Am virtuellen Forum Lärmforschung Eisenbahn vom 16. März 2021 präsentierten die Referenten Ansätze und Massnahmen, um die Bahn für den Gütertransport attraktiver zu machen. Eine Schlüsselrolle spielt dabei die Digitalisierung, insbesondere die digitale automatische Kupplung.
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 Verbands der verladenden Wirtschaft VAP, 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 Karbonfaserverstärkten 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 vor-bereitet, 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 so-wie 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.
