Research Network Quiet Traffic

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1 Research Network Quiet Traffic Informationen zur Lärmminderung im Straßen-, Schienen- und Luftverkehr Geschäftsstelle / dw 1

2 Klang oder Krach? 80 db Geschäftsstelle / dw 2

3 Verkehrslärm stört viele dbs Geschäftsstelle / dw 3

4 Lärmbarometer Lautstärke Feuerwerk Rock Konzert Düsentriebwerk Walkman Stadtverkehr Unterhaltung Haushaltsgeräte db(a) RUHE Gebirgsfluss Hotel am Meer ruhiges Wohngebiet Hörschwelle 20 0 Stille Geschäftsstelle / dw 4

5 Hören und Lautstärke Das Dezibel (db) ist eine (logarithmische) Lautstärke-Einheit Schmerzgrenze Schalldruck [Pa] 2 0,2 0,02 0,002 0,0002 Schallpegel [db] , Hörschwelle Hz khz Frequenz Geschäftsstelle / dw 5

6 Lärmänderung und Wahrnehmung 70 db 70 db Wahrnehmung 70 db + 70 db = 73 db + 3 db merkbar lauter 70 db + 70 db + 70 db + 70 db = 76 db 10 Autos 80 db + 10 db doppelt so laut Geschäftsstelle / dw 6

7 Verkehr und Lärm In Deutschland fühlen sich mehr als 60% der Bevölkerung von Verkehrslärm betroffen Bevölkerungsanteil [%] Nachbarschaftslärm Industrie-/Gewerbelärm Engpass für Mobilität und Wirtschaft angesichts steigender Verkehrsleistung Geschäftsstelle / dw Quelle: UBA 7

8 Belästigung durch Verkehrslärm In der Europäischen Union leiden mehr 120 Millionen Menschen unter Verkehrslärm. Bevölkerungsanteil (%) Deutschland (2002) Großbritannien (2002) Niederlande (2003) 0 Nachbarschaft Industrie Straßenverkehr Luftverkehr Schienenverkehr (HSEA) Dominierende Lärmquellen in 3 EU-Ländern Geschäftsstelle / dw 8

9 Verkehrswachstum in Europa Personentransport Gütertransport % % Personen-km Tonnen-km Straße Schiene Luft (innerhalb Region) Wasser (Binnenschiffahrt) Geschäftsstelle / dw Quelle: IEA 5/2002 OECD Europe 9

10 Nächtl. Verkehrslärm in Deutschland Immissionsklasse [db(a)] Schienenverkehr Straßenverkehr Güterverkehrsarbeit [Mrd. tkm] Schiene Straße Grenzwert für Bahn- Neubaustrecken nachts Bevölkerungsanteil [%] Geschäftsstelle / dw Quelle: TU Berlin / LEILA 10

11 Ansatz Weniger Lärm trotz mehr Verkehr Ein interdisziplinärer Ansatz zur Lärmminderung im Verkehr Viele nationale und EU-Programme befassen sich mit der Minderung des Verkehrslärms Die meisten bearbeiten spezifische Aufgaben in einzelnen Verkehrsfeldern Der nationale Leiser Verkehr ist branchenübergreifend und interdisziplinär aufgestellt; er nutzt Synergien durch einen multidisziplinaren Ansatz Geschäftsstelle / dw 11

12 Struktur und Organisation Gemeins. Verfahren & Methoden Straßenverkehr Schienenverkehr Luft- Verkehr Lärm- Wirkung Querschnittsaufgabe (abgeschlossen) Querschnittsaufgabe (abgeschlossen) Industrie Betreiber KMU Behörden Forschungsinstitute ca. 100 Partner, Initiative: DLR und Partner, 1999 Geschäftsstelle / dw 12

13 Vielfalt unter einem Dach (Beispiel Leistra 1) Reifenhersteller Autohersteller Behörde; KMU Beispiel: Arbeitskreis Straße Hochschulinstitute Straßenbaufirmen - Asphalt Straßenbaufirmen - Beton Geschäftsstelle / dw Quelle: BASt 13

14 Lärmwirkungsforschung Wirkungspezifische Analysen: - Frequenzen, Amplitude, Zeitverlauf - Gewichtung von Lärmquellen (Bonus / Malus) - Kombination von Lärmquellen - tageszeitlich variierender Lärm Lärm Wirkung Empfehlungen: - selektive Minderung an der Quelle - lärmarme Betriebsweisen, Verkehrsmanagement - Grundlagen Ordnungspolitik Geschäftsstelle / dw 14

15 Strategie der Lärmminderung Technik an der Quelle (Emission) auf dem Wege (Transmission) - passiver Schallschutz am Ohr (Immission) - Hörschutz Betrieb, Ordnungspolitik, Verkehrsverhalten Geschäftsstelle / dw 15

16 Lärmwirkungsforschung aurale Wirkung extraaurale Wirkungen Kommunikationsstörungen Schlaf-/Ruhestörungen vegetative Reaktionen Belästigung Leistungsminderung Lärm- Schwerhörigkeit Krankheitsbilder auslösend oder verstärkend (kardiovaskuläre Erkrankungen?) IfADo Belästigung und Leistungsminderung allein rechtfertigen die Lärmbekämpfung Geschäftsstelle / dw 16

17 Lärmpegel und Belästigungsgrad sehr stark belästigte Personen [%] Luftverkehr Straßenverkehr Schienenverkehr L DN (db) Quellen: Miedema, 1998 IfADo Geschäftsstelle / dw 17

18 Gemeinsame Verfahren u. Methoden Akustische Simulationsverfahren Schallquellenlokalisierung Analyse- und Bewertungsverfahren Grundlagen für Design-to-noise Array-Technik ("akustische Kamera") Lärmquellenortung und Bewertung über linien- oder flächenförmige Anordnung von Mikrofonen Voraussetzung für gezielte Minderung der Schallemission Geschäftsstelle / dw 18

19 Schallquellenlokalisierung 32m Array / 240 Mikrofone, Entfernung m Linien-Array / 29 Mikros Array-Technik ("akustische Kamera") Lärmquellenortung und Bewertung über linien- oder flächenförmige Anordnung von Mikrofonen Voraussetzung für gezielte Minderung der Schallemission Schneeflocken-Array / 120 Mikros Geschäftsstelle / dw 19

20 Straßenverkehr Gesamtgeräusch Innerörtliche Hauptverkehrsstraße, Tempolimit 50 km/h Anteil Fahrzeuge/Geräuschenergie in % 100 Splittmastixasphalt 0/11 Motorräder Vans = Anteil am Verkehrsaufkommen Geschäftsstelle / dw Rollgeräusch Antriebsgeräusch Gesamtgeräusch 7:00 to 19:00 Quelle: Steven 20

21 Geräuschquellen am Fahrzeug 3. Aerodynamik 2. Antrieb Lüfter Motor Antriebsstrang Auspuff 1. Reifen/Fahrbahn Geräuschgrenzwerte in db(a) Pkw 74 Bus > 150 kw 80 Lkw > 150 kw 80 Motorrad > 75 cm 3 80 beschleunigte Vorbeifahrt in 7,5 m Entfernung Geschäftsstelle / dw 21

22 Vorbeifahrgeräusche Vorbeifahrpegel in 7.5 m Entfernung (db) Geschwindigkeit (km/h) Streuband Reifen - Fahrbahn-Geräusch aerodynamischer Außenlärm moderner Serienfahrzeuge aerodynamischer Außenlärm eines Vans Geschäftsstelle / dw Quelle: FKFS 22

23 Beispiel: Reifen-Fahrbahn, Phase 1 Schalldruckpegel in db(a) marktgängige Reifen / Referenz optimierte Reifen (Mittelwerte aus 3 Reifen) Gussasphalt (optimiert) Beton offenporiger Beton (standard) (optimiert)* Fahrbahnoberfläche 71.9 Reifenschwingungen Luftresonanzen *scheidet vorerst infolge zu geringer Lebensdauer aus Geschäftsstelle / dw Quelle: BASt, *Continental 23

24 Geräusch und Produktcharakter unmittelbare Erlebbarkeit Formgebung Akustik/Sound Fahrleistung Verbrauch passive Sicherheit Zuverlässigkeit Werterhaltung Leiser Motor Nein danke? rauh Motorlauf seidenweich Roadster SUV sportl. Limousine Sportwagen Luxus- Limousine unhörbar dominant Motorgeräusch bei Last Geschäftsstelle / dw Quelle: BMW Group 24

25 Aktive Lärmminderung Abschwächung des primären Schalls durch Überlagerung künstlich erzeugter Schallfelder Lärm Im Fahrzeug Gegenlärm Restlärm Geschäftsstelle / dw 25

26 Wetterabhängiger Lärmschutz aus einem Zeitungsartikel: die Belastung durch den Autobahnlärm ist insbesondere bei Süd- und Südwestwind enorm 60 dba dba Geschäftsstelle / dw 26

27 Leiser Schienenverkehr Lärmminderungsziel der DB-AG Senkung des Schienenverkehrslärms um 20 db(a) bis 2020 Lärmsanierungsprogramm der Bundesregierung: ~10 db(a) lärmarme Güterwagenbremse: ~10 db(a) / (~5 db(a) im System) weitere Senkung des Lärms an der Quelle um mindestens 5 db(a) in 10 Jahren Höchste Priorität: Minderung des Rollgeräuschs Initiative von Bahn-AG Verband der Bahnindustrie FV für neuen systemtechnischen Ansatz zur Problemlösung: Fahrzeug und Fahrweg gemeinsam optimieren Geschäftsstelle / dw 27

28 Leise Züge und Trassen Schallpegel 50 [km/h] Geschwindigkeit niedrig Antriebsgeräusch Mittelbereich Rollgeräusch hoch aerodyn. Geräusch akustische Qualitätskontrolle Lüftungsgeräusche Bremsenquietschen kontinuierliche Schienenlagerung optimiertes Schleifverfahren Kurvenquietschen Strömungs- und Wirbelablösung, u.a. Drehgestelle, Dachaufbauten, Stromabnehmer Leiser Zug auf realem Gleis Geschäftsstelle / dw 28

29 Leiser Zug auf realem Gleis LZarG Systemintegration und Implementierung Rad-Schiene Kontakt Radschwingung und -abstrahlung schalltechnische Strukturoptimierung von Eisenbahnfahrwerken akustische Optimierung des Oberbaus. Geschäftsstelle / dw 29

30 SIMTool Simulationstool zur Rollgeräuschprognose und messtechnische Validierung Laufdynamik Rad-Schiene- Kontakt Rauheiten Oberbau Radsatz Radsatz-Gleis-Dynamik Luftschall Radsatz Luftschall Gleis Geschäftsstelle / dw Quelle: SFE Berlin,

31 Rollgeräusch Verringerung der Oberflächenrauheit von Rad und Schiene Bremstechnik, Hochgeschwindigkeits-Schienenschleifen Unterbindung der Geräuschabstrahlung durch Fahrzeug- und Oberbaukonstruktion schalloptimierte Räder, Radschallabsorber, Schwingungsdämpfung, verringerte Körperschallübertragung Schwellenform, Schienenlagerung Schallabschirmung Schallschürzen, Schallschutzwände Modellierungs- und Simulationswerkzeuge SIMTool, TWINS,... Geschäftsstelle / dw 31

32 Rad-Schiene-Geräusch Quelle: Vossloh-Rail-Systems Schienenstegbedämpfung schalloptimierte Schienenbefestigung kontinuierliche Schienenlagerung Feste Fahrbahn Klotzbremsen - Schienenriffelung Bremsenquietschen Geschäftsstelle / dw 32

33 Bahnlärm Quelle: Knorr Bremse IC, Betonschwellen Quelle: UBA Geschwindigkeit [km/h] Geschäftsstelle / dw Lärmpegel in db(a) 100 nach Schleifen Frequenz [Hz]

34 Schall-Immission v. Schienenfahrzeugen Primärluftschall Sekundärluftschall Direkter Luftschall Schwingungsübertragung im Erdreich Erschütterungen Körperschall - hörbarer Sekundärluftschall Geschäftsstelle / dw 34

35 Passiver Schallschutz Bahn tags mit 134 Zügen vmax 160 km/h; Schutzwandhöhe 0,3m 67,5 Schallschutzwand , ,5 db Schallschutzfenster 0m Geschäftsstelle / dw 50 m Quelle: Bayerische Landesamt für Umwelt (LfU) 35

36 Der Luftverkehr wächst In 20 Jahren gibt es doppelt so viel Verkehrsflugzeuge wie heute Geschäftsstelle / dw Quelle: Boeing Current Market Outlook

37 Moderne Flugzeuge sind viel leiser 85 db(a)-lärmkontur km ,3 km2 Startbahn Geschäftsstelle / dw Quelle: Boeing 37

38 Lärmzonen wurden kleiner, aber ca Bewegungen Fläche 7 km ca Bewegungen Fläche 33 km2 Flughafen Düsseldorf Geschäftsstelle / dw Leq = 67 db... Besiedlung rückt nach 38

39 Lärmbelastung im Flughafenumfeld Lärm entsteht durch Triebwerke Umströmung der Zelle Lärmbelastung resultiert aus Lärm des einzelnen Flugzeugs Anzahl der Flugbewegungen Betriebsverfahren Lärmbelastung im Flughafenumfeld nimmt mit den Flugbewegungen zu Ziele Geschäftsstelle / dw Lärmreduzierung an der Quelle lärmarme An- und Abflugverfahren ordnende Maßnahmen Lärm auf Industriegebiet Flughafen beschränken 39

40 Lärmquellen am Flugzeug Aerodynamischer Lärm: Hochauftriebshilfen und Fahrwerke erhöhen Lärmpegel um bis zu 15 db Auftriebshilfen Vorflügel Triebwerke Spoiler Klappen Fahrwerke Geschäftsstelle / dw 40

41 Triebwerk mit großem Nebenstrom Ziel: 10-12dB weniger Lärm Weg Geschäftsstelle / dw Nebenstrom > 16 niedrige Strahlgeschwindigkeit Unterschallfan mit Getriebe leises Kerntriebwerk 41

42 Fliegen (fast) ohne Lärm In 20 Jahren können Flugzeuge db leiser sein Unkonventionelle Lösungen flexibler Flügel Geschäftsstelle / dw Design-to-noise - Flugzeuge Getriebefan mit großem Nebenstrom leise Flugverfahren Innovationsprozess beschleunigen Forschung und Entwicklung fördern Anreize zur Flottenerneuerung Ordnungspolitik muss helfen 42

43 Lärmarmer An- und Abflug Beispiel Anflug konventionell lärmarm Primäre Kriterien Sicherheit Pilotenbelastung Geschäftsstelle / dw 43

44 Windoptimierter Anflug normale Anflugschneise Wind-korrigierter Anflug Wind Geschäftsstelle / dw 44

45 Fluglärm auf Flughafen beschränken 50 db Isophone (2000) Auswirkung einer Lärmminderung um 10 db alle Flugzeuge 10 db leiser Flugbewegungen steigen von (2000) auf ( ) Beispiel: Flughafen Frankfurt Geschäftsstelle / dw DLR-SK 45

46 Lärmminderungspotenzial (db) Leises Verkehrsflugzeug kurzfristig 3 5 Jahre mittelfristig 5-10 Jahre langfristig Jahre 2-3 db 5-6 db db Modifikationen an Triebwerk, Zelle, Fahrwerk 6 Lärmarme Klappen Aktive/passive Lärmminderung Leiser Anflug, leise Landung Design-to-noise Getriebefan Reduktion an der Quelle / lärmoptimierter Betrieb Geschäftsstelle / dw 46

47 Ausblick Minderung von Antriebs- und Fahrgeräuschen bei Lkw und schweren Nutzfahrzeugen Luft- und Körperschall im Straßen- und Schienenverkehr Lärmquellen in Ballungsräumen Harmonisierung der Messmethoden und Berechnungsverfahren unter Berücksichtigung der europäischen Bemühungen Wirkungsspezifische Lärmklassifizierung - Bewertung und Verbesserung lärmmindernder Verfahren hinsichtlich der Wirkung Fahrerassistenzsysteme Immissionsprognosen und Verkehrsplanung Geschäftsstelle / dw 47

48 Weitere Informationen Geschäftsstelle Prof. Weyer DLR Institut für Antriebstechnik Köln Geschäftsstelle / dw 48