Laufzeit: 01.10.1999 bis zum 30.06.2003

Fördervolumen: 1.954.092,75 €

Problemstellung:

Die Zugüberfahrt regt Schiene, Rad und Wagenkasten zu Schwingungen an. Die Schienenschwingungen übertragen sich auf die mit der Schiene in Kontakt stehenden Körper. Nach unten breiten sie sich über Schwellen, Schotter und Erdreich in nahegelegene Gebäude aus. Von dort werden die Körperschallwellen über die Fundamente und Mauerwerke weitergeleitet und regen Wände, Decken, und sonstige Gebäudekomponenten zu Schwingungen an. Nach oben werden die Radschwingungen über das Drehgestell in den Wagenkasten eingeleitet und sind die Ursache von störenden Vibrationen und Schall-immissionen im Fahrgastraum. Weiterhin übertragen die schwingenden Fahrzeug- und Fahrwegkomponenten ihre Energie auch auf die umgebende Luft und führen zu weithin hörbaren (Reichweite ca. 1 km) Luftschallemissionen. Für die Anwohner an Straßen- und Eisenbahnlinien hat der  Lärmschutz daher eine große Bedeutung. Die bislang im LERM-Projekt erreichten Ergebnisse zur Lärm-reduktion im spurgeführten Verkehr lassen sich wiefolgt zusammenfassen.


Prognosemodell M³RAIL:

Neben der schalltechnischen Optimierung des Fahrzeugs kann auch der  Fahrweg zur Reduktion des Schienenverkehrslärms beitragen. Kontinuierliche Lagerung der Schienen, elastische Zwischenlagen und naturierte Fahrbahnflächen führen zu einer geringeren Schwingungsanregung von Rad und Schiene und zu einer reduzierten Luft- und Körperschallabstrahlung des gekoppelten Fahrzeug-Fahrweg-Systems. Damit sich die einzelnen schwingungs-reduzierenden Komponenten in ihrer Wirkung verstärken, müssen ihre Feder- und Dämpfereigenschaften aufeinander abgestimmt sein. Anhaltspunkte für eine optimale Wahl derselben ergeben sich im Schwingungsmodell M³RAIL.

Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten wird der Schienenverkehrslärm im Wesentlichen durch das Rollgeräusch verursacht. Daher ist die Kenntnis der zeitabhängigen Anregungskräfte in der Rad-Schiene Kontaktzone von grund-legender Bedeutung für das Verständnis der Schallerregung beim Rollvorgang. Ein Schwerpunkt der LERM-Forschung liegt in der detailierten Beschreibung der Druck- und Spannungsverteilung in der Kontaktfläche zweier sich berührender Körper. Das Rad-Schiene-Rollkontakt Modul berücksichtigt außerdem die dynamische Schwingungsanregung und Schallabstrahlung aufgrund von Schienenriffeln und  Rauhigkeiten in der Radlauffläche.

Mit Hilfe einer Mehrkörpersystem (MKS) Modellierung wird das komplexe Fahrzeug-Fahrweg-System auf einige wenige idealisierte Körper, z.B. Wagen-kasten, Drehgestell, Radsatz, Schiene und Bettung, die über Feder-Dämpfer-Elemente gekoppelt sind, abgebildet. Danach werden die  Schwinggeschwindig-keiten der einzelnen MKS-Komponenten berechnet. Im M³RAIL Modul RAYNOISE, welches die Schwingschnellen der einzelnen Körper als Eingabedaten benutzt, wird die Ausbreitung des vom Fahrzeug-Fahrweg System emittierten Luftschalls berechnet und das Schalldruckfeld im Immissionsbereich frequenz- und ortsaufgelöst graphisch dargestellt. Mit dem Prognosemodell M³RAIL kann das Schalldruckfeld im niederfrequenten Bereich für verschiedene Fahrzeug-Fahrweg Kombinationen vorhergesagt werden.


Prognosemodell Anirail:

Durch schalltechnisch optimierte Gleisbett-Naturierungen werden die akustischen Eigenschaften des Schienenfahrwegs günstig beeinflusst. Die Vegatations- und Erdschicht stellt eine schallabsorbierende Oberfläche dar, die im Vergleich zur schallharten Betontragplatte weniger Luftschall emittiert. Die zur Begrünung eingesetzten wasserspeichernden Pflanzenarten (Sedum) geben die Feuchtigkeit schrittweise an die Umgebungsluft ab. Weiterhin führt die Gleisbett-Naturierung zu einer Minderung der Staubbelastung der Atemluft. Somit trägt die Gleisbett-Naturierung neben einer Verringerung der Lärmbelastung auch zu einer Verbesserung des urbanen Mikroklimas bei.

Der Einfluss der Gleisbett-Naturierung auf das Mikroklima wird an der Teststrecke Agnes-Bernauer-Straße in München mit Hilfe einer sogenannten Gleisometer-Meßstation gemessen.
Neben meteorologischen Einflussgrößen wie Niederschlagsmenge, Luft-feuchtigkeit, Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit, werden auch stoffliche Emissionen wie Eluat (Flüssigkeitseintragung ins Erdreich), Staub, Ruß und Öl mit entsprechenden Messinstrumenten aufgezeichnet und die Daten per Funkmodem an eine Messdatenbank weitergeleitet. Diese dient als Eingabe für das Prognosemodell ANIRAIL auf dessen Grundlage ökologisch optimierte Schienenfahrwege entwickelt werden.


Schallmessungen:

Um die akustischen Eigenschaften verschiedener Schienenfahrwege zu  vergleichen, werden parallel zu den Modellrechnungen in-situ Messungen der Luft- und Körperschallemission an geeigneten Teststrecken durchgeführt. Das Umfeld des gewählten Streckenabschnitts in der Agnes-Bernauer-Straße zeichnet sich durch eine dichte Bebauung unterschiedlicher Bauweise und Ent-stehungszeit aus, sodass verschiedene Immissionscharakteristiken untersucht werden können.


Die Ergebnisse der Messungen sind:

Feste Fahrbahnsysteme mit kontinuierlich gelagerter und eingebetteter Schiene (ERS-embedded rail systems), wie z. B. das INFUNDO-System leiten weniger Erschütterungen in den Boden ein als konventionelle Schotteroberbau-Fahrwege. Die Pegelreduktionen betragen im 100 Hz Bereich bis zu 20 dB_v.

Die Luftschallmessungen in der Agnes-Bernauer-Straße wurden vor (Schottergleis) und nach dem Umbau (INFUNDO-Gleis) am gleichen Messquerschnitt durchgeführt. Der INFUNDO-Fahrweg besitzt im Bereich 400-1000 Hz ein ausgeprägtes Maximum. Die Pegel liegen in diesem Frequenzbereich um ca. 5 dB über den entsprechenden Schallpegeln des Schotteroberbaus. Andererseits sind zwischen 1500-6000 Hz, wo das menschliche Gehör seine größte Empfind-lichkeit besitzt, die Pegel des INFUNDO-Systems deutlich niedriger als die des herkömmlichen Schottergleises.

Obwohl die Ursachen der gemessenen Luftschallpegelreduktion des INFUNDO Gleises bei hohen Frequenzen noch nicht vollständig verstanden sind, liegt der Schluss nahe, dass die kontinuierliche Lagerung und Einbettung der Schiene zu einer geringeren Schwingungsanregung des Fahrzeug-Fahrweg-Systems und damit verbunden auch zu einer Reduktion der Schallabstrahlung von hochfrequenten Radschwingungen führt.