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  • Dynamik im Nahverkehr

    imb -dynamik • Schienenverkehrswege – Baudynamik – Strukturdynamik – Beweissicherung • D-82266-Inning-Buch • Tel 08143-6313 • Fax 08143-8767 Seite 0

    Ing.-Büro Dr.-Ing. Müller-Boruttau Beratende Ingenieure BYIK

    §26 BImSchG-Messstelle d y n a m i k

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    UUnntteerrllaaggeenn zzuu eeiinneemm VVoorrttrraagg vvoonn DDrr..--IInngg.. FFrraannkk HH.. MMüülllleerr--BBoorruuttttaauu

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    Inhaltsübersicht 1 Ein wenig Theorie 2 Was das Fahrzeug beitragen kann 3 Was der Fahrweg beitragen kann 4 Wie man messen kann 5 Wie man rechnen kann 6 Prinzipielle Verbesserungsmöglichkeiten: Fahrzeugseitig 7 Prinzipielle Verbesserungsmöglichkeiten: Oberbau / Unterbau 8 Beispiel für Analyse: Pfleiderer Rheda City Athen 9 Prinzipielle Untersuchungen

    Datei C:\Dokumente und Einstellungen\FMB\Desktop\Auftrag\177\177_29\A177293b_neutral.doc, 24.10.02 15:13

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    1 Ein wenig Theorie 1.1 Fahrzeug, Fahrweg und Dynamik

    Schiene Zwischenlage Schwelle Schotter Planum

    Fahrweg

    K ra

    ft

    Radkraft bei stehendem Fahrzeug (konstant)

    Radkraft bei langsam fahrendem Fahrzeug

    Radkraft bei schnell fahrendem Fahrzeug

    Unrundes Rad oder Unebenheit des Fahrweges

    dynamische Radkraft verursacht Schwingungen von Fahrzeug, Oberbau und Untergrund: Emission von Körperschall: Einwirken von Erschütterun- gen und sekundärem Luft- schall auf Menschen

    Idealzustand: – perfekte Fahrzeuge mit perfekten Rädern – perfekte Schienen, kontinuierlich gelagert – keine Störstellen, Weichen, Kreuzungen – völlig homogener Untergrund

    Realität: – Fahrzeuge mit Imperfektionen – Räder mit Unrundheiten / Flachstellen – diskontinuierliches Gleis (nicht perfekt kontinuierlich gelagert) – unregelmäßiger Untergrund

    Unrundes Rad, Unebenheit des Fahrwegs

    Schiene Befestigung, elastisch Tragplatte FF elastische Schicht Unterbau

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    1.2 Kleines Lexikon Die folgenden Ausführungen legen hohen Wert auf gute Verständlichkeit, nicht auf letzte wissenschaftliche Exaktheit. Abstrahlung die Eigenschaft eines schwingungsfähigen Systems, Energie (Schwingungsenergie) an die Umgebung abzugeben. Die Umgebung

    leitet Körperschall fort und ist damit selbst Schwingungen ausgesetzt, das abstrahlende System erfährt dadurch Dämpfung.

    Amplitude Schwingweite einer Schwingung, gemessen von der Nulllinie bis zum Maximalausschlag

    Baudynamik befasst sich mit allen zeitveränderlichen Einwirkungen auf ein Gebäude: z.B. Schwingungen, Erschütterungen, Erdbeben, Wind

    Bettungsmodul eine flächenbezogene Federziffer (Federziffer/Fläche), angegeben meist in N/mm³ = N/mm je 1 mm²: die Kraft in N, die man braucht, um eine Probe von 1 mm² Fläche um 1 mm zusammenzudrücken, oder besser, die Kraft in MN, die man braucht, um eine Probe von 1 m² um 1 mm zusammenzudrücken

    Dämmung findet statt, wenn Schwingungsenergie am Eintritt in ein fortleitendes Medium gehindert wird (Analogie Wärmedämmung)

    Dämpfung ist, wenn man einer Schwingung Energie entzieht und damit die Amplitude (oder den Effektivwert oder Pegel) verringert. Die entzogene Energie wird in dem dämpfenden Medium in Wärme umgewandelt oder abgestrahlt. Es gibt im Bauwesen drei Arten von Dämpfung: Baustoffdämpfung (=Materialdämpfung), Bauteil- oder Fügestellendämpfung und Abstrahlungsdämpfung

    dB keine Maßeinheit, sondern nur die Angabe, wieviel größer oder kleiner ein bestimmter Wert ist, verglichen mit einem frei vereinbarten Bezugswert (bei Luftschall meist Bezugswert p0 = 0,000 02 Pa = 2⋅10-5 Pa): 10 dB ⇒ 10-fache Energie bzw. √10-fache (ca. 3,1-fache) Amplitude von p0 20 dB ⇒ 100-fache Energie bzw. 10-fache Amplitude von p0 30 dB ⇒ 1000-fache Energie bzw. 10⋅√10-fache (ca. 31-fache) Amplitude von p0 … Hat bei Immissionen nur bei Luftschall etwas verloren, ist bei Körperschall genauso unnötig wie z.B. bei einer Temperatur.

    dB(A) bedeutet, dass ein Luftschall-Signal (gemessene oder berechnete Luftdruckverläufe als Funktion der Zeit) bei der Berechnung eines dB-Wertes (eines Pegels) einer Frequenzbewertung unterzogen wurde. Damit soll die je nach Frequenz (= Tonhöhe) unter- schiedliche Empfindlichkeit des menschlichen Ohres in etwa nachvollzogen werden (sehr tiefe oder sehr hohe Frequenzen werden weniger oder gar nicht mehr berücksichtigt gegenüber den mittleren). Der Frequenzbereich beträgt rund 16 bis 16 000 Hz

    dBv wie dB und dB(A) keine Maßeinheit, sondern ein Maß, das angibt, wieviel größer oder kleiner ein bestimmter Körperschallbetrag ist, verglichen mit einem frei vereinbarten Bezugswert v0 (meist v0 = 0,000 000 05 m/s = 5⋅10-8 m/s), für Nichtakustiker, also normale Menschen und Ingenieure, unnötig

    dynamische Verhärtung die Eigenschaft der meisten elastischen Materialien, steifer zu werden (höhere Federziffer), wenn die Frequenz der Belastung steigt. Eine Unterschottermatte oder ein Gummielement kann bei 100 Hz ohne weiteres 5-mal so steif sein gegenüber statischer Belastung

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    Effektivwert ein Beispiel: Die Spannung an der Haushaltssteckdose beträgt 230 Volt, oder? Nein, tut sie nicht! Sie beträgt genauer gesagt 230 V eff (= effektiv = rms = root mean square), in Wirklichkeit verändert sie sich in jeder Sekunde 50 mal (daher 50 Hz „Netzfrequenz“) vom Maximalwert 325 Volt auf den Minimalwert –325 Volt und zurück. Wenn man aber wissen will, welche Leistung ein Gerät effektiv hat, arbeitet man viel einfacher mit dem so genannten Effektivwert. (Wer es etwas genauer wissen will: Dieser Wert wird gebildet, indem man das Signal, hier die Spannung an der Steckdose, U(t) quadriert, aufintegriert, über die Zeit mittelt, und daraus wieder die Wurzel zieht; daher root mean square. Slow rms bedeutet, dass die Mittelungszeit 1 s beträgt, Fast rms ebenso für 1/8 s.)

    Eigenfrequenz Frequenz eines schwingungsfähigen Systems, die man bekommt, wenn man das System anstößt und ausschwingen läßt

    Einfügungsdämmung / -dämmmaß, ebenso Einfügedämmung /-dämmmaß

    gibt an, wie sich ein Einzahlwert (z.B. Luftschallpegel) oder ein Spektrum (z.B. Terzspektrum des Körperschalls) verändern, wenn man eine bestimmte Maßnahme vornimmt, z.B. ein elastisches Element im Oberbau einbaut, und alle anderen Einflußgrößen unverändert bleiben (gleiches Fahrzeug, gleiches v, gleiche Schiene). Merke: Einfügungsdämmung ist keine Eigenschaft eines Elementes alleine, sondern gilt immer nur in Bezug auf genau eine Referenzsituation, bei anderen Untergrundeigenschaften, anderen Oberbaueigenschaften, anderen Fahrzeugen können sich abweichende Einfügungsdämmungen ergeben!

    elastische Elemente wichtige Mittel, um Schwingungen, Erschütterungen und gleichzeitig Beanspruchungen zu verringern. Wichtige Kenngrößen für elastische Elemente sind (statische) Federziffer, dynamische Verhärtung und Dämpfung (und nicht etwa Shorehärte!)

    Elastizität, Volumenelastizität, Gestaltelastizität

    Etwas ist elastisch, wenn es unter Belastung nachgibt. Volumenelastizität bedeutet, dass ein Material bei Belastung verdichtet wird, also z.B. alle Schäume. Unzusammendrückbare Materialien wie z.B. Gummi müssen seitlich ausweichen können und haben somit eine Gestaltelastizität. Auch Wasser ist inkompressibel, daher wird ein Schaum, dessen Poren mit Wasser gefüllt sind, seine Elastizität vollständig verlieren.

    Emission Ausstrahlung, Abstrahlung von z.B. Erschütterung (s. Transmission, Immission)

    Emissionsort Quellort der Emission

    Erschütterungen meist synonym für Schwingungen verwendet. „Erschütterungen“ deutet mehr den nicht stationären (gleichbleibenden) = transienten (vorübergehenden, veränderlichen) Charakter an, während „Schwingung“ eher für einen stationären Zustand verwendet wird

    Federkennziffer statisch / dynamisch kennzeichnende Größe für ein elastisches Element, angegeben meist in kN/mm: die Kraft (kN), die man benötigt, um ein Federelement um 1 mm zusammenzudrücken. Statisch bedeutet, dass die Federziffer mit sehr langsamen Verformungen gemessen wird, dynamisch dagegen, dass mit Frequenzen von wenigen Hz bis hin zu vielen kHz (1000 Hz) gemessen wird.

    Frequenz Anzahl der Schwingungen je Sekunde, angegeben in Hz = 1/s (engli