Freie Strecke

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.

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