Qualität, Umwelt, Sicherheit Potenzielle Beiträge der Eisenbahntechnik zur Effizienzsteigerung Prof. Dr.-Ing. Markus Hecht Technische Universität Berlin 1
2 Beispiele 1. Lärmminderung 2. Zusammenwirken Fahrzeuggleis
Schienenverkehr ein System mit starker Vernetzung [Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer Verlag, 21. Auflage, 2005, Seite Q 51] 3
Geräuschbelastung nachts in Deutschland 2001 [ZEVrail Glasers Annalen 126 Tagungsband SFT, Graz 2002, S. 213 226] Immissionsklasse [db(a)] 75 80 70 75 65 70 60 65 55 60 50 55 Schienenverkehr Straßenverkehr Güterverkehrsarbeit [Mrd. tkm 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Schiene Straße 45 50 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Bevölkerungsanteil [%] 4
Lärmminderung Beispiele: Straßenbahn Berlin S-Bahn Berlin Regionaltriebwagen Hessische Landesbahn Komponenten Aktionsplan 5
Tonhaltigkeit Straßenbahn GT6N L AFmax = 85 db(a) Grenzwert VDV 154: 87dB(A) Farbkarte ursprüngliches Getriebe 6
Tonhaltigkeit Straßenbahn GT6N L AFmax = 75 db(a) Grenzwert VDV 154: 87dB(A) Farbkarte optimiertes Getriebe 7
Maximale Außengeräusche [db(a)] in 7,5 m Entfernung, 1,2 m über SO VDV-154 2002 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 93 79 91 86 Anfahrt (Triebwerk allein) Lok: 600-t-Zug 82 E-Lok 75 87 86 D-Lok 92 75 78 92 85 83 DTW Stillstand (Leerlauf) 55 78 75 Lok 73 DTZ 56 73 69 Stillstand (n max ) Leistung [kw] 60 93 ca. 2.000 74 6.000 87 550 2.257 8
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] 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 Grenzwert VDV 154: Stadtbahn 68 db(a) Niederflurtram 70 db(a) Straßenbahn KT4D, Potsdam, Februar 2002 15 10 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 f [khz] 9
Minderungsmaßnahmen S-Bahn BR-481 10
s Institut für Land- und Seeverkehr Problem Anfahr-, Bremsgeräusch Maximalpegel + Tonhaltigkeit 5.0 anfahren db 65 s 5.0 bremsen db 65 4.5 4.5 4.0 60 4.0 60 3.5 3.5 3.0 55 3.0 55 2.5 2.5 2.0 50 2.0 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 3.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 khz Ist-Zustand 80 db(a) Grenzwert TSI-CR 82 db(a) Soll-Zustand gemäß Aufgabenträger 75 db(a) khz 11
Entdröhnmaterialien am DG unten Motorflansch unten Querträger im Bereich Querdämpfer Querträger unten Motorflansch seitlich 12
Schallschürzen am TDG Gummilippe 4 x Schallschürze mit Absorber oben 2 x Schallschürze mit Absorber unten 13
Schallemissionsberechnung (ProgNoise) 14
Prognose Schallminderung am TDG Vorbeifahrtspegel in 7,5m Entfernung Quelle: 1 Triebdrehgestell 75 70 65 Istzustand L = 71,4 db(a) mit Schürze L = 63,6 db(a) mit Schürze+Abs. L = 63,0 db(a) 60 55 50 45 40 35 30 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 Sum 15
Dieseltriebwagen GTW Hessische Landesbahn + DB BR642 16
Zeitlicher Pegelverlauf (im Innenraum u. im Drehgestell, Fahrgeschwindigkeit, Lüfter- u. Motordrehzahl des GTW 2/6 db 96 94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 Mikro_im_DG_MP12_Pegel (-20dB) Mikro_innen_MP9_Pegel U_min_Lüfter km/h 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 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 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 max. Steigung 20 s Lüfter 10^3 /min10^3 U/min 2.0 2.5 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Motor 2.4 2.3 2.2 2.1 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 Liederbach Süd Oberliederbach (km 12,2) Entfernung 1,3 km (km 10,9) 17
Lärm durch Schienenverkehr Streckenlärm Bahnhofslärm Rollgeräusch Anfahr-/Bremslärm Aerodynami- Rangiergeräusch sches Geräusch Kurvengeräusch Antriebsgeräusch 18
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 www.fv-leiserverkehr.de Straßenverkehrslärm Reifen- Fahrbahn- Geräusche, Fahrbahnübergänge Schienenverkehrslärm Rad-Schiene- Geräusche Antriebsgeräusche (Lüfter, Bremsen) Fluglärm Antriebsgeräusche Strömungsgeräusche Aktive/Passive Lärmminderung (DLR-Projekt leiser Flugverkehr) 19
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
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
Bereiche mit Reduktionspotenzial Lüfter Flachstellenvermeidung Schürze + Niedrigstschallschutzwand Akustisch optimierte Räder + Radscheibenbremsen Schienenlagerung mit Bedämpfung... 22
Funktionsmodell für den Triebzug Transformatorkühlanlage Ausgang Blick in die Ansaugöffnung und dazugehörige Kulissenabsorber 23
Funktionsmodell für die elektr. Lok Kühlturm für Wasser-/Öl-Kreisläufe zusätzliche Dachhaube zusätzliche Absorber am Ausgang 24
Leila (Leichtes lärmarmes) Schnellere Zugbildung (Telematik, Diagnose, pneumatisch elektrisch gesteuerte Bremse) 750 kg leichter/dg (Innenlagerung, Alubremsscheiben, Diagnose) 76 db(a) auf pren 3095.2-Gleis (18 db Lärmreduktion zu GG) (Radscheibenbremse, lärmarmes Rad, Gummiprimärfeder, keine Reibungsdämpfung, Akustikdesign) Drehgestell 25
Schienen mit Dämpfung und Kontilagerung Schiene Laterale Befestigung Kontilagerung 26
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
Zusammenwirken Fahrzeuggleis
Primärfederung ( Sicherheit) Sekundärfederung ( Komfort) [Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 21. Auflage 2005, Seite Q 60] 29
Vorgehen: Zusammenwirken Fahrzeuggleis Fahrdynamische Simulation Eingang: Gestaffelte Unebenheitsamplituden, Fahrgeschwindigkeit Ausgang: 1. Sicherheit Amplituden, Federspiele, Primärfederung + Rad-Schiene-Kräfte 2. Komfort Fahrkomfortwerte 30
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
3. Projektgruppe/Team: Aufgabenträger Eisenbahnverkehrsunternehmen EVU Eisenbahninfrastrukturunternehmen EIU Aufsichtsbehörde EBA / LFB Hochschule W. Verband VDV / Mehrbahnen u.a. 32
4. Potenziale (exemplarisch) Strecke: Halbierung des Instandhaltungsaufwandes Fahrzeug: Erhöhung der Zuverlässigkeit + Fahrplanstabilität um 5% Kürzung der Fahrplanreserven um 7% 33
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
Zusammenfassung: Große Potenziale sind ungenutzt. Nur gemeinsam sind die nötigen Schritte möglich. 35