Übergreifendes
Kommunikation
Go-Leise, Gesamtoptimierung
SBB AG, Müller-BBM, dBVision, M+P , 2016
Projektziel
Lärmschutzmassnahmen am Gleis greifen i.d.R. tief in das dynamische und komplexe System der Fahrbahn ein und können im Unterschied zu Lärmschutzwänden nicht isoliert betrachtet werden. Jede Komponente beeinflusst das Schwingungsverhalten der anderen. Zudem widersprechen sich die Zielsetzungen betreffend Lärmschutz, Erschütterungsschutz und der Minimierung der LCCs oft. Es ist deshalb notwendig, das System als Ganzes zu optimieren. Gleichzeitig müssen die gesetzlichen Vorgaben sowie Rahmenbedingungen betreffend Sicherheit eingehalten werden.
Das Projekt Go-Leise der SBB soll dieses Ziel der Gesamtoptimierung in mehreren Phasen verfolgen. Die erste davon zeigt einen Überblick des Themas, deckt Wissenslücken auf und schlägt eine Optimierungsmethodik vor, sowie Möglichkeiten, diese Wissenslücken zu schliessen. Der Projektbericht fasst die Resultate dieser ersten Phase zusammen.
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.
Die Bedeutung einer Gesamtoptimierung wurde bestätigt. Als Voraussetzung müssen eine Reihe von Wissenslücken geschlossen werden. Diese beinhalten nicht nur technische, sondern auch andere Themen wie Statistik oder Wissensmanagement.
Bemerkungen
Phase II wurde nicht ausgelöst, jedoch wurden auf Basis der erarbeiteten Wissenslücken weitere Projekte angestossen.
Dokumente
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.
Dokumente
Lärmermittlung
Fahrbahnlabor: Erste Modellierung und Auswertung der Daten
Berner Fachhochschule, Technik und Informatik, 2024
Projektziel
Das Projekt zur Auswertung der Daten wurde von der SBB begleitet. Es wurde ein exploratives Vorgehen gewählt. Vertreter der BFH und der SBB trafen sich regelmässig, um allfällige Fragen und aktuelle Ergebnisse zu diskutieren und die nächsten Analyseschritte festzulegen. Als Ausgangspunkt dienten folgende Fragestellungen:
a. Wie gut ist die Datenqualität?
b. Wie vergleichbar sind die Messquerschnitte untereinander?
c. Was sind die Kriterien bzw. Randbedingungen für zukünftige Messkampagnen?
d. Wie wirken sich die Umwelteinflüsse allgemein auf den Oberbau und im speziellen auf den Lärm aus?
e. Welchen Einfluss haben die neuen Zwischenlagen und die Besohlung der Betonschwellen (B91) auf den Lärm?
Ergebnisse
Der Lärmemissionspegel beim FLIRT hat eine spezielle Geschwindigkeitsabhängigkeit.
Die Umwelteinflüsse sind von untergeordneter Bedeutung.
Die neu eingebauten Zwischenlagen reduzieren den Lärm um 1.3 dB(A).
Insgesamt ist die Streuung und insbesondere die von den Modellen nicht erklärte Streuung recht gross.
Akustisches Verhalten des Eisenbahnoberbaus «MineTrack»
EMPA, 2023
Projektziel
Durch die Analyse von Daten über mehrer Jahre soll ein besseres Verständnis über das akustische Verhalten des Oberbaus und dessen Einfluss auf die Emissionen des Fahrlärms gewonnen werden.
Ergebnisse
Im MineTrack-Projekt konnten grosse, über mehrere Jahre unabhängig erhobene Datensätze erfolgreich kombiniert und mit Data Mining-Methoden analysiert werden. Lärmminderungspotential zeigte sich sowohl beim Unterhalt der Fahrzeuge als auch beim Unterhalt des Oberbaus. Einzelne Individuen von Lokomotiven konnten über die Zeit akustisch verfolgt werden, wobei zeitliche Veränderungen der Emission von bis zu 10 dB festgestellt wurden. Die gefundenen zeitlichen Muster deuten auf Wartungszyklen hin. Weiter zeigte sich, dass LL- und K-Sohlen bei Güterwagen deutlich unterschiedliche Emissionen aufweisen. Die Auswertungen haben ergeben, dass LL-Sohlen je nach Geschwindigkeit 3 bis 5 dB über K-Sohlen liegen.
Dokumente
Analyse des Einflusses der Bogenfahrt auf die Lärmemissionen – Phase I
Schweizerische Bundesbahnen SBB, 2023
Projektziel
Mit dem Projekt sollen die höheren Fahrgeräusche in Bögen mit Radien zwischen 400–800m untersucht werden.
Ergebnisse
1. Auswahl von geeigneten Bögen
2. Messkonzept
Weiterentwicklung sonRAIL – sonRAIL2x
EMPA, 2023
Projektziel
Das Projektziel ist die Weiterentwicklung des heutigen sonRAIL-Emissionsmodells. Durch diese Weiterentwicklung wird das gesamte son-RAIL-Modell
- physikbasierter: Durch die Berücksichtigung der Rad/Schiene-Kontaktkraft wird den Interaktionen von Fahrzeug und Oberbau Rechnung getragen.
- transparenter: Die Bildung der Transferfunktionen basiert auf strukturdynamischen Eigenschaften, welche messtechnisch/rechnerisch nach- und ausgewiesen werden können.
- zukunftsfähiger: Eine stetige Ergänzung und Erweiterung der hinterlegten Transferfunktionen ist Teil der Weiterentwicklung des Emissionsmodells.
- kompatibel: Das Emissionsmodell bleibt kompatibel zu existierenden Ausbreitungsmodellen.
Ergebnisse
Der Anspruch des Projektes ist, aus grundlegenden Angaben zu den beteiligten Systemen (Rad und Oberbau), mittels physikalischer Modelle, eine Berechnung des Schalldrucks an einem gegebenen Ort zu ermöglichen. Der von der Empa entwickelte Modellierungsablauf stellt ein Beispiel der Implementation eines solchen Systems dar und liefert den Beweis, dass dieser Ansatz zur Berechnung von Emissionen praktikabel ist. Die physikalische Natur der verwendeten Ansätze bedeutet, dass in den Grenzen der üblichen Unterschiede zwischen den Implementationen der Modellierungsmethoden, unabhängig von der Wahl der Software für die Umsetzung der numerischen Modellen, gleichwertige Ergebnisse erzielt werden können.
Bemerkungen
Nachfolgeprojekt: TopNoise
Dokumente
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.
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
Lärmbonus im Trassenpreissystem
Prose AG, 2023
Projektziel
Mit dem Projekt soll der BAFU-Vorschlage für die zukünftige Ausgestaltung des Lärmbonus von unabhängiger Seite beurteilt und gegebenenfalls Vorschläge für die Ausgestaltung gemacht werden.
Ergebnisse
Basierend auf den Erwägungen und Bewertungen wird vorgeschlagen, den Lärmbonus in folgender Ausprägung zu gestalten:
- Ein Lärmbonus für scheibengebremste Güterwagen von 12 Rp. / Achs-km
- Ein Zusatzbonus von 4 Rp. / Achs-km für scheibengebremste Güterwagen mit zusätzlichen Massnahmen zur Vermeidung oder rascher Behebung von Flachstellen
- Entwicklung eines standardisierten Programms, an dem Güterwageneigentümer teilnehmen können als Basis für diesen Zusatzbonus
- Vergütung an den Wagenhalter und Entschädigung der Aufwände für die Weitervergütung an die Bahnbetreiber
Dokumente
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.
