Luftschall an Eisenbahnstrecken

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1 Luftschall an Eisenbahnstrecken Gastbeitrag im Rahmen der Vorlesung Technische Akustik I Am Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik der TU Berlin Vorbereitet und präsentiert von Dr.-Ing. habil. Rüdiger G. Wettschureck Beratender Ingenieur für Technische Akustik Gstädtstraße 36 - D Großweil Telefon +49 (8851) Telefax +49 (8851) mailto:post@wettschureck-acoustics.eu Grundlagen dieses Beitrags: Wettschureck R G, Hauck G, Diehl R J, Willenbrink L, Geräusche und Erschütterungen aus dem Schienenverkehr, Kapitel 17 in Taschenbuch der Technischen Akustik, von G. Müller und M. Möser (Hrg), Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, London et al., 3. Auflage, Dezember 2003 Weitere Quellen werden gegebenenfalls auf den jeweiligen Folien angegeben! TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 1 Inhaltsangabe Allgemeine Grundlagen - Begriffe - Definitionen Fahrzeuge: Triebfahrzeuge - Reisezugwagen - Güterwagen - Magnetbahn Fahrweg Oberbau: Schotteroberbau - Feste Fahrbahn - Einflussgrößen Brücken: Typen - Bauarten - Charakteristika Maßnahmen Großflächige Bahnanlagen: Rangierbahnhöfe - Umschlagbahnhöfe Sonstige: Bahnübergänge Besonders überwachtes Gleis - BüG Schallschutzmaßnahmen Aktive, d.h. hier quellnahe: Schallschutzwände - Schallschutzwälle Passive: Schallschutzfenster - Verbesserung an Umfassungsbauteilen Berechnung von Schallimmissionen Schall 03 alt (Ausgabe 1990) Schall 03 neu (in Vorbereitung) Vergleich mit Schall 03 alt Zusammenfassung - Ausblick TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 2 1

2 Allgemeine Grundlagen - Begriffe - Definitionen - TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 3 Luftschall - Schallemission/-immission - Körperschall Was wir als Luftschall oder kurz Schall wahrnehmen, sind sehr kleine Luftdruckschwankungen mit Frequenzen von ca. 20 Hz - 20 khz Die Amplituden dieser Druckschwankungen liegen über denen an der Wahrnehmbarkeitsschwelle bzw. der Hörschwelle Unter Schallemission verstehen wir Schall, der von einer Schallquelle erzeugt und abgestrahlt wird Als Schallimmission bezeichnen wir Schall, der auf einen Immissionsort auftrifft, z.b. das Fenster eines Gebäudes, Im Gegensatz zu Luftschall sprechen wir von Körperschall, wenn die Schallausbreitung in festen Körpern stattfindet TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 4 2

3 In der Praxis wird meist nicht konsequent unterschieden zwischen den Begriffen Körperschall und Erschütterungen Vielmehr verwendet man die Begriffe etwas salopp als Synonyme Nach einer Definition in dem Standardwerk Körperschall von L. Cremer und M. Heckl ist jedoch unter dem Begriff Körperschall das Gebiet der Physik zu verstehen, Z i t a t Körperschall - Erschütterungen "... das sich mit der Erzeugung, Übertragung und Abstrahlung von - meist sehr kleinen - zeitlich wechselnden Bewegungen und Kräften in festen Körpern beschäftigt Dabei drückt die Bezeichnung "Schall" bereits aus, dass das Haupt- augenmerk bei den höheren Frequenzen liegt - also etwa im Bereich von 16 Hz bis Hz (Anmerkung: dem menschlichen Hörbereich) Schwingungen und Wellen bei tieferen Frequenzen fallen meist in das Gebiet der mechanischen Schwingungen oder der Erdbebenwellen TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 5 Lärm - Geräusch - Belästigung Der Begriff Lärm hingegen ist physikalisch nicht definiert Lärm ist für Betroffene grundsätzlich unerwünschter Schall oder Schall, der zu Belästigungen oder sogar zu gesundheitlichen Schäden führen kann Bei Verkehrsgeräuschen ist generell davon auszugehen, dass sie unerwünscht sind Deshalb wird auch nicht unterschieden zwischen dem objektiven Begriff Verkehrsgeräusch und dem eher subjektiven Begriff Verkehrslärm Der Zusammenhang zwischen der Stärke von Schall-Immissionen und der empfundenen Lästigkeit wird im Rahmen von interdisziplinärer Studien untersucht Ergebnisse solcher Studien sowie auch Erfahrungen von Experten finden ihren Niederschlag in Gesetzen, Verordnungen und Richtlinien TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 6 3

4 Messgrößen - Rechengrößen - Schalldruckpegel Schalldruckpegel L p In der Akustik rechnet man nicht mit dem Schalldruck p selbst, sondern mit einem logarithmischen Maß, dem Schalldruckpegel L p in db Der Schalldruckpegel - kurz Schallpegel L p - ist wie folgt definiert: L p 2 p p = 10 lg = lg10 = 20 lg 2 p0 p p p 0 Der Bezugsschalldruck ist p 0 = N/m² = 20 µpa TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 7 Messgrößen - Rechengrößen - A-Schalldruckpegel A-bewerteter Schalldruckpegel A-Schallpegel In der Praxis der Lärmbekämpfung hat sich international der A-bewertete Schallpegel durchgesetzt Man nennt diesen Pegel auch A-Schallpegel L A bzw. Schallpegel in db(a) Mit dem A-Schallpegel wird die frequenzabhängige Empfindlichkeit des menschlichen Ohres grob angenähert Der A-Schallpegel wird mit Schallpegelmesser bzw. mit geeigneten Geräten gemessen, in denen ein spezielles Filter mit genormtem Frequenzgang enthalten ist Der Frequenzgang dieses Filters hat den Verlauf der Bewertungskurve A nach der Norm DIN IEC 651 TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 8 4

5 Zur Erinnerung die Kurven gleicher Lautstärke Infraschall Schmerzschwelle: 120 phon Ultraschall Hörschwelle: 0 phon Die aufgespannte Fläche nennt man die menschliche Hörfläche TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 9 Messgrößen - Rechengrößen - A-Bewertung A-Bewertungskurve Durch die Frequenz- bewertungskurve A werden die Kurven gleicher Lautstärke für reine Töne grob nachgebildet Damit wird eine Eigenschaft des Gehörs bei der Messung und Berechnung von Schallimmissionen berücksichtigt...durch die Schalle mit tiefen Frequenzen bei gleicher Schallstärke leiser wahrgenommen werden als solche mit mittleren u. hohen Frequenzen TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 10 5

6 Beispiele für typische Schallpegel in db(a) (In jeweils typischer Entfernung vom Ohr des Beobachters) Flugzeugstart 140 Niethammer 130 Schmerzgrenze 120 Presslufthammer 110 Diskothek 100 Absterben von Gehörzellen 90 (wichtiger Grenzwert im Arbeitsschutz) Störung des vegetat.. Nervensystems 80 (z.b. Straßenlärm) Einzelner vorbeifahrender PKW 70 Zimmerlautstärke 60 Normale Unterhaltung 50 Leise Radiomusik 40 Flüstern 30 TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 11 Schallanalyse Schmalbandfilter - Terzfilter - Oktavfilter In der Akustik werden zur Schallanalyse folgende Filtertypen verwendet: Filter mit absolut konstanter Bandbreite Schmalbandfilter Filter mit relativ zur Mittenfrequenz f m konstanter Bandbreite, am häufigsten verwendet Oktavfilter und Terzfilter Der Zusammenhang zwischen Mittenfrequenz f m und oberer bzw. unterer Frequenzgrenze f o bzw. f u ist bei diesem Filtertyp durch folgende Beziehung gegeben: f m = f Das Verhältnis von oberer zu unterer Frequenzgrenze o f / u f ist beim Oktavfilter 2:1 und beim Terzfilter 5:4 TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 12 o Die Bandbreite des Oktavfilters f Oktave bzw. Terzfilters f Terz relativ zur Mittenfrequenz m f beträgt f = 1 / 2 bzw. Oktave f m f u f = 0, 232 Terz f m 6

7 Vergleich Schmalband- / Terz- / Oktav-Spektrum 300 Hz 3000 Hz Hz 250 Hz 315 Hz Das Bild zeigt den Zeitverlauf und das Ergebnis von Spektralanalysen von weißem Rauschen, dem drei Töne überlagert sind Im Zeitverlauf, der völlig regellos aussieht, sind Töne nicht erkennbar Im Schmalbandspektrum ist klar zu erkennen, dass das Signal drei Töne mit den Frequenzen 300 Hz, 3000 Hz und Hz enthält Im Terzspektrum erkennt man bei der Terz um 315 Hz noch eine Spitze Im Oktavspektrum ist dagegen bei der Oktave um 250 Hz nur noch eine Pegelanhebung erkennbar TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 13 Definitionen - Mittelungspegel Mittelungspegel L m Das ist der Pegel des über die Messzeit T zeitlich gemittelten Schalldruckquadrates p 2 nach folgender Gleichung: T 2 1 p( t) Lm = 10 lg10 dt mit p0 = 20 µ Pa 2 T p 0 0 Für L m verwendet man im internationalen Sprachgebrauch meist den Begriff energieäquivalenter Dauerschallpegel L eq L m bzw. L eq sind üblicherweise A-bewertete Pegel In die Höhe von L m gehen Stärke und Dauer jedes Schallereignisses während des Zeitraums ein, über den gemittelt wird TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 14 7

8 Definitionen - Vorbeifahrpegel - Transit exposure level TEL Bei Schienenverkehrsgeräuschen sind vor allem gebräuchlich: Der Mittelungspegel für die Zeit der Vorbeifahrt T p eines Zuges Vorbeifahrpegel L T p Der Mittelungspegel für ein Ereignis pro Stunde L m,1h Nach neuester Normung wird der Vorbeifahrtexpositionspegel TEL nach DIN EN ISO 3095, Ausgabe Nov. 2005, bevorzugt TEL = Transit Exposure Level Nach der DIN EN ISO 3095 unterscheidet man zwischen der Vorbeifahrzeit T p und der Messzeit T wie folgt TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 15 Definitionen - Vorbeifahrpegel - Transit exposure level TEL Pegelzeitverlauf einer Zugvorbeifahrt aus DIN EN ISO 3095 T T p - 10 db - 10 db T 1 T p = T 2 - T 1 = Vorbeifahrzeit T 2 T = Messzeit TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 16 8

9 Definitionen - Vorbeifahrpegel - Transit exposure level TEL Mit den soeben definierten Größen T und T p ergibt sich: Vorbeifahrpegel L T p L T p T p( t) = 10 lg10 dt 2 TP p T1 0 Transit exposure level - TEL TEL T 2 1 p( t) = 10 lg10 dt 2 T p p 0 0 p 0 = 20 µpa ist der international genormte Bezugsschalldruck TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 17 Definitionen - Emissionspegel - Beurteilungspegel Emissionspegel L m,e Mittelungspegel für den betrachtenden Zeitraum Gemessen in 25 m Abstand von der Gleisachse In einer Höhe von 3,5 m über Schienenoberkante (SO) Bei Zugrundelegung freier Schallausbreitung Beurteilungspegel L r L r dient zur Kennzeichnung der auf ein Gebiet oder einen Punkt eines Gebietes einwirkenden Schallimmissionen L r enthält auch fahrweg- und fahrzeugtypische Besonderheiten, sowie Ausbreitungsdämpfungen und Korrekturgrößen zur Berücksichtigung von Wirkungsunterschieden TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 18 9

10 Körperschall Primär-/Sekundär-Immissionen an Eisenbahnstrecken Bildquelle: TWINS - Track Wheel Interaction Noise Software Fahrende Züge erzeugen infolge von Rauhigkeiten an Rad-/Schienenlaufflächen ausser dem Rollgeräusch auch Schwingungen, die über den Fahrweg in den Untergrund eingeleitet werden und sich dort ausbreiten An der Schnittstelle Boden/Fundament findet eine Übertragung auf benachbarte Gebäude statt, wodurch diese ihrerseits zu Schwingungen angeregt werden Körperschall Bei entsprechender Größenordnung können diese Bauteilschwingungen von Menschen als spürbare Erschütterungen wahrgenommen werden Schwingende Gebäudeteile, vorzugsweise Decken und Wände, strahlen Schwingungen auch in die umgebende Luft ab und können dann als sogenannter Sekundär-Luftschall hörbar werden TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 19 Primär- / Sekundär-Immissionen an Eisenbahnstrecken Primärluftschall Luftschall 8m-Messpunkt Erschütterungen Sekundär- Luftschall Schwingungs- Einleitung TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 20 10

11 Schallemissionen: Schallquellen - Einflussgrößen Die Schallemissionen von Schienenfahrzeugen werden im wesentlichen bestimmt durch: Das Rollgeräusch Maschinengeräusche Aerodynamische Geräusche 50 v 350 km/h v 60 km/h v 350 km/h Das Rollgeräusch wird hauptsächlich beeinflusst durch Die Fahrgeschwindigkeit und die Länge eines Zuges Die Bremsbauart (Klotz-, Scheibenbremse), welche die Rauhigkeit der Radlauffläche beeinflusst Besonderheiten am Fahrzeug (z.b. Radbremsscheiben) Den Fahrflächenzustand (Rauhigkeit von Rad und Schiene) Die Fahrbahnart ( Schotteroberbau, Feste Fahrbahn ) Besonderheiten am Fahrweg (z.b. Brücken, Bahnübergänge usw.) TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 21 Fahrzeuge TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 22 11

12 Typische Vorbeifahrpegel von Triebfahrzeugen der DB Fahrzeug/ Baureihe ICE 401/ E-Lok 103, 111, 120 E-Lok 101 E-Lok 145, 152 E-Lok 141, 150, 143 E-Triebwagen 420, 423, 472 Bremsbauart Scheibenbremse Radabsorber Mittelwagen Grauguss-Klotzbremse und E-Bremse Scheibenbremse 220 v Schalldruckpegel in db(a) [km/h] Radscheibenbremse 120 Grauguss-Klotzbremse 110 Radscheibenbremse 120 Bereiche mittlerer Vorbeifahrpegel von E-Triebfahrzeugen der DB, 25 m seitlich (3,5 m über SO) freier Strecken bei jeweils fahrzeugtypischer Geschwindigkeit, auf Schienenfahrflächen mit einer Riffeltiefe < 20 µm TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 23 Vorbeifahrpegel von Reisezug- und Güterwagen Fahrzeug/ Baureihe Bremsbauart Reisezugwagen Grauguss-Klotzbremse 120 Bm Reisezugwagen Scheibenbremse 200 Avm, Bpm Reisezugwagen Radscheibenbremse 140 Bx Güterwagen Grauguss-Klotzbremse 100 v Schalldruckpegel in db(a) [km/h] Güterwagen Scheibenbremse oder 100 Komposit-Klotzbremse Klotzbremse Bereiche mittlerer Vorbeifahrpegel von Reisezug- und Güterwagen, 25 m seitlich (3,5 m über SO) freier Strecken bei jeweils fahrzeugtypischer Geschwindigkeit, auf Schienenfahrflächen mit einer Riffeltiefe < 20 µm TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 24 12

13 Güterwagen-Drehgestell mit Klotzbremse Typ Y 27Csi, geschweißte Ausführung Bremsklötze Bildquelle: TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 25 Rauigkeit der Radlaufflächen von Güterwagen Einfluss der Bremsbauart Radlauffläche rauh Grauguss-Klotzbremse Radlauffläche glatt Komposit-Klotzbremse Klotzbremse Quelle: Mather M Geräuschquellen im Verkehr und ihre Bedeutung: Schienenverkehr TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 26 13

14 Schallquellenortung mittels Mikrofon-Array-Technik Die Schallpegelminderung durch Klotzbremsen mit K-Sohle Ausschnitt Bildquelle: Bildquelle: 2 Tamns Wagen (4-achsig) Konposit-Klotzbremse (K-Sohle) 1 FCS Wagen (2-achsig) GG-Klotz (Trennwagen) 2 Tamns Wagen (4-achsig) Grauguss-Klotzbremse (GG-Klotz) Quelle: Mather M Geräuschquellen im Verkehr und ihre Bedeutung: Schienenverkehr TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 27 A-bewertete Vorbeifahrpegel HGV-Zügen Gemessen jeweils 25 m seitlich des Fahrweges Quelle: Transrapid 07 (D) 2 Talgo-Pendular (E) 3 TGV-Atlantique (F) 4 TGV Lyon (F) 5 IC/EC-Züge (D) 6 ICE 1 7 X Shinkansen (D) (SE) (JP) TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 28 14

15 Fahrweg Oberbau TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 29 Fahrweg - Oberbau - Unterbau Der Fahrweg von Eisenbahnen besteht aus dem Unterbau und dem Oberbau Zum Unterbau gehören neben dem Erdplanum und ggfls. einer HGT - Hydraulisch gebundene Tragschicht - auch die Kunstbauwerke, wie z.b. Dämme, Brücken und Tunnel Als Oberbau bezeichnet man das Gleisbett mit den darauf verlegten Gleisen, Weichen und Kreuzungen Das Gleis besteht aus den Schienen, den Schwellen und dem sogenannten Kleineisen zur Befestigung der Schienen an den Schwellen, das sind i.d.r. die Schienenbefestigungen Beim Oberbau unterscheidet man hauptsächlich zwischen dem klassischen Schotteroberbau und dem schotterlosen Oberbau, der Festen Fahrbahn (FF) TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 30 15

16 Schotteroberbau Prinzip + Bauart W60 B70 Querschnitt (Prinzipskizze) Gleisrost Neubaustrecke Hannover-Würzburg Schnellfahrversuche des ICE-V 1986 Schotterbett Planumsschutzschicht Verdichtetes Planum Neubaustrecke Hannover-Würzburg Bereich Südportal Mühlbergtunnel Foto: R. G. Wettschureck Foto: R. G. Wettschureck TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 31 Feste Fahrbahn, z.b. Bauart Rheda 2000 Bauart Rheda (Classic) bis Rheda 2000 Baustelle NBS Nürnberg-Ingolstadt Die Entwicklung der Bauart RHEDA 2000 ist gekennzeichnet durch: Hohe Anforderungen im HGV, Hohe Präzision in der Vorfertigung, Hochmonolithische Struktur der Fahrbahnplatte bei geringer Konstruktionshöhe, Hohes technisches Know-How beim Einbau Quelle: Foege Th. et al., ETR 54 (2005), H. 1/2 Ausführliche Informationen zur Festen Fahrbahn siehe z.b.: TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 32 16

17 Einfluss von Oberbauelementen auf den Vorbeifahrpegel Schienentyp Schienenfahrfläche Schienenbefestigung bei Schotteroberbau bei Fester Fahrbahn Schwellentyp Schotterbettqualität gering sehr groß (Riffelbildung!!) eher gering (wenn die Elastizität wie üblich hauptsächlich vom Schotterbett erbracht wird) erheblich eher gering (abhängig von der Struktur und der Masse der Schwelle) gering TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 33 Schallentstehung im Rad/Schiene-Kontaktbereich Bildquelle: TWINS - Track Wheel Interaction Noise Software Geschwindigkeitserregung infolge geometrischer Formabweichungen bei Rad und Schiene, z.b. Verriffelung von Rad und Schiene Parametrische Erregung infolge örtlich wechselnder Einsenkung der Schienenfahrfläche aufgrund von örtlich bzw. zeitlich wechselnder Steifigkeit, z.b. Schwellen-/Achsabstandsfrequenz Massenkrafterregung Schwingungsanregung durch Unwuchten des drehenden Rades, z.b. Raddrehfrequenz u. deren Harmonische TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 34 17

18 Verriffelung der Schienen - Vorbeifahrpegel Zunahme des Vorbeifahrpegels auf verriffeltem Gleis im Vergleich mit riffelfreiem Gleis in Abhängigkeit von der Riffeltiefe Reisezüge mit Scheibenbremse Reisezüge + Güterzüge mit Grauguss-Klotzbremse TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 35 Geschwindigkeitserregung infolge von Schienenriffeln Reisezugwagen mit unterschiedlichen Bremsbauarten Zuggeschwindigkeit: v = 140 km/h, Riffeltiefe: 50 µm 100 Terz-Schalldruckpegel [db] Riffelwellenlänge 15,6 7,8 3,9 1,95 0,97 [cm] k 2k 4k 8k 16k Frequenz [Hz] Scheibenbremse: o. Riffeln 92,5 db(a) m. Riffeln 101 db(a) Grauguss-Klotzbremse: o. Riffeln 102 db(a) m. Riffeln 105 db(a) TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 36 18

19 Fahrgeräusche - Feste Fahrbahn (FF) - Schotteroberbau Terz-Schnellepegel [db] k 2k 4k 8k Frequenz [Hz] Luftschall in einem Reisezugwagen bei Fahrt auf verschiedenen Oberbauformen mit v = 200 km/h Freie Strecke: Schotteroberbau Tunnel: Schotteroberbau Tunnel: FF, nicht absorbierend Tunnel: FF, absorbierend TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 37 Pegeldifferenz Feste Fahrbahn - Schotteroberbau Tunnelfahrt bei jeweils gleicher Geschwindigkeit von km/h 20 Terz-Pegeldifferenz [db] k 2k 4k 8k Frequenz [Hz] Luftschall im Reisezug: Feste Fahrbahn nicht absorbierend Luftschall im Reisezug: Feste Fahrbahn absorbierend Körperschall an der Schiene TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 38 19

20 Feste Fahrbahn z.b. die Bauart Heitkamp mit Schallabsorber Foto: R. G. Wettschureck TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 39 Schienenbefestigung - Feste Fahrbahn (FF) - Beispiel Elastische Zwl 2 Grundplatte 3 Elastische Zwp 6 Betonschwelle Höhen- und seitenverstellbare Schienenbefestigung der FF Standardtyp Ioarv 300 der Deutschen Bahn AG TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 40 20

21 Differenz der Schienenpegel zwischen Fester Fahrbahn mit unterschiedlicher Steife der Zwp und dem angrenzenden Schotteroberbau 20 Terz-Pegeldifferenz [db] k 2k 4k 8k Frequenz [Hz] Steife der Zwp: ca. 20 kn/mm ca. 70 kn/mm ca. 140 kn/mm Rad / Schiene-Resonanz: Hz Kontakt-Resonanz: Hz TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 41 Vereinfachte Modelle zur Deutung der Überhöhungsfrequenzen des Schienenpegels der Festen Fahrbahn m Quasi starrer Abschluss s m s 1 1 s 2 m 2 Rad/Schiene-Resonanz ca Hz Ein-Massen Massen-Schwinger Kontakt-Resonanz ca Hz Zwei-Massen Massen-Schwinger TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 42 21

22 Differenz der Schienenpegel zwischen Fester Fahrbahn mit unterschiedlicher Steife der Zwp und dem angrenzenden Schotteroberbau 20 Terz-Pegeldifferenz [db] k 2k 4k 8k Frequenz [Hz] Steife der Zwp: ca. 20 kn/mm ca. 70 kn/mm ca. 140 kn/mm Rad / Schiene-Resonanz: Hz Kontakt-Resonanz: Hz TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 43 Fahrweg Brücken TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 44 22

23 Schallabstrahlung von Eisenbahnbrücken Beim Befahren von Brücken kommt zum Vorbeifahrgeräusch des Zuges infolge Schallabstrahlung der schwingenden Brückenbauteile der Sekundärluftschall der Brücke Dadurch wird der spektrale Schwerpunkt des Gesamtgeräusches im Vergleich mit dem der freien Strecke nach tiefen Frequenzen hin verschoben Dieses Geräusch wird als Brückendröhnen wahrgenommen und kann zu Belästigungsreaktionen bei betroffenen Anwohnern führen TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 45 Charakteristik der Schallabstrahlung von Eisenbahnbrücken Gemessen 25 m seitlich (3,5 m über SO) bei Überfahrt von Reisezügen mit Scheibenbremsen auf Schotteroberbau, mit v 130 km/h Stahl-Hohlkasten: 97 db(lin lin), 87 db(a) Stahl-Fachwerk: 89 db(lin lin), 80 db(a) Stahlbeton-Hohlkasten: 85 db(lin lin), 82 db(a) Tiefe Frequenzen Brückendröhnen TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 46 23

24 Konstruktionsarten von Brücken Stahlbrücken Rangordnung von (1) laut (5) leise 1 Hohlkastenbrücke 2 Trägerrostbrücke 3 Vollwandträgerbrücke TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 47 Konstruktionsarten von Brücken Stahlbrücken Rangordnung von (1) laut (5) leise 4 Stabbogenbrücke (unmaßstäblich) 5 Fachwerkbrücke TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 48 24

25 Brückengeräusche - Belästigungsreaktion Rangordnung der Bauart von Brücken nach Studien der DB AG (Zahlenangaben für L jeweils verglichen mit der freien Strecke) Stahlbrücken o. Schotterbett, o. Maßnahme Stahlbrücken m. Schotterbett, o. Maßnahme Stahlbrücken m. Schotterbett, m. Maßnahme Stahlbetonbrücken m. Schotterbett, o. Maßnahme L +15 db(a) L +5 db(a) L +3 db(a) L +3 db(a) Stahlbetonbrücken m. Schotterbett, m. Maßnahme L ±0 0 db(a) Quelle: Wettschureck R G, Nowack R, Measures for reduction of the noise emission of railway bridges, Proceedings Workshop on Noise Emission of Steel Railway Bridges, Rotterdam, 1996 TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 49 Brücken Ausführungsbeispiele TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 50 25

26 Beispiel einer Stahl-Hohlkastenbrücke - Seitenansicht Foto: R. G. Wettschureck Neckarviadukt bei Marbach/N. - während der Bauphase TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 51 Beispiel einer Stahl-Hohlkastenbrücke - Seitenansicht Foto: R. G. Wettschureck Neckarviadukt bei Marbach/N. - nach Inbetriebnahme TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 52 26

27 Stahl-Stabbogenbrücke - Seitenansicht Foto: DB-VersA, München EBR Mittellandkanal b. Lohnde - Str. Hannover-Wunstorf TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 53 Stahl-Fachwerkbrücke - unten liegende Fahrbahn Foto: W. Lieschke Havelbrücke bei Rathenow: NBS Hannover - Berlin TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 54 27

28 Verbund-Fachwerkbrücke - oben liegende Fahrbahn Foto: R. G. Wettschureck Brücke über die Isar: München-Großhesselohe TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 55 Stahlbeton-Hohlkastenbrücke Massivbrücke Foto: R. G. Wettschureck NBS Hannover-Würzburg, Maintalbrücke b. Gemünden TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 56 28

29 Brücken prinzipiell mögliche m Minderungsmaßnahmen TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 57 Prinzipiell mögliche Minderungsmaßnahmen - Von der Schiene zur Brückenfahrbahn hin gesehen - Grundsätzlich kommen die gleichen und bewährten Maßnahmen in Frage wie in Tunnelstrecken Wie in der Vorlesung Körperschall an Eisenbahnstrecken im Sommersemester ausführlich dargestellt werden wird, sind dies vor allem folgende Maßnahmen: Der Einbau elastischer Schienenbefestigungen Der Einbau elastischer Schwellenlager besohlte Schwellen Der Einbau elastischer Gleisbettmatten zwischen Schotterbett und Brückenfahrbahn Unterschottermatten Die elastische Lagerung der Gleistragplatte (als Schottertrog oder als schotterlose Feste Fahrbahn) Masse-Feder Feder-System TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 58 29

30 Prinzipien der Körperschalldämmung am Oberbau - von der Schiene ausgehend nach unten gesehen - 1 Elastische Schienenbefestigungen Elastisch eingebettete Schiene: z.b. System EDILON, häufig eingesetzt in den Niederlanden auf Stahl-Hubbrücken (siehe auch: vid/9e7d3566-c09f-296a ae8f0b) Abstimmfrequenz f 0 30 Hz Zw Zwp p Zwischenplatte Zwp Einzel-Schienenlager: z.b. System Ioarg 336 zur akustischen Sanierung von Stahlbrücken ohne Schotterbett (siehe auch: de/produkte/system_336/system_336.html) Abstimmfrequenz f 0 25 Hz TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 59 2 Elastische Schwellenlager Elastische Schwellensohlen: Akustische Sanierung von Brücken, insbesondere Buckelblechbrücken Abstimmfrequenz f 0 25 Hz Elastische Schwellenschuhe: z.b. System STEDEF bei SNCF oder bei diversen Straßenbahnen, z.b. Genf, Grenoble Abstimmfrequenz f 0 25 Hz Bildquelle: TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 60 30

31 Buckelblechbrücke z.b. EBR Berlin Spandauer Damm Elastischer Schwellenschuh z.b. System STEDEF der SNCF Foto: R. G. Wettschureck Bildquelle: TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 61 3 Elastische Gleisbettmatten Unterschottermatten Typischer Aufbau mit Unterschottermatten und Seitenmatten Gleisbett Abstimmfrequenz: f 0 15 Hz Seitenmatte Unterschottermatte Bildquelle: TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 62 31

32 4 Elastisch gelagerte Gleistragplatte: Masse-Feder-System Punktförmige Lagerung: Bei extrem tiefer Abstimmung Ausführung mit Stahlfedern und Viscodämpfern Streifenförmige Lagerung: Häufig in Verbindung mit ca. 1 m langen Fertigteiltrögen, siehe z.b. U-Bahn München Vollflächige Lagerung: Als LMFS Einsatz bei Straßenbahnen und in Strecken des HGV Abstimmfrequenz: f 0 5 Hz Bildquelle: TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 63 Weitere Minderungsmaßnahmen Bei Stahlbrücken - hauptsächlich bei schotterlosen Konstruktionstypen - sind außerdem folgende Maßnahmen möglich: Sandwich-Beschichtung der Blechkonstruktion Nachträglicher Schottereinbau in den Schwellenfächern Sekundäre Schallschutzmaßnahmen Dazu zählen - wie beim Straßenverkehr - hauptsächlich: Schallschutzwände und -wälle aktiver Schallschutz 1) Schallschutzfenster passiver Schallschutz Hierzu später mehr unter Schallschutzmaßnahmen ) Die Bezeichnung aktiv hat sich beim Schienenverkehr für quellnahe Sekundärmaßnahmen eingebürgert TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 64 32

33 Großflächige Bahnanlagen Rangier- und Umschlagbahnhöfe TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 65 Rangierbahnhöfe Rangierbahnhöfe (Rbf) sind eigenständige Zugbildungsanlagen mit großer flächenhafter Ausdehnung, In Rbf treten im Vergleich zum üblichen Schienenverkehr verschiedene Schallquellen auf, Die akustische Kennzeichnung der Schallquellen erfolgt durch den A-bewerteten Emissionspegel L m,25,1 D.h. der Mittelungspegel für 1 Stunde, betrachtet in 25 m Abstand zur Schallquelle, bei einem Ereignis pro Stunde Auf die wichtigsten Schallquellen wird wir noch eingegangen. Rbf bestehen im wesentlichen aus folgenden Teil-Anlagen: Einfahrgruppe zur Aufnahme der ankommenden Züge, Ablaufanlage bzw. dem Ablaufberg, Richtungsgruppe zum Sortieren und Sammeln der Wagen und Ausfahrgruppe zur Aufnahme der fertigzustellenden Züge TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 66 33

34 Rangierbahnhof Kornwestheim - Richtungsgruppe Bildquelle: TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 67 Einseitiger Rangierbahnhof europäischer Bauart Einfahrgruppe Ablaufberg Richtungsgruppe Ausfahrgruppe Schallemittierende Vorgänge finden hauptsächlich in der Ablaufanlage und in der Richtungsgruppe statt, Dies sind insbesondere Auflaufstöße, Hemmschuhaufläufe, Durchfahren von Gleisbremsen, Kurvenquietschen Bildquelle: TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 68 34

35 Rangierbahnhöfe - Hauptschallquellen Die Auflaufgeschwindigkeit der Wagen bestimmt maßgeblich den Emissionspegel der Auflaufstöße und Hemmschuhaufläufe, In automatisierten Neuanlagen liegt die Auflaufgeschwindigkeit bei v = 1 m/s, in Altanlagen dagegen bei v = 4 m/s, Balkengleisbremsen sind wesentliche Bestandteile automatisierter Rangierbahnhof-Anlagen, Diese neigen - je nach Bauart - zum hochfrequenten Bremsenkreischen mit Schallpegeln bis 120 db(a) im Abstand von 7,5 m, Dies gilt insbesondere für Balkengleisbremsen mit unsegmen- tierten Verschleißleisten, In Neuanlagen werden heute jedoch vorwiegend Gleisbremsen mit segmentierten Verschleißleisten installiert, Die nächste Folie zeigt ein Beispiel dafür. TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 69 Rangierbahnhöfe Balkengleisbremse Einseitige Richtungsgleisbremse mit segmentierten Verschleißleisten. Gesamtansicht Detail mit einem eingezwängten Güterwagenrad TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 70 35

36 Emissionspegel L m,25,1 von Rbf-Geräuschen in db(a) nach AKUSTIK 04 Akustik 04: Richtlinie für schalltechnische Untersuchungen bei der Planung von Rangier- und Umschlagbahnhöfen. Information Akustik 04 der Deutschen Bundesbahn, Ausgabe 1990 TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 71 Umschlagbahnhöfe Umschlagbahnhöfe (Ubf( Ubf) sind flächenhafte Bahnanlagen zur Horizontal- und Vertikalverladung von Ladungsgütern Ein Wechsel des Transportgefäßes, wie Großcontainer, Sattelanhänger, Lastkraftwagen und Sattelzüge findet in Ubf nicht atatt Zu den wesentlichen Schallquellen eines Ubf zählen neben den Rangierfahrten (siehe auch Rangierbahnhöfe) Containerkräne Mobile Umschlaggeräte (Seitenlader) und Vorrichtungen zur Horizontalverladung im Zusammenhang mit der "Rollenden Landstraße" In der folgenden Tabelle sind die Emissionspegel L m,25,1 der wichtigsten Schallquellen von Umschlagbahnhöfen aufgelistet TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 72 36

37 Umschlagbahnhof Köln-Eifeltor Bildquelle: TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 73 Emissionspegel von Ubf-Geräuschen in db(a) nach AKUSTIK 04 Akustik 04: Richtlinie für schalltechnische Untersuchungen bei der Planung von Rangier- und Umschlagbahnhöfen. Information Akustik 04 der Deutschen Bundesbahn, Ausgabe 1990 TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 74 37

38 Fahrweg Sonstige TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 75 Luftschall an Bahnübergängen Schlechter Zustand der Schienenfahrflächen sowie Reflexionen am Straßenbelag bewirken eine Erhöhung des Vorbeifahrpegels um 6-11 db(a) im Nahbereich von Bahnübergängen Ursache für den schlechten Fahrflächenzustand sind Verunreinigungen (z.b. Splitt), die von Straßenfahrzeugen auf die Schienenfahrfläche aufgebracht werden In Entfernungen > 100 m seitlich der Strecke hat diese Pegelerhöhung jedoch keinen Einfluss mehr auf den Immissionspegel TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 76 38

39 Besonders überwachtes Gleis - BüG RZ Scheibenbremse RZ+GZ Klotzbremse Die Pegelzunahme infolge Verriffelung der Schienen kann durch Schleifen der Schienenfahrflächen beseitigt werden; Diese Erkenntnis bzw. diese übliche Praxis führte zur Entwicklung des Verfahrens Besonders überwachtes Gleis BüG TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 77 Besonders überwachtes Gleis - BüG Das Verfahren BüG kann bei Planfeststellungsverfahren mit einem Pegelabschlag von 3 db(a) in Ansatz gebracht werden, wenn Im betroffenen Streckenabschnitt die akustische Qualität des Gleises überwacht wird und Ggfls durch spezielle Schleifverfahren wiederhergestellt wird. Das BüG wurde im Jahr 1998 durch das EBA für den Bereich der DB AG zugelassen und ist seither Bestandteil der 16. BImSchV; Der Zulassung des BüG gingen langjährige Versuche voraus, mit denen folgenden Ziele verfolgt wurden: Optimierung von Schleifverfahren zur akustischen Pflege der Schienenfahrflächen (zwei Verfahren sind beim BüG zugelassen); Entwicklung des Schallmesswagens zur Überwachung der akustischen Qualität von Gleisen, speziell von solchen mit BüG-Zulassung. TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 78 39

40 Schallschutzmaßnahmen TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 79 Schallschutzwände und Schallschutzwälle Wichtigste Elemente des aktiven Schallschutzes an Schienenwegen und Bahnanlagen sind Schallschutzwände und Schallschutzwälle; Bei der Deutschen Bahn gibt es z.b. Schallschutzwände (SSW) aus Beton, Kunststoff Aluminium, Ziegelsteinen, Holz und Mischprodukten; SSW mit einer Schirmwirkung von bis zu 15 db(a) müssen Mindestwerte des Schalldämm-Maßes der SSW aufweisen; Bei allen SSW sind folgende Mindestwerte des Schallabsorptionsgrades der der Schallquelle zugewandten Wandseite einzuhalten: Frequenz [Hz] Schalldämmaß R [B] Schallabsorptionsgrad α s 0,2 0,3 0,5 0,8 0,9 0,9 0,8 Bei Betonwänden mit der üblichen Tragbetonschicht von mindestens 8 cm Dicke ist die Schalldämmung in jedem Fall ausreichend; Verfahren zur Prüfung der o.g. Anforderungen sind in Richtlinie Lärmschutzanlagen an Eisenbahnstrecken,, Januar 2000, angegeben. TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 80 40

41 Einfluss reflektierender Schallschutzwände Reflektierende SSW seitlich von Schienenwegen sind ungünstig; Wegen des geringen Abstandes zwischen Wagenwand und SSW würde sich infolge von Mehrfachreflexionen zwischen SSW und Zug die Wirkung der SSW wesentlich verschlechtern; Eine Verminderung der Schirmwirkung von SSW um ca. 3 db wurde in üblichen Situationen beobachtet; Pegelerhöhungen auf der gegenüber liegenden Seite der SSW infolge von Reflexionen an der SSW sind nicht zu befürchten; Diese werden vom vorbeifahrenden Zug selbst weitgehend abgeschirmt. TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 81 Abgewinkelte Schallschutzwand Mit oben abgeknickten SSW kann die Beugungskante bei gleichem Wandabstand näher an das Gleis herangebracht und damit die Pegelminderung vergrößert werden; Hierbei sind die vorgeschriebenen Mindestmaße einzuhalten (siehe Bild) Durch schalltechnische Optimierung der Beugungskante kann die Wirkung von SSW, bei gleichbleibender Höhe, weiter verbessert werden; Die der Schallquelle zugewandte Seite der SSW ist absorbierend zu gestalten: Zu dieser Thematik wurde am ISTA ein Forschungsvorhaben durchgeführt; Über die Ergebnisse wurde in diversen Publikationen berichtet (falls Interesse besteht, bitte bei Prof. M. Möser nachfragen) TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 82 41

42 Ermittlung der Schirmwirkung einer Schallschutzwand Die Pegelminderung L durch eine SSW hängt vom Schirmwert z und von der Überstandslänge ab, sie ergibt sich vereinfacht nach folgender Beziehung: ( 3+ z) L = 10 lg 60 Der Schirmwert z wird wie folgt berechnet: z = a Q + a A s [m] Die Bedeutung der einzelnen Größen zeigt das folgende Bild; Hierin ist: EO = Emissionsort (Gleismitte in Höhe SO); IO = Immissionsort. TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 83 Ermittlung der Schirmwirkung einea Schallschutzwalls Schallschutzwälle haben zwei Beugungskanten, sind aber prizipiell wie Schallschutzwände zu berechnen Der Schirmwert z eines Schallschutzwalls wird wie folgt bestimmt: z = a Q + a B + a A s [m] Dichter Pflanzenbewuchs an der Böschung eines Schallschutzwalls begünstigt die Geräuschminderung durch Absorption Wenn Bäume über die Beugungskante hinausragen, dann können Reflexionen an Blättern und Ästen die Abschirmwirkung verringern TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 84 42

43 Passive Schallschutzmaßnahmen - Schallschutzfenster Stehen dem Bau von Schallschutzwänden technische oder räumliche Gründe entgegen, so sind Schallschutzfenster vorzusehen, Dies trifft auch zu, wenn beim Neubau oder der wesentlichen Änderung von Schienenwegen die nach der 16. BImSchV festgelegten Immissionsgrenzwerte nicht durch aktive Schallschutzmaßnahmen alleine eingehalten werden können, Als Alternative zu Schallschutzfenstern kann in besonderen Fällen eine akustische Verbesserung anderer Umfassungsbauteile zur Anwendung kommen, Bei der Dimensionierung von Schallschutzfenstern sind die Besonderheiten des Schienenverkehrs nach 43 des BImSchG zu beachten. TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 85 Passive Schallschutzmaßnahmen - Schallschutzfenster Die Besonderheiten sind: Geringere Störwirkung des Schienenverkehrslärms (SVL) gegenüber dem Straßenverkehrslärm (StVL) Schienenbonus Bessere Dämmwirkung von Fenstern bei SVL gegenüber StVL bei gleichem Schalldämm-Maß Dies liegt am unterschiedlichen Frequenzverlauf der Spektren L schiene, a L Straße,, a, a = 70 db(a) = 70 db(a) Fenster_Schalldämm mm-maß L schiene, i L Straße,, i, i = 34 db(a) = 40 db(a) TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 86 43

44 Berechnung der Schallimmissionen von Schienenwegen Vergleich der Richtlinie Schall 03 Alt - Ausgabe 1990 mit Schall 03 Neu - in Vorbereitung TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 87 Quellen /Literatur zur Thematik Schall 03 Schall 03 Alt Richtlinie zur Berechnung der Schallimmissionen von Schienenwegen - Schall 03, Information Akustik 03 der Deutschen Bahn, Ausgabe 1990 Schall 03 Neu : Diehl R J, Kurze U J, Onnich J, New Concepts for the Description of Railway Noise in Germany, Proceedings Euro-Noise 03, Neapel, 2003, Paper No.122 Onnich J, Fortschreibung von Schall 03 und Akustik 04, Fortschritte der Akustik, DAGA 05, München, 2005, S Kurze U J, Diehl R J, Onnich J, Berücksichtigung von Rollgeräuschen in einer neuen Schall 03, Fortschritte der Akustik, DAGA 05, München, 2005, S Kurze U J, Möhler U, Onnich J, Future prediction scheme for sound propagation from German railways, Fortschritte der Akustik - CFA/DAGA 04. Straßburg, 2004, pp Möhler U, Liepert M, Kurze U J, Onnich J, The new German prediction model for railway noise Schall Potentials of the new calculation method for noise mitigation of planned rail traffic, IWRN9 9 th International Workshop on Railway Noise, München, 2007 TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 88 44

45 Rechtliche Stellung der Schall 03 Bundesimmissionsschutzgesetz Hinweis im 43 Verkehrslärmschutzverordnung 16. BImSchV 16. BImSchV, 3: Der Beurteilungspegel für Schienenwege ist nach Anlage 2 dieser Verordnung zu berechnen Anlage 2: Vereinfachtes Berechnungsverfahren (lange, gerade Strecke) Im Normalfall: Berechnung nach Schall 03 Hinweis in der Anlage 2 auf die Akustik 04 (Rbf und Ubf) TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 89 Schall 03 Alt : Definition des Grundwerts Der Grundwert war bisher Ausgangspunkt für Prognosen der Schallimmission nach der Richtlinie Schall 03 Alt Der Grundwert ist der Emissionspegel L m,e eines Zuges mit einer Länge von l = 100 m mit einer Geschwindigkeit von v = 100 km/h zu 100 % bestehend aus Fahrzeugen mit Scheibenbremsen bei Fahrt auf Schotteroberbau mit Holzschwellen, bei durchschnittlichem Zustand der Schienenfahrflächen, bezogen auf den Zeitraum einer Stunde. Der Zahlenwert des Grundwerts beträgt 51 db(a) TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 90 45

46 Schall 03 Alt : Emissionspegel L m,e Fahrzeugeinflüsse L, = 10 lg10 10 i m E D Fz D D p D l l D v v Fz D l v + DFb + DBr + D + Bü D ( D + D + D + D ) 0,1 51+ Einfluss der Fahrzeugart (z.b. Radabsorber u.a.) Einfluss der Bremsbauart D D Anteil von Fahrzeugen mit Scheibenbremsen am Zug, inkl. Lok Einfluss der Zuglänge Ra ( 5 0, p) = lg ( 0, ) D l = lg 01 l Summe der Längen aller Züge der Zugklasse i pro Stunde Einfluss der Geschwindigkeit ( 0, ) D v = lg 01 v Streckengeschwindigkeit bzw. zulässige Fahrgeschwindigkeit TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 91 Schall 03 Alt : Emissionspegel L m,e Fahrwegeinflüsse D Fb Einfluss der Fahrbahnart [Schotteroberbau oder Feste Fahrbahn, ohne/mit Schallabsorptionsbelag, Holz- oder Betonschwellen, Gleiskörper mit/ohne Raseneindeckung bei Straßenbahnen], z.b. + 5 db (Feste Fahrbahn und in Straßen eingebettete Gleise - nicht absorbierend) D Br Einfluss von Brücken (+ 3 db für die Gleise auf der Brücke) D Bü Einfluss von Bahnübergängen (+ 5 db für Teilstücklänge entsprechend der 2-fachen Straßenbreite) D Ra Einfluss von Kurven (Berücksichtigung von Quietschgeräu- schen) 0 db (r 500 m); +3 db (300 r 500 m); + 8 db (r < 300 m) TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 92 46

47 Allgemeine Gründe für eine Schall 03 Neu Das Wissen über die Schallemission von Schienenfahrzeugen sowie von Fahrwegen und Bahnanlagen hat sich seit der Abfassung der derzeit gültigen Schall 03/Akustik 04 im Jahr 1990 weiterentwickelt, Das vorhandene Regelwerk entspricht daher nicht mehr in allen Punkten dem fortschrittlichen Stand der Technik, Bei einigen Rechenalgorithmen der Schall 03 Alt können vereinfachende Vorgaben und zu pauschale Annahmen im Rahmen von Planfeststellungsverfahren u.u. zur Rechtsunsicherheit führen, Daher war eine wissenschaftlich-technische Fortschreibung der Rechenvorschriften in Form einer Schall 03 Neu geboten. Für die Erarbeitung wurde ein Arbeitskreis und 4 Arbeitsgruppen eingerichtet *), deren fachliche Arbeit inzwischen abgeschlossen ist, Jetzt ist der Gesetzgeber aufgefordert, die Schall 03 Neu in das BImSchG bzw. in dessen nachgeordnete Verordnungen einzuarbeiten *) Zusammensetzung der Gremien siehe z.b.: TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 93 Berechnung der Schallemissionen Schall 03 Alt : Emissionspegel (A-bewertete Schallpegel) FZ D l v L m E = 0,1(51 + D + D + D + D ), 10 lg[ 10 ] + DFb + DBr + DBü + DRa i Schall 03 Neu : längenbezogener Schall-Leistungspegel in Oktavbändern, je Fahrzeugeinheit u. Einzelschallquelle n Q vfz L + W, f, h, m, Fz = aa, h, m, Fz + a f, h, m, Fz + 10lg b f, h, m lg + c f, h, nq,0 v0 a Bezugswert des längenbezogenen Schallleistungspegels bei v 0 = 100 km/h in db, a Differenz zwischen dem Bezugswert a und dem Oktav-Pegel im Frequenzband f, n Q Anzahl der Schallquellen der Fahrzeugeinheit [n Q,0 = Bezuganzahl], b Geschwindigkeitsfaktor, v Fz Zuggeschwindigkeit in km/h [v 0 = 100 km/h, Bezugsgeschwindigkeit], Σc Pegelkorrekturen für Fahrbahnart und Zustand der Schienenfahrfläche, ΣK Pegelkorrekturen für Brücken und die Auffälligkeit von Geräuschen TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 94 + m K 47

48 Schallquellen und deren Lage - Jeweils bezogen auf Schienenoberkante - Schall 03 Alt : Quellhöhe: 0 m entspricht Schienenoberkante (SO) Rollgeräusch und alle weiteren Geräuschquellen Schall 03 Neu: Quellhöhe: 0 m Rollgeräusch, Aerodynamische Geräusche (Drehgestellbereich), Geräusche tiefliegender Aggregate und Antriebe Quellhöhe: 4 m Aerodynamische Geräusche, Aggregatgeräusche, Antriebsgeräusche, Geräusche von Aufbauten Quellhöhe: 5 m Aerodynamische Geräusche der Stromabnehmerwippe in Arbeitsstellung (d.h. oben) 5 m 4 m 0 m TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 95 Schall 03 Alt : Schall 03 Neu : Fahrzeugkategorien 1 Fahrzeugkategorie: Intercity (IC) als Bezug; Der Emissionspegel aller anderen Fahrzeuge wird jeweils durch Zuschläge oder Abschläge gebildet 10 Fahrzeugkategorien: a) Angetriebene Fahrzeuge: 1 HGV-Triebzug (ICE 3), 2 HGV-Triebkopf (ICE 1/2), 3 HGV-Triebzug mit Neigetechnik (ICE T), 4 E-Triebzug und S-Bahn, 5 Diesel-Triebzug, 6 E-Lok, 7 Diesel-Lok b) Nicht angetriebene Fahrzeuge: 8 HGV-Mittelwagen/-Steuerwagen (ICE 1/2), 9 Reisezugwagen, 10 Güterwagen TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 96 48

49 Berechnung der Immissionspegel Schall 03 Alt Rollgeräuschanteile von Rad und Schiene werden nicht getrennt Schall 03 Neu Rollgeräuschanteile von Rad und Schiene werden getrennt betrachtet Immissionspegel: 2 2 rr + rs + rrr L = 2 cosγ 10 lg 2 r 0 S i db+ r S r R Rauigkeit der Schiene Rauigkeit des Rades cosγ Korrelationskoeffizient (= 0,5) A Ausbreitungs-Dämpfungsmaß r 0 Bezugswert (r 0 = 1 µm) A TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 97 Schallausbreitung/-Abschirmung nach Schall 03 Neu Dämpfung infolge Absorption in der Luft wird spektral berücksichtigt, Dämpfung durch Bodeneinfluss wird frequenzun unabhängig angesetzt, Reflexionen werden bis zur 3. Ordnung berücksichtigt, Abschirmung wird unter Einbezug aller Hindernisse frequenz- abhängig berücksichtigt, Bei Hindernissen mit mehreren Beugungskanten sind höchstens drei Beugungskanten zu berücksichtigen, Die Auswahl der maßgeblichen Beugungskanten erfolgt nach der so genannten Gummibandmethode Hindernisse durch Bebauung werden grundsätzlich berücksichtigt. TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 98 49

50 Vergleich berechneter Schallemissionen Differenz Schall 03 Neu (2006) Schall 03 Alt (1990) Aggregatgeräusche in Schall 03 Alt nicht brücksichtigt!! 0 -Linie Quelle: Mitteilung durch DB-Systemtechnik, Abt. VTZ 112, München, September 2008 TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 99 Zusammenfassung Ausblick (1) Die Mechanismen der Rollgeräuschentstehung und -abstrahlung sind intensiv untersucht worden und inzwischen weitgehend bekannt Es liegen erprobte Simulationsmodelle zur Berechnung der Luftschall- Emissionen von Schienenbahnen vor TWINS, RIM Es gibt verbindliche Vorschriften zur Berechnung und Beurteilung von Luftschall-Immissionen Schall 03, Akustik 04, BImSchG Probleme bereiten nach wie vor laute GüterzG terzüge, nachts! Lösungen der quellnahen Lärmminderung liegen vor, siehe z.b. Low Noise Train (DB, SBB, ÖBB, FS) Silent Freight, Silent Track, EuroSabot (ERRI, EU-Kommmission) Die Umsetzung quellnaher Lärmminderung, wie vor allem der Einsatz der Komposit-Klotzbremsen, der sogen. K-Sohlen, ist europaweit in Gang gekommen (siehe z.b. TSI Noise ) *) *) TSI NOISE = Technische Spezifikationen für die Interoperabilität (TSI) zum Teilsystem "Fahrzeuge - Lärm" des konventionellen transeuropäsichen Bahnsystems TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck

51 Zusammenfassung Ausblick (2) So hat sich z.b. die Deutsche Bahn AG im Rahmen von ERRAC 1) dazu bekannt, die Schienenverkehrsgeräusche bis 2020 um 10 db(a) durch Maßnahmen an der Quelle zu senken 2) Zum Schluss ein aktueller Hinweis zur Schall 03: Auf der Gemeinschaftstagung NAG/DAGA 2009, Rotterdam, ist ein Vortrag zum Vergleich der Rechenverfahren nach Schall 03 Alt und Schall 03 Neu mit Ergebnissen von Schallmessungen vorgesehen 3) 1) ERRAC = European Rail Research Advisory Council 2) Siehe z.b.: Geräuschquellen im Verkehr und ihre Bedeutung: Schienenverkehr Vortrag Bahn-Umwelt-Zentrum, Matthias Mather, VUM, , Köln 3) Möhler U, Onnich J, Schall versus Schall : A Comparison of the Calculation Methods for Railway Noise with Noise Level Measurements, NAG/DAGA 2009, Session Railway Noise 2, (siehe NAG/DAGA-Programmheft, S. 291) TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck 101 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr.-Ing. habil. Rüdiger G. Wettschureck Beratender Ingenieur für Technische Akustik Gstädtstraße 36 - D Großweil Telefon +49 (8851) Telefax +49 (8851) mailto:post@wettschureck-acoustics.eu TU Berlin_WS: Eisenbahn_Luftschall Rüdiger G. Wettschureck