Fahrbahnoberfläche und Rollgeräuschentstehung

Transkript

1 Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz 10. November 2015 Dresden Fahrbahnoberfläche und Rollgeräuschentstehung Thomas Beckenbauer Müller-BBM GmbH, Planegg

2 Ausgangspunkt Geräusch hörbarer Schall zeit- und ortsabhängige Druck- und Dichteschwankungen in einem elastischen Medium ohne zeitliche Veränderungen kein Schall Minimierung statisches System dynamisches System bei statischer Betrachtung kein Erkenntnisgewinn! dynamisches System Art der zeitlich veränderlichen Vorgänge 1. Deformation des Reifens durch mechanische Vorgänge 2. Bewegung der Luft im Reifen-Fahrbahn-Kontakt Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 2

3 Reifen-Fahrbahn-Kontakt Unterscheidung nach Makro- und Mikroebene Makroebene: Deformation der Reifenkontur Mikroebene: Lokale Deformation im Reifen-Fahrbahn-Kontakt Mechanik Aerodynamik Der Kontakt bestimmt die Deformation und damit die gesamte Rollgeräuschentstehung Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 3

4 Rollgeräuschentstehung Mechanische Anregung Verformung des Reifens Kräfte im Reifen-Fahrbahn-Kontakt Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 4

5 Rollgeräuschentstehung Mechanik Bauweise Waschbeton 8 mm Größtkorn Bauweise Splittmastixasphalt Rauigkeitstiefe, mm Position in Längsrichtung, mm Position in Längsrichtung, mm Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 5

6 Rollgeräuschentstehung Mechanik freigelegtes Korn 8 mm Gestalt gewalzte Oberfläche 8 mm Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 6

7 Rollgeräuschentstehung Mechanik freigelegtes Korn (Waschbeton) gewalzte Oberfläche (SMA) v = 80 km/h v = 80 km/h Kraft F (N) F stat =4.220 N Kraft F (N) F stat =4.220 N Zeit t (s) Zeit t (s) Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 7

8 Rollgeräuschentstehung Mechanik Zielsetzung lärmarmer Deckbeläge Gleichmässige Lastverteilung auf viele Kontaktpunkte führt zu kleineren Kontaktkräften pro Kontaktpunkt führt zu weniger Schwingungsanregung führt zu geringerer Geräuschentwicklung Praxis: viele Gesteinskörner innerhalb der Reifenaufstandsfläche Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 8

9 Rollgeräuschentstehung Aerodynamische Anregung (air pumping) Frédéric Conte, CSTB ITARI Projekt, EU Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 9

10 Rollgeräuschentstehung Aerodynamische Anregung Zielsetzung lärmarmer (dichter) Deckbeläge Hohe Packungsdichte und geringe Rauigkeitstiefe erhöhen den texturinduzierten Luftströmungwiderstand führen zu weniger air pumping führen zu geringerer Strömungsgeräuschentwicklung Praxis: kleines Größtkorn und gewalzte Oberfläche Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 10

11 Rollgeräuschentstehung Schallabstrahlung L 10 cm Schallabsorber L (db) mit Absorber Frequenz f (Hz) Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 11

12 Rollgeräuschentstehung Schallabstrahlung Zielsetzung lärmarmer (hohlraumreicher) Deckbeläge Zugängliche Hohlräume bewirken ein Entweichen der Luft in die Deckschicht führen zu weniger air pumping führen zu geringerer Strömungsgeräuschentwicklung führen zu Schallabsorption des Deckbelags vermindern dadurch die Rollgeräuschabstrahlung Praxis: offenporige Deckschicht Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 12

13 Fahrbahnoberflächentextur Maßgeblicher Wellenlängenbereich 1 mm mm (Makrotextur) Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 13

14 Oberflächeneigenschaften Profilebenheit Vorbeirollpegel Pkw-Reifen, 80 km/h 8 mm 8 mm Grobe Gesteinskörnung auf Asphalt (Gussasphalt) Gewalzte Asphaltdeckschicht (Splittmastixasphalt SMA) 6 db Anzahl der Kontaktpunkte 5 mm 3 mm 5 mm 3 mm 1 mm Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 14

15 Oberflächeneigenschaften Waschbeton Packungsdichte fehlende Information Ausbürsttiefe Profilebenheit Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 15

16 Waschbeton Optimierung hohe Packungsdichte grosse Ausbürsttiefe geringe Packungsdichte grosse Ausbürsttiefe hohe Packungsdichte geringe Ausbürsttiefe hohe Packungsdichte ungleichmässige Textur Modellrechnung Rollgeräuschpegel v = 80 km/h Reifen: Michelin Energy Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 16

17 Schallabsorption L in db 30 Absorptionsgrad in Abhängigkeit vom Hohlraumgehalt in der Praxis Hohlraumgehalt, Vol.-% ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Absorptionsgrad Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 17

18 Offenporiger Deckschichten Schallabsorption für optimale Lärmminderung σ >16 Vol.-% α > 0.6 Additiver Effekt (bis zu 6 db(a) Minderung zusätzlich) ~ 2 cm obere Schicht ~ 4 cm ~ 5 cm untere Schicht Versieglg. Unterlage 1,0 α Verkehrsgeräusch v = 100 km/h 1,0 SV-Anteil = 5% α Bohrkern 2 4 0,4 0,4 Fehlabstimmung möglich! 0, Frequenz [Hz] 2000 Frequenz [Hz] 0, Frequenz [Hz] 2000 Frequenz [Hz] Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 18

19 Offenporige Deckschichten Vorbeirollpegel Pkw-Reifen, 80 km/h Grobe Gesteinskörnung auf Asphalt (Gussasphalt) Gewalzte Asphaltdeckschicht (Splittmastixasphalt) Offenporige Deckschichten 8 mm 5 mm 8 mm 5 mm 3 mm 3 mm 9 db 1 mm Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 19

20 Geräuschminderungspotenziale Vorbeirollpegel Pkw-Reifen, 80 km/h Lkw-Reifen, 80 km/h Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge im praktischen Einsatz - Rollgeräuschentstehung 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!