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Ein beachtliches Potenzial fĂŒr mehr Nachhaltigkeit im SchienengĂŒterverkehr liegt in der LĂ€rmbekĂ€mpfung. Der LĂ€rm muss weiter gesenkt werden, sodass sich eine Zunahme im SchienengĂŒterverkehr ohne wesentliche LĂ€rmzunahmen realisieren lĂ€sst. Das kommt dann der Umwelt und der Bevölkerung zugute. Welche Konzepte und Massnahmen derzeit geprĂŒft werden und erfolgversprechend sind, erlĂ€uterten die Referenten am Forum LĂ€rmforschung 2021.
Am LĂ€rmforschungsforum 2021 stand ein wesentlicher Aspekt des zukunftsfĂ€higen SchienengĂŒterverkehrs im Mittelpunkt: die Automatisierung. Damit die Bahn fĂŒr den GĂŒtertransport attraktiver wird, muss sie effizienter und nachhaltiger werden. Ein Beispiel dafĂŒr ist die digitale automatische Kupplung (DAK). Sie stellt einen grossen Meilenstein in der Automation dar und lĂ€sst die Effizienz im europĂ€ischen SchienengĂŒterverkehr beachtlich steigern. Wird der SchienengĂŒterverkehr gĂŒnstiger, kann sich der Anteil der Bahn am Gesamtverkehrsvolumen erhöhen, was die CO2-Reduktion begĂŒnstigt.
Auch die Steuerung der Infrastruktur und des Verkehrs mĂŒssen vermehrt automatisiert und digitalisiert werden. Echtzeitinformationen fĂŒr Kunden ĂŒber den Transport oder den sicheren Betrieb der eingesetzten Wagen und die korrekte Beladung sowie teilautonome Bedienung der Anschlussgleise stĂ€rken den BahngĂŒterverkehr. Eine Anschubfinanzierung wĂŒrde die digitale Transformation erleichtern, wĂ€hrend gleichzeitig die Subventionen abgebaut werden könnten.
Der VAP trĂ€gt massgebend dazu bei, die Innovationskraft und den Transformationswillen seiner Mitglieder zu stĂ€rken. Nur so kann der SchienengĂŒterverkehr attraktiver werden und sich zu einer valablen Alternative zur Strasse entwickeln. Dazu unterstĂŒtzt der VAP seine Mitglieder bei der Umsetzung der Automatisierung in der Schweiz, immer in Abstimmung mit den Entwicklungen und Anforderungen in Europa.
Detailinformationen aus dem Forum LĂ€rmforschung Eisenbahn 2021
Rudolf Sperlich, Vizedirektor des Bundesamtes fĂŒr Verkehr (BAV), begrĂŒsste die Teilnehmenden und blickte auf die Entwicklung der LĂ€rmsanierung zurĂŒck, um das Forum einzuordnen. Er begrĂŒndete die Pionierrolle der Schweiz in Europa und hielt fest, dass das Programm bezĂŒglich Kosten und Terminen sehr erfolgreich umgesetzt werden konnte. Weil die Wirkung das gesetzliche Sanierungsziel jedoch knapp verfehlte, beschloss das Parlament 2013 einstimmig zusĂ€tzliche Massnahmen. Die Innovationshilfen und die Ressortforschung sind zwei dieser ergĂ€nzenden Instrumente, die 2025 auslaufen werden. Aus diesem Grund seien nochmal Ideenreichtum, Vernetzung und Innovationswille gefragt, um den neuen, interessanten AnsĂ€tzen zum Erfolg bzw. zu einer breiten Anwendung zu verhelfen.
Paul Steffen, Vizedirektor im Bundesamt fĂŒr Umwelt (BAFU), wies in seiner BegrĂŒssung auf die Notwendigkeit weiterer Innovationen bei den Eisenbahnen hin. Innovation sei weiterhin nötig, nicht nur fĂŒr die Gesundheit der Anwohnenden, sondern auch, um den Umweltvorteil der Bahn gegenĂŒber der Strasse zu stĂ€rken und damit Marktanteile beim GĂŒterverkehr zu halten.
Detlef Schlickelmann, Vertreter des VAP Verband der verladenden Wirtschaft, erlĂ€uterte, dass das LĂ€rmsanierungsprojekt im Jahr 2016 mit der Inbetriebnahme der letzten rund 4'000 sanierten Wagen endete. Die Branche habe den gesamten Prozess von Serienengineering, Zulassung, Umbau inkl. Materialpool und Finanzierung unter der Projektleitung des VAP erfolgreich organisiert. Schlickelmann fĂŒgte an, dass mit dem Projekt der digitalen automatischen Kupplung (DAK) eine grosse Effizienzsteigerung im europĂ€ischen SchienengĂŒterverkehr geschaffen werde und der VAP mit der raschen Umsetzung des DAK-Projekts eine zweite Erfolgsgeschichte fĂŒr den Fortschritt des SchienengĂŒterverkehrs schreiben möchte.
EisenbahnlĂ€rmforschung nach Bundesgesetz ĂŒber die LĂ€rmsanierung der Eisenbahn (BGLE)
Fredy Fischer, stellvertretender Chef der Abteilung LĂ€rm und NIS im BAFU, hob in seinem einfĂŒhrenden Vortrag hervor, wie wichtig es sei, dass die Eisenbahn noch leiser werde. Er forderte die Branchenvertreter auf, eine gemeinsame Vision der leisen Eisenbahn zu entwerfen. Wenn es dazu Forschung oder Entwicklung brauche, sei der Bund gerne bereit, Projekte zu unterstĂŒtzen.
5L-Demonstratorzug
Jens-Erik Galdiks, Leiter Flottentechnik von SBB Cargo, zeigte anhand des Projektes «5L-Demonstratorzug», dass sich mit aktuellen Technologien der LĂ€rm von GĂŒterwagen um weitere 6 dB verringern lĂ€sst. Hierbei gilt es, das Kosten-Nutzen-VerhĂ€ltnis im Auge zu behalten und zu beachten. Ebenfalls wesentlich sind weitere Effekte wie beispielsweise die Verschleissminderung. Diese kommerziellen Effekte fallen nicht zwingend beim Investor an. Daher ist ein Nutzenausgleich zwischen Infrastrukturbetreibern, Eisenbahnverkehrsunternehmen und Wagenhaltern zu schaffen. Jens-Erik Galdiks stellte im Weiteren fest, dass eine nochmalige LĂ€rmminderung von GĂŒterwagen derzeit unverhĂ€ltnismĂ€ssig wĂ€re und andere Massnahmen wie Optimierungen von Lokomotiven vorangetrieben werden sollten.
Gesamtoptimierter innovativer GĂŒterwagen
Dr. Hanno Schell, Head of Innovation bei VTG Rail Europe GmbH, sprach ĂŒber das Ziel, einen leiseren GĂŒterwagen zu konstruieren. Als Erstes wurden das Gewicht um 800 kg und der Schall von 83 dB(A) auf 76 dB(A) reduziert. VTG entwickelte das Drehgestell des Typs RC25NT-H-D der Firma ELH Eisenbahnlaufwerke Halle GmbH & Co. KG weiter. Sie ersetzte die ReibungsdĂ€mpfung durch eine hydraulische DĂ€mpfung. So konnte sie im QuertrĂ€ger bei der Deichsel 200 kg pro Drehgestell einsparen. Zudem baute VTG Bonatrans-RadsĂ€tze mit einer lĂ€rmmindernden BASF-Beschichtung ein. Bei der Scheibenbremse wurde eine geschweisste Stahlscheibe eingesetzt, die 49 kg leichter ist als herkömmliche Gussscheiben; weitere 13 kg liessen sich bei der Scheibenbremszange einsparen. Mit dem leiseren Drehgestell fanden in der Schweiz bereits diverse Tests statt. Insgesamt wĂŒrde dieses höhere Fahrgeschwindigkeiten gestatten, mehr Gewicht aufnehmen und dank der hydraulischen DĂ€mpfung sehr gute Laufeigenschaften ausweisen.
Composite-Radsatz
Professor Masoud Motavalli, Leiter der Abteilung Structural Engineering an der Eidgenössischen MaterialprĂŒfungs- und Forschungsanstalt (Empa), referierte ĂŒber den Einsatz von leichten und hochfesten faserverstĂ€rkten Kunststoffen zur Herstellung eines Composite-Radsatzes und eines Composite-Drehgestells. Eine Machbarkeitsstudie zeige, dass der entworfene Radsatz 40% leichter als die herkömmliche metallische Variante sei. Ausserdem sei eine LĂ€rmreduktion von 3 dB erreicht worden. Die Karbonfaser-verstĂ€rkten Kunststoffe sind korrosionsfest, besitzen eine sehr lange Lebensdauer und hohe ErmĂŒdungsfestigkeit, sind aber verglichen mit klassischen Materialien sehr viel teurer. Masoud Motavalli schlĂ€gt deshalb vor, ein ganzes Drehgestell aus Compositen zu entwerfen, weil damit eine optimierte Preisgestaltung besser möglich wĂ€re. Er ist ĂŒberzeugt, dass damit eine massive Gewichtsreduktion möglich wĂ€re und die EigendĂ€mpfung des Materials die Anzahl DĂ€mpfer reduzieren wĂŒrde. Zudem könnten weitere Innovationen eingebaut werden, zum Beispiel eine Eigenlenkung, die den Verschleiss der Gleise vermindern wĂŒrden. Das alles wĂŒrde eine deutliche LĂ€rmreduktion gegenĂŒber herkömmlichen Drehgestellen bringen.
Entwicklung eines Oberbau-Simulations-Tools
Jean Marc Wunderli, Leiter der Abteilung Akustik/LĂ€rmminderung der Empa, stellte in seinem Vortrag ein nummerisches Modell zur Simulation von ĂberrollvorgĂ€ngen vor, das in drei Modulen die resultierenden KontaktkrĂ€fte, die Strukturschwingungen und schliesslich den abgestrahlten Luftschall nachbildet. Herr Wunderli betonte, dass Simulationswerkzeuge, die die Schallentstehung und Abstrahlung des RollgerĂ€usches von Eisenbahnen physikalisch korrekt modellierten, eine zwingende Voraussetzung fĂŒr Optimierungen an Fahrzeug und Oberbau seien. Aufgrund der hohen KomplexitĂ€t des Systems und der teilweise widersprĂŒchlichen Anforderungen (LĂ€rm, ErschĂŒtterungen, Verschleiss, LagestabilitĂ€t âŠ) sei ein Ansatz nach dem Prinzip «Trial-and-Error» nicht zielfĂŒhrend.
«Rail Pads» â weniger RollgerĂ€usche und mehr Schutz
Holger Frauenrath, Professor am Institut fĂŒr Materialwissenschaft der Ecole Polytechnique FĂ©dĂ©rale de Lausanne (EPFL), stellte ein Projekt zur Entwicklung neuartiger Schienenzwischenlagen vor. Diese sollen sowohl einen besseren Schutz des Bahnoberbaus als auch eine LĂ€rmminderung von mindestens 1 dB (A) gegenĂŒber ĂŒblichen Schienenzwischenlagen ermöglichen. Das multidisziplinĂ€re Projektteam bringt Forscher der EPFL, der HEIG Yverdon und der Empa aus den Bereichen der Materialwissenschaften, numerischen Simulation, Vibroakustik, Umweltingenieure sowie Bahnexperten der SBB zusammen. Auf der Grundlage einer experimentellen Modellierungskette, die von den Materialeigenschaften ĂŒber das Verhalten einer Schienenzwischenlage als Komponente bis hin zum Systemverhalten im Gleis reicht, werden neue Multimaterial-Schienenzwischenlagen mit einem weichen Kern mit hoher DĂ€mpfungskapazitĂ€t zwischen 200 und 2'000 Hz entwickelt. Diese werden fĂŒr ein gutes Gleichgewicht zwischen mechanischer StabilitĂ€t, LĂ€rmminderung und Oberbauschutz optimiert sein. Derzeit werden Designs nach europĂ€ischen Normen geprĂŒft und fĂŒr die letzte Entwicklungsphase vorbereitet, in der es um die Produktion von Prototypen auf technischem Massstab fĂŒr Feldversuche im Gleis ab MĂ€rz 2022 geht. Die neuen Schienenzwischenlagen werden sowohl fĂŒr eine verringerte LĂ€rmbelastung in dicht besiedelten LĂ€ndern als auch fĂŒr Bahnbetreiber interessant sein, da sie die Kosten fĂŒr den Unterhalt des Oberbaus reduzieren dĂŒrften.
Optimierte Betonschwelle, optimierte Zwischenlage
Dr. Christian Czolbe, Senior Engineer Acoustics bei PROSE AG, zeigte auf, dass LĂ€rm entlang von Eisenbahnstrecken sowohl vom Rollmaterial als auch von den Komponenten im Gleis abhĂ€nge. FĂŒr die Infrastruktur seien daher Massnahmen sinnvoll, die die SchienendĂ€mpfung erhöhten und den Schienenschall reduzierten. In einem Forschungsprojekt entwickelte PROSE zusammen mit Vigier Rail akustisch optimierte Betonschwellen und untersuchte zwei vielversprechende Prototypen in einem Testgleis. In einem weiteren Projekt wurde ein unscheinbares und kaum sichtbares Bauteil zwischen Schiene und Schwelle optimiert. Dr. Christian Czolbe konstatierte, dass die entwickelte Bategu-Zwischenlage eine lange Forderung der Bahnindustrie vereine: Sie dĂ€mpfe die dynamischen Stossbelastungen im Oberbau und reduziere gleichzeitig den LĂ€rm. Mit einer gemessenen LĂ€rmminderung von bis zu 5 dB (A) wĂŒrde es an der Strecke deutlich leiser, was die Anwohner unmittelbar nach deren Einbau wahrnehmen und bestĂ€tigen könnten. Sie schone ebenso den Gleisoberbau und fĂŒhre damit zu einer Reduktion der Lebenszykluskosten â eine Win-win-Situation fĂŒr Bahnindustrie und Anwohner. Die neue Bategu-Zwischenlage habe alle relevanten Norm- und FeldprĂŒfungen sowie die Dauerfestigkeitsversuche bestanden und stehe fĂŒr den unbedenklichen Serieneinsatz in der Bahninfrastruktur ab sofort zur VerfĂŒgung.
Messung der akustischen Rauheit
Florian Mauz, wissenschaftlicher Mitarbeiter und Doktorand an der ETH ZĂŒrich, stellte einen Entwicklungsansatz fĂŒr ein optisches MessgerĂ€ts zur Messung der akustischen Rauheit auf Schienen vor. In Zukunft solle es möglich sein, die Rauheit vom fahrenden Zug aus zu messen. Durch die geschickte Kombination mehrerer Sensoren könne das Messergebnis optimiert werden. Florian Mauz zeigte den Testaufbau und die Versuchsreihen in einer Laborumgebung. Schon bald wĂŒrde der Ansatz am fahrenden Zug getestet und auf seine Genauigkeit validiert.
Der Link zur Webseite des Forums lautet www.laermforschung-eisenbahn.ch.
Weitere Informationen zur Ressortforschung Eisenbahn sowie zu den Vergabekriterien finden Sie auf der Webseite der BAFU.
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