Ein beacht­li­ches Poten­zi­al für mehr Nach­hal­tig­keit im Schie­nen­gü­ter­ver­kehr liegt in der Lärm­be­kämp­fung. Der Lärm muss wei­ter gesenkt wer­den, sodass sich eine Zunah­me im Schie­nen­gü­ter­ver­kehr ohne wesent­li­che Lärm­zu­nah­men rea­li­sie­ren lässt. Das kommt dann der Umwelt und der Bevöl­ke­rung zugu­te. Wel­che Kon­zep­te und Mass­nah­men der­zeit geprüft wer­den und erfolg­ver­spre­chend sind, erläu­ter­ten die Refe­ren­ten am Forum Lärm­for­schung 2021.

Am Lärm­for­schungs­fo­rum 2021 stand ein wesent­li­cher Aspekt des zukunfts­fä­hi­gen Schie­nen­gü­ter­ver­kehrs im Mit­tel­punkt: die Auto­ma­ti­sie­rung. Damit die Bahn für den Güter­trans­port attrak­ti­ver wird, muss sie effi­zi­en­ter und nach­hal­ti­ger wer­den. Ein Bei­spiel dafür ist die digi­ta­le auto­ma­ti­sche Kupp­lung (DAK). Sie stellt einen gros­sen Mei­len­stein in der Auto­ma­ti­on dar und lässt die Effi­zi­enz im euro­päi­schen Schie­nen­gü­ter­ver­kehr beacht­lich stei­gern. Wird der Schie­nen­gü­ter­ver­kehr güns­ti­ger, kann sich der Anteil der Bahn am Gesamt­ver­kehrs­vo­lu­men erhö­hen, was die CO2-Reduk­ti­on begünstigt.

Auch die Steue­rung der Infra­struk­tur und des Ver­kehrs müs­sen ver­mehrt auto­ma­ti­siert und digi­ta­li­siert wer­den. Echt­zeit­in­for­ma­tio­nen für Kun­den über den Trans­port oder den siche­ren Betrieb der ein­ge­setz­ten Wagen und die kor­rek­te Bela­dung sowie teil­au­to­no­me Bedie­nung der Anschluss­glei­se stär­ken den Bahn­gü­ter­ver­kehr. Eine Anschub­fi­nan­zie­rung würde die digi­ta­le Trans­for­ma­ti­on erleich­tern, wäh­rend gleich­zei­tig die Sub­ven­tio­nen abge­baut wer­den könnten.

Der VAP trägt mass­ge­bend dazu bei, die Inno­va­ti­ons­kraft und den Trans­for­ma­ti­ons­wil­len sei­ner Mit­glie­der zu stär­ken. Nur so kann der Schie­nen­gü­ter­ver­kehr attrak­ti­ver wer­den und sich zu einer val­ablen Alter­na­ti­ve zur Stras­se ent­wi­ckeln. Dazu unter­stützt 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 Lärmforschung Eisenbahn 2021

Rudolf Sper­lich, Vize­di­rek­tor des Bun­des­am­tes für Ver­kehr (BAV), begrüss­te die Teil­neh­men­den und blick­te auf die Ent­wick­lung der Lärm­sa­nie­rung zurück, um das Forum ein­zu­ord­nen. Er begrün­de­te die Pio­nier­rol­le der Schweiz in Euro­pa und hielt fest, dass das Pro­gramm bezüg­lich Kos­ten und Ter­mi­nen sehr erfolg­reich umge­setzt wer­den konn­te. Weil die Wir­kung das gesetz­li­che Sanie­rungs­ziel jedoch knapp ver­fehl­te, beschloss das Par­la­ment 2013 ein­stim­mig zusätz­li­che Mass­nah­men. Die Inno­va­ti­ons­hil­fen und die Res­sort­for­schung sind zwei die­ser ergän­zen­den Instru­men­te, die 2025 aus­lau­fen wer­den. Aus die­sem Grund seien noch­mal Ideen­reich­tum, Ver­net­zung und Inno­va­ti­ons­wil­le gefragt, um den neuen, inter­es­san­ten Ansät­zen zum Erfolg bzw. zu einer brei­ten Anwen­dung zu verhelfen.

Paul Stef­fen, Vize­di­rek­tor im Bun­des­amt für Umwelt (BAFU), wies in sei­ner Begrüs­sung auf die Not­wen­dig­keit wei­te­rer Inno­va­tio­nen bei den Eisen­bah­nen hin. Inno­va­ti­on sei wei­ter­hin nötig, nicht nur für die Gesund­heit der Anwoh­nen­den, son­dern auch, um den Umwelt­vor­teil der Bahn gegen­über der Stras­se zu stär­ken und damit Markt­an­tei­le beim Güter­ver­kehr zu halten.

Det­lef Schli­ckel­mann, Ver­tre­ter des VAP Ver­band der ver­la­den­den Wirt­schaft, erläu­ter­te, dass das Lärm­sa­nie­rungs­pro­jekt 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 fügte an, dass mit dem Pro­jekt der digi­ta­len auto­ma­ti­schen Kupp­lung (DAK) eine gros­se Effi­zi­enz­stei­ge­rung im euro­päi­schen Schie­nen­gü­ter­ver­kehr geschaf­fen werde und der VAP mit der raschen Umset­zung des DAK-Pro­jekts eine zwei­te Erfolgs­ge­schich­te für den Fort­schritt des Schie­nen­gü­ter­ver­kehrs schrei­ben möchte.

Eisen­bahn­lärm­for­schung nach Bun­des­ge­setz über die Lärm­sa­nie­rung der Eisen­bahn (BGLE)
Fredy Fischer, stell­ver­tre­ten­der Chef der Abtei­lung Lärm und NIS im BAFU, hob in sei­nem ein­füh­ren­den 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 unterstützen.

5L-Demons­tra­tor­zug
Jens-Erik Gal­diks, Lei­ter Flot­ten­tech­nik von SBB Cargo, zeig­te anhand des Pro­jek­tes «5L-Demons­tra­tor­zug», dass sich mit aktu­el­len Tech­no­lo­gien der Lärm von Güter­wa­gen um wei­te­re 6 dB ver­rin­gern lässt. Hier­bei gilt es, das Kos­ten-Nut­zen-Ver­hält­nis 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 Lärm­min­de­rung von Güter­wa­gen der­zeit unver­hält­nis­mäs­sig wäre und ande­re Mass­nah­men wie Opti­mie­run­gen von Loko­mo­ti­ven vor­an­ge­trie­ben wer­den sollten.

Gesamt­op­ti­mier­ter inno­va­ti­ver Güter­wa­gen
Dr. Hanno Schell, Head of Inno­va­ti­on bei VTG Rail Euro­pe GmbH, sprach über das Ziel, einen lei­se­ren Güter­wa­gen 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 Rei­bungs­dämp­fung durch eine hydrau­li­sche Dämp­fung. So konn­te sie im Querträ­ger bei der Deich­sel 200 kg pro Dreh­ge­stell ein­spa­ren. Zudem baute VTG Bona­trans-Rad­sät­ze mit einer lärm­min­dern­den 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 würde die­ses höhe­re Fahr­ge­schwin­dig­kei­ten gestat­ten, mehr Gewicht auf­neh­men und dank der hydrau­li­schen Dämp­fung sehr gute Lauf­ei­gen­schaf­ten ausweisen.

Com­po­si­te-Rad­satz
Pro­fes­sor Masoud Mota­val­li, Lei­ter der Abtei­lung Struc­tu­ral Engi­nee­ring an der Eid­ge­nös­si­schen Mate­ri­al­prü­fungs- und For­schungs­an­stalt (Empa), refe­rier­te über den Ein­satz von leich­ten und hoch­fes­ten faser­ver­stärk­ten 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 Lärm­re­duk­ti­on von 3 dB erreicht wor­den. Die Kar­bon­fa­ser-ver­stärk­ten Kunst­stof­fe sind kor­ro­si­ons­fest, besit­zen eine sehr lange Lebens­dau­er und hohe Ermü­dungs­fes­tig­keit, sind aber ver­gli­chen mit klas­si­schen Mate­ria­li­en sehr viel teu­rer. Masoud Mota­val­li schlägt des­halb vor, ein gan­zes Dreh­ge­stell aus Com­po­si­ten zu ent­wer­fen, weil damit eine opti­mier­te Preis­ge­stal­tung bes­ser mög­lich wäre. Er ist über­zeugt, dass damit eine mas­si­ve Gewichts­re­duk­ti­on mög­lich wäre und die Eigen­dämp­fung des Mate­ri­als die Anzahl Dämp­fer redu­zie­ren würde. Zudem könn­ten wei­te­re Inno­va­tio­nen ein­ge­baut wer­den, zum Bei­spiel eine Eigen­len­kung, die den Ver­schleiss der Glei­se ver­min­dern wür­den. Das alles würde eine deut­li­che Lärm­re­duk­ti­on gegen­über her­kömm­li­chen Dreh­ge­stel­len bringen.

Ent­wick­lung eines Ober­bau-Simu­la­ti­ons-Tools
Jean Marc Wun­der­li, Lei­ter der Abtei­lung Akustik/Lärmminderung der Empa, stell­te in sei­nem Vor­trag ein num­me­ri­sches Modell zur Simu­la­ti­on von Über­roll­vor­gän­gen vor, das in drei Modu­len die resul­tie­ren­den Kon­takt­kräf­te, die Struk­tur­schwin­gun­gen und schliess­lich den abge­strahl­ten Luft­schall nach­bil­det. Herr Wun­der­li beton­te, dass Simu­la­ti­ons­werk­zeu­ge, die die Schall­ent­ste­hung und Abstrah­lung des Roll­ge­räu­sches von Eisen­bah­nen phy­si­ka­lisch kor­rekt model­lier­ten, eine zwin­gen­de Vor­aus­set­zung für Opti­mie­run­gen an Fahr­zeug und Ober­bau seien. Auf­grund der hohen Kom­ple­xi­tät des Sys­tems und der teil­wei­se wider­sprüch­li­chen Anfor­de­run­gen (Lärm, Erschüt­te­run­gen, Ver­schleiss, Lage­sta­bi­li­tät …) sei ein Ansatz nach dem Prin­zip «Trial-and-Error» nicht zielführend.

«Rail Pads» – weni­ger Roll­ge­räu­sche und mehr Schutz
Hol­ger Frau­en­rath, Pro­fes­sor am Insti­tut für Mate­ri­al­wis­sen­schaft der Ecole Poly­tech­ni­que Fédé­ra­le de Lau­sanne (EPFL), stell­te ein Pro­jekt zur Ent­wick­lung neu­ar­ti­ger Schie­nen­zwi­schen­la­gen vor. Diese sol­len sowohl einen bes­se­ren Schutz des Bahn­ober­baus als auch eine Lärm­min­de­rung von min­des­tens 1 dB (A) gegen­über übli­chen Schie­nen­zwi­schen­la­gen ermög­li­chen. Das mul­ti­dis­zi­pli­nä­re 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 über das Ver­hal­ten einer Schie­nen­zwi­schen­la­ge als Kom­po­nen­te bis hin zum Sys­tem­ver­hal­ten im Gleis reicht, wer­den neue Mul­ti­ma­te­ri­al-Schie­nen­zwi­schen­la­gen mit einem wei­chen Kern mit hoher Dämp­fungs­ka­pa­zi­tät zwi­schen 200 und 2’000 Hz ent­wi­ckelt. Diese wer­den für ein gutes Gleich­ge­wicht zwi­schen mecha­ni­scher Sta­bi­li­tät, Lärm­min­de­rung und Ober­bau­schutz opti­miert sein. Der­zeit wer­den Designs nach euro­päi­schen Nor­men geprüft und für die letz­te Ent­wick­lungs­pha­se vor­be­rei­tet, in der es um die Pro­duk­ti­on von Pro­to­ty­pen auf tech­ni­schem Mass­stab für Feld­ver­su­che im Gleis ab März 2022 geht. Die neuen Schie­nen­zwi­schen­la­gen wer­den sowohl für eine ver­rin­ger­te Lärm­be­las­tung in dicht besie­del­ten Län­dern als auch für Bahn­be­trei­ber inter­es­sant sein, da sie die Kos­ten für den Unter­halt des Ober­baus redu­zie­ren dürften.

Opti­mier­te Beton­schwel­le, opti­mier­te Zwi­schen­la­ge
Dr. Chris­ti­an Czol­be, Seni­or Engi­neer Acou­stics bei PROSE AG, zeig­te auf, dass Lärm ent­lang von Eisen­bahn­stre­cken sowohl vom Roll­ma­te­ri­al als auch von den Kom­po­nen­ten im Gleis abhän­ge. Für die Infra­struk­tur seien daher Mass­nah­men sinn­voll, die die Schie­nen­dämp­fung 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 dämp­fe die dyna­mi­schen Stoss­be­las­tun­gen im Ober­bau und redu­zie­re gleich­zei­tig den Lärm. Mit einer gemes­se­nen Lärm­min­de­rung von bis zu 5 dB (A) würde es an der Stre­cke deut­lich lei­ser, was die Anwoh­ner unmit­tel­bar nach deren Ein­bau wahr­neh­men und bestä­ti­gen könn­ten. Sie scho­ne eben­so den Gleis­ober­bau und führe damit zu einer Reduk­ti­on der Lebens­zy­klus­kos­ten – eine Win-win-Situa­ti­on für Bahn­in­dus­trie und Anwoh­ner. Die neue Bate­gu-Zwi­schen­la­ge habe alle rele­van­ten Norm- und Feld­prü­fun­gen sowie die Dau­er­fes­tig­keits­ver­su­che bestan­den und stehe für den unbe­denk­li­chen Seri­en­ein­satz in der Bahn­in­fra­struk­tur ab sofort zur Verfügung.

Mes­sung der akus­ti­schen Rau­heit
Flo­ri­an Mauz, wis­sen­schaft­li­cher Mit­ar­bei­ter und Dok­to­rand an der ETH Zürich, stell­te einen Ent­wick­lungs­an­satz für ein opti­sches Mess­ge­räts 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 würde 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.