MÜLLER-BBM. Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge in der Praxis Lärmaktionsplanung 4. Informationstage. Dr.-Ing. Thomas Beckenbauer Müller-BBM.

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1 Geräuschentstehung, Wirkungsmechanismen und akustische Wirkung unter dem Einfluss von Bautechnik und Straßenbetrieb 4. Informationstage Dr.-Ing. Thomas Beckenbauer Müller-BBM 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 Seite 1

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 3 2 Entstehung der Reifen-Fahrbahn-Geräusche Systematik Schallanregung Schallabstrahlung Schallemission Schallausbreitung 10 3 Akustische Eigenschaften von Fahrbahnoberflächen Systematik Einfluss der Textur Einfluss der Schallabsorption Einfluss der Nachgiebigkeit 24 4 Literatur 26 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 Seite 2

3 1 Einleitung Die Zusammensetzung der Fahrgeräusche der unterschiedlichen Fahrzeugkategorien, aufgeteilt nach Rollgeräusch- und Antriebsgeräuschanteil, ist eine wichtige Basis bei der Ermittlung des Geräuschminderungspotenzials der unterschiedlichen Schallquellen. Im Rahmen der Typprüfung von Kraftfahrzeugen nach den Richtlinien der Europäischen Gemeinschaft wurden die Grenzwerte für den zulässigen Geräuschpegel in den vergangenen dreißig Jahren um 8 db für Pkw und 11 db für Lkw verschärft. Das in der Typprüfung vorgeschriebene Verfahren der stark beschleunigten Vorbeifahrt hat jedoch dazu geführt, dass die hierbei dominierenden Geräusche des Antriebs - bestehend aus Motor, Getriebe, Ansaugung und Abgasanlage aufgrund der stufenweise abgesenkten Grenzwerte ständig geringer wurden. Die zusätzlich auftretenden Geräusche des auf der Fahrbahnoberfläche abrollenden Reifens, die in der Typprüfung keine Rolle spielen, tragen dagegen heute bei Pkw bereits ab Geschwindigkeiten von 40 km/h und bei Lkw von 60 km/h den Hauptanteil an den vom fließenden Verkehr ausgehenden Schallemissionen bei. Intensität in % Geschwindigkeit v in km/h Rollgeräusch Pkw Rollgeräusch Lkw Antriebsgeräusch Lkw Antriebsgeräusch Pkw 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 Abbildung 1. Anteil der Intensität der Rollgeräusche bzw. der Antriebsgeräusche an der Gesamtemission in % getrennt für Pkw und schwere Lkw auf dichten Standard-Fahrbahnbelägen (z.b. Asphaltbeton 0/11 oder Splittmastixasphalt 0/8 oder 0/11). In Abbildung 1 sind die mittleren Geräuschanteile für Pkw und schwere Lkw prozentual gegenübergestellt. Aus ihr können die folgenden Zusammenhänge für die in die db-skala umgerechneten, ganzzahlig abgerundeten Schallpegelanteile abgeleitet werden: Situationen außerorts: Pkw mit 120 km/h im fließenden Verkehr: L RollPkw = L AntriebPkw + 9 db Lkw mit 80 km/h im fließenden Verkehr: L RollLkw = L AntriebLkw + 3 db Situationen innerorts: Pkw mit 50 km/h im fließenden Verkehr: L RollPkw = L AntriebPkw + 3,5 db Lkw mit 50 km/h im fließenden Verkehr: L RollLkw = L AntriebLkw 0,5 db Seite 3

4 Die im außerörtlichen Verkehr dominierende Komponente des Fahrzeuggeräusches besteht also im Reifen-Fahrbahn-Geräusch des auf der Fahrbahnoberfläche abrollenden Reifens, an dessen Entstehung die Eigenschaften des Reifens und der Fahrbahn gleichermaßen beteiligt sind. In innerstädtischen Situationen mit langsamen Fahrgeschwindigkeiten ist zu beachten, dass zwar das Reifen-Fahrbahn-Geräusch ebenfalls eine wichtige Rolle spielt, die Antriebsgeräusche gerade von Nutzfahrzeugen jedoch nicht vernachlässigt werden können. Besonders in innerstädtischen Situationen ist man also auf Fahrbahnbeläge angewiesen, die eine hohe Pegelminderung erzielen. 2 Entstehung der Reifen-Fahrbahn-Geräusche 2.1 Systematik Mit Reifen-Fahrbahn-Geräusch wird Schall bezeichnet, der durch den auf der Fahrbahnoberfläche abrollenden Reifen hervorgerufen wird und sich über die ihn umgebende Luft ausbreitet. Die Entstehung der Reifen-Fahrbahn-Geräusche an einem Ort in bestimmter Entfernung wird durch drei Komponenten beeinflusst: die Schallanregung die Schallabstrahlung die Schallausbreitung 2.2 Schallanregung Hinsichtlich der Schallanregung sind zwei Arten von Mechanismen zu unterscheiden: Anregung mechanischer Schwingungen des Reifens Auslösung aerodynamischer Vorgänge in der Kontaktfläche 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc : Mechanische Anregung Die Anregung des Reifens zu mechanischen Schwingungen betrifft im wesentlichen die Profilklötze und die Lauffläche im Kontaktbereich. Sie werden beim Abrollen unter Einwirkung tangentialer und radialer dynamischer Kräfte verformt, was zur Anregung von Schwingungen führt. Kommt der Profilklotz wieder los, schwingt er sowohl in radialer als auch tangentialer Richtung aus (Abbildungen 2a und 2b). Die Bewegungen der Profilklötze und der Lauffläche übertragen sich auf die umgebende Luft und werden letztlich als Luftschall abgestrahlt. Schall entsteht nur dann, wenn Vorgänge im Spiel sind, die zeitlich variieren. Im Falle der mechanischen Anregung des Reifens sind dies die Kontaktkräfte zwischen Reifen und Fahrbahn, die sich während des Rollvorgangs zeitlich ändern. Die Änderung der Kontaktkräfte zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche über der Zeit kann mehrere Ursachen haben: Inhomogenitäten des Reifens ( Unrundheit des Reifens, inhomogene Materialeigenschaften, schadhafte Stellen auf der Reifenoberfläche) Seite 4

5 das Reifenprofil aufgrund seines geometrischen Musters über den Reifenumfang, das in Zusammenhang mit dem Abrollvorgang in ein zeitlich veränderliches Muster und letztlich in zeitveränderliche Kräfte umgesetzt wird die Rauigkeit (Textur) der Fahrbahnoberfläche, die wie das Reifenprofil durch die zeitliche Abtastung beim Abrollvorgang in zeitveränderliche Kräfte umgesetzt wird Haft- und Gleitvorgänge im Reifen-Fahrbahn-Kontakt, die zur tangentialen Verformung des Reifens führen a) b) Lauffläche Abbildung 2. Mechanische Schwingungsanregung am rollenden Reifen. Entstehung a) radialer Schwingungen, b) tangentialer Schwingungen an Profilklötzen und Lauffläche. Zeitl. Ausschnitt 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 Abbildung 3. Beispiel des simulierten Zeitverlaufes der resultierenden Kontaktkraft im Reifen- Fahrbahn-Kontakt durch Berechnung mit Hilfe des analytischen Modells nach Kropp [2]. In Abbildung 3 ist ein Beispiel für den Zeitverlauf der resultierenden radialen Kraft im Reifen-Fahrbahn-Kontakt bei Simulation mit Hilfe des analytischen Modells nach Kropp [2] dargestellt. Zu Beginn der Simulation wird der profillose Reifen statisch mit einer die Belastung durch das Fahrzeug repräsentierenden Kraft von 4218 N beaufschlagt. Danach beginnt der Rollvorgang auf der rauen Fahrbahnoberfläche (hier Abstreuung mit einer Korngrößenverteilung von 5 bis 8 mm) mit einer Geschwindigkeit Seite 5

6 von rund 80 km/h. Nach Abklingen der Einschwingvorgänge ergibt sich der im Ausschnitt dargestellte, wiederkehrende Zeitverlauf für eine Umdrehung des Reifens. Die Rauigkeit der Fahrbahnoberfläche führt zu erheblichen zeitlichen Schwankungen der resultierenden Kraft. Abbildung 4. Frequenzspektrum der Kontaktkraft für den in Abbildung 3 gekennzeichneten Zeitausschnitt. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 In Abbildung 4 ist das Frequenzspektrum der zeitlich veränderlichen Kontaktkraft für den vorher beschriebenen Fall dargestellt. Der Frequenzbereich gut wahrnehmbarer Schalle beginnt bei etwa 50 Hz und reicht bis etwa Hz. Wie aus der Abbildung hervorgeht, entstehen durch die mechanische Anregung Kontaktkräfte mit hohen Anteilen zwischen etwa 150 Hz und Hz. Über Hz nehmen die Kontaktkräfte und damit auch die damit zusammenhängenden Schallanteile des Reifen- Fahrbahn-Geräusches zu höheren Frequenzen hin rasch ab. Dies ist typisch für den Beitrag radialer Kontaktkräfte zum Reifen-Fahrbahn-Geräusch. In Abbildung 5 sind zum besseren Vergleich die Spektren der Textur (Wellenlängenspektrum) sowie die Spektren der resultierenden radialen Kraft im Reifen-Fahrbahn-Kontakt und des Reifen-Fahrbahngeräusches (Frequenzspektren) für drei unterschiedlich raue Oberfläche dargestellt. Die Darstellungen gelten für einen repräsentativen Pkw-Reifen mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h. Abbildung 5 zeigt deutlich die Auswirkungen des unterschiedlichen Größtkorns der Abstreuung, dessen Durchmesser zwischen 1 und 8 mm variiert. Mit kleiner werdendem Größtkorn nimmt der Pegel der Kontaktkraft und damit auch der Pegel des Reifen-Fahrbahn-Geräusches deutlich ab. Dies betrifft jedoch hauptsächlich den Frequenzbereich unter 1 khz, in dem die größten Unterschiede der Kontaktkräfte auftreten. Im Frequenzbereich über 1 khz kommen dagegen die im folgenden beschriebenen aerodynamischen Vorgänge zum Tragen, die bei kleiner werdender Makrorauigkeit der Fahrbahnoberfläche sogar zu einem leichten Pegelanstieg führen. Seite 6

7 In diesem Zusammenhang ist noch zu bemerken, dass eine Verminderung der hier dargestellten Kontaktkraft nichts mit einer verschlechterten Griffigkeit des Fahrbahnbelages zu tun hat. Die hier dargestellten Kontaktkräfte beziehen sich auf die Anregung des Reifens zu Schwingungen und resultieren aus Unterschieden der Makrotextur der Fahrbahnoberfläche im Wellenlängenbereich zwischen 2 mm und 500 mm. Die Griffigkeit eines Fahrbahnbelages resultiert dagegen aus der Rauigkeit der Fahrbahnoberfläche im Mikrotexturbereich unter 1 mm Wellenlänge. Abbildung 5. Texturspektren, Kontaktkraftspektren und Spektrum des Reifen-Fahrbahn- Geräusches dreier Fahrbahnoberflächen, die mit einer Abstreuung unterschiedlicher Korngrößenverteilung versehen sind. Die Spektren der Kontaktkräfte und der Reifen-Fahrbahn- Geräusche gelten für einen repräsentativen Pkw-Reifen und eine Geschwindigkeit von v = 80 km/h. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc : Aerodynamische Anregung Luft ist ein kompressibles Medium. Dies führt dazu, dass die Luft in der Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahn - im Gegensatz zu Wasser - nicht nur verdrängt, sondern bei hohem Staudruck in den Hohlräumen auch komprimiert wird (bei zu hohem Staudruck von Wasser schwimmt der Reifen wegen der sehr geringen Kompressibilität des Mediums auf ( Aquaplaning )). Rollt der Reifen weiter, kommen diese Hohlräume wieder frei und die eingeschlossene Luft wird entspannt (air pumping). Wichtig für die Schallentstehung sind zwei Eigenschaften des air pumpings: der beim Einsaugen und Ausblasen der Luft in den Hohlräumen entstehende Luftstrom ist nicht konstant, sondern ändert sich mit der Zeit Einsaug- und Ausblasstelle sind räumlich voneinander getrennt Die räumliche Trennung zwischen Profileinlauf, an dem die Luft eingesaugt wird, und dem Profilauslauf, an dem die komprimierte Luft ausströmt, ist akustisch von Bedeutung. Sie führt zur Abstrahlung höherfrequenter Schallanteile (f > 1 khz), wogegen sich tieffrequente Schallanteile mit - im Vergleich zur Länge der Reifenaufstandsfläche - großen Wellenlängen bereits unmittelbar an der Kontaktfläche aufgrund der Gegenphasigkeit der Vorgänge am Profilein- und -auslauf kompensieren. Seite 7

8 Rotation und Fortbewegung des Reifens und die Verdrängung an Hindernissen in der Kontaktfläche (Fahrbahnrauigkeit) führen zu Strömung der Luft durch die von Profil und Fahrbahn gebildeten Kanäle, Hohlräume und Begrenzungsflächen. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit wächst die Intensität der durch die Strömung verursachten Geräusche an. Sowohl die Gestalt als auch die Abmessungen dieser von Reifen und Fahrbahn gebildeten Hohlräume und Begrenzungsflächen spielen dabei eine wichtige Rolle. Insofern geht also die dreidimensionale Gestalt der Fahrbahnoberfläche in die Wirksamkeit auch dieses Entstehungsmechanismus ein. Hinsichtlich der aerodynamischen Anregung sind im wesentlichen zwei Mechanismen zu unterscheiden: Kompressions- und Dekompressionsvorgänge in abgeschlossenen Hohlräumen (air pumping) Resonanzerscheinungen in offenen Hohlräumen In Abbildung 6 sind beide Mechanismen schematisch dargestellt. a) b) Abbildung 6. Aerodynamische Schwingungsanregung am rollenden Reifen. a) air pumping, b) schwingende Luftsäulen im Reifen-Fahrbahn-Kontakt (Resonanzerscheinungen). 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc : Schallabstrahlung Der von Blasmusikinstrumenten bekannte Schalltrichter dient dazu, die Abstrahlung der vom Musikinstrument ausgehenden Schallwellen zu verbessern, das heißt zu verstärken. Ronneberger et al. [3] haben nachgewiesen, dass der von der gekrümmten Lauffläche und der Fahrbahnoberfläche gebildete Schalltrichter im Einund Auslauf des Reifens ebenfalls erheblich zu einer Verstärkung der Schallabstrahlung im Frequenzbereich zwischen 1 und 3 khz beitragen kann ( Horneffekt, Abbildung 7). Kropp et al. [4] geben das Verstärkungsmaß mit Werten zwischen 7 db und fast 20 db an, je nach Frequenz und Abstrahlwinkel. Die Wirksamkeit dieses und anderer Mechanismen hängt aber auch von den akustischen Eigenschaften der Fahrbahn ab. Die Schallabstrahlung wird wesentlich davon beeinflusst, inwieweit die Fahrbahn schallreflektierend oder schallabsorbierend ( schallschluckend ) wirkt. Im Falle der Schallabsorption, wie es für offenporige Deckschichten zutrifft, trägt diese akustische Eigenschaft der Fahrbahn zu einer deutlichen Verminderung der Schallabstrahlung bei. Seite 8

9 Abbildung 7. Schallabstrahlung und Horneffekt (Schalltrichter blau dargestellt). 2.4 Schallemission in Abbildung 8 sind die Spektren der Reifen-Fahrbahn-Geräusche und Antriebsgeräusche für Pkw, leichte Lkw (Zweiachser) und schwere Lkw (Mehrachser) in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit dargestellt. Aus der Abbildung geht deutlich das Überwiegen der Reifen-Fahrbahn-Geräusche gegenüber den Antriebsgeräuschen der Pkw hervor. Außerdem wird sichtbar, dass sowohl die Reifen-Fahrbahn- Geräusche als auch die Antriebsgeräusche der Lkw im tieffrequenten Bereich deutlich höhere Schallanteile aufweisen als die für Pkw. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 Abbildung 8. Spektren des Schallleistungspegels der Reifen-Fahrbahn-Geräusche und der Antriebsgeräusche von Pkw, leichten und schweren Lkw in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit. Seite 9

10 2.5 Schallausbreitung Auch die Schallausbreitung auf dem Weg von den Schallquellen des Reifen-Fahrbahn-Geräusches zum Empfänger wird von Fahrbahneigenschaften beeinflusst. Hier spielen die akustischen Eigenschaften der Fahrbahn und der angrenzenden Flächen eine Rolle. Auch hier gilt, dass die Schallausbreitung über schallabsorbierende Oberflächen - wie im Falle offenporiger Deckschichten - zu geringeren Schallimmissionen am Ort des Empfängers führt als bei schallreflektierenden Oberflächen. Abbildung 9 veranschaulicht diesen Sachverhalt. Die Abbildung zeigt die Dämpfung in db, die der vom Fahrzeug ausgehende Schall auf dem Ausbreitungsweg erfährt. Der Schallausbreitungsweg ist in diesem Fall ein herkömmlicher Drainasphalt (einschichtiger offenporiger Asphalt) mit einer Schichtdicke von 4 cm. Die Schalldämpfung ist für vier verschiedene Höhen der Schallquelle über der Fahrbahnoberfläche dargestellt. Diese vier Höhen repräsentieren vier verschiedene Schallquellen von Straßenfahrzeugen: den Reifen-Fahrbahn-Kontakt (Quellhöhe 1 cm) und die Antriebsschallquellen von Pkw (30 cm), leichten Lkw (50 cm) und schweren Lkw (75 cm). a) b) c) Dämpfung in db d) Terzmittenfrequenz in Hz 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 Abbildung 9. Frequenzabhängige Dämpfung der Schallanteile von Kraftfahrzeugen auf dem Ausbreitungsweg eines einschichtigen offenporigen Asphalts mit einer Schichtdicke von 4 cm, a) Reifen-Fahrbahn-Geräusche, b) Antriebsgeräusche Pkw, c) Antriebsgeräusche leichte Lkw, d) Antriebsgeräusche schwere Lkw. Wie der Abbildung zu entnehmen ist, ist die dämpfende Wirkung des Fahrbahnbelages frequenzabhängig. Im Frequenzbereich um 1 khz ist die Dämpfung mit etwa 10 db am größten, wogegen in den benachbarten Frequenzbändern deutlich niedrigere Dämpfungswerte auftreten bzw. gar keine Dämpfung vorhanden ist. Beim Vergleich der verschiedenen Quellhöhen fällt jedoch ein entscheidender Vorteil des OPA gegenüber dichten Fahrbahnbelägen auf. Wenn Dämpfung vorhanden ist, wirkt diese nicht nur pegelmindernd auf die Reifen-Fahrbahn-Geräusche, sondern auch auf die Antriebsgeräusche sowohl von Pkw als auch von Lkw. Seite 10

11 3 Akustische Eigenschaften von Fahrbahnoberflächen 3.1 Systematik Um Fahrbahnen dauerhaft herzustellen, werden im Straßenbau, den Normen und Technischen Regelwerken entsprechend, Mischungen aus bestimmten Mineralstoffen und leistungsfähigen Bindemitteln verwendet. Werden die feinstkörnigen Mineralstoffanteile im Mischgut vermieden, entstehen in der fertigen Deckschicht mehr oder weniger große, von außen für Luft zugängliche Hohlräume, also offenporige Beläge. Dichte wie offenporige Beläge können sowohl aus zementgebundenem als auch bituminösem Mischgut, das heißt sowohl aus Beton als auch aus Asphalt hergestellt werden, wobei die dauerhafte Herstellung offenporiger Betone noch am Anfang steht. Sowohl die Korngrößenverteilung der Mineralstoffe als auch der Gehalt und die Sorte des Bindemittels haben Einfluss auf die akustisch relevanten Eigenschaften der Fahrbahn. Form und Sorte des Mineralstoffs spielen bei dichten Fahrbahnbelägen akustisch keine Rolle. Bei offenporigen Belägen beeinflussen sie Gestalt und Beschaffenheit der Hohlräume, was akustisch bedeutsam ist. Aus Sicherheitsgründen muss die Fahrbahnoberfläche auch griffig sein, was durch entsprechende Oberflächenbearbeitung bewerkstelligt wird. In Abbildung 10 ist die beschriebene Systematik der akustisch relevanten bautechnischen Merkmale von Fahrbahnbelägen zusammengefasst dargestellt. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 Deckschichttyp Bauweise Mischgutzusammensetzung Oberflächenbearbeitung (Texturierung) dicht Mineralstoffe Bindemittel Asphalt Beton offenporig Asphalt (Beton) Korngrößenverteilung (Kornform) (Gesteinsart) Menge Sorte Abstreuung mit Mineralstoff Freilegung von Mineralstoff Walzen mechan. Bearbeitung Abbildung 10. Systematik akustisch relevanter, bautechnischer Merkmale von Fahrbahnbelägen. Unabhängig von der Bauweise und damit von den bautechnischen Eigenschaften lassen sich drei Merkmale zur Beschreibung der akustischen Eigenschaften von Fahrbahnbelägen angeben: Fahrbahnrauigkeit, Offenporigkeit und Nachgiebigkeit. Alle drei Merkmale lassen sich ihrerseits jeweils durch einen Satz akustisch bedeutsamer Parameter qualifizieren und quantifizieren. Dies ist in Abbildung 11 dargestellt. Seite 11

12 Fahrbahnrauigkeit (Textur) Offenporigkeit Nachgiebigkeit Rauigkeitstiefe Rauigkeitswellenlänge Gestalt Strömungswiderstand Reibwert Schichtdicke Hohlraumgehalt Strömungswiderstand Strukturfaktor (Akustische Impedanz) Steifigkeit Verlustfaktor (Mechanische Impedanz) Abbildung 11. Bauweisenunabhängige Merkmale und Parameter zur Beschreibung der akustischen Eigenschaften von Fahrbahnbelägen. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc : Einfluss der Textur Eigenschaften und Kenngrößen Die geometrische Feingestalt von Fahrbahnoberflächen, die sogenannte Textur, weist je nach Art und Zusammensetzung der verwendeten Baustoffe und des Herstellverfahrens sehr unterschiedliche Formen auf, die in den üblichen Einzahlwerten wie der Mittleren Texturtiefe (Mean Texture Depth - MTD) kaum oder überhaupt nicht berücksichtigt sind. Es ist deshalb zwingend, für die Betrachtung der Zusammenhänge zwischen der Fahrbahntextur und dem Reifen-Fahrbahn-Geräusch andere Kenngrößen heranzuziehen. Texturen herkömmlicher Fahrbahndeckschichten setzen sich aus vielfältigen Überlagerungen von Rauigkeitswellen eines kontinuierlichen Spektrums zusammen. Bedeutsam für die Akustik sind die Wellenlängen der Textur im Bereich zwischen etwa 2 mm und 200 mm, der sogenannten Makrotextur, deren Wellenlängen ungefähr mit den Abmessungen des Reifen-Fahrbahn-Kontaktes übereinstimmen. Die Textur der Fahrbahnoberfläche und damit die Rollgeräuschanregung hängt auch vom Herstellverfahren ab. Bei gewalzten Fahrbahnbelägen wie beispielsweise Splittmastixasphalt, Asphaltbeton oder auch offenporigem Asphalt entstehen plateauartige Texturen mit schluchtenförmigen Vertiefungen (konkave Gestalt), bei abgestreuten Deckschichten wie Gussasphalt oder Deckschichten mit freigelegtem Mineralstoff wie Waschbeton entstehen dagegen eher gebirgige Texturen mit dazwischenliegenden Tälern (konvexe Gestalt). Der erstgenannte Typ von Fahrbahntextur führt bei gleichem Größtkorndurchmesser des Mineralstoffgemischs tendenziell zu leiseren Reifen-Fahrbahn-Geräuschen als der zweite. Seite 12

13 Beide Gestalttypen sind in Abbildung 12 für zwei reale Oberflächen dargestellt. Die Gestalt stellt eine zusätzliche, (statistisch) unabhängige Information über die Textur einer Fahrbahnoberfläche dar. Daraus ergeben sich die in Abbildung 12 dargestellten Parameter zur Beschreibung der geometrischen Feingestalt von Fahrbahnoberflächen. Die in Abbildung 11 zusätzlich eingetragenen Parameter Strömungswiderstand und Reibwert sind darüber hinaus zu einer akustisch vollständigen Beschreibung der Textur notwendig. Abstreuung 5/8 Rauigkeitstiefe R Rauigkeitstiefe Texturwellenlänge Gestalt Rauigkeitstiefe R Abbildung 12. Beschreibung der Textur von Fahrbahnoberflächen. Akustisch relevante Parameter am Beispiel der Rauigkeitsprofile zweier grundsätzlich verschiedener Typen von Deckschichten. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 In Abbildung 13 sind Texturspektren von dichten Fahrbahndeckschichten zweier Deckschichttypen dargestellt: auf der linken Seite Deckschichten mit freigelegtem bzw. abgestreutem Mineralstoff mit Größtkorndurchmessern von 1 mm bis 8 mm, auf der rechten Seite Deckschichten mit gewalzter Oberfläche und Größtkorndurchmessern des Mineralstoffs im Mischgut von 3 mm bis 11 mm. Die Texturspektren weisen in allen Fällen ausgeprägte Maxima (R max, λ max mit λ max = λ R=Rmax ) auf, deren Höhe (bei gleichem Größtkorndurchmesser) von der Art der Oberflächenbearbeitung und deren Lage auf der Wellenlängenachse vom Größtkorndurchmesser (bei gleichem Deckschichttyp) abhängt. Seite 13

14 a) b) freigelegtes Korn oder Abstreuung Abstreu. 5/8 g=45% Abstreu. 3/5 g=45% Abstreu. 1/3 g=40% Abstreu.0,5/1 g=51% gewalzte Oberfläche Wellenlängenverteilung hängt ab von der Korngröße SMA 0/11 g=85% SMA 0/8 g=84% AC 0/8 g=91% SMA 0/5 g=91% SMA 0/3 g=90% R [µm] R max 300, λ max λ [mm] 31, Rauigkeitstiefe wird bestimmt vom Einbauverfahren λ [mm] 31, Abbildung 13. Texturspektren (Rauigkeitstiefe R in Abhängigkeit von der Texturwellenlänge λ) für mehrere Fahrbahnoberflächen zweier Deckschichttypen. a) abgestreute Oberflächen, b) gewalzte Oberflächen, jeweils mit unterschiedlicher Korngrößenverteilung; (a) Abstreuung 5-8 mm (R max,1 λ max,1 ), Abstreuung 3-5mm (R max,2 λ max,2 ), Abstreuung 1-3 mm (R max,3 λ max,3 ), ο Abstreuung mm (R max,4 λ max,4 ).(b) ο Splittmastixasphalt 0/11, Splittmastixasphalt 0/8, X Asphaltbeton 0/8, Splittmastixasphalt 0/5, Splittmastixasphalt 0/3. R max, λ max siehe Text. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 Die beiden Gestalttypen von Fahrbahnoberflächen sind nochmals in Abbildung 14 dargestellt. Auf der linken Seite ist als Rauigkeitsprofil der Verlauf der Rauigkeitstiefe in Längsrichtung der Fahrbahnoberfläche über eine Länge von 100 mm, die etwa der Länge der Reifenaufstandsfläche entspricht, aufgetragen. Auf der rechten Seite ist die sogenannte Tragflächenkurve dargestellt. Die Tragflächenkurve gibt an, welcher Tragflächenanteil TFA in % bei einer bestimmten relativen Profiltiefe erreicht wird. An der tiefsten Stelle des Profils beträgt der Tragflächenanteil dementsprechend 100 %. Der Verlauf der Linien für die Tragflächenanteile ist bei den beiden Gestalttypen sehr unterschiedlich und daher charakteristisch. Durch Abgreifen des Wertes des Tragflächenanteils bei der halben maximalen Profiltiefe R/2 ^ entsteht ein Maß zur Kennzeichnung der Gestalt der Textur, das als Gestaltfaktor g bezeichnet wird. Hohe g- Werte kennzeichnen dabei tendenziell konkave Texturen, niedrige g-werte dagegen tendenziell konvexe. Seite 14

15 a) konvexe Form Rauigkeit R R^ g = 28% ^ R/2 ^ R/2 b) konkave Form 100 mm % Rauigkeit R R^ g = 84% ^ R/2 ^ R/2 Position x Anteil Kontaktlänge Abbildung 14. Definition des Gestaltfaktors g zur Kennzeichnung der unterschiedlichen Gestalt von Texturen. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 In Abbildung 13 sind die Gestaltfaktoren der Oberflächen, deren Texturspektren dargestellt sind, rechts oben eingetragen. Tendenziell konkave Gestalt entsteht bei allen gewalzten Oberflächen wie beispielsweise Asphaltbeton oder Splittmastixasphalt, tendenziell konvexe Gestalt dagegen bei allen abgestreuten Oberflächen wie beispielsweise abgestreutem Gussasphalt, Oberflächenbehandlungen und auch Waschbeton. Drei Texturkenngrößen bestimmen maßgeblich die akustischen Eigenschaften der Fahrbahnoberfläche: der Wert der Rauigkeitstiefe im Maximum der spektralen Hüllkurve R max (siehe Abbildung 13) die Wellenlänge im Maximum der spektralen Hüllkurve λ max (siehe Abbildung 13) der Gestaltfaktor g (siehe Abbildung 14) Seite 15

16 3.2.2 Optimierung Aus einer Vielzahl von Untersuchungen weiß man heute, dass bei der Kombination bestimmter Texturwellenlängen, Rauigkeitstiefen und Gestalttypen besonders leise Fahrbahnbeläge entstehen. Die Texturwellenlängen im Maximum des Texturspektrums λ max liegen bei solchen Fahrbahnbelägen in einem Bereich von 4 mm bis 8 mm, was bei herkömmlichen Fahrbahnbelägen einem Größtkorndurchmesser zwischen etwa 2 mm und 5 mm entspricht. Die Rauigkeitstiefen im Maximum des Texturspektrums R max liegen dann optimalerweise zwischen 60 Mikrometer und 200 Mikrometer. Die Gestalt entspricht der gewalzter Oberflächen, also tendenziell der einer plateauartigen Oberfläche mit schluchtenförmigen Vertiefungen mit einem Gestaltfaktor über 80 %. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc : Anforderungen und praktische Umsetzung Die bestehenden Normen und Regelwerke für den Straßenbau sind nicht dazu geeignet, die erhöhten Anforderungen an die Textur reproduzierbar mit geringen Schwankungen des Geräuschminderungswertes umzusetzen. Geräuscharme Fahrbahnoberflächen lassen sich vor dem Hintergrund der im vorangegangenen Abschnitt beschriebenen Anforderungen an die Textur nur durch eine erweiterte Qualitätskontrolle im Bauprüflabor, im schalltechnischen Labor und auf der Baustelle herstellen. Dabei ist zu bedenken, dass alleine die obersten 10 mm bis 20 mm (!) einer Fahrbahndeckschicht über einen Pegelunterschied von bis zu 6 db entscheiden können, je nachdem wie gut die Mischkonzeption an das Ziel eines geräuschmindernden Fahrbahnbelages angepasst ist und wie gut der Einbau gelingt! In Abbildung 15 sind die Unterschiede der Dimensionen des Straßenbaus und der Dimensionen der Fahrbahnoberfläche, die akustisch von ausschlaggebender Bedeutung sind, nochmals dargestellt. Die Unterschiede führen vor Augen, dass zwischen den straßenbautechnischen Zielgrößen und akustisch relevanten Zielgrößen mindestens drei Größenordnungen liegen. In jedem Meter Fahrbahnbelag, der eingebaut wird, sind millimetergroße Strukturen verborgen, die darüber entscheiden, ob das Rollgeräusch laut oder leise ist. Seite 16

17 Straßenbau 10 Meter Reifen-Fahrbahn-Kontakt 10 Zentimeter Fahrbahnrauigkeit 10 Millimeter Abbildung 15. Dimensionen des Straßenbaus und akustisch relevanter Eigenschaften der Fahrbahnoberfläche. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc : Einfluss der Schallabsorption Offenporige Deckschichten sind im Gegensatz zu dichten Fahrbahnoberflächen zusätzlich durch schallabsorbierende Eigenschaften gekennzeichnet. Offenporigkeit wird derzeit durch Weglassen der Feinkornanteile im Mischgut erzielt. Dadurch entstehen Deckschichtstrukturen, die miteinander vernetzte Hohlräume aufweisen. Struktur und Maschenweite dieses Netzes bestimmen maßgeblich das Schallabsorptionsvermögen. Wesentliche Kenngröße ist der Schallabsorptionsgrad α, der den relativen Anteil an der auf die Fahrbahnoberfläche auftreffenden Schallenergie darstellt, der nicht reflektiert, sondern in der Oberfläche absorbiert wird. Bei einem Absorptionsgrad von 1 wird die gesamte auf die Oberfläche treffende Schallenergie geschluckt, bei einem Wert von 0 vollständig reflektiert. Der Schallabsorptionsgrad von offenporigen Deckschichten, wie sie derzeit eingebaut werden, hat jedoch nicht über den gesamten Frequenzbereich, in dem die Reifen-Fahrbahn-Geräusche wirksam sind, den gleichen Wert, sondern ist frequenzabhängig und erreicht nur in bestimmten schmalen Frequenzbereichen hohe Werte. Offenporige, schallabsorbierende Oberflächen wirken in dreierlei Hinsicht geräuschmindernd: 1. Minderung des durch air pumping hervorgerufenen Geräuschanteils der Reifen- Fahrbahn-Geräusche durch Entlüften der Reifenkontaktzone 2. Minderung der Verstärkung durch den Horneffekt bei der Schallabstrahlung der Reifen-Fahrbahn-Geräusche (siehe Abschnitt 2.3). 3. Erhöhung der Schalldämpfung auf dem Ausbreitungsweg (siehe Abschnitt 2.4) Seite 17

18 a) herkömmlicher Dränasphalt 1,0 α 40mm 0,4 b) 2lagiger offenporiger Asphalt 0, Frequenz [Hz] [Hz] 2000 Bohrkern 2 4 1,0 α 70mm 0,4 0, Frequenz [Hz] 2000 Frequenz [Hz] Abbildung 16. Frequenzgang der Schallabsorptionsgrade α offenporiger Deckschichten. (a) einschichtiger OPA, Schichtdicke 4 cm; (b) zweischichtiger OPA, Schichtdicke 2,5 / 4,5 cm. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 In Abbildung 16 ist der Schallabsorptionsgrad in Abhängigkeit von der Frequenz für einen einschichtigen offenporigen Asphalt (OPA, Dränasphalt) mit einer Schichtdicke von 4 cm (Korngrößenverteilung 4-8 mm) und einem Hohlraumgehalt von 26 % und einen sogenannten zweischichtigen offenporigen Asphalt (2OPA) neuester Technologie mit einer Gesamtschichtdicke von 7 cm (Korngrößenverteilung untere Lage: mm, obere Lage: 4-8 mm) und einem Hohlraumgehalt von 27 % dargestellt. Bei dem einschichtigen OPA werden in einem schmalen Frequenzbereich bei 800 Hz nahezu 100 % der auftreffenden Schallenergie absorbiert, wogegen bei der zweischichtigen Deckschicht bei 500 Hz 90 % und bei 1500 Hz 80 % absorbiert werden, die absorbierende Wirkung also breitbandiger ist. Akustisch hochwirksame, zweischichtige offenporige Asphalte repräsentieren derzeit noch eine Sonderbauweise. Die Zweischichtigkeit wird - neben der Verbesserung der absorbierenden Wirkung - insbesondere dazu ausgenutzt, das Verhalten offenporiger Asphalte gegenüber Verschmutzung zu verbessern. Die grobkörnige untere Lage mit deutlich größeren Hohlräumen sorgt dafür, dass feiner, in die Deckschicht eindringender Schmutz gut ausgewaschen wird. Auf Vor- und Nachteile dieser Bauweise wird in einem anderen Beitrag dieses Tagungsbandes ausführlich eingegangen. Der Frequenzgang des Absorptionsgrades offenporiger Asphalte ist, wie die Messergebnisse für tatsächlich ausgeführte offenporige Asphalte in Abbildung 16 zeigen, gekennzeichnet durch ausgeprägte Maxima in dem für das Rollgeräusch interessierenden Frequenzbereich von etwa 200 Hz bis 4000 Hz. Die Merkmale dieser Maxima, die Abbildung 17 nochmals modellhaft zeigt, sind ihre Lage, Seite 18

19 Höhe und Breite. Abbildung 17. Absorptionsfrequenzgang eines gut gelungenen offenporigen Asphalts. Dargestellt ist der Einfluss verschiedener Deckschichtparameter auf den Verlauf des Frequenzgangs. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 Diese hängen direkt oder indirekt von bautechnischen Parametern ab, so dass anhand von Lage, Höhe und Breite der Maxima nicht nur Rückschlüsse auf das akustische Verhalten des Fahrbahnbelages gezogen, sondern beispielsweise bei Nichteinhaltung der akustischen Spezifikationen auch Aussagen darüber getroffen werden können, welche Materialparameter des Mischgutes zu ändern sind bzw. nicht den Anforderungen entsprechen. Lage und Höhe der Maxima hängen im wesentlichen von Schichtdicke und Hohlraumgehalt ab. Beide physikalischen Größen, die die akustischen Eigenschaften eines offenporigen Fahrbahnbelages beeinflussen, sind auch Bestandteil von Prüfungen im Bauprüflabor und damit auch in bautechnischen Regelwerken beschrieben. In der Praxis stellt sich jedoch heraus, dass zwischen den in bautechnischen Prüfungen bestimmten Hohlraumgehalten und Schichtdicken ein großer Unterschied zu den Werten bestehen kann, die aus akustischen Messungen des Schallabsorptionsgrades abgeleitet werden. Dieser Sachverhalt ergibt sich dadurch, dass für die Akustik nur die für Schallwellen, die von außen in die Deckschicht eindringen, zugänglichen Hohlräume bedeutsam sind. Nicht alle Hohlräume einer praktisch ausgeführten offenporigen Deckschicht sind jedoch zugänglich. Aus diesem Grund ist sowohl zwischen bautechnischem Hohlraumgehalt und zugänglichem Hohlraumgehalt als auch bautechnischer Schichtdicke und akustisch wirksamer Schichtdicke zu unterscheiden. Wie weit sich bautechnischer und akustischer Hohlraumgehalt, bautechnische und akustisch wirksame Schichtdicke voneinander unterscheiden hängt entscheidend von der Qualität Seite 19

20 des Mischgutes und des Einbaus, später aber auch vom sich verändernden Zustand des Fahrbahnbelages im Betrieb ab. a) b) Abbildung 18. Dreidimensionale Abbildung der Hohlräume (gelb) einer offenporigen Asphaltdeckschicht, Mineralstoffe und Bindemittel sind in Grauschattierung dargestellt. a) zugängliche, vernetzte und damit akustisch wirksame Hohlräume, b) Hohlraumstruktur einer verschmutzten OPA-Deckschicht mit isolierten und damit akustisch unwirksamen Hohlräumen. Bilder mit freundlicher Genehmigung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 In Abbildung 18 ist der strukturelle Unterschied von zugänglichen und nicht zugänglichen Hohlräumen in einer offenporigen Asphaltdeckschicht anhand von computertomographischen Analysen von Bohrkernen veranschaulicht. Verändert man den akustisch wirksamen Hohlraumgehalt einer offenporigen Deckschicht zwischen 0 % und 100 %, ergibt sich die in Abbildung 19 dargestellte Abhängigkeit des Schallabsorptionsgrades. Wie der Abbildung zu entnehmen ist, steigt der Absorptionsgrad in dem Bereich bautechnisch realisierbarer Hohlraumgehalte von bis zu 30 % auf den maximal möglichen Wert von 1 an. Andererseits wird anhand der Abbildung auch deutlich, dass für diesen hohen Wert des Absorptionsgrades auch Hohlraumgehalte von mindestens 20 % notwendig sind. Unter 20 % Hohlraumgehalt nimmt der Absorptionsgrad schnell ab. Die obere Begrenzung des Hohlraumgehaltes ergibt sich aufgrund der Struktur des Korngerüstes in der fertig verdichteten Deckschicht. Die einzelnen Körner liegen dicht an dicht mit geringst möglichem Abstand, um eine gute bautechnische Haltbarkeit zu gewährleisten. Aufgrund der Form der Mineralstoffkörner und des fehlenden bzw. sehr geringen Feinkorn- und Fülleranteils ergeben sich Lücken zwischen den Mineralstoffkörnern, die nicht gefüllt sind und zu dem akustisch notwendigen Hohlraumgehalt führen. Kornform und daraus resultierende Packungsdichte der Körner führen aus geometrischen Gründen zu einem maximal möglichen Hohlraumgehalt von etwa 30 %. Seite 20

21 bautechnisch nicht realisierbar bautechnisch realisierbar Abbildung 19. Abhängigkeit des Schallabsorptionsgrades α von der Frequenz (lineare Frequenzachse) und dem Anteil zugänglicher Hohlräume einer 7 cm dicken offenporigen Deckschicht. Strömungswiderstand Ξ = 420 Pa s/m. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 Der Hohlraumgehalt dagegen hat neben der Schichtdicke den größten Einfluss auf das Absorptionsvermögen. Mit abnehmendem Hohlraumgehalt nimmt der Absorptionsgrad (aller Maxima) ab. Mit abnehmenden Hohlraumgehalt nimmt auch der Strömungswiderstand zu. Ein weiterer, für die akustische Wirkung offenporiger Asphalte entscheidender Parameter ist die akustisch wirksame Schichtdicke, unabhängig davon, ob es sich um einschichtige oder zweischichtige OPA-Deckschichten handelt. Die Verteilung der Schichtdicke zwischen unterer und oberer Schicht bei zweischichtigen offenporigen Asphalten hat grundsätzlich keinen Einfluss auf das Absorptionsspektrum. Entscheidend ist die Gesamt-Schichtdicke. Variiert hingegen die Gesamt-Schichtdicke, verschieben sich die Maxima erheblich. Je dünner die Gesamtschicht, desto höher liegen die Frequenzen der Maxima und umgekehrt. Abbildung 20 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Frequenzgang des Absorptionsgrades und der Gesamt- Schichtdicke für einen OPA. Seite 21

22 Abbildung 20. Abhängigkeit des Schallabsorptionsgrades α von der Frequenz und der akustisch wirksamen Schichtdicke in der offenporigen Deckschicht. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 Die Abbildung macht deutlich, wie empfindlich die akustisch wirksame Schichtdicke reagiert bezüglich des Einbaus sowohl der Dichtungsschicht als auch der Deckschicht. Bei zu bitumenreichen Abdichtungsschichten wie beispielsweise einer bindemittelreichen SAMI kann das Bindemittel beim Einbau des OPA aufgrund der Erhitzung von der Abdichtungsschicht in die unteren Schichten des OPA aufsteigen und dort den zugänglichen Hohlraumgehalt deutlich verringern, was wiederum die akustisch wirksame Schichtdicke verringert. Auch zu hohe Bindemittelgehalte, die während des Einbaus zu einem Ablaufen und Absetzen des Bitumens am Boden der offenporigen Deckschicht führen, verringern die akustisch wirksame Dicke der Deckschicht. Die Folge ist in beiden Fällen die selbe: Das erste Absorptionsmaximum wird nach höheren Frequenzen verschoben, wodurch beispielsweise ein für Lkw-Geräusche optimierter OPA seine Wirkung für die tieffrequenten Lkw-Rollgeräusche verliert. Die Breite der Maxima des Absorptionsgrades hängt hauptsächlich vom Strömungswiderstand für Luft in der offenporigen Deckschicht ab. Dieser stellt eine akustische Kenngröße dar, die ebenfalls von bautechnischen Eigenschaften der Deckschicht bestimmt wird. Der Strömungswiderstand ist abhängig von der Gestalt, den Abmessungen und der Beschaffenheit der Grenzflächen der miteinander vernetzten Hohlräume, so dass Maximalkorngröße, Korngrößenverteilung und Kornform der Mineralstoffe, aber auch Bindemittel und Bindemittelgehalt in den Strömungswiderstand eingehen. Anhand der Prinzipskizzen in Abbildung 21 wird deutlich, welchen Einfluss die Struktur der Hohlräume auf den Strömungswiderstand haben kann. Seite 22

23 Abbildung 21. Prinzipskizzen einer mit luftgefüllten Kapillaren (Hohlräumen) durchsetzten Deckschicht. Die Hohlräume des Beispiels links sind kaum verschränkt, weshalb einem Luftstrom wenig (Strömungs-)Widerstand entgegengesetzt wird. Die Hohlraumstruktur im Beispiel rechts weist denselben Hohlraumgehalt auf, aufgrund der Verzahnung jedoch einen deutlich höheren Strömungswiderstand. In der Praxis zeigt sich, dass sich Hohlraumgehalt und Strömungswiderstand in offenporigen Deckschichten nicht unabhängig voneinander einstellen lassen. Ein niedrigerer Hohlraumgehalt geht stets mit einem höheren Strömungswiderstand einher. In Abbildung 22 ist dargestellt, wie sich der Strömungswiderstand in Abhängigkeit vom Hohlraumgehalt ergibt und der Absorptionsfrequenzgang dementsprechend darauf reagiert. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 Seite 23

24 a) b) Abbildung 22. a) Abhängigkeit des Strömungswiderstandes vom Hohlraumgehalt, b) Frequenzgang des Schallabsorptionsgrades von Hohlraumgehalt und daran gekoppeltem Strömungswiderstand. Frequenzachse logarithmisch. 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc : Praktische Bedeutung Mit nur zwei akustischen Kenngrößen, dem Absorptionsfrequenzgang und dem Strömungswiderstand lassen sich also eine Reihe von Rückschlüssen ziehen auf bautechnische Eigenschaften der Deckschicht und deren Eignung für die Herstellung eines akustisch optimalen Fahrbahnbelages. Da sie sich nicht nur an der fertigen Deckschicht, sondern auch an Probekörpern bestimmen lassen, eignen sie sich nicht nur für die Abnahme am Bau, sondern auch für den bautechnischen Entwurf und die bautechnische Eignungsprüfung. Damit wird sowohl eine durchgängige akustische Qualitätssicherung als auch eine Möglichkeit zur bautechnischen Optimierung offenporiger Deckschichten möglich. Die akustischen Eigenschaften sind nicht mehr dem Zufall überlassen. 3.4 Einfluss der Nachgiebigkeit Es wird immer wieder diskutiert, inwieweit eine eventuell vorhandene Schwingungsfähigkeit der Fahrbahndecke auch zur Abstrahlung von Schall von der Fahrbahnoberfläche außerhalb des Reifen-Fahrbahn-Kontaktes beitragen kann. Wenngleich Fahrbahnschwingungen aufgrund der schlechten Anpassung der Wellenlängen an die Wellenlängen in Luft praktisch nicht abgestrahlt werden, ist ein lokaler Einfluss Seite 24

25 der mechanischen Impedanz der Fahrbahndeckschicht auf das Reifen-Fahrbahn- Geräusch feststellbar. Zwischen Oberflächen auf Asphalt- und Betonuntergrund kann bei vergleichbarer Textur ein systematischer Unterschied von 1 bis 2 db in den Vorbeirollpegeln für Pkw-Reifen zugunsten des Asphaltuntergrundes gemessen werden [5]. In einem Vergleichsexperiment mit zwei Oberflächen identischer Textur jedoch deutlich unterschiedlicher mechanischer Impedanz konnte zusätzlich bestätigt werden, dass Elastizität und Dämpfungseigenschaften der Deckschicht bei der Entstehung von Reifen- Fahrbahn-Geräuschen eine deutliche Rolle spielen. Auf zwei Testfeldern wurde Schleifpapier der Korngrößenverteilung 0,6 bis 1 mm einmal auf Betonuntergrund und einmal auf einer auf Betonuntergrund aufgeklebten elastischen Zwischenlage mit lastabhängigem Elastizitätsmodul E (E = 2,4 N/mm 2 bei einer Flächenpressung von 0,18 N/mm 2 ) aufgebracht. Die Terzspektren der mittleren Vorbeirollpegel für ein Kollektiv von Pkw-Normalreifen sind in Abbildung 23 dargestellt. Durch die elastische Zwischenlage nimmt der Vorbeirollpegel bei identischer Textur um 4 db ab, wobei insbesondere der Frequenzbereich um 1 khz, in dem Schallanregung durch mechanische Vorgänge im Reifen-Fahrbahn-Kontakt eine Rolle spielen, bedämpft wird Abstr.0.6-1mm auf Beton Abstr mm auf elastischem Material L paf [db(a)] ,4 N/mm 2 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 40 gesamt ft 500 [Hz] Abbildung 23. Spektrum des mittleren Vorbeirollpegels L paf für ein Kollektiv von 12 Pkw- Normalreifen für v = 80 km/h; Oberflächen mit identischer Textur jedoch unterschiedlicher Nachgiebigkeit. f T : Mittenfrequenz des Terzbandes in Hz. Nachgiebige geräuschmindernde Fahrbahnbeläge befinden sich derzeit in der Entwicklung. Erste umfangreiche Untersuchungen hierzu wurden im Rahmen des niederländischen Forschungsprojektes IPG (Innovatie Programm Geluid) bereits durchgeführt [6]. Seite 25

26 4 Literatur [1] Betz, E., Beckenbauer, T.: Lärmminderung von Pkw und Lkw durch offenporige Asphalte, Straße und Autobahn, 56, Heft 6/2005, S. 327, Kirschbaum Verlag, Bonn, 2005 [2] Kropp, W. et al.: The modelling of tyre/road noise a quasi threedimensional model, Proc. Inter noise 2001, Den Haag, Niederlande, paper no. 657, [3] Ronneberger, D. et al.: Rolling noise of tyres - fluctuation and of pressure and flow velocity in the vicinity of the contact area. Publ. Wiss. Film Sekt. Techn. Wiss./Naturw. Ser. 8, Nr. 25/C 1503, [4] Kropp, W., et al.: On the sound radiation from tyres. Acustica acta acustica, 86, 5, S. 760, S. Hirzel Verlag, Stuttgart, [5] Beckenbauer, T. et al.: Einfluss der Fahrbahntextur auf das Reifen-Fahrbahn- Geräusch. Forschungsberichte aus dem Forschungsprogramm des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen und der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e.v., Heft 847, August [6] 03_bec_GMFB-Grundlagen\_bec.doc :59 Seite 26