Reduzierung des Reifen-/Fahrbahngeräusches II. Internationale Lärmschutzkonferenz Umsetzung der EU-Umgebungslärmrichtlinie Dr. Ernst-Ulrich Saemann
Reduzierung des Reifen-/Fahrbahngeräusches Agenda Historie Aktueller Stand Wege zur weiteren Minderung Ausblick
Reifen/Fahrbahngeräusche Agenda Historie Aktueller Stand Wege zur weiteren Minderung Ausblick
Reifen/Fahrbahngeräusche: Historie Geräuschemission Kraftfahrzeuge: Was wurde erreicht? Vorbeifahrgeräuschpegel [db(a)] Entwicklung der Fahrzeug-Grenzwerte über der Zeit 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 Nfz > 150 kw Nfz in Österreich Pkw Prüfbedingung nach ECE R51.02 beschleunigte Vorbeifahrt Prüfbedingung nach ECE R117 konstante Vorbeifahrt Heute dürfen 13 moderne Nfz zusammen nur den Schallpegel eines einzelnen Nfz von 1980 erzeugen. Heute dürfen 6 moderne Pkw zusammen nur den Schallpegel eines einzelnen Pkw von 1980 erzeugen. Seit 1995 regelmäßige Kontrolle der Geräuschemission produzierter Kfz. Seit 2003 Geräuschgrenzwerte für Reifen. Es wurde bislang eine deutliche Minderung der Geräuschemission von Kraftfahrzeugen erreicht.
Reifen/Fahrbahngeräusche: Historie Reduzierung Geräuschemission Antrieb Motor Motorraumabsorber 5 db(a) Schalldruck db(a) Abgasanlage Getriebe Motorkapsel Ansaugung 0 1000 2000 3000 4000 5000 Drehzahl 1/min Streuband 4Zylinder Dieselmotoren unter Vollast am Motorenprüfstand Stand 1998 Stand 2002 jeweils 10-15 Motoren Quelle: FEV Aachen Der größte Beitrag zur Geräuschminderung stammt in der jüngeren Vergangenheit aus dem Fahrzeugantrieb.
Reifen/Fahrbahngeräusche: Historie Reduzierung Geräuschemission Reifen/Fahrbahn Entwicklung des Rollgeräuschs von Pkw-Reifen Vorbeirollpegel [db(a)] 73,00 72,00 Vorbeirollpegel 71,00 70,00 69,00 68,00 1 db(a) 67,00 Entwicklung des Rollgeräuschs auf ISO Asphalt, Mittelwerte über insges. 1200 Pkw-Reifensätze 1985 1990 1995 2000 2005 Jahr Durch Maßnahmen an Material, Konstruktion, Kontur und vor allem dem Profil des Reifens wurden in der Vergangenheit deutliche Geräuschreduzierungen erreicht. Am hochentwickelten Produkt sind Minderungen anspruchsvoll. Sicherheitsanforderungen und die fehlende Möglichkeit zur Kapselung begrenzen weitere Reduzierungen.
Reifen/Fahrbahngeräusche: Historie Reifeneigenschaften Reifen 1975 vs. 2000 Laufleistung 50.000 km Wirtschaftlichkeit / Umwelt Trockenbremsen 36 m 55 m 35.000 km 11,6 kg 8 kg Gewicht Reifen 2000 Reifen 1975 65 m Nassbremsen 85 m 1,3 0,9 Rollwiderstand 210 km/h Gebrauchseigenschaften 300 km/h High Speed
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Reifen/Fahrbahngeräusche: Aktueller Stand Ursachen Verkehrsgeräusch Heutiges Verfahren 3. Gang Mittelwert 2.Gang normierte Motorleistung relative Fahrtdauer Messung Vollast Gang n+1 / Gang n normierte Motordrehzahl ECE-Verfahren statistischer Betriebspunkt rechnerisch interpoliert Messung Konstantfahrt Gang n+1 / Gang n Damit Geräuschreduzierung auch wahrnehmbar wird, muss sie für Betriebszustände erfolgen, die im realen Verkehr dominieren. Dies umzusetzen, ist Ziel eines neuen Geräuschtyprüfverfahrens für Kraftfahrzeuge, das gegenwärtig erarbeitet wird. Es wird die Basis für weitere Geräuschminderungen bilden. Quelle: H.E. Meier, Stuttgarter Forum Auto und Umwelt, 2003
Reifen/Fahrbahngeräusche: Aktueller Stand Ursachen Verkehrsgeräusch Einfluss des Betriebszustands auf Antriebs- und Rollgeräusch im Stadtverkehr Die Anteile von Antriebs- und Reifen/Fahrbahngeräusch am Fahrzeuggesamtgeräusch betragen im Stadtverkehr jeweils ca. 50 %. Für eine weitere Reduzierung der Verkehrsgeräusche sind paralle Maßnahmen an - Fahrbahn -Reifen -Antrieb - Verkehrsleitung - Gesetzgebung erforderlich. Quelle: M+P-NL Position Paper ISO/TC43/SC1-WG42 on part 2 ISO 362
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Reifen/Fahrbahngeräusche: Wege zur weiteren Minderung Wirkungskette Anregung & Luftverdrängung Schwingung Abstrahlung & Absorption
Reifen/Fahrbahngeräusche: Wege zur weiteren Minderung Werkzeuge zur Rollgeräuschuntersuchung Testgelände Contidrom Vorbeifahrgeräusch Messstrecken nach ISO 10844 Fahrbahn-Texturanalyse geräuschgekapselte Fahrzeuge Inverse Boundary Element Methode Akustische Holografie
Reifen/Fahrbahngeräusche: Wege zur weiteren Minderung Anregung Asphalt nach ISO 10844 SMA 0/8 SMA 0/11 Bodendruckverteilung auf unterschiedlichen Fahrbahnen. Quelle Meßdaten: Pullwitt, BASt, BMBF-Projekt Leiser Verkehr, 2003 Je nach Rauhigkeit und Unebenheit der Fahrbahn überwiegt bei der Anregung das Reifenprofil oder die Fahrbahntextur. Eine wirksame Minderung der Rollgeräusche ohne Maßnahmen im Straßenbau ist nicht möglich. Kommunen, Länder, der Bund und die Straßenbauindustrie benötigen Leitfäden, um geräuscharme Bauweisen bewerten, beauftragen und ausführen zu können.
Reifen/Fahrbahngeräusche: Wege zur weiteren Minderung Forschungsprojekt SILENCE Anregung & Luftverdrängung Schwingung Abstrahlung & Absorption a z r h Forschungs-Projekt SILENCE Partner: BASt, Brüel & Kjaer, Chalmers University, CRF Fiat, Continental, Universität Hannover, M+P, VTI
Reifen/Fahrbahngeräusche: Wege zur weiteren Minderung Anregung Vorbeirollpegel bei 80 km/h [dba] 1 db(a) 40 50 60 70 80 Laufstreifenhärte [ShA] R1, F1 R1, F2 R1, F3 R2, F1 R2, F2 R2, F3 R3, F1 R3, F2 R3, F3 Linear (R1, F1) Linear (R1, F2) Linear (R1, F3) Linear (R2, F1) Linear (R2, F2) Linear (R2, F3) Linear (R3, F1) Linear (R3, F2) Linear (R3, F3) R1,2,3 = Reifen 1,2,3 F1,2,3 = Fahrbahn 1,2,3 Laufstreifenmischung: Eine weiche, gering dämpfende Laufsteifenmischung reduziert das Rollgeräusch durch verminderte Anregung. Zielkonflikte: - Handling -Aquaplaning -Rollwiderstand
Reifen/Fahrbahngeräusche: Wege zur weiteren Minderung Anregung Vorbeifahr-Geräuschpegel db(a) 74 72 70 68 66 64 62 60 58 Beschleunigte Vorbeifahrt, 2. Gang, Fahrzeug mit gekapselten Antriebsaggregaten 63,3 65,8 67,2 70,5 72,2 Reifenprofil: Zielkonflikt Aquaplaning Für gutes Aquaplaning wird vor allem eine ausreichende Profilierung des Reifens benötigt. Durch Klotzaufschlag, Luftverdrängung und Klotzausschnappen erzeugt das Profil Geräusch. Umfangsorientierte Profile sind am leisesten. 1 2 3 4 5
Reifen/Fahrbahngeräusche: Wege zur weiteren Minderung Schwingung Der Reifen ist eine Membran. Das ist schlau, denn: Die Luft trägt die Radlast. Ihre Lebensdauer ist unbegrenzt. Auch die Membran hält lange, denn sie ist flexibel. Aber: Die Membran darf nicht schwingen, sonst entsteht Geräusch.
Reifen/Fahrbahngeräusche: Wege zur weiteren Minderung Schwingung Schwingweg auf der Reifenoberfläche am Latsch bei 1000 Hz: ca. 100 nm Schwingschnelle auf der Oberfläche eines rollenden Reifens bei 1000 Hz. Schon winzige Schwingwege erzeugen einen hohen Schallpegel. zum Vergleich: Durchmesser menschliches Haar 50 μm Die Reduzierung dieser winzigen Schwingwege bei voller Fahrt ist technologisch anspruchsvoll.
Reifen/Fahrbahngeräusche: Wege zur weiteren Minderung Abstrahlung Reduzierung der Schallabstrahlung 0,012 0,01 Ziel: Reifen als schlechter Lautsprecher. Abstrahlgrad 0,008 0,006 0,004 Verringerter Abstrahlgrad durch geeignete Steifigkeit und Massenbelegung. 0,002 0 100 300 500 700 900 1100 1300 1500 Frequenz [Hz] Zielkonflikte: - Gewicht, - Fahrverhalten Basisreifen leicht reduz. Masse stark reduz. Masse
Reifen/Fahrbahngeräusche: Wege zur weiteren Minderung Absorption Vorbeirollpegel bei 80 km/h 2 db(a) Durch den Hohlraumgehalt des Drainasphalts verringern sich Strömungsgeschwindigkeiten bei der Luftverdrängung und damit die Geräuschentstehung. Absorption direkt an der Quelle reduziert das Geräusch dramatisch. Zielkonflikt: -Kosten 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Reifensatz Nr. SMA 0/8 ISO Asphalt DA, twin DA, twin = doppellagiger Drain Aspahlt
Reifen/Fahrbahngeräusche: Wege zur weiteren Minderung Forschungsprojekt Leiser Verkehr Anregung & Luftverdrängung Schwingung Abstrahlung & Absorption a z r h Forschungs-Projekt SILENCE Partner: BASt, Brüel & Kjaer, Chalmers University, CRF Fiat, Continental, Universität Hannover, M+P, VTI Forschungs-Projekt Leiser Verkehr Partner: BASt, Continental, Universität Hannover, Technische Universität Hamburg-Harburg, mehrere Straßenbau- und Baumaschinenfirmen
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Reifen/Fahrbahngeräusche: Ausblick Zusammenfassung Optionen der Gemeinden zur Verkehrsgeräuschreduzierung 1) Geräuscharme Fahrbahnen - in Ausschreibung und Auftrag geräuscharme Ausführung fordern Ausschreibungsleitfaden - Wahl geräuscharmer Fahrbahntypen kleines Größtkorn polierresistentes Gestein Hohlraumgehalt keine Pflasterung im Fahrbereich - sorgfältiger Einbau 2) Geräuscharme Reifen für Fahrzeuge öffentlicher Institutionen verwenden siehe Reifentests von Fachzeitschriften und Automobilklubs 3) Verkehrsberuhigung keine Hindernisse (Vermeidung unnötiger Beschleunigungsvorgänge) dafür gleichmäßig fließender Verkehr (intelligente grüne Welle,...)
Reifen/Fahrbahngeräusche Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit