Technische Universität Berlin...Werden die Marktanteile der Verkehrsträger in Deutschland mit den...

FAKULTÄT V

Verkehrs- und Maschinensysteme

Institut für Land- und Seeverkehr

Fachgebiet Schienenfahrzeuge

Prof. Dr.-Ing. Markus Hecht

Dipl.-Ing. Sascha Nesterow

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Technische Universität Berlin

Bericht Nr. 02/ 2014

Studie zur Lärmminderung im

Schienengüterverkehr

Bearbeitet von

Prof. Dr.-Ing. Markus Hecht Dipl.-Ing. Sascha Nesterow

Berlin, den 7.März 2014

Technische Universität Berlin Bericht 02/2014 Fachgebiet Schienenfahrzeuge

VPI- Studie über Schienenverkehrslärm Seite 2

I Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ................................................................................................................. 4

1.1 Schienengüterverkehrslärm in Deutschland ..................................................... 4

1.2 Grundlagen der Lärmentstehung .................................................................... 11

1.3 Rollgeräuschentstehung ................................................................................. 15

2 Rollgeräuschverteilung auf einzelne Teilsysteme.............................................. 16

2.1 Gleis und Rad ................................................................................................. 17

2.2 Wagenaufbau ................................................................................................. 21

2.3 Lokomotiven ................................................................................................... 22

3 Maßnahmen ........................................................................................................... 25

4 Zusammenfassung ................................................................................................ 27

5 Quellen ................................................................................................................... 28



II Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Betroffene durch Verkehrslärm in Deutschland [2] ..................................... 5

Abbildung 2: Betroffene durch Verkehrslärm in der Nacht >50 dB(A) in Deutschland [4] 6

Abbildung 3: Entwicklung der Betroffenenzahlen der verschiedenen Verkehrsträger [2] 6

Abbildung 4: Geräuschbelastung nachts in Deutschland [8] ............................................ 8

Abbildung 5: Lärmbelastung durch den Schienenverkehr nachts im Jahr 2002 [9] ......... 9

Abbildung 6: Lärmbelastung durch den Schienenverkehr nachts im Jahr 2012 (Quelle:

Deutsche Bahn AG, DB Umweltzentrum (2012)) ........................................................... 10

Abbildung 7: Schalldrücke und Schalldruckpegel verschiedener Quellen ..................... 12

Abbildung 8: A-Bewertungskurve [11] ........................................................................... 13

Abbildung 9: Vom Schienenverkehr ausgehender Körper- und Luftschall [13] .............. 14

Abbildung 10: Geschwindigkeitsabhängige Geräuschquellen ....................................... 15

Abbildung 11: Rollgeräusch an Rad, Schiene und Schwelle [15] .................................. 16

Abbildung 12: Frequenzbereiche, in denen das Rollgeräusch durch Rad, Schiene oder

Schwelle dominiert wird [14] .......................................................................................... 17

Abbildung 13: Emissionsdaten aus dem Projekt sonRAIL (15000 Messungen) [17] ..... 19

Abbildung 14: Lärmminderung durch LL- und K-Sohle in Abhängigkeit der

Schienenrauheit [18] ...................................................................................................... 19

Abbildung 15: Schalldruckpegelmessung eines Güterzuges mit Grauguss- und

Verbundstoffbremssohlen .............................................................................................. 23

Abbildung 16: Lüfterlärmminderung SBB Re460 [23] .................................................... 23

Abbildung 17: Minderungsmaßnahmen an der BlueTiger [24]....................................... 24

Abbildung 18: Schienenrauheitsgrenzwerte nach TSI Noise ......................................... 25

Abbildung 19: Grenzwerte der Abklingrate nach TSI Noise ........................................... 26



1 Einleitung

Die Auswirkungen von Lärm auf die betroffene Bevölkerung werden heute noch wesent-

lich unterschätzt. Bürgerinitiativen wehren sich zunehmend gegen den Schienenlärm,

dem ihre Mitglieder täglich ausgesetzt sind. In der Öffentlichkeit werden die Lärmge-

plagten oft als „übersensibel“ dargestellt. Aber die betroffenen Bürger haben Recht,

denn Lärm schadet dem Menschen direkt und indirekt.

Schall wird zu Lärm, wenn er als störend empfunden wird. Das Gehör kann direkt ge-

schädigt werden, wenn es durch zu hohe Lärmpegel langfristig, aber auch für kurze

Zeiträume, belastet wird. Nicht nur das Gehör kann geschädigt werden, sondern auch

durch dauerhafte Lärmbelastung, kann es zu Stress und zur Erkrankung des Herz-

Kreislauf-Systems kommen.

Vor allem nachts besteht bei Schalldruckpegeln über 45 dB(A), am Fenster gemessen,

ein erhöhtes Gesundheitsrisiko. [1] Im Unterbewusstsein können Schallereignisse wäh-

rend des Schlafes, auch wenn sie nicht direkt wahrgenommen werden, zu kurzen Auf-

wachreaktionen führen. Der Regenerationsprozess während des Schlafes wird dadurch

gestört und Stress verursacht. Lärm führt weiterhin zu Konzentrationsstörungen bei

komplexen Aufgaben am Arbeitsplatz. Wie schädlich Lärm ist, hängt neben dem

Schalldruckpegel auch von der Häufigkeit und Dauer der Ereignisse, der Frequenz des

Schalls und der Impulshaltigkeit ab. Die derzeitigen Lärmwerte an Bahnlinien liegen bei

75 dB(A) und darüber und sind als nicht zumutbar anzusehen.

1.1 Schienengüterverkehrslärm in Deutschland

Werden die Marktanteile der Verkehrsträger in Deutschland mit den Relationen der von

ihrem Lärm betroffenen Personen verglichen, so zeigt sich eine starke Diskrepanz zu-

ungunsten der Schiene. Im Jahr 2011 betrug der Marktanteil der Schiene bezogen auf

die Güterverkehrsleistung im Modal Split 18,2 %. Der Straßengüterverkehr besitzt den

größten Anteil an der Gesamtgüterverkehrsleistung im Modal Split mit 70,2 %. Wird der

Anteil der betroffenen Personen durch Verkehrslärm dazu in Relation gesetzt ist, ist das

Problem des Lärms im Schienenverkehr deutlich zu erkennen. Obwohl der Schienengü-

terverkehr im Modal Split weniger als ¼ des Straßengüterverkehrs ausmacht, ist der

Anteil der Betroffenen durch Verkehrslärm im Schienenverkehr für Tag, Abend und

Nacht nur geringfügig kleiner verglichen mit dem Straßenverkehr (vgl. Abbildung 1).

Wird die Anzahl der Betroffenen allein in der Nacht betrachtet, gleicht sich der Anteil der



Betroffenen durch den Schienenlärm sogar den Betroffenenzahlen des Straßenver-

kehrslärm in der Nacht an (vgl. Abbildung 2). Weiterhin fällt auf, dass die Anzahl der

Betroffenen durch Fluglärm nur einen Bruchteil der Betroffenen durch Bahnlärm und

Straßenverkehrslärm ausmacht. Dennoch ist die Medienpräsenz des Fluglärms um ein

Vielfaches größer als die der anderen Verkehrsträger.

Abbildung 1: Betroffene durch Verkehrslärm in Deutschland [2]

Die Daten basieren auf den Erhebungen für die Lärmkartierung nach der EU-

Umgebungslärmrichtlinie. [3] Bei diesen Erhebungen wurden bisher nur Hauptstrecken

mit einem Verkehrsaufkommen von über 60.000 Zugfahrten pro Jahr sowie Ballungs-

räume mit mehr als 250.000 Einwohnern erfasst. Somit ist die Anzahl der Betroffenen

durch Bahnlärm insgesamt als noch höher einzuschätzen.



Abbildung 2: Betroffene durch Verkehrslärm in der Nacht >50 dB(A) in Deutschland [4]

Abbildung 3 zeigt die Entwicklung der Betroffenenzahlen für die einzelnen Verkehrsträ-

ger nach einer Umfrage-Serie des Bundesumweltministeriums zum Umweltbewusstsein

der deutschen Bevölkerung. Diese wird alle zwei Jahre durchgeführt. Die Betroffenen-

zahlen des Flugverkehrs und des Straßenverkehrs sinken, wogegen die des Schienen-

verkehrs ansteigen. Auch hier bestätigt sich das Bild, dass dem Flugverkehrslärm ins-

gesamt mehr Aufmerksamkeit zukommt als dem Schienenverkehrslärm, obwohl die

Betroffenenzahlen im Luftverkehr im Gegensatz zum Schienenverkehr rückläufig sind

und von denen des Schienenverkehrs jüngst überholt wurden.

Abbildung 3: Entwicklung der Betroffenenzahlen der verschiedenen Verkehrsträger [2]



In der Verkehrslärmschutzverordnung von 1990 [4] ist ein Abschlag der Immissionen für

den Schienenverkehr von 5 dB(A) verankert. Der „Schienenbonus“ wurde eingeführt, da

frühere Studien zeigten, dass Geräuschemissionen der Eisenbahn als nicht so lästig

empfunden wurden wie die Geräuschemissionen der anderen Verkehrsträger.1 Der

Schienenverkehr wird demnach gegenüber dem Straßenverkehr lärmtechnisch mit 5

dB(A) bevorzugt. Liegt der maximale Immissionsgrenzwert für den Straßenverkehrslärm

zum Beispiel in reinen allgemeinen Wohngebieten bei 49 dB(A), so darf der Immissi-

onsgrenzwert für den Schienenverkehrslärm 54 dB(A) betragen. Für Rangierbahnhöfe

und andere Anlagen mit vielen Zugbewegungen gilt der Schienenbonus nicht. [6] Der

Schienenbonus wird für Strecken bis zu einer Streckengeschwindigkeit von 300 km/h

gewährt. Bei höheren zugelassenen Streckengeschwindigkeiten entfällt der Schienen-

bonus. Der Schienenbonus existiert außerhalb Deutschlands noch in der Schweiz je

nach Verkehrsintensität mit 5-15 dB(A), in den Niederlanden mit 7 dB(A), in Österreich

ebenfalls mit 5 dB(A) und in Frankreich mit 3 dB(A). [7]

Neuere Untersuchungen zeigen jedoch, dass der Schienenverkehrslärm medizinisch

als genauso lästig und gesundheitsschädlich wie der Straßenverkehrslärm anzusehen

ist. Nach einer Studie des Umweltbundesamtes aus dem Jahr 2010 wurde eine Geset-

zesinitiative gegründet, den Schienenbonus abzuschaffen. Im April 2013 hat der Bun-

desrat und Bundestag die Abschaffung des Schienenbonus für Neu- und Ausbaumaß-

nahmen auf der Schiene zum 1.Januar 2015 veranlasst. Die Wirkung wird dann frühes-

tens in 10 Jahren sichtbar sein.

Allerdings wird die Abschaffung des Schienenbonus das Problem ohnehin nicht wesent-

lich beeinflussen: Betrachtet man den Grenzwert für Neubaustrecken nach der Ver-

kehrslärmschutzverordnung (16. BImSchV) – nämlich 49 dB(A)2 – als Maß des Erträgli-

chen für die Anwohner, dann liegen die Grenzwertüberschreitung in Deutschland mit bis

zu 25 dB(A) weit über den 5 dB(A) des Schienenbonus (vgl. Abbildung 4). Auf stark be-

lasteten Bahnlinien ist typischerweise ein 500 m breiter Streifen rechts und links der

Bahn mit unakzeptablen über den ganzen Tag gemittelten Schalldruckpegeln oberhalb

55 dB(A) belastet.

1 "Stuttgarter Studie" und "IF-Studie" aus den Jahren 1975 bis 1983.

2 Gilt nach der 16. BImSchV nachts für reine und allgemeine Wohngebiete und Kleinsiedlungsge-

biete für neu gebaute oder wesentlich geänderte Schienenwege der Eisenbahnen und Straßenbahnen.



Abbildung 4: Geräuschbelastung nachts in Deutschland [8]

Für viele Ballungsräume in Deutschland wurden Karten über die Lärmbelastung durch

das Eisenbahnbundesamt (EBA) erstellt. Die Gesamtbelastung des deutschen Schie-

nennetzes durch Lärm nachts für das Jahr 2002 ist in Abbildung 5 dargestellt. Haupt-

sächlich betroffen war zu diesem Zeitpunkt der Streckenabschnitt zwischen Hamburg

und Hannover, die Strecke zwischen Fulda und Kassel sowie das Rheintal mit Werten

über 75 dB(A).

Eine aktuelle Darstellung der Lärmbelastung aus dem Jahr 2012 ist zum Vergleich der

Lärmemissionen in Abbildung 6 dargestellt. Die Karten beruhen auf Berechnungen nach

der Schall 03 und wurden durch die Deutsche Bahn AG zur Verfügung gestellt. Der An-

teil der hochbelasteten Strecken mit Werten über 75 dB(A) hat seit 2002 zugenommen.

Neben den Strecken, die bereits 2002 hoch belastet waren, sind Teile zwischen Kassel

und Hannover sowie von Fulda nach Nürnberg hinzugekommen. Die Situation im südli-

chen Rheintal hat sich dazu noch verschärft.



Abbildung 5: Lärmbelastung durch den Schienenverkehr nachts im Jahr 2002 [9]



Abbildung 6: Lärmbelastung durch den Schienenverkehr nachts im Jahr 2012 (Quelle: Deutsche

Bahn AG, DB Umweltzentrum (2012))



1.2 Grundlagen der Lärmentstehung3

Schalldruckschwankungen werden vom Ohr wahrgenommen. [10] Dieses reagiert dabei

sowohl auf die Druckwellenfrequenz als auch auf die Druckschwankungsamplitude lo-

garithmisch, d.h. Vergrößerungen um den Faktor 10 werden als Verdopplungen der

Frequenz oder der Lautstärke durch den Menschen empfunden.

Die Lautstärke wird durch den Lautstärkepegel Lp in Dezibel (dB) beschrieben. Dabei

wird der gemessene Schalldruck in Pascal (Pa) auf einen definierten Referenzschall-

druck p0 von 20 µPa, die Hörschwelle, bezogen und dann logarithmiert.4 Die Umrech-

nung eines Schalldrucks in eine Pegelgröße ist günstig für Schall- und Schwingungs-

größen, die einen sehr weiten Wertebereich über viele Zehnerpotenzen haben, es re-

sultieren handhabbare Zahlen und vergleichsweise einfache Rechenoperationen.

Grundsätzlich lassen sich alle beliebigen Zahlen verpegeln, daher sind immer Zusatzin-

formationen notwendig.5 Vor allem physikalische Größen werden durch Pegel beschrie-

ben, z. B. Schalldruck, Schallleistung, Beschleunigung. Der Schalldruck p stellt in der

Regel den Effektivwert (~) dar.

Die folgende Abbildung 7 zeigt typische Schalldruckpegel des Alltags (diese sind A-

bewertet; die A-Bewertung wird im Weiteren erklärt).

Schallereignisse unter 30 dB werden als sehr leise empfunden und sind hier irrelevant.

Eine Unterhaltung im Zug findet typischerweise bei 60 bis 70 dB(A) statt, Vorbeifahrpe-

gel betragen bis 100 dB(A) und direkt am Ausgang von Typhonen (druckluftbetriebene

Schallsignalgeräte, die zur Warnung durch den Triebfahrzeugführer betätigt werden)

sind bis 140 dB(A) vorhanden.

Der hörbare Frequenzbereich erstreckt sich von etwa 20 Hz bis 20 kHz, mit der größten

Empfindlichkeit um 1.000 Hz. Eher leiser breitbandiger Eisenbahnlärm hat seinen Fre-

quenzbereich von 100 Hz bis 800 Hz, eher lauter Eisenbahnlärm von 200 Hz bis 1400

Hz. Beim Kurvenkreischen und Makroschlupfpfeifen können auch Frequenzen bis 10

kHz bedeutend sein.

3 Weitere Ausführungen zu den Grundlagen der Akustik finden sich in Cremer / Möser(2007). Speziell zur

Bahnakustik vgl. die Beiträge in Lübke / u.a. (2008)

4 Lp= 20 log(p/p0) [dB] – Eine Feldgröße p wird in Verhältnis mit einem festen Bezugswert p0 gesetzt und der

Quotient logarithmiert. Das Ergebnis wird mit dem Faktor 20 multipliziert.

5 Das Maß dB ist keine physikalische Größeneinheit.



Abbildung 7: Schalldrücke und Schalldruckpegel verschiedener Quellen

Die Empfindlichkeit des menschlichen Ohres ist für verschiedene Frequenzbereiche

unterschiedlich. Um das Schalldruckverhältnis einer Schallquelle in seiner Wirkung an

das menschliche Ohr anzupassen, wurde die sogenannte A-Bewertungskurve einge-

führt (vgl. Abbildung 8).

Die Abbildung zeigt, dass tiefe Frequenzen deutlich gedämpft wahrgenommen werden,

z.B. 50 Hz um 30 dB niedriger oder 100 Hz noch um fast 20 dB niedriger.

Die A-Bewertungskurve hat sich seit langem international durchgesetzt. Die Forschung

ist inzwischen der Auffassung, dass durch die A-Bewertung die Empfindlichkeit des

menschlichen Ohres insbesondere für mittlere Lautstärken zwischen 50 dB und 60 dB

sehr gut nachgebildet wird.

Zur Beurteilung des emittierten Schalls eines Schienenfahrzeuges, wird nach TSI Noise

der sog. äquivalente A-gewichtete Mittelungspegel LpAeq verwendet, der meist über die

Vorbeifahrdauer Tp dargestellt wird.6 Gemessen wird über ein längeres Zeitintervall T >

Tp und dann auf Tp bezogen. Das Zeitintervall T muss lang genug sein, um die gesamte

akustische Energie des Ereignisses zu erfassen.

6 , wobei der A-bewerteter Schalldruckpegel in Pascal zum Zeit-

punkt t ist; für jeden Zeitpunkt der Messung von 0 bis T.



Abbildung 8: A-Bewertungskurve [11]

Bei der Entstehung von Geräuschen am Fahrzeug wird zwischen direkter (Luftschall)

und indirekter Geräuschentstehung (Körperschall) unterschieden. Bei direkter Geräu-

schentstehung handelt es sich um reine Luftdruckschwingungen, die durch einen Anre-

gungsmechanismus primär erzeugt werden (direkte Geräuschquelle sind z.B. Lüfter

oder die Umströmung des Stromabnehmers im Hochgeschwindigkeitsverkehr). [12] Bei

indirekter Geräuschentstehung handelt es sich um elastische Schwingungen, die sich

durch Betriebskräfte in der Fahrzeugstruktur entwickeln. Diese können als Körperschall

weiter geleitet werden und an der Oberfläche als sekundärer Luftschall abgestrahlt wer-

den. Abbildung 9 zeigt beispielhaft einige der möglichen Zusammenhänge zwischen

Primär- und Sekundärschall im Schienenverkehr. Der entstandene Luftschall kommt

direkt als Primärschall am Emissionsort an. Der Sekundärschall wird durch das Erdreich

in Form von Körperschallwellen an z.B. anliegende Gebäuden transportiert und die an-

geregten Hauswände strahlen die angeregten Schwingungen als Luftschall ab. Demzu-

folge mindert eine installierte Schallschutzwand nur den Primärschall, der Sekundär-

schall hingegen wird nicht beeinflusst.



Abbildung 9: Vom Schienenverkehr ausgehender Körper- und Luftschall [13]

Die Körperschallanregung und der damit erzeugte Sekundärschall, werden durch kleine

Unebenheiten auf der Rad- und Schienenlauffläche hervorgerufen. Der Luftschall hin-

gegen kann durch unterschiedliche Geräuschquellen entstehen. In Abbildung 10 sind

die dominierenden Geräuschquellen in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeu-

ges dargestellt. Im niedrigen Geschwindigkeitsbereich haben die Antriebsgeräusche

den dominierenden Anteil am Gesamtgeräusch. Dieser Bereich ist bei Güterwagen

nicht sehr stark ausgeprägt, da Güterwagen in den meisten Fällen keine Antriebsaggre-

gate besitzen. Aber im unteren Geschwindigkeitsbereich sind die Geräusche der

Bremsgestänge (Bremsgestänge klappern) und Puffergeräusche (Rangiergeräusche)

bei Güterwagen, die Hauptgeräuschquellen. Im mittleren Geschwindigkeitsbereich ist

das Rollgeräusch die dominierende Geräuschquelle. Bei höheren Geschwindigkeiten

haben aerodynamischen Geräusche einen erheblichen Einfluss auf die Schallemission.

Diese treten aber in der Regel erst bei einer Geschwindigkeit von ca. 200 km/h, bei

schlechter aerodynamischer Konstruktion schon etwas früher, auf. Dieser Geschwindig-

keitsbereich ist für Güterwagen noch nicht realisierbar.

Die Grenzen der Geschwindigkeitsbereiche sind nur Richtwerte und von Fahrzeug zu

Fahrzeug unterschiedlich.



Abbildung 10: Geschwindigkeitsabhängige Geräuschquellen

1.3 Rollgeräuschentstehung

Die Schallquellen an Schienenfahrzeugen sind vielfältig, aber die wesentliche Lärm-

quelle, welche die größten Anstrengungen erfordert, ist das Rollgeräusch (siehe Abbil-

dung 11). Das Rollgeräusch wird hauptsächlich durch die Rad- und Schienenrauheit

beeinflusst. Auch das Schwingverhalten der Schiene (Track Decay Rate) spielt bei der

Höhe der Schallemission eine wichtige Rolle. In Abbildung 11 sind die wesentlichen

Bauteile dargestellt, die für die Emission verantwortlich sind. Der Schall wird nicht nur

vom Rad und der Schiene abgestrahlt, sondern auch im unteren Frequenzbereich von

der Schwelle.

Um eine möglichst hohe Lärmminderung zu erhalten, müssen nach Abbildung 11 an

verschiedenen Stellen Maßnahmen ergriffen werden.

Antriebsgeräusch La

Fahrmotoren, Getriebe, Lüfter, Klimaanlage, Kompressor,

Spurkranzschmierung

Rollgeräusch Lr

Rad-Schiene-Kontakt, davon Räder i.A. den

größten Anteil

Aerodynamisches Geräusch Lae

Strömungs- und Wirbelablösung an Bauteilen (Drehgestelle, Dach-

aufbauten, Stromabnehmer)

Lae = Lr

Niedrige

GeschwindigkeitMittlere

Geschwindigkeit

Hohe

Geschwindigkeit

V [km/h]50 100 150 200 300 400

LA

Fm

ax in

dB

(A

)

Lr = La

Dominierende

Geräuschquellen:

Bei Geschwindig-

keits-verdoppelung:

+3 dB +9 dB +18 dBL

Ae

q in

dB

(A

)



Abbildung 11: Rollgeräusch an Rad, Schiene und Schwelle [15]

Die Schiene besitzt eine Oberflächenrauheit, die zusammen mit der Rauheit der Rad-

lauffläche eine Gesamtrauheit darstellt. Diese Rauheit ist bei der Überfahrt Ursache für

eine Kraftanregung in Schiene und Rad. Die Kraftanregung führt zu Schwingungen in

den einzelnen Bauteilen. Die Schiene erfährt durch ihre Lagerung auf Gummizwischen-

lagen alle 0,6 m (Schwellenabstand) eine Dämpfung. Das Laufrad ist in der Regel un-

gedämpft. Durch den Kontakt zur Schiene erfährt das Laufrad eine geringe Dämpfung.

2 Rollgeräuschverteilung auf einzelne Teilsysteme

Die Verteilung des Rollgeräusches auf die einzelnen Teilsysteme, wird durch die Fre-

quenzabhängigkeit vorgenommen. Mit dem Programm TWINS wurde dazu eine Be-

rechnung eines Güterzuges vorgenommen, der mit 100 km/h auf einem Gleis mit wei-

chen Zwischenlagen an einem 3,7 m entfernten Immissionsort vorbeigefahren ist (siehe

Abbildung 12). In Abbildung 12 ist erkennbar, dass die Schienen im mittleren Ge-

schwindigkeitsbereich (zwischen 500 Hz uns 2000 Hz) den dominierenden Anteil am

Gesamtgeräusch besitzt. Im oberen Frequenzbereich (ab 2000 Hz) besitzt das Rad den

höheren Teil am Gesamtgeräusch. Je nachdem, wo Lärmminderungsmaßnahmen an-

greifen, verringert sich der Gesamtschalldruckpegel auch in den einzelnen Frequenzen

bzw. es treten Frequenzverschiebungen auf.



Abbildung 12: Frequenzbereiche, in denen das Rollgeräusch durch Rad, Schiene oder Schwelle

dominiert wird [14]

2.1 Gleis und Rad

Der Einfluss der Rauheit von Rad und Schiene, der Schwellenart und der Schienenform

ist in Abbildung 13 dargestellt. So besitzt z.B. ein Grauguss (GG-Klotz) gebremstes

Fahrzeuge, das eine hohe Radrauheit aufweist, bei jedem Gleiszustand, einen hohen

Vorbeifahrtpegel. Die Schienenrauheit hat an dem Vorbeifahrtpegel erst einen erkenn-

baren Einfluss, wenn das Rad eine niedrigere Radrauheit aufweist (z.B. Scheibenge-

bremst). Weitere Einflussfaktoren stellen die Schwelle und die Schiene dar. So besitzen

Fahrzeuge bei denen der Vorbeifahrtpegel bei kleineren Schienen (UIC54) gemessenen

wurden, einen geringeren Wert, als bei größeren Schienen (UIC60).

In der prEN ISO 3095:2010 [16] (siehe Tabelle 1) sind zu verschieden Parametern, die

das Gleisgeräusch beeinflussen, die entstehenden Pegeldifferenzen aufgelistet. Dort

sind nicht nur Gleisparameter aufgeführt, sondern auch Parameter, wie Achslast, Zug-

geschwindigkeit und Lufttemperatur.

Eine Lärmminderung an Güterwagen allein bringt noch nicht den gewünschten Minde-

rungserfolg, auch am Zustand des Gleises muss etwas getan werden, um den Gesamt-

schalldruckpegel bei der Vorbeifahrt signifikant zu mindern. Diese Erkenntnis kann

ebenfalls aus Abbildung 13 abgeleitet werden.



Tabelle 1: Hauptparameter, die das Gleisgeräusch beeinflussen [16]

Parameter

Parameterwert

bei Minimal-

Geräuschpegel

Parameterwert

bei Maximal-

Geräuschpegel

Pegeldifferenz

zwischen Minimum

und Maximum des

Parameterwertes

(dB)

Schienentyp UIC 54 E1 UIC 60 E1 0,7 dB

Schienenzwischenla-

gensteifigkeit 5000 MN/m 100 MN/m 5,9 dB

Schienenzwischenla-

geverlustfaktor 0,5 0,1 2,6 dB

Schwellentyp Bi-Block Holz 3,1 dB

Schwellenabstand 0,4 m 0,8 m 1,2 dB

Schottersteifigkeit 100 MN/m 30 MN/m 0,2 dB

Schotterverlustfaktor 2,0 0,5 0,2 dB

Radversatz 0 m 0,01 m 0,2 dB

Schienenversatz 0 m 0,01 m 1,3 dB

Radrauheit glattester Fall rauester Fall 8,5 dB

Rauheit riffelfreier

Schienen glattester Fall rauester Fall 0,7 bis 3,9 dB

Zuggeschwindigkeit 80 km/h 160 km/h 9,4 dB

Achslast 25 t 10 t 1,1 dB

Lufttemperatur 10º C 30º C 0,2 dB



Abbildung 13: Emissionsdaten aus dem Projekt sonRAIL (15000 Messungen) [17]

Durch die Einführung der K-Bremssohle und der Umrüstung auf LL-Bremssohlen wird

der Anteil der Radrauheit an der Rollgeräuschentstehung reduziert. Um den Geräusch-

pegel im gesamten Netz zu reduzieren, ist es notwendig Grenzwerte und Mindestvor-

gaben nicht nur für Fahrzeuge zu definieren, sondern auch für Gleisparameter. Im aktu-

ellen Koalitionsvertrag vom 27.11.2013 wird von der Reduzierung des Schienenlärms

gesprochen, dabei wird aber hauptsächlich nur die Umrüstung lauter Güterwagen er-

wähnt. Das Gleis besitzt aber am Rollgeräusch einen Anteil von bis zu 70 % (je nach

Gleis- und Radzustand).

Abbildung 14: Lärmminderung durch LL- und K-Sohle in Abhängigkeit der Schienenrauheit [18]



Ein weiteres Beispiel für die Notwendigkeit den Schienenzustand zu betrachten zeigt

Abbildung 14. Demnach können Wagen mit LL-Bremssohlen (oder K-Sohlen), die eine

im Vergleich zu GG-Bremssohlen geringe Radrauheit erzeugen, auf Gleisen mit einer

hohen Schienenrauheit einen ähnlich hohen Schalldruckpegel aufweisen, wie Wagen

mit GG-Bremssohle (hohe Radrauheit) auf einem Gleis mit niedriger Schienenrauheit.

Bei deutlicher Reduktion der Schienenrauheit wird hingegen das lärmmindernde Poten-

zial der LL- und K-Sohlen voll genutzt, ggf. noch über die genannten 10 dB(A) hinaus.

In [19] wurden die Einflussparameter für ein schwingungsoptimiertes Gleis zusammen-

getragen und eine Empfehlung gegeben, wie die Gleisschwingungen reduziert und da-

mit der Gleisanteil am Gesamtschalldruckpegel verringert werden kann. In Tabelle 2

sind diese Empfehlungen aufgelistet.

Des Weiteren ist die Rauheit der Schiene ein Parameter, der einen erheblichen Anteil

am Rollgeräusch besitzt. Ein schlechter Schienenzustand (hohe Schienenrauheit) be-

wirkt bei einen guten Radzustand (niedrigere Rauheit), einen ebenso hohen Geräusch-

pegel, wie ein Fahrzeug mit einem schlechten Radzustand, bei guten Schienenzustand.

Dieser Zusammenhang ist aus Abbildung 13 ebenfalls zu entnehmen.

Tabelle 2: Empfehlung zur Gleiskonstruktion [19]

Parameter Empfehlung

Schiene großes Verhältnis aus Biegesteifigkeit und Masse

Stützpunkt breiter Schienenfuß auf der Schwelle

Zwischenlage hohe Zwischenlagensteifigkeit

Schwelle schwer und elastische Ausführung

Schwellenabstand Reduzierung des Abstandes (optimal 0,51 m)

Unterschottermatten zur Reduzierung des Erschütterungseintrages in

den Unterbau

Dämpfungselemente an der Schiene anzubringen, um die Abklingzeit

der Schiene zu verringern



2.2 Wagenaufbau

Als eine sehr relevante Schallquelle, nach dem Rad-Schiene-System, wird das Brems-

system eines konventionellen Güterwagendrehgestells eingeschätzt. Aus akustischer

und messtechnischer Sicht, stellt sich die Schallemission des Bremsgestänges in der

Hauptsache als Klappergeräusche dar, die wegen der Konstruktion des Bremsgestän-

ges entstehen. Das Bremsgestänge, welches die Bremskräfte vom Bremszylinder in

eine Bewegung auf die Bremsklötze umsetzt, muss aus Sicherheitsgründen in den Um-

lenkungen ein Spiel in sich besitzen. Dieses Spiel führt zu den Klappergeräuschen, die

auf Grund ihres Schallentstehungsmechanismus äußerst schwer in einer Gesamt-

schallquelle zu quantifizieren bzw. messtechnisch zu erfassen sind.

Tabelle 3: Schätzung der Relevanz der Bauteile bezüglich der Schallabstrahlung bei der Vorbei-

fahrt eines Güterwagens [20]

Bezeichnung des Bauteils Einschätzung der Relevanz geschätzter Anteil an der Geräuschemission

Standard Beton-Schwelle B70

weniger relevant, außer Spe-zialkonstruktionen

1 - 5%

Gleisbefestigung irrelevant 1%

Schiene sehr relevant 30 - 50%

Laufräder sehr relevant 45 - 50%

Unterteilt in: Laufrad-Form relevant 20 - 30%

Laufrad-Rauheit sehr relevant 60 - 80%

Achslager irrelevant 1%

Achse irrelevant 1%

Primärfedern weniger relevant 5 - 10%

Bremsklötze relevant Bremse zusammen

15 - 20% Bremstrapez relevant

Bremsgestänge relevant

Drehgestellrahmen irrelevant 1%

seitliche Reibflächen wenig relevant (indirekt) 1 - 2%

Wagenkasten weniger relevant, außer bei

Spezialaufbauten 1 - 5%



Alle anderen, an der Überfahrt beteiligten Bauteile, werden als wenig relevant einge-

schätzt. In Tabelle 3 sind Einschätzungen, welche die Relevanz eines Bauteils an der

Schallabstrahlung bei der Vorbeifahrt eines Güterwagens zeigt, nach [20] dargestellt.

Aus Tabelle 3 ist erkennbar, dass der (konventionelle) Wagenaufbau für das Gesamtge-

räusch sehr viel weiniger relevant ist, als das Ras-Schiene-System.

2.3 Lokomotiven

Nicht nur das Gleis, auch die Lokomotiven werden bei aktuellen Minderungsmaßnah-

men oder auch im aktuellen Koalitionsvertrag nicht mit berücksichtigt. Dabei zeigt ein

Beispiel aus dem Pilotprojekt „Leiser Rhein“ (Abbildung 15), dass durch die Lärmredu-

zierung der Güterwagen, der Anteil der Schallemission der Lokomotiven größer wird.

Bei dieser Messung in Bingen waren an jedem Zugende zwei TSI konforme Traxx Lo-

komotiven der Baureihe 185 eingereiht (LAeq <= 85 dB(A)). Die Fahrtrichtung ist in Ab-

bildung 15 mit einem schwarzen Pfeil falsch angegeben worden, dies ist aus der Zeit-

skala ersichtlich. Die zwei Traxx Lokomotiven sind im Verhältnis lauter, als die nachfol-

genden K-Sohlen Wagen. Damit sind auch Minderungsmaßnahmen an den Lokomoti-

ven notwendig, um den Gesamtschalldruckpegel des Zuges effektiv zu senken. Dieser

Effekt ist schon bei den Grenzwertvorgaben in der TSI Noise [21] ersichtlich. Der

Grenzwert bei der Vorbeifahrt einer Lokomotive liegt bei 85 dB(A). Der Grenzwert eines

neuen Güterwagens liegt bei 82-85 dB(A) (je nach Verhältnis zwischen Achsanzahl und

Länge). In den meisten Fällen liegt der Wert sogar darunter (siehe Abbildung 15).

Demzufolge müssen die Grenzwerte der Lokomotiven überarbeitet und an den Grenz-

werten der neuen Güterwagen angepasst werden.

Ein weiteres Problem ist der sehr steile Pegelanstieg, der durch die Lokomotiven her-

vorgerufen wird (da Lokomotiven meist an der Spitze fahren). Bei den Anwohnern kann

der plötzliche Pegelanstieg zu einem Aufwach- oder Schreckmoment und damit zu ei-

ner erheblich größeren Störwirkung führen.

Die lautesten Geräuschquellen bei Elektrolokomotiven sind die Lüfter, Getriebe und

Umrichter. Bei Diesellokomotiven sind es die Dieselaggregate, Lüfter und Hilfsaggrega-

te die das Gesamtgeräusch dominieren.

Es existieren viele Beispiele, bei denen durch einen geringen finanziellen Aufwand, eine

hohe Lärmminderung an Lokomotiven erzielt werden konnte.



Abbildung 15: Schalldruckpegelmessung eines Güterzuges mit Grauguss- und Verbundstoff-

bremssohlen

Als ein Beispiel ist in Abbildung 16 die Lüfterlärmminderung der SBB Re460 mit und

ohne Schalldämpfer dargestellt. Der Einsatz eines Schalldämpfers hat das Vorbeifahrt-

geräusch um 3 dB(A) gemindert. Schalldämpfer haben auch, neben anderen Minde-

rungsmaßnahmen, ihren Einsatz in dem Lärmminderungsprojekt der BlueTiger gefun-

den.

Abbildung 16: Lüfterlärmminderung SBB Re460 [23]

ohne Schalldämpfer

mit Schalldämpfer

-3 dB(A) Gesamtlärm



Abbildung 17: Minderungsmaßnahmen an der BlueTiger [24]

In Abbildung 17 ist der Frequenzverlauf des gemessenen Stilstandsgeräuschs der

BlueTiger mit unterschiedlichen Minderungsmaßnahmen dargestellt. Durch die Kombi-

nation verschiedener Minderungsmaßnahmen konnte das Stillstand, aber auch das

Vorbeifahrtgeräusch deutlich gemindert werden (unter TSI Niveau).

Damit ist ersichtlich, dass die gegebenen TSI-Grenzwerte für Lokomotiven nicht mehr

dem Stand der Technik endsprechen. Eine Minderung der Grenzwerte um ca. 7dB für

Lokomotiven ist technisch möglich und notwendig, um den Gesamtlärm im Schienen-

verkehr deutlich zu reduzieren.



3 Maßnahmen

Für die Güterwagen ist die Vorgehensweise im Koalitionsvertrag der Bundesregierung

vom 27.11.2013 klar beschrieben. Damit die hierdurch verursachten Kosten zu einer

effizienten Lärmminderung führen, muss dieses Vorgehen durch die Lärmminderung an

Lokomotiven und Gleisen unterstützt werden. Im Einzelnen sollten die Vorbeifahr- und

Anfahrgeräusche der Lokomotiven gegenüber TSI Noise [21] um 7 dB(A) gemindert

werden. Das würde einen Geräuschpegel von 78 dB(A) bei der Vorbeifahrt für Diesel-

und Elektrolokomotiven ergeben. Bei großer Leistung sollte der Grenzwert beim Anfah-

ren der Elektrolokomotiven bei 78 dB(A) und bei Diesellokomotiven bei 82 dB(A) sein.

Die Mindestforderung für den Gleiszustand, ist die Einhaltung der Maximalrauheit nach

TSI Noise [21] (siehe Abbildung 18) und der Mindestdämpfung (Abklingrate) nach TSI

Noise [21] (siehe Abbildung 19). Weitere Lärmminderung am Gleis sind entsprechend

in Tabelle 1 zu konzipieren.

Nur durch die gemeinsame Betrachtung aller Einflussgrößen (Güterwagen, Gleis, Lo-

komotiven), kann die Lärmminderung der Güterwagen auch zur Wirkung kommen.

Abbildung 18: Schienenrauheitsgrenzwerte nach TSI Noise



Abbildung 19: Grenzwerte der Abklingrate nach TSI Noise



4 Zusammenfassung

In dem aktuellen Koalitionsvertrag wird von einer deutschlandweiten Halbierung des

Schienenlärms bis 2020 gesprochen und weiterhin von einem Fahrverbot für laute Gü-

terzüge. Dieses Vorhaben kann aber nur erreicht werden, wenn nicht nur die Güterwa-

gen, sondern auch die Lokomotiven und das Gleis, bei den Betrachtungen der Lärm-

minderung mit eingezogen werden.

Durch die Lärmminderung der Güterwagen, durch die K- oder LL-Bremssohle, ist der

Anteil der Lokomotiven am Gesamtgeräusch gestiegen. In einigen Fällen ist sogar der

Vorbeifahrtschalldruckpegel der Lokomotiven deutlich höher, als bei einem Verbundstoff

gebremsten Güterwagen.

Der Anteil des Gleises am Gesamtgeräusch kann je nach Gleiszustand bis zu 70 % be-

tragen. Deshalb muss auch der Gleislärm mit in den Richtlinien und Vorgaben berück-

sichtigt werden.

Nur durch konkrete und vor allem zeitnahe Lösungen, kann eine Halbierung (Minderung

um 10 dB) oder sogar eine Minderung um 25 dB des Lärms bis 2020 erreicht werden.

Berlin, den 07. März 2014

Prof. Dr.-Ing. Markus Hecht Dipl.-Ing. Sascha Nesterow



5 Quellen

[1] WHO. Night Noise Guidelines for Europe. Kopenhagen. (2009) http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0017/43316/E92845.pdf

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[4] Hecht, M./ Fabian, S.: Innovativer Lärmschutz als Zukunftsaufgabe. In: EI-Eisenbahningenieur, Heft 09/12, S.88-91. (2012)

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[10] Müller, G.H./ Möser, M.: Taschenbuch der Technischen Akustik. Berlin. (2004)

[11] DIN EN 61672-1: Elektroakustik-Schallpegelmesser-Teil 1: Anforderungen (IEC 29/724/CDV:2010). Deutsche Fassung prEN 61672-1:2010. (2010)

[12] Wunderli, J.M.: Quellenseparation bei fahrenden Zügen mit Hilfe von Schall-druck- und Schallschnellemessungen. Berlin. (2008)

[13] Hecht, M.: Rollgeräusche bei Eisenbahnfahrzeugen- Was trägt mehr bei-Fahrzeug oder Gleis?. In: EI-Eisenbahningenieur, Heft 06/10, S.10-13. (2010)

[14] TWINS: Berechnungstool für Schienenfahrzeuge, Uni Southampton

[15] Hecht, M.: Güterverkehrslärm, ein Thema mit vielen Einflussgrößen. In: Ei-senbahntechnische Rundschau, Heft 4, S. 30-34. (2012)



[16] ISO/DIS 3095:2010: Bahnanwendungen – Akustik – Messung der Ge-räuschemission von spurgebundenen Fahrzeugen (ISO/DIS 3095:2010); Deutsche Fassung prEN ISO 3095:2010. (2010)

[17] Thron, Th.: Emissionsmodell für Schienenverkehrslärm, Ein Beitrag zur Lärmprognose auf Basis messtechnisch erfasster Modellparameter, digitale Dissertation, TU Berlin. http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2010/2594/pdf/thron_thomas.pdf. (2009)

[18] De Vos, P.: Retrofitting: real noise reduction and real costs, 8th UIC Noise workshop, 11th June 2013, Paris. (2013)

[19] Gramowski, Ch.: Gleisseitige Schallemission- Experimentelle Quantifizierung und Bewertung konstruktiver Maßnahmen, digitale Dissertation, TU Berlin. opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2013/3931/pdf/gramowski_christoph.pdf. (2013)

[20] Wiemers, M.: Einfluss von Steifigkeit- und Dämpfung bei Eisenbahnrädern, insbesondere von Güterwagenrädern, auf die Schallausbreitung, digitale Dis-sertation, TU Berlin opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2005/1013/pdf/wiemers_marc.pdf. (2004)

[21] Europäische Kommission: Technische Spezifikation für die Interoperabilität (TSI) zum Teilsystem „Fahrzeuge – Lärm“ des konventionellen transeuropäi-schen Bahnsystems. Brüssel. (2011)

[22] BMVBS: Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung; Lärm-schutz im Schienenverkehr- Alles über Schallpegel, innovative Technik und Lärmschutz an der Quelle, Berlin. (2013)

[23] Hecht, M., Zogg, H.: Lärmdesign moderner Triebfahrzeuge am Beispiel der Lok 2000-Familie, Anwendung von Telemetrie, Intensitäts- und Arraymess-technik, ZEV+DET Glas. Ann.119 (1995) Nr. 9/10, S. 463 bis 474. (1995)

[24] Hecht, M./ Czolbe, Ch.: BMU-Projekt Lärmminderungsmaßnahmen an drei Großdiesellokomotiven BlueTiger, Sonderdruck ZEVrail Glas. Ann. 132 (2008) Nr. 11-12. (2008)

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