Laufzeit: 01.07.2001 bis zum 30.09.2003

Fördervolumen: 684.651,98 €

Das Forschungsvorhaben gliedert sich im Wesentlichen in zwei Phasen.
In der ersten, theoretischen Phase wird für die Planung ein Berechnungstool zur Strömungstechnik, Thermodynamik und Akustik der im Schienen-fahrzeugbau üblichen Kühl- bzw. Lüftungsanlagen erstellt. In der zweiten, praktischen Phase wird je ein schallreduziertes Funktionsmuster einer Kühlanlage für einen Triebwagen und für eine E-Lok unter Einbeziehung des Tools konzipiert, konstruiert, gefertigt, akustisch vermessen und mit den Vorgängeranlagen verglichen.


Vorgehensweise

Die Bearbeitung des Projekts erfolgt in sechs Abschnitten.

1. Bestandsaufnahme und Analyse
Im ersten Abschnitt des Vorhabens wurden die akustischen Anforderungen an Schienenfahrzeuge und Komponenten, das aktuelle Niveau der Stand-geräusche von Schienenfahrzeugen, die Messverfahren und grundlegende theoretische Ansätze für die geplanten Berechnungen zusammengetragen.

2. Modellbildung
Eine Kühlanlage besteht mindestens aus einem Ventilator und einem Kühler und wird meist durch gerade Kanalstücke, 90°-Umlenkungen mit/ohne Bedämpfung, Abscheidegitter, Kühler, Filter sowie Schalldämpfern (Kulissen-schalldämpfer) ergänzt. Die physikalischen Gesetzmäßigkeiten zur Strömungstechnik, Thermodynamik und Akustik dieser Komponenten und der Modellvorstellungen „Hohlraumabsorption“ und „Ausblasen ins Freie“ wurden für mehrere Bauformen in einem Berechnungstool erfasst und zu einem System verknüpft. Als Softwareplattform dient das Programm Microsoft Excel, welches durch eine spezielle Programmierung auf die fachlichen Bedürfnisse (Modellbildung, Programmoberfläche) zugeschnitten wurde. Für jede der oben aufgeführten Komponenten gibt es ein Muster-Tabellenblatt, das in die aktuelle Berechnungsmappe kopiert und mit den aktuellen Eingabedaten zur Beschreibung der Komponente ausgefüllt wird. Während des Rechenganges werden die Schallleistungen der Teilschallquellen aller Komponenten überlagert und die Gesamt-Schallleistungen an der Ansaug- und der Ausblasöffnung der Kühlanlage gebildet.
Das Rechentool wurde zur Auslegung der Prototyp-Kühlanlagen benutzt und ständig an die Bedürfnisse angepasst. Anhand der im Projekt durchgeführten Messungen an Komponenten wurden viele der im Tool hinterlegten Formeln validiert. Nach Ansicht der Partner hat es die notwendige Praxisreife, um damit die Schallreduzierung der vielen unterschiedlichen Kühl- und Lüftungsanlagen anzugehen, von denen nur zwei innerhalb des Forschungsvorhabens intensiver behandelt werden konnten.
Weiter wurde für die E-Lokomotive als Beispielfahrzeug auch das im AP 4210 „Akustisches Qualitätsmanagement“ entwickelte Prognose-Tool zur Vorhersage der zu erwartenden Schallemissionen des Gesamtfahrzeugs angewendet. Dadurch entstand eine starke Verknüpfung der beiden Arbeitspakete. Die Ergebnisse aus den akustischen Messungen und dem Vergleich mit der Simulation in AP 4220 dienten direkt der Optimierung und Validierung des Prognose-Tools in AP 4210.

3. Untersuchung von Lösungskonzepten
Das Vorhaben dient auch zum praktischen Nachweis, dass sich die geplante Minderung der A-bewerteten Lüftergeräusche um 8 dB erreichen lässt. Am Beginn stand eine Phase der Ideenfindung, in der die Palette möglicher Maß-nahmen aufgezeigt werden sollte und in der konstruktive Lösungen zugelassen waren, welche wegen eines größeren Bauraums oder geringerer Wirtschaft-lichkeit sonst keine Chancen auf Realisierung haben. Als konstruktive Basis für eine Triebzugkomponente wurde eine unterflur angeordnete Transformator-kühlanlage und als E-Lok-Anlage der Kühlturm für den Öl- und den Wasser-kreislauf ausgewählt. Eigens durchgeführte Messungen haben Informationen über das strömungstechnische und akustische Verhalten einiger Komponenten geliefert. Alle Varianten wurden mit Hilfe des Tools berechnet.

4. Auslegung und Konstruktion der Funktionsmuster
Die gefundenen Lösungen wurden bewertet und je eine zu realisierende Basisversion für Trieb­zug und E-Lok bestimmt. Durch systematische Untersuchungen mit Hilfe des Tools konnte rechnerisch eine deutliche Reduzierung der Schallemissionen erreicht werden.
Allein durch die Auswahl leiser Ventilatoren und durch günstige Gesamt-konzeptionen (niedrige Druckverluste etc.) lassen sich erhebliche Pegel-minderungen erzielen, die nur einen begrenzten Aufwand an Sekundär-maßnahmen bedürfen. Unter den konstruktiven Randbedingungen des stark begrenzten Bauraums in bestehenden Fahrzeugkonzepten ist jedoch der Einsatz von Schalldämpfern zum Erreichen des gesteckten Zieles notwendig.
Für beide Anlagen musste durch Verschieben der Hauptkomponenten genügend Bauraum bzw. Kanallänge zur Aufnahme von Absorptionsschalldämpfern frei gemacht werden. Die akustische Auslegung der Schalldämpfer erfolgte unter Beachtung der ansteigenden Druckverluste und der Möglichkeit zur Auswahl eines leisen Ventilators.
Beide Funktionsmuster verfügen über Kulissenschalldämpfer auf der Saug- wie auch auf der Ausblasseite. Der Kühlturm der E-Lokomotive erhielt zusätzlich eine schalldämpfende Dachhaube über der Ansaugöffnung. Die Dokumentation der erworbenen Erfahrungen in Form von Leitlinien und schalltechnischen Hinweisen dient der Übertragung der Ergebnisse auf zukünftige Entwicklungen.

5. Bau der Funktionsmuster
Der Bau beider Funktionsmuster ist inzwischen abgeschlossen. Außerdem wurden mögliche Modifikationen zur Steigerung der Schalldämpfung erarbeitet und fertigungstechnisch vorbereitet. Im Anschluss an die Fertigung wird für beide Anlagen ein Typtest durchgeführt, der zur Überprüfung der Funktions-tüchtigkeit und Leistungsfähigkeit der Anlagen dient.

6. Vermessung der Funktionsmuster
Die Unterfluranlage wird in einem Mockup untersucht werden, wohingegen der Kühlturm in eine E-Lok eingebaut wird. In beiden Fällen soll auch die Serien-anlage (Referenz) vermessen werden. Innerhalb der Messkampagne sind Modifikationen an den Schalldämpfern geplant, um im Detail weitere Verbesserungen zu erreichen.