Quelle der Beschädigungen identifiziert; ob andere Quellen bei anderen Umständen sich ergeben ist heutzutage nicht auszuschliessen und deshalb noch zu prüfen. Da nach den etwa 100 Fahrten die Bremsleistung immer stabil gewesen ist, muss insbesondere keine Änderung des Bremssystems vorgenommen werden. Es werden hiermit Empfehlungen gegeben, um mögliche Schäden wie Radsatzfehler im Betrieb zu vermeiden, wie zB Einbau einer elektrischen Bremse inklusiv Bremsüberwachung, Einbau eines für scheibengebremste Wagen geeignetes Gleitschutzsystems oder Massnahmen zur Verbesserung des Kraftschlusses.

Entwicklung von 2 innovativen Güterwagendrehgestellen

SWISS RAIL Solution AG , 2020

Projektziel

Im Rahmen des Projekts sollen zwei besonders lärmarme Güterwagendrehgestelle (Formica UNI und Formica HP) entwickelt werden. Zum betrachteten System gehören neben dem Drehgestell auch der Aufbau (Art Güterwagen, Länge, Anzahl Achsen) und die Radsätze.

Ergebnisse

Formica UNI
Im Dezember 2017 startete die Swiss Rail Solution AG (SRS) mit der Entwicklung des Formica UNI Drehgestells im Rahmen des Projekts «innovativer Güterwagen». Bei vertieften Berechnungen und Analysen in der anschliessenden Konzeptphase stellte sich im Sommer 2018 heraus, dass die Entwicklung einer Y25-Alternative mit Aussenlagerung auf Basis der bestehenden TSI-Vorschriften zu keinen wesentlichen Verbesserung führt, weder bei Laufeigenschaften, noch bei Lärm, Gewicht oder Verschleiss.

Formica HP
Nach der Design Freigabe im Juli 2019 wurden intensive Abklärungen mit Lieferanten für die einzelnen Systeme und Komponenten abgehalten. Es hat sich dabei abgezeichnet, dass die Herstellung für vier Prototypen Drehgestelle bei den Lieferanten nicht auf grosses Interesse stösst. Auch mit dem Aufzeigen der Innovationen und dem grossen Potential für eine zukünftige Serienproduktion war es nicht möglich, marktgerechte Preise und Lieferzeiten zu erzielen. Dies weder für die Prototypen Drehgestelle, womit das Projekt noch hätte leben können, noch für eine zukünftige Serienproduktion. Die Angebote für die Komponenten der Serie-Drehgestelle liegen deutlich über den angestrebten Zielpreisen. Durch Plausibilitätsbetrachtungen der Angebote im Vergleich mit Komponentenpreisen für ein Y25 Drehgestell oder aus anderen Projekten wird klar, dass unverhältnismässig hohe Einkaufspreise auf die Bauteile wie Bremsausrüstung oder Radsatz durch die Hersteller eingerechnet werden. Das Projekt wurde im Einvernehmen zwischen SRS und Auftraggeberin bei diesem Stand vorzeitig abgebrochen.

Energieversorgung Güterwagen

WASCOSA AG, 2019

Projektziel

Das Ziel des Auftrages besteht darin, den Lärm durch dieselbetriebene Kühlaggregate von Trailern und Containern auf Güterwagen zu reduzieren.

Ergebnisse

Die Hauptschallquellen sind die Aggregate der 40’ Kühlcontainer. Der Containertragwagen stellt den Umrichter bereit und ist bzgl. der Lärmemission zu vernachlässigen. Gemäss den Messergebnissen sind die Schallemissionen bei der elektrischen Versorgung des Kühlcontainers im Schnitt 10 dB(A) leiser im Vergleich zum Dieselbetrieb.

Zudem schaltet das elektrisch betriebene Kühlaggregat beim Erreichen der eingestellten Temperatur ab, sodass nur noch der Umrichter läuft und ein Geräusch verursacht. Im Dieselbetrieb hingegen läuft das Aggregat zwar mit weniger Last (Änderung der Drehzahl) weiter, jedoch ändert das den Schalldruckpegel nicht wesentlich.

Bemerkungen

Die Projektdauer musste wegen Problemen bei der Zulassung mit der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) 3 mal mit je einer Vertragsergänzung verlängert werden.

Gesamtoptimierter innovativer Güterwagen

VTG Cargo AG , 2019

Projektziel

Das Ziel des Projekts besteht darin, einen Containertragwagen bezüglich Lärm und Wirtschaftlichkeit zu optimieren:

  • Drehgestell RC25NT – Hydraulische Dämpfung an Stelle von Reibungsdämpfung und Radschalldämpfung
  • Bremsanlage Faiveley FreightFLEXX – gewichtsoptimierte Bremszangen

CTW – Schallschutzschürzen mit Absorptionsmaterial, Lärmoptimierte Lastaufsatzpunkte, Schliessung der offenen Fachwerkstruktur, Sensorik zur Überwachung von Bremsen und Lagern.

Ergebnisse

Durch das leichtere Drehgestell und das leichte Bremssystem konnte eine Gewichtsreduktion (ohne Schallschürze) von ca. 800 kg pro Wagen erzielt werden.

Es zeigt sich, dass das RC25NT-H-D-Drehgestell bei den geschwindigkeitsabhängigen Fahrzeugpreisen etwas teurer, dafür aber bei den bogenabhängigen Fahrzeugpreisen deutlich günstiger ist.

5L Demonstrator

SBB Cargo AG, 2017

Projektziel

Das Ziel des Forschungsprojekts besteht darin, künftige Standards im Güterwagenbau zu definieren, die neben geringeren Life-Cycle-Kosten und geringerem Gewicht insbesondere geringere Lärmemissionen aufweisen. Hierzu wurden in enger Zusammenarbeit mit den Komponentenherstellern insgesamt 12 Güterwagen mit innovativen Komponenten (plus 4 Referenzwagen) entwickelt und in der SBB Cargo Serviceanlage Muttenz aufgebaut. Das wichtigste Ziel ist es, durch optimale Kombination der innovativen Komponenten eine Reduzierung der Lärmemissionen von mindestens -5dB bis zu -10dB gegenüber dem heutigen, klotzgebremsten lärmsanierten Güterwagen zu erreichenDie Lärmmessungen zeigen, dass eine Kombination aus DG Typ 1 und DG Typ2 mit RS Typ 4 die größte Reduzierung von Lärmemissionen erzielt [ID3, (ID10)]. Dies gilt es im weiteren Verlauf des Projektes weiter zu vertiefen und zu überprüfen.

Ergebnisse

Die Lärmmessungen zeigen, dass eine Kombination aus DG Typ 1 und DG Typ2 mit RS Typ 4 die grösste Reduzierung von Lärmemissionen erzielt [ID3, (ID10)]. Dies gilt es im weiteren Verlauf des Projektes weiter zu vertiefen und zu überprüfen.

Beschichtung Kieswagensilos

EMPA, 2016

Projektziel

Ziel der Projektes ist es zu untersuchen, welchen Effekt eine grossflächige Beschichtung von Kieswagensilos auf die Lärmemissionen hat, und ob die Beschichtung den hohen Verschleissanforderungen standhält.

Ergebnisse

Insgesamt werden Leq von 93.7±1.3 dB(A) bis 98.6±1.2 dB(A) für die unbeschichteten Silos und Pegel von 88.4±1.4 dB(A) bis 92.6±1.1 dB(A) für die beschichteten Silos gemessen.

Beschädigungen der Beschichtung konnten nach einem Jahr Einsatz mit ca. jeweils 2 Be- und Entladevorgängen pro Woche nicht festgestellt werden. Aus Sicht von Josef Meyer Rail AG, ist eine Beschichtung der Siloinnenseiten und der Rutschen, betr Verschleiss und Korrosionsschutz, ein sinnvolles Mittel zur Verlängerung der Lebensdauer der Wagen.

Validierung GFK Drehgestell (Lauftechnik)

PROSE AG, 2016

Projektziel

Das Ziel des Auftrages besteht darin, ein lauftechnisches Mehrkörpermodell des von Sciotech Projects Limited konzipierten eco-bogie auszuarbeiten

Ergebnisse

Die Firma PROSE führte fahrdynamische Simulationen zur Ermittlung der

  • Fahrstabilität (aufschaukeln bei gerader Strecke)
  • Kurven- und Wankverhalten (wackeln des Güterwagens, Ausnützung Lichtraumprofil)
  • Entgleisungssicherheit

des Eco-Bogie Drehgestells durch. Als Grundlage für die Berechnungen dienten die Steifigkeiten wie von Sciotech angeben.

Die wichtigste Erkenntnis dieser Berechnungen ist, dass die Fahrstabilität des vorliegenden Eco-Bogie Drehgestells Konzeptes ungenügend ist. Der Grund dafür ist, dass die Längssteifigkeit (Änderung Achsabstand durch vertikale Last) zu klein ist. Bei konventionellen Drehgestellen wie z.B. der Y25-Bogie ist der Achsabstand praktisch unveränderlich und somit konstant (abgesehen von etwas Spiel).

Bemerkungen

Zusammenarbeit mit EMPA (Untersuchung materialtechnische Eigenschaften)

Validierung GFK Drehgestell (Eignung Material)

EMPA , 2016

Projektziel

Das Ziel des Auftrages besteht darin, die Eignung von GFK für Güterwagendrehgestelle zu beurteilen, die Firma PROSE AG hinsichtlich von GFK-Materialeigenschaften zu beraten und die gesamten Arbeiten zur Validierung des eco-bogie-Konzepts zu koordinieren und in einem Gesamtbericht zuhanden der Auftraggeberin zu dokumentieren

Ergebnisse

Das Dimensionierungskonzept des Y25-Bogies ist fertig entwickelt und bewährt. Da die verschiedenen Bauteile (Rahmen, Dämpfer, Federn etc.) verschiedene Aufgaben übernehmen, ist dieses Konzept deutlich einfacher als beim Eco-Bogie in dem der GFK-Rahmen alle Aufgaben übernehmen muss. Dieses Dimensionierungskonzept ist sehr komplex. Da die Fahrstabilität ungenügend ist, müsste ein Weg gefunden werden, wie die Längssteifigkeit erhöht werden kann, ohne die vertikale Steifigkeit zu erhöhen. Ob dies möglich ist, scheint beim momentanen Kenntnisstand eher als unwahrscheinlich.

Bemerkungen

Zusammenarbeit mit PROSE AG (Untersuchung lauftechnische Eigenschaften).

CTW mit Scheibenbremsen, Lärmmessungen

HUPAC SA, 2015

Projektziel

Das Ziel der Lärmmessung besteht in einer Vergleichsmessung des abgestrahlten Fahrlärms für 2 verschiedene scheibengebremste Güterwagen mit zwei unterschiedlichen Drehgestellen gegenüber den gleichen Fahrzeugen mit herkömmlichen Y25 Drehgestellen und K-Bremssohlen. Zusätzlich wird die Wirksamkeit der beschichteten Radsätze hinsichtlich Kurvenkreischen untersucht. Mit den Bremsabhängeversuchen wird die Bremsleistung der neuen scheibengebremsten Drehgestelle ermittelt.

Ergebnisse

Die scheibengebremsten Güterwagen sind im Vorbeifahrtpegel 2–3  dBA leiser als die Wagen mit herkömmlichen Y25 Drehgestellen und K-Bremssohlen. Mit beschichteten Radsätzen können die Lärmemissionen um zusätzliche 2–4 dBA reduziert werden.

LEILA – leichtes, lärmarmes Drehgestell für Güterwagen

JOSEF MEYER Transport Technology AG, 2009

Projektziel

In einer ersten Projektphase soll ein Prototyp eines neuartigen leichten, lärmarmen und funktionstüchtigen Drehgestells, genannt LEILA, entwickelt werden.In einer zweiten Projektphase soll der Prototyp zu einem Serienmodell weiterentwickelt und im Versuchsbetrieb erprobt und schliesslich eine nationale und internationale Zulassung erreicht werden.

Ergebnisse

  • 2005 zwei Prototypendrehgestelle, mit denen interdisziplinäre Fahrversuche durchgeführt, eine befristete Betriebsbewilligung erlangt sowie ein Probebetrieb unter Einreihung in einen gewöhnlichen Zug im Regelbetriebseinsatz absolviert wurden;
  • 2009 ein vielfältig verbessertes Redesign, mit dem bei Messfahrten in engen Bögen im Gegensatz zu herkömmlichen Drehgestellen in Bezug auf die Rad/Schiene-Kräfte eine eindrucksvolle Reserve gegenüber den Grenzwerten aufgezeigt werden konnte;
  • Lärmmessungen und das Wissen um sehr glatte Räder im realen Betrieb lassen eine Lärmreduktion im Bereich der angestrebten 18 dB(A) (nach TSI Noise) gegenüber der GG-Sohle erwarten.
  • Aufgrund der radialen Einstellung von LEILA ist bei der Bogenfahrt gegenüber einem herkömmlichen Starrachsdrehgestell neben einem massiven Verschleissvorteil auch von einem zusätzlichen Lärmvorteil auszugehen.
  • Sowohl mit einer rein gummigefederten Variante wie auch dem Einsatz von Stahlfedern in Kombination mit Elastomerfederbeilagen ist die angestrebte Massereduktion um 750 kg auf ca. 4 t realistisch.
  • Aufgrund umfangreicher Untersuchungen besteht grundlegende Gewissheit um die Zulassungsfähigkeit von LEILA sowohl in Bezug auf das Bremsverhalten, die Lärmemission als auch das Fahrverhalten.
  • Nationale und internationale Zulassung für den Schienenverkehr von LEILA.
  • Kosten-Nutzenberechnungen ergaben, dass keine der Einsparungen alleine, sondern nur deren Summe die unterstellten Mehrkosten, die bei der Anschaffung für das LEILA-Drehgestell anfallen, über die Lebenszykluskosten decken vermögen.

Kommunikation

Forschungsbedarf Eisenbahnlärm

ETH Zürich, 2015

Projektziel

Ziel des vorliegenden Auftrags ist die Erstellung eines Berichts über den Stand der Forschung im Bereich Eisenbahnlärm, die Ermittlung der hauptsächlichen Einflussfaktoren auf die künftige Bahnlärmentwicklung und die Ableitung des hauptsächlichen Forschungsbedarfs in der Schweiz. Der Bericht soll es dem Bund ermöglichen, die für eine Lärmreduktion vordringlich zu bearbeitenden Forschungsfelder zu ermitteln, entsprechende Forschungsaufträge zu erteilen oder schweizerische Forschungsinstitutionen mit Beiträgen zu unterstützen und die vorhandenen Forschungsmittel dadurch wirkungseffizient einzusetzen.

Ergebnisse

In diesem Bericht wird der aktuelle Stand in der Bahnlärmforschung dargestellt sowie die unterschiedlichen Einflussfaktoren auf die Entwicklung des Bahnlärms diskutiert. Durch den Stakeholdereinbezug in Form eines Workshops konnten die unterschiedlichen Perspektiven der beteiligten Akteure zusammengetragen werden. Es werden Trends abgeleitet und daraus die vielversprechendsten Forschungsansätze evaluiert, um die Zahl der von Schienenlärm betroffenen Personen zu reduzieren.

Lärmmesstechnik

Schallausbreitung in Eisenbahneinschnitten

EMPA, 2006

Projektziel

Im Bereich von Eisenbahneinschnitten wird die Schallausbreitung durch Einfach- und Mehrfachreflexionen an den Einschnittwänden und/oder am Zugskörper beeinflusst. Diese Reflexionsbeiträge sind an einem Empfängerpunkt besonders bedeutend, wenn der Direktschall abgeschirmt ist, d.h. wenn keine direkte Sicht auf den Radbereich des Zugs existiert. Zur Untersuchung solcher Schallfeldsituationen wurden umfangreiche Massstabsmodellexperimente sowie numerische Simulationen mit einer im Zeitbereicharbeitenden Finiten Differenzen Methode durchgeführt.

Ergebnisse

Aus den gewonnenen Ergebnissen wurde ein empirisches Rechenverfahren abgeleitet, das auf einfache Weise die Abschätzung der Reflexionsanteile erlaubt. Das Verfahren basiert auf einer Auftrennung der Reflexionsbeiträge in einen spiegelnden und in einen diffusen Anteil und kann mögliche Absorberbelegungen der Einschnittwände berücksichtigen. Es zeigt sich, dass die ausschliessliche Berücksichtigung einer spiegelnden Reflexion erster Ordnung die Immissionspegel an den Empfängerpunkten in der Regel deutlich unterschätzt. Die Methode ist ohne grossen Aufwand in bestehende Eisenbahnlärmmodelle implementierbar.

Trassenpreis

Lärmabhängiges Trassenpreissystem für die Schweiz

ETH Zürich, 2010

Projektziel

Ziel der Arbeit ist es, eine Übersicht über den Stand der Anwendung und Planung von lärmabhängigen Trassenpreissystemen in Europa zu geben, die für die Lärmentstehung verantwortlichen Faktoren aufzuzeigen und schliesslich mittels Prüfung verschiedener Varianten einen Vorschlag zur Ausgestaltung eines lärmabhängigen Trassenpreissystems auszuarbeiten. In einer 2. Studie wurden vertieft:

  • die Untersuchung von Möglichkeiten zur effizienten Weiterleitung des Lärmbonus/-malus bis zum Wagenhalter
  • die Konkretisierung der technischen Umsetzung
  • die Abschätzung der Transaktions- und Investitionskosten

die Diskussion des Kosten/Nutzen-Verhältnisses, unter besonderer Berücksichtigung der Wirksamkeit im Rahmen eines neuen Trassenpreissystems.

Ergebnisse

Zunächst wurde ein lärmabhängiges Trassenpreissystem vorgeschlagen, welches auf dem Lärmzulassungswerter Güterwagen basieren soll. Güterwagen, deren Lärmemissionen über dem Grenzwert für umgebaute Fahrzeuge liegen, sollen zukünftig mit einem Malus bestraft werden. Demgegenüber erhalten Güterwagen einen Bonus, deren Lärmemissionen deutlich unter den gesetzlich vorgeschriebenen Werten liegen.

Diese grundsätzliche Lösung wurde in einem 2. Schritt in wesentlichen Punkten überprüft und konkretisiert. Die Analyse über die Weiterleitung des Lärmbonus/-malus zum Wagenhalter hat gezeigt, dass ein Bonus/ Malus am effizientesten direkt vom Infrastrukturunternehmen an die Wagenhalter ausgerichtet werden soll.

Die Zielgruppe umfasst etwa 200 Wagenhalter. Zudem soll die Verrechnung jährlich erfolgen und ein Mindestbetrag von rund 1’000 CHF pro Jahr und Wagenhalter festgelegt werden. Eine Integration des Lärmfaktors in das reguläre Trassenpreissystem ist demnach nicht zielführend, weil damit die Verrechnung monatlich und immer über die ausführende Güterbahn erfolgen würde. Die vorgeschlagene Lösung entspricht somit eher einer Weiterentwicklung des bisherigen schweizerischen Lärmbonussystems, welches ebenfalls separat zum Trassenpreissystem geführt wird. Die Untersuchung zur technischen Umsetzung hat ergeben, dass der Lärmzulassungswert von Güterwagen zum jetzigen Zeitpunkt nicht mit vertretbarem Aufwand ermittelt werden kann. Eine pragmatische Lösung besteht jedoch darin, den Malus auf Basis der Bremsart zu berechnen, da nur Grauguss- Bremssohlen den bestehenden Lärmgrenzwert für umgebaute Fahrzeuge nicht erreichen. Auf der anderen Seite soll für den Bonus das „Hol-Prinzip“ gelten, indem die Wagenhalter ihre lärmbonusberechtigten Güterwagen selber dem Infrastrukturunternehmen melden. Der Wagenhalter eines Güterwagens soll im Network Statement als betriebsnotwendige Information deklariert und somit vor jeder Zugfahrt der SBB Infrastruktur mitgeteilt werden müssen. Die vorgeschlagene Lösung weist insgesamt ein günstiges Kosten/Nutzen-Verhältnis auf. Einerseits entstehen durch die vorgeschlagene direkte Abrechnung zwischen Infrastrukturunternehmen und Wagenhalter keine Wirkungsverluste und unnötige Transaktionskosten. Andererseits fallen auch die anfallenden Betriebs- und Investitionskosten gering aus, weil für die Ermittlung der notwendigen Daten weder bestehende Systeme modifiziert noch neu geschaffen werden müssen. Es ist allerdings zu beachten, dass für ausländische Güterwagen nur dann eine Anreizwirkung zu erwarten ist, wenn auch im Ausland vergleichbare Anreizsysteme eingeführt werden oder aber der ursprünglich vorgeschlagene Malus-Betrag von 0.01 CHF/Achskilometer deutlich erhöht wird. Parallel zum vorgeschlagenen Anreizsystem soll längerfristig auch die Möglichkeit einer europaweiten generellen Netzzugangsbeschränkung von Güterwagen mit Grauguss-Bremssohlen geprüft werden. Frühzeitig angekündigt, würde diese Massnahme die Wirkung des vorgeschlagenen Anreizsystems noch steigern und es könnte rasch eine Konsolidierung auf dem Lärmniveau von K-Sohlen erreicht werden.