Luftschall an Schienenverkehrswegen

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1 Luftschall an Schienenverkehrswegen 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 D Großweil, Lkr. Garmisch-Partenkirchen Telefon +49 (8851) Telefax +49 (8851) post@wettschureck-acoustics.eu Web: 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 1 Inhaltsangabe Grundlagen: akustische & eisenbahntechnische Begriffe - Definitionen Fahrzeuge: Triebfahrzeuge - Reisezugwagen - Güterwagen - Magnetbahn Fahrweg Oberbau/Gleis: Schotteroberbau - Feste Fahrbahn - Einflussgrößen Brücken: Typen - Bauarten - Charakteristika - Schallminderungsmaßnahmen Großflächige Bahnanlagen: Rangierbahnhöfe - Umschlagbahnhöfe Spezielle Verfahren Besonders überwachtes Gleis (BüG): Pflege des Fahrflächenzustandes TDR Track Decay Rate: Ermittlung der Dämpfung in Gleislängsrichtung Schallschutzmaßnahmen Aktive, d.h. quellnahe: Schallschutzwände - Schallschutzwälle Passive: Schallschutzfenster Berechnung von Schallimmissionen Schall 03: Vergleich Ausgabe 1990 ( alt ) mit Entwurf 2006 ( neu ) Weitere Rechenverfahren, z.b. TWINS, sonrail, SIMTool Rollgeräusch, Zusammenfassung Ausblick TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 2 1

2 Allgemeine Grundlagen Akustische und eisenbahntechnische Begriffe - Definitionen TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 3 Primär-/Sekundär-Immissionen an Schienenverkehrswegen Bildquelle: TWINS - Track Wheel Interaction Noise Software Rauhigkeiten an Rad- und Schienenlaufflächen sind Ursache für die Entstehung des Rollgeräuschs Beim Rollvorgang werden auch Schwingungen angeregt, die über den Fahrweg in den Untergrund eingeleitet werden und sich im Boden 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 4 2

3 Körperschall Primär-/Sekundär-Immissionen an Schienenverkehrswegen Primärluftschall Luftschall 8m-Messpunkt Erschütterungen Sekundär- Luftschall Schwingungs- Einleitung TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 5 Schallemissionen: Schallquellen - Einflussgrößen Die Schallemissionen von Schienenfahrzeugen werden im wesentlichen bestimmt durch: Das Rollgeräusch 50 v 350 km/h Maschinengeräusche v 60 km/h Aerodynamische Geräusche 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 6 3

4 Luftschall Schall-Emission / -Immission - Körperschall Unter Schallemission verstehen wir Schall, der von einer Schallquelle erzeugt und abgestrahlt wird Als Schallimmission bezeichnen wir Schall, der auf einen Immissionsort auftrifft, wie z.b. das Fenster eines Gebäudes, Im Gegensatz zu Luftschall sprechen wir von Körperschall, wenn die Schallausbreitung in festen Körpern stattfindet, Dabei unterscheidet man meist nicht konsequent zwischen den Begriffen Körperschall und Erschütterungen Bei L. Cremer & M. Heckl ist zum Begriff Körperschall folgendes zu lesen: ZITAT: "... Man bezeichnet das Gebiet der Physik, das sich mit der Erzeugung, Übertragung und Abstrahlung von - meist sehr kleinen - zeitlich wechselnden Bewegungen und Kräften in festen Körpern beschäftigt, als Körperschall; Dabei drückt die Bezeichnung "Schall" bereits aus, dass das Hauptaugenmerk bei den höheren Frequenzen liegt - also etwa im Bereich von 16 Hz bis 16 khz; Schwingungen und Wellen bei tieferen Frequenzen fallen meist in das Gebiet der mechanischen Schwingungen (Anm.: Erschütterungen) oder der Erdbebenwellen TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 7 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 = 10 lg p p0 2 = lg10 p p 0 Der Bezugsschalldruck ist p 0 = N/m² = 20 µpa TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 8 4

5 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 einem Schallpegelmesser bzw. mit geeigneten Geräten gemessen, in denen ein spezielles Filter mit genormtem Frequenzgang enthalten ist Der Frequenzgang dieses Filters folgt der Bewertungskurve A nach DIN-IEC 651 (jetzt DIN EN , Ausgabe ) TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 9 Zur Erinnerung die Kurven gleicher Lautstärke Infraschall Schmerzschwelle: 120 phon Ultraschall Hörschwelle: 0 phon Die aufgespannte Fläche nennt man die menschliche Hörfläche TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 10 5

6 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 und hohen Frequenzen TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 11 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 12 6

7 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 13 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 neuerer Normung wird der Vorbeifahrtexpositionspegel TEL nach DIN EN ISO 3095, Ausgabe , 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 14 7

8 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 15 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 16 8

9 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, wie z.b. der Schienenbonus Aktuelle INFO zum Schienenbonus: The railway noise bonus, Discussionpaper on the noise annoyance correction factor, Final Report, Internat. Union of Railways, UIC, November 2011 Quelle: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 17 Fahrzeuge TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 18 9

10 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 19 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 20 10

11 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 21 Güterwagen-Drehgestell mit Klotzbremse Typ Y 27Csi, geschweißte Ausführung Bremsklötze Bildquelle: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 22 11

12 Rauigkeit der Radlaufflächen von Güterwagen Einfluss der Bremsbauart Rauhe Radlauffläche: Grauguss-Klotzbremse Glatte Radlauffläche: Komposit-Klotzbremse Klotzbremse Quelle: Mather M Geräuschquellen im Verkehr und ihre Bedeutung: Schienenverkehr TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 23 Projekt Leiser Zug auf realem Gleis - L L Zar G G Leises Güterwagendrehgestell Kompaktbremse: K-Sohlen einseitig drückend gewichtsparend Schallabsorber an der Innenseite der Laufräder Quelle: DB Welt, Ausgabe Januar 2011, Seite 14: Technik/Dienstleistungen TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 24 12

13 Fahrweg Oberbau TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 25 Fahrweg des Schienenverkehrs Der Fahrweg besteht aus Gleisen, Weichen und Kreuzungen Der konstruktive Aufbau ist gegliedert in Oberbau - Unterbau - Untergrund Als Untergrund kann ein Erdbauwerk oder ein Kunstbauwerk dienen Folgende Tabelle beschreibt beispielhaft den Aufbau auf einem Erdbauwerk [von Schienenoberkante (SO) nach unten, in Richtung Untergrund, gesehen] Schotteroberbau (SchO SchO) Schienen Schwellen Schienenbefestigungen Gleisschotter (Bettung Bettung) Planumsschutzschicht (PSS) Frostschutzschicht (FSS) Erdbauwerk Anstehender Boden Bei Kunstbauwerken: 1) Brücken und Tunnel Oberbauart Feste Fahrbahn (FF) Schienen FF-Konstruktion (beim HGV der DB AG mit der Schienenbefestigung System 300-1) Hydraulisch Gebundene Tragschicht (HGT) oder Schotter-Trag Trag-Schicht (STS) Frostschutzschicht (FSS) Erdbauwerk Anstehender Boden 2) entfällt Bezeichnung Oberbau Unterbau 1) Untergrund 2) Quelle: Regelwerk Ril A02 Grundlagen des Oberbaus, DB Netz AG, Ausgabe Dezember 2008 TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 26 13

14 Schotteroberbau Prinzip + Bauart W60 B70 Querschnitt (Prinzipskizze) Gleisrost Schotterbett Planumsschutzschicht Frostschutzschicht Erdbauwerk (verdichtetes Planum) Die Hauptaufgaben der Schutzschichten innerhalb der Gesamtkonstruktion sind: Planumsschutzschicht: Sicherung einer ausreichenden Standfestigkeit Frostschutzschicht: Fähigkeit, Wasser aus der Konstruktion abzuführen Quellen: & TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 27 Schotteroberbau Bauart W60 B70 Neubaustrecke Hannover-Würzburg Schnellfahrversuche des ICE-V 1986 Bildquelle: Foto: R. vossloh-fastening G. Wettschureck fastening-systems.desystems.de TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 28 14

15 Feste Fahrbahn verglichen mit Schotteroberbau Charakteristika aller Bauarten - erläutert am Beispiel der Bauart Rheda Schotterlose Oberbauform Schwelle/Tragplatte starr verbunden Gleiselastizität durch elastische Zwischenplatte in der Schienenbefestigung Höhere Schallemission Höchste Anforderung an den Untergrund Hydraulisch gebundene Tragschicht Aufwändige Montage und hohe Investitionen Niedriger Unterhaltungsaufwand Wiederherstellung im Havariefall aufwändig Ausführliche Informationen zur Festen Fahrbahn siehe z.b.: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 29 Feste Fahrbahn, Bauart RHEDA (Classic) RHEDA 2000 Spannbetonschwelle, B 70 S Ausgleichs- & FüllbetonF Styropor-Beton WärmeW rmedämm- und Tragschicht (20 cm dick) Schiene UIC 60, Schienenbefestigung Ioarg 180 Nennspurweite 1435 mm Durchgehend bewehrte Betonplatte (14 cm dick) RHEDA (Sengeberg) RHEDA (Berlin HGV-V3) Quelle: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 30 15

16 Feste Fahrbahn, Bauart RHEDA 2000 Schwelle B 355 Abstand 650 mm Schiene UIC 60 E1 Schienenbefestigung System Hydraulisch gebundene Tragschicht (HGT) Querbewehrung Charakteristisch sind der troglose Aufbau der Betontragplatte, Die Verwendung einer modifizierten Zweiblockschwelle mit Gitterträger Monolithische Struktur der Fahrbahnplatte bei geringer Bauhöhe, dadurch Geeignet für Erdbauwerke, Brücken, Tunnels und Weichen1 Quelle: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 31 Feste Fahrbahn - System Bögl ICE-Neubaustrecke Nürnberg-Ingolstadt Foto: Max Bögl GmbH Foto: Max Bögl GmbH Quelle: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 32 16

17 Feste Fahrbahn - System Bögl ICE-Neubaustrecke Nürnberg-Ingolstadt Foto: Max Bögl GmbH Informationen zu Festen Fahrbahnen unterschiedlicher Bauarten siehe z.b. TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 33 Einfluss von Oberbauelementen auf den Vorbeifahrpegel Schienentyp gering Schienenfahrfläche sehr groß (Riffelbildung!!) Schienenbefestigung bei Schotteroberbau bei Fester Fahrbahn eher gering (wenn die Elastizität wie üblich hauptsächlich vom Schotterbett erbracht wird) erheblich Schwellentyp eher gering (abhängig von der Struktur und der Masse der Schwelle) Schotterbettqualität gering TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 34 17

18 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 35 Einfluss von Schienenriffeln auf den 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 36 18

19 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 37 Fahrgeräusche Feste Fahrbahn (FF) Schotteroberbau Luftschall in einem Reisezugwagen bei Fahrt auf verschiedenen Oberbauformen mit v = 200 km/h Terz-Schnellepegel [db] Freie Strecke, Schotteroberbau: 64 db(a) Tunnel, Schotteroberbau: 71 db(a) Tunnel, FF nicht absorbierend: 81 db(a) k 2k 4k 8k Frequenz [Hz] Tunnel, FF absorbierend: 75 db(a) TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 38 19

20 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 39 Feste Fahrbahn z.b. die Bauart Heitkamp mit Schallabsorber Foto: R. G. Wettschureck TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 40 20

21 Schienenbefestigung - Feste Fahrbahn (FF) - Beispiel Elastische Zwl 2 Grundplatte 3 Elastische Zwp 4 Spannklemme 6 Betonschwelle Höhen- und seitenverstellbare Schienenbefestigung der FF Standardtyp System 300 der Deutschen Bahn AG TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 41 Differenz der Schienenpegel zwischen Fester Fahrbahn mit unterschiedlicher Steife der Zwp und dem angrenzenden Schotteroberbau Terz-Pegeldifferenz [db] Steife der Zwp: k 2k 4k 8k Frequenz [Hz] ca. 20 kn/mm ca. 70 kn/mm ca. 140 kn/mm Rad / Schiene-Resonanz: Hz Kontakt-Resonanz: Hz TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 42 21

22 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 43 Differenz der Schienenpegel zwischen Fester Fahrbahn mit unterschiedlicher Steife der Zwp und dem angrenzenden Schotteroberbau Terz-Pegeldifferenz [db] Steife der Zwp: k 2k 4k 8k Frequenz [Hz] ca. 20 kn/mm ca. 70 kn/mm ca. 140 kn/mm Rad / Schiene-Resonanz: Hz Kontakt-Resonanz: Hz TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 44 22

23 Fahrweg Brücken TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 45 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 46 23

24 Charakteristik der Schallabstrahlung von Eisenbahnbrücken Gemessen 25 m seitlich (3,5 m über SO) bei Überfahrt von Reisezügen mit Scheibenbremsen auf Schotteroberbau, mit v 13 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 47 Konstruktionsarten von Brücken Stahlbrücken Rangordnung von (1) laut (5) leise 1 Hohlkastenbrücke 2 Trägerrostbrücke 3 Vollwandträgerbrücke TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 48 24

25 Konstruktionsarten von Brücken Stahlbrücken Rangordnung von (1) laut (5) leise 4 Stabbogenbrücke (unmaßstäblich) 5 Fachwerkbrücke TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 49 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 Stahlbetonbrücken m. Schotterbett, m. Maßnahme L +15 db(a) L +5 db(a) L +3 db(a) L +3 db(a) 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 50 25

26 Brücken Ausführungsbeispiele TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 51 Beispiel einer Stahl-Hohlkastenbrücke - Seitenansicht Foto: R. G. Wettschureck - Während der Bauphase - - Nach Inbetriebnahme - Neckarviadukt bei Marbach/N. Str. Stuttgart-Backnang TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 52 26

27 Stahl-Stabbogenbrücke - Seitenansicht Foto: DB-VersA, München EBR Mittellandkanal b. Lohnde - Str. Hannover-Wunstorf TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 53 Stahl-Fachwerkbrücke - unten liegende Fahrbahn Foto: W. Lieschke Havelbrücke bei Rathenow: NBS Hannover - Berlin TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 54 27

28 Verbund-Fachwerkbrücke - oben liegende Fahrbahn Foto: R. G. Wettschureck Brücke über die Isar: München-Großhesselohe TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 55 Stahlbeton-Hohlkastenbrücke Massivbrücke Foto: R. G. Wettschureck NBS Hannover-Würzburg, Maintalbrücke b. Gemünden TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 56 28

29 Brücken prinzipiell mögliche m Minderungsmaßnahmen TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS 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 Schienenverkehrswegen im Rahmen der TA II 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 60 30

31 Buckelblechbrücke z.b. EBR Spandauer Damm, Berlin Elastischer Schwellenschuh z.b. System STEDEF der SNCF Foto: R. G. Wettschureck Bildquelle: ttp:// :// TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 64 32

33 Fahrweg BüG - Besonders überwachtes Gleis - TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 65 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 66 33

34 Das Verfahren BüG kann bei Planfeststellungsverfahren mit einem Pegelabschlag von 3 db(a) in Ansatz gebracht werden, wenn Besonders überwachtes Gleis - BüG 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 67 Fahrweg TDR TDR - Track Decay Rate - TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 68 34

35 TDR Track Decay Rate Maß für das Abklingen der Schienenschwingungen in Gleislängsrichtung Quelle: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 69 TDR-Messung nach DIN EN 15461, 2008 Positionsraster der Anregepunkte bei festem Messpunkt der Impulsantwort Aufnehmerpositionen am Schienenquerschnitt Messung Impulsantwort Quelle 1: sonrail-dokumentation: Quelle 2: Kalivoda M T, Track decay rate of different railway noise test sites, ForumAcusticum, Budapest, 2005 TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 70 35

36 Quelle: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 71 Quelle: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 72 36

37 Großflächige Bahnanlagen Rangier- und Umschlagbahnhöfe TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 73 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 74 37

38 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 75 Rangierbahnhof Kornwestheim - Richtungsgruppe Bildquelle: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 76 38

39 Rangierbahnhöfe Balkengleisbremse Einseitige Richtungsgleisbremse mit segmentierten Verschleißleisten. Gesamtansicht Detail mit einem eingezwängten Güterwagenrad TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 77 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 78 39

40 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 79 Umschlagbahnhof Köln-Eifeltor Bildquelle: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 80 40

41 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 81 Schallschutzmaßnahmen TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 82 41

42 Schallschutzwände und Schallschutzwälle Wichtigste Elemente des aktiven Schallschutzes an Schienenwegen und Bahnanlagen sind Schallschutzwände und Schallschutzwälle; Schallschutzwände (SSW) können z.b. aus Beton, Kunststoff, Aluminium, aus Ziegelsteinen, aus Holz und aus Mischprodukten bestehen; 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,2,3,5,8,9,9,8 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 der Richtlinie Lärmschutzanlagen an Eisenbahnstrecken,, Januar 2000, angegeben. TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 83 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) Die der Schallquelle zugewandte Seite der SSW ist absorbierend zu gestalten; Durch schalltechnische Optimierung der Beugungskante kann die Wirkung von SSW, bei gleichbleibender Höhe, weiter verbessert werden; 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 84 42

43 Abgewinkelte Schallschutzwand Transparente Ausführung Quelle: Tschada P, Innovativer Lärmschutz an Bahnstrecken, EI Eisenbahningenieur 62 (2011), H. 1, TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 85 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 86 43

44 Ermittlung der Schirmwirkung eines 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 87 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 88 44

45 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 Letztere liegt an Unterschieden im Frequenzverlauf der Spektren von SVL und StVL 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) Aktuelles zum Schienenbonus: The railway noise bonus, Discussionpaper on the noise annoyance correction factor, Final Report, Internat. Union of Railways, UIC, November 2011 Quelle: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 89 Berechnung der Schallimmission von Schienenwegen Richtlinie Schall 03 Vergleich Ausgabe 1990 ( alt ) mit Entwurf 2006 ( neu ) TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 90 45

46 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 91 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 der zu 100 % aus Fahrzeugen mit Scheibenbremsen besteht 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 92 46

47 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.) D D Einfluss der Bremsbauart 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 93 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 94 47

48 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 95 Berechnung der Schallemission: Vergleich Alt - Neu 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 96 + m K 48

49 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 97 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 98 49

50 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 R Rauigkeit des Rades r S Rauigkeit der Schiene cosγ Korrelationskoeffizient (= 0,5) A Ausbreitungs-Dämpfungsmaß r 0 Bezugswert (r 0 = 1 µm) A TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 99 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_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck

51 Berechnung der Schallimmission von Schienenwegen Weitere Rechenverfahren TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 101 TWINS - Track Wheel Interaction Noise Software TNO Science and Industry, Delft, Niederlande (Niederländische Organisation für Angewandte Naturwissenschftliche Forschung) Quelle/URL: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck

52 sonrail - Modell zur Berechnung von Schienenverkehrslärm BAFU - Bundesamt für Umwelt, Schweiz Projektpartner Quelle / URL: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 103 SIMTool Rollgeräusch Simulationstool Rollgeräuschprognose Forschungsverbund Leiser Verkehr, BMWT / DLR Beteiligte Arbeitskreise Quelle / URL: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck

53 SIMTool Rollgeräusch Simulationstool Rollgeräuschprognose Quelle/URL: TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 105 Literaturhinweise zu TWINS - sonrail - SIMTool TWINS - Track Wheel Interaction Noise Software Ögren M, Noise emission from railway traffic, VTI rapport 559A, TWINS TNO Science and Industry, Delft, Niederlande SonRail Wunderli Jean M - Projektbeschreibung, Oktober Sehu D, Wunderli J M, Heutschi K, Thron Th, et al. Projektdokumentation der EMPA/BAFU, Schweiz, Oktober SIMTool Rollgeräusch Groß-Thebing A, Zimmer H, Symposium Dt. Verkehrsforum etc., Hecht M et al. Quiet Trains and Track, EuroNoise 2003, Neapel, TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck

54 Zusammenfassung Ausblick Die Mechanismen der Rollgeräuschentstehung und -abstrahlung sind intensiv untersucht worden und inzwischen weitgehend bekannt Es liegen Simulationsmodelle zur Berechnung der Luftschall-Emissionen von Schienenbahnen vor TWINS, RIM, sonrail, STMTool In Deutschland gibt es verbindliche Vorschriften zur Berechnung von Luftschallimmissionen Schall 03, Akustik 04, BImSchG Entsprechende Vorschriften sind auf EU-Ebene in der Planung 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 (Sound Attenuation by Optimized Tread brakes) 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, Technische Spezifikationen für die Interoperabilität zum Teilsystem Fahrzeuge - Lärm des konventionellen transeuropäsichen Bahnsystems TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck 107 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr.-Ing. habil. Rüdiger G. Wettschureck Beratender Ingenieur für Technische Akustik D Großweil - Lkr. Garmisch-Partenkirchen Telefon +49 (8851) Telefax +49 (8851) mailto:post@wettschureck-acoustics.eu TU Berlin_WS2010/11: Schienenverkehr_LS Rüdiger G. Wettschureck