Qualität, Umwelt, Sicherheit

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Matilde Krämer
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1 Qualität, Umwelt, Sicherheit Potenzielle Beiträge der Eisenbahntechnik zur Effizienzsteigerung Prof. Dr.-Ing. Markus Hecht Technische Universität Berlin 1

2 2 Beispiele 1. Lärmminderung 2. Zusammenwirken Fahrzeuggleis

3 Schienenverkehr ein System mit starker Vernetzung [Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer Verlag, 21. Auflage, 2005, Seite Q 51] 3

4 Geräuschbelastung nachts in Deutschland 2001 [ZEVrail Glasers Annalen 126 Tagungsband SFT, Graz 2002, S ] Immissionsklasse [db(a)] Schienenverkehr Straßenverkehr Güterverkehrsarbeit [Mrd. tkm Schiene Straße Bevölkerungsanteil [%] 4

213 226] Immissionsklasse [db(a)] 75 80 70 75 65 70 60 65 55 60 50 55 Schienenverkehr

5 Lärmminderung Beispiele: Straßenbahn Berlin S-Bahn Berlin Regionaltriebwagen Hessische Landesbahn Komponenten Aktionsplan 5

6 Tonhaltigkeit Straßenbahn GT6N L AFmax = 85 db(a) Grenzwert VDV 154: 87dB(A) Farbkarte ursprüngliches Getriebe 6

7 Tonhaltigkeit Straßenbahn GT6N L AFmax = 75 db(a) Grenzwert VDV 154: 87dB(A) Farbkarte optimiertes Getriebe 7

8 Maximale Außengeräusche [db(a)] in 7,5 m Entfernung, 1,2 m über SO VDV Ist-Werte Betriebspunkt Straßenund U- Bahnen Arbeitsfahrzeug Diesellok TSI-Noise 2004 BR 216 (DB AG) Lok 2000 (SBB 460) GTW2/6 (HLB) RS1Neu (HzL) Vorbeifahrt (v = 80 km/h) 81 (77 bei 60 km/h) 89 (80 bei 40 km/h) 85 Lok 82 DTZ Anfahrt (Triebwerk allein) Lok: 600-t-Zug 82 E-Lok D-Lok DTW Stillstand (Leerlauf) Lok 73 DTZ Stillstand (n max ) Leistung [kw] ca

(77 bei 60 km/h) 89 (80 bei 40 km/h) 85 Lok 82 DTZ 93 79 91 86 Anfahrt (Triebwerk allein) Lok: 600-t-Zug 82 E-Lok 75 87 86 D-Lok 92

9 Kurvengeräusch bei 30 km /h 85 Kurvengeräusch Kurvenkreischen Breitbandgeräusch R = 33 m Fahrt im Bogen mit Kreischen: L p = 90 db(a) Fahrt im Bogen ohne Kreischen: L p = 74 db(a) Fahrt in Gerade: L p = 68 d (A) L P [db] Grenzwert VDV 154: Stadtbahn 68 db(a) Niederflurtram 70 db(a) Straßenbahn KT4D, Potsdam, Februar f [khz] 9

[db] 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 Grenzwert VDV 154: Stadtbahn 68 db(a) Niederflurtram 70 db(a)

10 Minderungsmaßnahmen S-Bahn BR

11 s Institut für Land- und Seeverkehr Problem Anfahr-, Bremsgeräusch Maximalpegel + Tonhaltigkeit 5.0 anfahren db 65 s 5.0 bremsen db khz Ist-Zustand 80 db(a) Grenzwert TSI-CR 82 db(a) Soll-Zustand gemäß Aufgabenträger 75 db(a) khz 11

0 50 1.5 1.5 1.0 45 1.0 45 0.5 0.5 0.0 40 0.0 40 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.

12 Entdröhnmaterialien am DG unten Motorflansch unten Querträger im Bereich Querdämpfer Querträger unten Motorflansch seitlich 12

13 Schallschürzen am TDG Gummilippe 4 x Schallschürze mit Absorber oben 2 x Schallschürze mit Absorber unten 13

14 Schallemissionsberechnung (ProgNoise) 14

15 Prognose Schallminderung am TDG Vorbeifahrtspegel in 7,5m Entfernung Quelle: 1 Triebdrehgestell Istzustand L = 71,4 db(a) mit Schürze L = 63,6 db(a) mit Schürze+Abs. L = 63,0 db(a) Sum 15

16 Dieseltriebwagen GTW Hessische Landesbahn + DB BR642 16

17 Zeitlicher Pegelverlauf (im Innenraum u. im Drehgestell, Fahrgeschwindigkeit, Lüfter- u. Motordrehzahl des GTW 2/6 db Mikro_im_DG_MP12_Pegel (-20dB) Mikro_innen_MP9_Pegel U_min_Lüfter km/h Tür öffnen Mikro_innen_MP7_Pegel Geschwindigkeit Mot_n 2 x Typhon Tür öffnen Typhon Typhon max. Steigung 20 s Lüfter 10^3 /min10^3 U/min Motor Liederbach Süd Oberliederbach (km 12,2) Entfernung 1,3 km (km 10,9) 17

170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Tür öffnen Mikro_innen_MP7_Pegel Geschwindigkeit Mot_n 2 x Typhon Tür öffnen Typhon Typhon 0 20 40 60 80 100 120 140

18 Lärm durch Schienenverkehr Streckenlärm Bahnhofslärm Rollgeräusch Anfahr-/Bremslärm Aerodynami- Rangiergeräusch sches Geräusch Kurvengeräusch Antriebsgeräusch 18

19 Inhalte und Ziele Leiser Verkehr Technische und operationelle Lärmminderung Lärmschäden Ordnungspolitik Verfahren und Methoden Schallquellenlokalisierung Akustische Simulationsverfahren Start- und Landeverfahren Lärmwirkung Psychosoziale Lärmwirkungen Sprachverständlichkeit, kognitive Leistungen Schlaf, Leistung und Befinden Straßenverkehrslärm Reifen- Fahrbahn- Geräusche, Fahrbahnübergänge Schienenverkehrslärm Rad-Schiene- Geräusche Antriebsgeräusche (Lüfter, Bremsen) Fluglärm Antriebsgeräusche Strömungsgeräusche Aktive/Passive Lärmminderung (DLR-Projekt leiser Flugverkehr) 19

kognitive Leistungen Schlaf, Leistung und Befinden www.fv-leiserverkehr.

20 Akustisches Qualitätsmanagement Ausschreibung incl. akustischer Grenzwerte mit Lärmauslegungspflicht Angebote incl. Beschreibung der akust. Auslegungsmethodik Angebotsevalution Bestellung Fahrzeugbesteller Fahrzeughersteller Akkreditierte Prüfstelle K O N Z E P T I O N Lärmauslegungsnachweis Prüfung der Lärmauslegung Prüfung der Lärmauslegungsmethodik OK OK Lärmnachweise der Komponenten alle liegen vor Prüfung, ob Übereinstimmung mit der Lärmauslegung vorliegt nicht OK nicht alle liegen vor stimmt überein stimmt nicht überein Typenprüfung Lärm OK Überschreitungen Ursachensuche Abnahmeprüfung Neue Lärmauslegung Vervollständigung der Lärmnachweise Nachbesserungen, Sekundärmaßnahmen, Neuverteilung der Lärmbeiträge möglich? D E T A I L K O N S T R U K T I O N K O N S T R U K T I O N Vollständigkeitsprüfung INBETRIEB- SETZUNG B A U D E S F A H R Z E U G S 20

Lärmauslegungsmethodik OK OK Lärmnachweise der Komponenten alle liegen vor Prüfung, ob Übereinstimmung mit der Lärmauslegung vorliegt nicht OK nicht alle liegen vor stimmt überein stimmt nicht

21 Berechnung der Schallemission Eingangsdaten Quellen (SPL; Richtwirkung) Fahrzeugstruktur (Absorption) Oberbau (Absorption) Umgebung Parametervariation Ausgabe Schalldruckpegel aufgeteilt nach Quellen in frei definierbaren Empfänger Simulationsprogramm (Ray-tracing) 21

22 Bereiche mit Reduktionspotenzial Lüfter Flachstellenvermeidung Schürze + Niedrigstschallschutzwand Akustisch optimierte Räder + Radscheibenbremsen Schienenlagerung mit Bedämpfung... 22

23 Funktionsmodell für den Triebzug Transformatorkühlanlage Ausgang Blick in die Ansaugöffnung und dazugehörige Kulissenabsorber 23

24 Funktionsmodell für die elektr. Lok Kühlturm für Wasser-/Öl-Kreisläufe zusätzliche Dachhaube zusätzliche Absorber am Ausgang 24

25 Leila (Leichtes lärmarmes) Schnellere Zugbildung (Telematik, Diagnose, pneumatisch elektrisch gesteuerte Bremse) 750 kg leichter/dg (Innenlagerung, Alubremsscheiben, Diagnose) 76 db(a) auf pren Gleis (18 db Lärmreduktion zu GG) (Radscheibenbremse, lärmarmes Rad, Gummiprimärfeder, keine Reibungsdämpfung, Akustikdesign) Drehgestell 25

26 Schienen mit Dämpfung und Kontilagerung Schiene Laterale Befestigung Kontilagerung 26

27 Aktionsplan für Aufgabenträger (akustische Belange) 1. Mindestanforderungen nach VDV 154 für Straßenbahnen und TSI-CR für Vollbahnen reichen nicht, weitere Spezifikationen sind nötig. 2. Nachweise müssen in den Angebotsunterlagen und im Betrieb, zumindest sporadisch, erbracht werden. 3. Konsequenzen bei Nichteinhaltung müssen vereinbart werden. 27

28 Zusammenwirken Fahrzeuggleis

29 Primärfederung ( Sicherheit) Sekundärfederung ( Komfort) [Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 21. Auflage 2005, Seite Q 60] 29

30 Vorgehen: Zusammenwirken Fahrzeuggleis Fahrdynamische Simulation Eingang: Gestaffelte Unebenheitsamplituden, Fahrgeschwindigkeit Ausgang: 1. Sicherheit Amplituden, Federspiele, Primärfederung + Rad-Schiene-Kräfte 2. Komfort Fahrkomfortwerte 30

31 2. Messtechnische Ausrüstung Fahrzeug a) Erstanalyse der Strecke Vergleich mit heutigem Instandhaltungsprogramm und Gleismessschrieb Auswertung + Vorbereitung Trendanalyse b) Automatischer Dauerbetrieb Ergebnisse: Vorschlag für Fahrgeschwindigkeit + Gleisinstandhaltungsplan 31

32 3. Projektgruppe/Team: Aufgabenträger Eisenbahnverkehrsunternehmen EVU Eisenbahninfrastrukturunternehmen EIU Aufsichtsbehörde EBA / LFB Hochschule W. Verband VDV / Mehrbahnen u.a. 32

33 4. Potenziale (exemplarisch) Strecke: Halbierung des Instandhaltungsaufwandes Fahrzeug: Erhöhung der Zuverlässigkeit + Fahrplanstabilität um 5% Kürzung der Fahrplanreserven um 7% 33

34 5. Vorgehen: Projektgruppe/Team bilden Aufwand klären Finanzierung klären + fixieren Beginn Reporting Geschätzte Projektdauer 1. Phase 3 Jahre 2. Phase Vorschrift 2 Jahre Breite Umsetzung 34

35 Zusammenfassung: Große Potenziale sind ungenutzt. Nur gemeinsam sind die nötigen Schritte möglich. 35

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