Forschungsinformationssystem des BMVI

zurück Zur Startseite FIS

Verringerung der schienenverkehrsbedingten Lärmemissionen durch Maßnahmen an den Schallquellen

Erstellt am: 27.06.2003 | Stand des Wissens: 01.11.2018
Ansprechpartner
TU Dresden, Professur für Integrierte Verkehrsplanung und Straßenverkehrstechnik, Prof. Dr.-Ing. Regine Gerike

In zahlreichen Forschungsprojekten wurden Maßnahmen entwickelt, die zur Reduktion des Schienenverkehrslärms direkt an der Geräuschemissionsquelle ansetzen, indem sie schallauslösende Schwingungen verhindern oder verringern. Zu Beginn des letzten Jahrzehnts belegten verschiedene Studien, dass bei einer umfassenden Betrachtungsweise Maßnahmen an der Lärmquelle die effizienteste Lärmsenkungsstrategie im Schienenverkehr sind [Brei02a, S. 344; HeRu00, S. 42 ff. bzw. S. 70; DBAG02e, S. 33].

So zeigte das 2003 veröffentlichte EU-Forschungsprojekt "STAIRRS - Strategies and Tools to Assess and Implement Noise Reducing measures for Railway Systems", dass aktive Ansätze ein um den Faktor 1,5 bis 2 besseres Kosten-Nutzen-Verhältnis aufweisen als passive Schallschutzmaßnahmen [Pres04, S.31]. Die aktiven Maßnahmen zielen dabei auf die Vermeidung beziehungsweise Verringerung der Geräuschentstehung an der Lärmquelle. Hecht bezifferte dazu die Kostenreduktion solch primärer Maßnahmen (Schallvermeidung) gegenüber sekundärer Maßnahmen (Schallschutz) auf bis zu 40 Prozent [HeOt04, S. 212].

Aufbauend auf dieser Erkenntnis wurde der Ansatz der Lärmreduzierung an der Quelle in mehreren Untersuchungen präzisiert. So fand von 2008 bis 2012 das vom BMWi geförderte und seitens der DB AG koordinierte Forschungsprojekt "Leiser Zug auf realem Gleis" (LZarG) statt. Dabei wurde die Reduktion der Schallemissionen an der Quelle genauer untersucht. Mit der Entwicklung neuer Räder, eines neuartigen Drehgestells und neuer Dämpfer konnte in Kombination dieser Technologien eine Schallemissionsreduktion von über 5 Dezibel(A) erreicht werden. [VDB08; DBAG12o]

Um die Kosten für die aufwendige Erforschung solch neuer primärer Technologien zur Schallvermeidung zu senken und den Weg von der Entwicklungsphase bis hin zum Einsatz zu beschleunigen, wurde von 2010 bis 2012 das Forschungsprojekt "STARDAMP - Standardisation of damping technologies for the reduction of rolling noise" durchgeführt. Ziel war es, ein "praxistaugliches Bewertungsverfahren für die Einsatzfähigkeit und Wirksamkeit von Dämpfern für Rad und Schiene zur Minderung des Rollgeräuschs zu erarbeiten." [AsSta13; BMWi11n]

Ansatzpunkt Rad

Die Bildung von Unebenheiten auf den Radlaufflächen wird durch Bremsvorgänge mit der traditionellen Grauguss (GG)-Klotzbremse stark gefördert. Insbesondere bei Güterwagen stellt die Klotzbremse mit GG-Sohle den aktuellen technischen Ausrüstungsstandard dar. Im Personenverkehr ist inzwischen ein weitgehender Umstieg auf die Scheibenbremse erfolgt, bei der die Radlaufflächen nicht mehr als Reibflächen benötigt werden. Im Güterverkehr stellt die Scheibenbremse demgegenüber bislang aus unterschiedlichen Gründen lediglich eine Insellösung dar, wobei vor allem höhere Anschaffungskosten als ein bedeutendes Hemmnis ins Feld geführt werden [JaOn00, S. 208; Brei02a, S. 344; Muel01, S. 612].

Alternativ soll unter Beibehaltung der Klotzbremsen-Technologie die GG-Sohle durch eine Kunststoff-Bremssohle aus Komposit-Material (K-Sohle) ersetzt werden, deren Einsatz keine Aufrauung der Radlaufflächen zur Folge hat. Das Rollgeräusch von mit K-Sohlen gebremsten Güterwagen liegt etwa 8 bis 10 Dezibel(A) unter den Emissionswerten GG-gebremster Wagen [ScBe03, S. 41; Brei02a, S. 344]. Für Neuwagen konnte bereits eine kostenneutrale Systemlösung entwickelt werden. Aufgrund abweichender Materialeigenschaften ist die Umrüstung von Altwagen jedoch nicht nur mit einem Austausch der Bremsklötze verbunden, sondern sie setzt gleichzeitig umfangreiche Modifikationen im Bereich der Bremsanlage voraus, welche Kosten in Höhe von 3.000 bis 5.000 Euro verursachen [Gess02, S.25]. Verbundstoff-Sohlen, die einen GG-Sohle-Ersatz ohne Umbau ermöglichen, konnten trotz intensiver Forschungen bislang nicht entwickelt werden [ScBe03, S. 41].

Weitere Untersuchungen konzentrieren sich auf eine Schallabstrahlungsreduktion des Rades durch neue Radformen und den Einsatz von schalldämpfenden Radabsorbern.

Im Forschungsprojekt "LEILA-DG: Entwicklung eines leichten und lärmarmen Güterwagen-Drehgestells", welches von 2000 bis 2005 lief, wurden verschiedene Maßnahmen (unter anderem die Vermeidung von Körperschallbrücken sowie die Verwendung von Radscheibenbremsen) zu einem neu konzipierten Drehgestell zusammengeführt. Hierdurch ließ sich eine Lärmreduzierung um 13 bis 18 Dezibel(A) gegenüber einem klassischen Drehgestell herbeiführen [HeKe07, S. 35 f.]. Das entspricht einer Minderung des wahrgenommenen Lärms um bis zu 70 Prozent [Danz04, S. 99; HeKe07].

Ansatzpunkt Schiene

Unebenheiten der Schienenkopfoberfläche sind typische Verschleißerscheinungen aufgrund der hohen wirkenden Kräfte an der Kontaktfläche Rad-Schiene. Zusätzliche Abnutzungseffekte resultieren aus dem Überfahren mit schadhaften Rädern. Durch maschinelle Bearbeitung der Schienenfahrflächen mit einem Schienenschleifzug können entsprechende Oberflächenunregelmäßigkeiten behoben werden. Die Emissionswerte akustisch durchschnittlich guter Gleise liegen bis zu 10 Dezibel(A) unter denen schlecht gewarteter Gleise [HeRu00, S. 16 f.]. Ein spezielles, auf akustische Aspekte ausgerichtetes Schleifverfahren kann weitere dauerhafte Lärmreduktionen um 3 Dezibel(A) bewirken [Brei02a, S. 344; BaTe01c; BaTe02b, S. 35].

Zusätzlich lässt sich bereits beim Bau des Schienenfahrwegs eine spätere Lärmbelastung und die Gleispflegeintervalllänge durch geeignete Maßnahmen in den Bereichen der Schienenbefestigung und -dämpfung positiv beeinflussen. Höhere Baukosten erschweren bislang jedoch die Realisierung entsprechender Fahrwegausführungen [Hech02, S. 34].

Beispiele für Lärmreduktionsmaßnahmen

Einen Überblick über einige ausgewählte Lärmreduktionsmaßnahmen, ihre Wirkung und Kosten gibt die folgende Tabelle.
Ausgewählte LärmreduktionsmaßnahmenAbb. 1: Ausgewählte Lärmreduktionsmaßnahmen [Gess02, S. 25]

Migrationsproblem

Die Lärmproblematik im Schienenverkehr wird zu einem erheblichen Teil von hauptsächlich nachts verkehrenden Güterzügen verursacht. Fahrzeuge des Schienengüterverkehrs weisen mit rund 40 Jahren eine verhältnismäßig lange Lebensdauer auf. Derzeit werden in der Bundesrepublik Deutschland ungefähr 160.000 Güterwagen beziehungsweise 740.000 Güterwagen in Europa betrieben [EUKOM09h, S. 45]. Geht man wie Geßner davon aus, dass leise Güterwagen erst ab einem Anteil von 80 bis 90 Prozent am Gesamtfahrzeugbestand spürbar wirksam werden, offenbart sich die Langfristigkeit der Schallvermeidungsmaßnahmen, wenn sie sich ausschließlich auf Neuwagen beschränken.

Noch deutlicher wird das Migrationsproblem, wenn Geräuschemissionsgrenzwerte nur bei Neufahrzeugen ansetzen. Jäcker-Cüppers zeigt, dass ausgehend von einer Lärmreduktion um 10 Dezibel(A) bei Neufahrzeugen erst nach einer beträchtlichen Zeitspanne deutliche Emissionsminderungen erzielbar sind (Abbildung 2) [Jaec03, S. 25].
 Migrationsproblematik der Schallemissionsreduzierung im SchienengüterverkehrAbb. 2: Migrationsproblematik der Schallemissionsreduzierung im Schienengüterverkehr [Jaec03, S. 25]

Zudem sind die Entwicklung und Einführung von neuen, leiseren Bauteilen (z. B. Radabsorber) ein ausgesprochen langwieriger Vorgang, da die hiermit verbundenen Betriebserprobungen und Zulassungsverfahren international abgestimmt werden müssen [Gess02, S. 24 f.].
Ansprechpartner
TU Dresden, Professur für Integrierte Verkehrsplanung und Straßenverkehrstechnik, Prof. Dr.-Ing. Regine Gerike
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Schallvermeidung im Schienenverkehr (Stand des Wissens: 01.11.2018)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?312910
Literatur
[AsSta13] DB Systems GmbH, Société Nationale des Chemins de fer Francais, TU Berlin, Asmussen, B., Starnberg, M., Betgen, B., Bouvet, P., Martinot-Lagarde, A., Margiocchi, F., Aubin, F., Thompson, D., Squicciarini, G., Toward, M., Gerlach, T., Kemp-Lettkamp, C., Venghaus, H., Kitson, P., Pesqueux, L., Carrillo Zanuy, A., Sánchez Martín, C., de Ana Rodríguez, G., Demilly, F. STARDAMP - Standardisation of damping technologies for the reduction of
rolling noise, 2013/05/27
[BaTe01c] o.A. Besonders überwachtes Gleis, veröffentlicht in BahnTech, Ausgabe/Auflage 4, 2001
[BaTe02b] o.A. Ohne Riffel weniger Lärm, veröffentlicht in bahntech, Ausgabe/Auflage 1+2, 2002
[BMWi11n] Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, o. A. STARDAMP - Ein Pojekt zur vereinheitlichten Bewertung von Dämpfern für Rad und Schiene, veröffentlicht in Eisenbahntechnische Rundschau (ETR), Ausgabe/Auflage 05/2011, DVV Media Group GmbH | Eurailpress, Hamburg, 2011/05, ISBN/ISSN 0013-2845
[Brei02a] Breimeier, Rudolf, Dr.-Ing. Halbierung des Güterzuglärms möglich, veröffentlicht in Eisenbahn-Revue International, Ausgabe/Auflage 7, MINIREX AG CH-6002 Luzern, 2002, ISBN/ISSN 1421-2811
[Danz04] Danzer, Peter, Dipl.-Ing. Die Wirtschaftlichkeit innovativer Güterwagen-Drehgestelle am Beispiel des Drehgestells LEILA, veröffentlicht in ZEVrail, Georg Siemens Verlag GmbH, Berlin, 2004/03, ISBN/ISSN 1618-8330
[DBAG02e] o.A. Umweltbericht der Deutsche Bahn AG 2002, 2003
[DBAG12o] DB Umweltzentrum (Hrsg.) Forschungsprojekt für leise Bahn abgeschlossen, 2012/08/09
[EUKOM09h] u. A. Huggins, Dominic Panorama of Transport, 2009, ISBN/ISSN 1831-3280
[Gess02] Geßner, Rolf, Dr.-Ing. Schienenverkehrslärm-Senkung der Rad/Schiene-Geräusche, veröffentlicht in Eisenbahningenieur, Ausgabe/Auflage 6, 2002, ISBN/ISSN 0013-2810
[Hech02] Hecht, Markus, Prof. Dr.-Ing. Lärm durch Schienenverkehr, veröffentlicht in VCD Tagungsband - Anforderungen an eine neue Verkehrslärmgesetzgebung, 2002
[HeKe07] Hecht, Markus, Prof. Dr.-Ing., Keudel, Johannes, Dipl.-Ing. In Messfahrten nachgewiesene Vorteile des LEILA-Güterwagendrehgestells, 2007/04/17
[HeOt04] Othman, Dipl.-Ing. Yacin Ben, Hecht, Markus, Prof. Dr.-Ing. Kostenmindernde Einbindung der Betreiber durch lärmbasiertes Trassenpreiskonzept, veröffentlicht in Eisenbahn-Revue International, Ausgabe/Auflage 05, 2004, ISBN/ISSN 1421-2811
[HeRu00] Henninge, K., Dipl.-Ing., Dobeschinsky, Harry, Dr.-Ing., Heimerl, Gerhard, em. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h., Rückert, Ulrich, Dipl.-Ing. Wirtschaftliche Beurteilung von LNT-Schallschutzkombinationsmaßnahmen an Fahrzeug und Fahrweg für das Netz der DB AG, 2000
[Jaec03] Jäcker-Cüppers, Michael Künftige Anforderungen der Europäischen Union an den Schutz vor Schienenlärm, veröffentlicht in VCD Tagungsband - Bekämpfung des Schienenverkehrslärms, 2003/09
[JaOn00] Jäger, Klaus, Dipl.-Ing., Onnich, Johannes, Dipl.-Ing. Fortschritte und Besonderheiten bei der Reduzierung des Schienenverkehrslärms, veröffentlicht in Zeitschrift für Lärmbekämpfung, Ausgabe/Auflage 47, Springer-Verlag Heidelberg , 2000
[Muel01] Müller, Christoph Die Bahn muss leiser werden - Lärmreduzierung bei Strecken und Fahrzeugen, veröffentlicht in Internationales Verkehrswesen, Ausgabe/Auflage 12, Deutscher Verkehrs-Verlag GmbH, 2001, ISBN/ISSN 0020-9511
[Pres04] Dr. Gerhard Presle Low Noise Train, veröffentlicht in Rail International - Schienen der Welt, 2004/02, ISBN/ISSN 00208442
[ScBe03] Beier, Manfred, Dr. rer. nat., Grütz, Hans-Peter, Dipl.-Ing., Jäger, Klaus, Dipl.-Ing., Kock, Gerdy, Dipl.-Ing., Onnich, Johannes, Dipl.-Ing., Schulte-Werning, Burkhard, Dr.-Ing., Strube, Roger, Dipl.-Ing. Auf dem Weg zur leisen Bahn: Das DB-Innovationsprogramm zur Lärmminderung im Schienenverkehr, veröffentlicht in Eisenbahntechnische Rundschau, Ausgabe/Auflage 1/2, 2003, ISBN/ISSN 0013-2845
[VDB08] Nicolai, Sascha, Geißler-Schild, Christine Forschungsprojekt für eine leise Bahn gestartet, Berlin, 2008/03
Glossar
O2
= Sauerstoff. Im Normzustand ist Sauerstoff ein farbloses, geruchloses und geschmackloses Gas. Es ist sehr reaktiv, fast jede Chemikalie, abgesehen von Edelgasen, reagiert mit Sauerstoff um Verbindungen zu bilden.
Sauerstoff ist von großer Bedeutung, weil er wesentlich an den Atmungsprozessen der meisten lebenden Zellen und an den Verbrennungprozessen beteiligt ist. Es ist das am häufigsten vorkommende Element der Erdkruste. Die Luft besteht zu fast einem Fünftel (Volumen) aus Sauerstoff. Ungebundener gasförmiger Sauerstoff besteht normalerweise aus einem zweiatomigen Molekül (O2), aber es gibt ihn auch in dreiatomiger Form O3 besser bekannt unter dem Begriff Ozon.
Schienengüterverkehr
Unter Schienengüterverkehr (SGV) wird der Transport von Gütern mit der Eisenbahn verstanden. Diese werden in Güterzügen unter Verwendung (spezieller) Güterwagen befördert. Diese Verkehre können entweder auf gesonderten Güterverkehrsstrecken oder im Mischverkehr, auf gemeinsam durch den Güter- und Personenverkehr genutzten Strecken, realisiert werden. Leistungen des Schienengüterverkehrs werden häufig als Teil einer Logistikkette in logistische Gesamtkonzepte eingebunden.
Scheibenbremse
Die Scheibenbremse ist die im Schienenpersonenverkehr dominierende Bremse. Hierbei wird der Bremsbelag auf eine eigens dafür vorgesehene Scheibe am Rad oder der Radsatzwelle gedrückt. Gegenüber der Klotzbremse ist sie deutlich schwerer und teurer, erzielt jedoch höhere Bremsleistungen und sorgt aufgrund ihres Aufbaus für eine thermische Entlastung des Rades.
Extensible Markup Language Die Extensible Markup Language (engl. für 'erweiterbare Auszeichnungssprache'), abgekürzt XML, ist eine Auszeichnungssprache zur Darstellung hierarchisch strukturierter Datensätze in Form von Textdaten. XML wird u. a. für den plattform- und implementationsunabhängigen Austausch von Datensätzen zwischen Computersystemen eingesetzt, insbesondere über das Internet.
Klotzbremse Die Klotzbremse ist aufgrund ihres einfachen Aufbaus und ihrer Wirtschaftlichkeit die am häufigsten verwendete Reibungsbremse bei Eisenbahnwagen im Schienengüterverkehr. Als Reibfläche wird die Radlauffläche genutzt. Die Sohle des Bremsklotzes besteht dabei entweder aus Grauguss oder moderneren Verbundstoffen (K- oder LL-Sohle).
dB(A) Messgröße des A-bewerteten Schalldruckpegels zur Bestimmung von Geräuschpegeln. Die dB-Skala ist logarithmisch aufgebaut, d. h. eine Verdoppelung der Lärmintensität führt zu einer Erhöhung um 3 dB. Das menschliche Ohr empfindet eine Erhöhung um 10 dB als Verdoppelung der Lautstärke. Hierzu ist eine Schallintensitätsverzehnfachung erforderlich. Der Zusatz "(A)" gibt an, dass dem betreffenden Messergebnis die standardisierte A-Berwertungskurve zugrunde liegt. Sie berücksichtigt einen nichtlinearen frequenz- und pegelabhängigen Zusammenhang zwischen subjektiv wahrgenommenem Läutstärkepegel und vorliegendem Schalldruckpegel. So empfindet das menschliche Gehör bspw. mittlere Frequenzen im Vergleich zu niedrigen Frequenzgängen als wesentlich lauter, weshalb die Einheit dB(A) entsprechende Tonhöhen stärker gewichtet. Ein gesundes Ohr kann bereits einen Schalldruck von 0 dB (A) wahrnehmen (Hörschwelle), bei Werten über 120 dB (A) wird die Geräuschbelastung unerträglich laut (Schmerzgrenze). Eine Langzeiteinwirkung von über 85 dB(A) zieht u. U. dauerhafte Gehörschäden nach sich.
BMWi Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie erarbeitet Rahmenbedingungen zur Stärkung der Robustheit und Wettbewerbsfähigkeit des Wirtschaftsstandortes Deutschland.
Komposit-Bremssohle
Die Komposit-Bremssohle (K-Sohle) ist eine Verbundstoff-Bremssohle und der zentrale Bestandteil der bei Eisenbahngüterwagen verwendeten Klotzbremse. Sie ist im Vergleich zur technologisch veralteten Grauguss-Bremssohle deutlich leiser und stellt eine Alternative zur vergleichbaren LL-Bremssohle (LL-Sohle) dar.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?49416

Gedruckt am Freitag, 23. August 2019 16:16:02