13. Internationale Schienenfahrzeugtagung Dresden

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1 13. Internationale Schienenfahrzeugtagung Dresden 26. bis 28. Februar 2014 Plenarveranstaltung Prof. Dr. Markus Hecht Technische Universität Berlin, FG Schienenfahrzeuge, Berlin Bahnlärm Geschichte, Stand heute und Zukunft

2 Bahnlärm Geschichte, Stand heute und Zukunft TU - Berlin / FG Schienenfahrzeuge Salzufer / Sekr. SG 14, D Berlin markus.hecht@tu-berlin.de 1

3 Forderung Weltgesundheitsorganisation WHO Laeq 42 db(a) maximal nachts Kompromiss: 55 db(a) maximal Problem: 80 db(a) und mehr treten heute an Hauptstrecken auf data/assets/pdf_file/0017/43316/e92845.pdf 2

4 Betroffene durch Verkehrslärm in der Nacht >50 db(a) in D 4,2 Mio 3,8 Mio 0,26 Mio Quelle: Umweltbundesamt Lärmbilanz

5 Geschichte Die Aussage vieler Eisenbahner: Die Bahn war schon vor 150 Jahren da, aber die Anwohner beschweren sich erst jetzt! ist nicht akzeptabel! 4

6 Entwicklung bezüglich Güterzugslärm z.b. am Rhein von heute Geschwindigkeitserhöhung von 65 auf 100 km/h Übergang von Schiene S49 auf UIC 60 Übergang von Pappelholz- auf Plastezwischenlagen Übergang von Gleit- auf Rollenlager Übergang von Lenkachsen auf Starrachse Übergang von Niet- und Schraubaufbauten zu Schweißkonstruktionen Einführung Monoblockglockenrad statt bereiftes Rad Konzentration durch weniger Rangierbahnhöfe u.ä. ΔL = ges 10log 10 Summe: i 0,1 Δ L i +4 db +2 db +3 db +2 db +1,5 db +2 db +2 db +3 db 11,5 db 5

7 Ergebnis: Die Lärmbelastung am Rhein hat in den letzten 50 Jahren mindestens um ca 11,5 db zugenommen, ob zudem die Empfindlichkeit der Bürger zunahm, sei dahingestellt 6

8 Kurze Übersicht über gesetzliche Entwicklung: 1974 Bundesimmissionsschutzgesetz ohne Bahnlärm 1989 EU Maschinenrichtlinie ohne Bahn durch Brancheneinspruch BImSchV dank Bahnbonus mit Schall03 für Neubauten wirksam 1992 Auftrag von TC 265 Grenzwerte in Emissionsmessnorm (spätere EN3095) festzulegen, scheitert am deutschen Einspruch 2002 EU Umgebungslärmrichtlinie, iterativ Karten und Aktionspläne 2006 TSI Noise, Emissionsgrenzwerte, starkes deutsches Engagement 2013 Bahnbonus abgeschafft, lärmabhängige Trassenpreise in D 7

9 Ausgaben Bestandsnetz D: Freiwilliges Lärmsanierungsprogramm des Bundes seit 1999 Budget : jährlich 51 Mio 2006: 76 Mio : jährlich 100 Mio ab 2014: jährlich 120 Mio Summe 1999 bis 2015: 1,2 Mia CH: Bundesgesetz über die Lärmsanierung der Eisenbahn seit 2000 Budget ,8 Mia CHF = 1,5 Mia Ausgaben : 1,3 Mia CHF = 1,1 Mia 8

10 Kosten-Nutzenanalyse für Europa Quelle: Schaffung von wirtschaftlichen Anreizen für fahrzeugseitige Bahnlärmminderung, Dr. M.T. Kalivoda, Wien, ZEVrail 135, 4/2011, S , Bild 1 Kosten und Nutzen unterschiedlicher Maßnahmen(kombinationen) zur Minderung des Eisenbahnlärms (Stairrs-Projekt EU 2001) 9

11 Stand heute EBA Lärmkarte 10

12 sonrail Emissionsdaten (15000 Messungen) Fahrzeug und Gleis, CH

13 Demozug Bingen Foto Pro Rheintal 12

14 Lärmschutz im Schienenverkehr BMVBS

15 Relevante Grenzwerte TSI Noise ( ) bei 80 km/h in 7,5 m Abstand ab Gleismitte Lok Vorbeifahrt LpAeq <= 85 db(a) Neue Güterwagen mit einer durchschnittlichen Radsatzzahl pro Längeneinheit (apl) über 0,15 1/m bis zu 0,275 1/m LpAeq <= 83 db(a) 14

16 Problem leiseste heutige Lok, im Demozug und generell: Vorbeifahrgrenzwerte nach TSI Noise Lokomotive 85 db (A) soll = ist Güterwagen 83 db(a) soll, ist meist 78 bis 82 db(a) Zudem Lok führt bei Anwohnern nahe am Gleis zu sehr plötzlichem Pegelanstieg und damit sehr großer Störwirkung Forderung Loklärm TSI -7 db(a) = 78 db(a) Grenzwert 15

17 Emissionswerte Lok + Wagen passen nicht zu den Immissionsanforderungen 1. Einhaltung von TSI Noise führt zu bis 15 db Immissisonsüberschreitungen 2. alte Lokomotiven mit GG sind heute 3 bis 5 db(a) leiser als GG-Güterwagen, TSI Noise kehrt das um! Loks müssten jedoch leiser sein als Wagen, auch wegen der wesentlichen höheren Laufleistung der Loks 16

18 Lärmsanierungsziel der Bundesregierung seit 2010: Lärmhalbierung bis 2020, wird im Koalitionsvertrag der aktuellen Regierung fortgeschrieben soll weitgehend nur durch Maßnahmen am Güterwagen erfolgen 17

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20 2 Kritikpunkte: 1. heutige Ziele lösen Problem viel zu wenig 2. Vor allem Wagenhalter sind betroffen, Loks und Gleis sind fast nicht einbezogen 19

21 Hauptproblem Rollgeräusch Rad Abstrahlung Schiene Schwelle Quelle: Hecht, M.; Güterverkehrslärm, ein Thema mit vielen Einflussgrößen, ETR, , S NOI TSI beinhaltet alle 3 Quellen für den Vorbeifahrtpegel 20

22 De Vos, P.(2013): Retrofitting: real noise reduction and real costs, 8 th UIC Noise Workshop, 11 th June 2013, Paris 21

23 rot gesamt blau Schiene und Schwelle grün Rad Schalldruckanteile für einen K-klotzgebremsten Güterwagen mit den Anteilen von Schiene (UIC 60) und Schwelle(Beton Monoblock) (Gleis) und Rad (Ba004, 920 mm) Fahrgeschwindigkeit 80 km/h Quelle: Hecht, M.; Güterverkehrslärm, ein Thema mit vielen Einflussgrößen, ETR, , S

24 Auszug aus EN 3095/2005, Anhang D (Lärmeinfluss Gleis) Tabelle D.1-Parameter mit maßgeblichen Einfluss auf das Gleisgeräusch Parameter Wert des Parameters, der zum kleinsten erzeugten Geräuschpegel Wert des Parameters, der zum größten erzeugten Geräuschpegel Pegeldifferenz, die sich aus dem Unterschied der Einflüsse zwischen den Werten des Parameters für den kleinsten und für den größten erzeugten Geräuschpegel ergibt [db] Schientenyp UIC 54 E1 UIC 60 E1 0,7 / Statische Steifigkeit der Schienenzwischenlage Verlustfaktor der Schienenzwischenlage 5000 MN/m 100 MN/m 5,9 / 0,5 0,1 2,6 / Schwellentyp Bi-Block Holz 3,1 / Schwellenabstand 0,4 m 0,8 m Schottersteifigkeit 100 MN/m 30MN/m 0,2 - Schotterverlustfaktor 2,0 0,5 0,2 - Radversatz 0 m 0,01 m 0,2 - Schienenversatz 0 m 0,01 m 1,3 - Radrauheit glattester Fall rauester Fall 8,5 - Rauheit von Schienen, die frei von Unebenheiten sind glattester Fall rauester Fall 0,7 bis 3,9 / Zuggeschwindigkeit 80 km/h 160 km/h 9,4 - Achslast 25 t 10 t 1,1 - Lufttemperatur 10º C 30º C 0,2 - / = nutzbar in Summe 10,5 db, Gleichung nächste Folie - = nicht nutzbar oder bereits genutzt 23

25 logarithmische Addition von Einzelquellen L i L ges = 10log i 10 0,1L i Bedeutet: Laut und laut ist laut Laut und leise bleibt laut nur leise und leise ergibt leise 24

26 3 Szenarien Lärmminderung Fahrzeug + Gleis Annahme Fahrzeuglärm werde um -10 db(a) reduziert, Gleislärm bleibe gleich, das führt im Gesamtlärm zu Anteil Fahrzeug 70%, Gleis 30% Anteil Fahrzeug 50%, Gleis 50% Anteil Fahrzeug 30%, Gleis 70% -5 db -3 db -1 db 25

27 Lärmquelle Schiene und Schwelle muss neu berücksichtigt werden, Die allgemein übliche Praxis (EU Maschinenrichtlinie), dass laute Bauteile akustisch definiert werden, muss im Gleisbau auch endlich angewendet werden. Es kann nicht sein, dass keine Möglichkeit und keine Kompetenz zur Lärmjustage im Gleisbau angewendet wird. Der Bauauftrag kann nicht den bloßen Einbau beigestellten Materials umfassen. 26

28 Probleme: 1. Grenzwerte für Schienen und Schwellen fehlen völlig, obwohl bis zu 70% des Lärms von Schiene und Schwelle kommt 2. Bisheriges Warten auf EU hilft nicht, da Gleislärm kein Interoperabilitätsproblem ist, (Radlärm schon) 3. EU verlangt Eigeninitiative der Länder beim Gleislärm, da kein Interoparabilitätsproblem 27

29 Flachstellen Ursachen: Quelle: Bericht 11/00 Phase 1: Entgleisungsversuche 1. Bremsblockieren 2. Hemmschuhbremsung Problem: Einfluss bis +8 db nach UIC Fahrflächenfehler: Flachstellen Quelle: Lexikon der Eisenbahn, S. 409, trans press-verlag, 8. Ausg.,

30 Problem Flachstelle: 60 mm heute akzeptierte Fachstellenlänge sind zu viel Untersuchungsergebnisse der UIC B169 experts group 2006 Consequences of wheel tread defects to the noise emission of wagons 29

31 Conclusion [Vortrag Codier «frein et rue» Paris ] 1. Replacement of cast iron brake blocks by composite blocks: Max noise reduction: - 11 db(a) 2. Wheel tread defect influence on the noise emission of composite braked wagons: Max noise increase: + 8 db(a) 3. Traffic noise increase due to wheel tread defects: Depends on the type and incidence of wheel tread defects in service. Track mounted detectors for the running gear protection will give statistical informations about tread defects and allow realistic simulations of the traffic noise increase. 30

32 Stand heute in Asien, insbesondere Japan, Südkorea, Hongkong: 10 bis 25 db leiser als D Beispiel gekapselte Matisa- Stopfmaschine, ca 12 db(a) leiser im Arbeitsgang Stromabnehmer bei 300 km/h ca 25 db(a) leiser als in Europa Quarterly Report of RTRI 2010/4 31

33 Es gibt die leise Bahn, die 55 db(a) einhalten muss, auch in D: RWE Kohlenbahn Viele Unterschiede: rechtlich keine Eisenbahnfahrzeuge, sondern bewegte Bergbaumaschinen, also gilt EU Maschinenrichtline Leistung tkm ca 150% rechte Rheinseite, 35 t Achslast, alle Räder mit Radschall- Absorber, mm (geht wegen UIC 510 nicht), nur K-Sohlen, alle Maschinenräume gekapselt und über Schalldämpfer belüftet, leise Getriebe, auch großer Kostendruck... 32

34 Zukunft Abschaffung CO 2 Typhone als Rottenwarnsystem Gründe: Belastung des Bedieners mit 130 db(a) Hohe Störwirkung für Anwohner Unsichere Warnung von Maschinenbedienern Bild Cemafer Ersatz durch optische und individuell akustische Warneinrichtungen Sicherheitsreport Spezial der VBG 1/2014, S. 5 33

35 Lärmminderung an Lokomotiven 3 Themen für TSI-7 db(a) = 78 db(a): Lüfter Getriebe Umrichter 34

36 Beispiel Lüfterlärmminderung SBB 460 ohne Schalldämpfer mit Schalldämpfer -3 db(a) Gesamtlärm Hecht, M.; Zogg, H. ; Lärmdesign moderner Triebfahrzeuge am Beispiel der Lok 2000-Familie, Anwendung von Telemetrie, Intensitäts- und Arraymesstechnik, ZEV+DET Glas. Ann.119 (1995) Nr. 9/10, S. 463 bis

37 Beispiel Retrofit mit Lüfterschalldämpfern+ Maschinenraumkapselung Beispiel: BLUE TIGER / HVLE, mit BMU-Förderung Leistung 2500 kw, Anfahrzugkraft 517 kn, Vmax 120 km/h, Masse 126 t, Länge mm, 4 Loks bewährt seit 2008 (Quelle: Sonderdruck, ZEVrail Glasers Annalen 132 (2008) ) 36

38 Forderung: auch andere Alt- und Neufahrzeuge lärmmindern Beispiel: BLUE TIGER / HVLE (Quelle: Sonderdruck, ZEVrail Glasers Annalen 132 (2008) 11-12) 37

39 Koalitionsvertrag Seite 41/1 Den Schienenlärm wollen wir bis 2020 deutschlandweit halbieren. Ab diesem Zeitpunkt sollen laute Güterwagen das deutsche Schienennetz nicht mehr befahren dürfen. Die Bezuschussung für die Umrüstung auf lärmmindernde Bremsen setzen wir fort. Den Stand der Umrüstung werden wir 2016 evaluieren. Sollte bis zu diesem Zeitpunkt nicht mindestens die Hälfte der in Deutschland verkehrenden Güterwagen umgerüstet sein, werden wir noch in dieser Wahlperiode ordnungsrechtliche Maßnahmen auf stark befahrenen Güterstrecken umsetzen z. B. Nachtfahrverbote für nicht umgerüstete Güterwagen. 38

40 Koalitionsvertrag Seite 41/2 Wir ergreifen zudem auf europäischer Ebene die Initiative für ein ab dem Jahr 2020 zu erlassendes EU-weites Einsatzverbot für laute Güterwagen sowie für ein EU- Programm zur Förderung der Umrüstung lauter Güterwagen. Das lärmabhängige Trassenpreissystem werden wir durch eine stärkere Spreizung der Trassenpreise wirksamer gestalten. Wir werden rechtlich klarstellen, dass die in der vergangenen Legislaturperiode für Schienenneubaustrecken um 5 db(a) verschärften Lärmgrenzwerte auch für umfassende Streckenertüchtigungen im Bestandsnetz, die neue Planfeststellungsverfahren erforderlich machen, gelten. 39

41 Probleme mit Koalitionsvertrag 1. Ziele sind zu schwach: (5 db(a) statt 25 db(a) ) 2. Fokus nur auf Güterwagen, Loks und Gleise fehlen völlig. Das ist nicht nur ungerecht für die Wagenhalter, sondern auch zielschädigend 3. Alleinige Abschaffung des Lärmbonus hilft nicht. Die Verkehrslärmschutzverordnung 16. BImSchV muss von Maßnahmenförderung am Ausbreitungsweg zu Quellenlärmminderung umgebaut werden 40

42 Lärmminderung als integraler Bestandteil der Fahrzeugkonstruktion! Leicht Innovativer Eisenbahngüterwagen 2030 Leise Leise Leicht LCCorientiert Wirtschaftlichkeit Logistik - fähig Umwelt- und Klimaschutz signifikante Senkung der Lärmemissionen Laufstark höhere Zuladung mehr Ladevolumen Logistikfähig Integration in Supply Chains hohe Bedienqualität LCC-orientiert Schnelle Amortisation von Investitionen Einsparungen bei Betrieb und Instandhaltung Laufstark Erhöhung der jährlichen Laufleistung weniger Bedarfsausbesserungen 41

43 Ein dichtes Netz an Monitoringstationen für Bahnlärm ist nötig für: 1. Abklärung Genauigkeit der Umgebungslärmkarten und Validierung Schall 03 neu 2. Kontrolle der Wirksamkeit der eingeschlagenen Maßnahmen 3. Kontrolle der Grenzwerteinhaltung TSI-Noise konformer Fahrzeuge, relevant insbesondere bei Flachstellen und Riffelbildung 42

44 Beispiel Schweiz seit 2003: 6 Lärmmonitoringstationen Quelle BAFU Bern, Schweiz 43

45 Schweiz: Veröffentlichung der 6 Monitoringstationen 44

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48 Schürze am Fahrzeug + Niedrigschallschutzwand zusammen: -15 db(a) Sichere Lösung für 55 db(a) mit K-Sohle + bek. Maßnahmen am Gleis (Nachweis erbracht 1996) Quelle Foto: Dissertation Kai Johannsen, "Der Einfluss der Oberflächenimpedanz auf das Abstrahlverhalten eines Schürze-Niedrigstschallschirm-Systems", TU Berlin

49 Weiteres vernachlässigte Handlungsfeld: Ausbildung Alle Bahntechnikfunktionen sind lärmrelevant, aber Lärm gibt es in der Ausbildung bisher nicht!! Stellwerke: Laufwegoptimierung hinsichtlich Lärmbelastung + lärmabhängige Trassenpreise Gleisbau: Optimierung Wartungskosten versus Lärm Fahrzeuginstandhaltung: Nutzen sekundären Schallschutz Neubau Fahrzeug, Gleis, Bauwerke: Basisanforderung Prüffrage: Alle Bereiche, die Sicherheit berücksichtigen, müssen auch die Lärmproblematik einbeziehen! 48

50 Grundgleichung der Maschinenakustik gilt auch für Schienenverkehr [Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer Verlag, 23. Auflage, 2011, Seite O 30] L W = L F + L h + L S Schalleistungspegel = Kraftpegel + Körperschallpegel + Abstrahlpegel 49

51 Zusammenfassung des Handlungsbedarfs in D für die Zukunft 1. Ziel auf 55 db(a) auslegen 2. Lärmminderung an der Quelle weiterverfolgen, aber Loklärm + Gleislärm mit einbinden BImSchV von Lärmminderung am Ausbreitungsweg zu Lärmminderung an der Quelle umbauen 4. Ausbildungs- und Lehrpläne anpassen Ganz konkret mit der Industrie, der Bundesregierung, DB Netz und EVUs effiziente, d.h. kostengünstige und wirkungsvolle, aber auch zeitnahe Lösungen erarbeiten, Blockadehaltung aufgeben 50