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Geräuschreduktion an Rad
und Schiene
Die Area NVH & Friction beschäftigt sich seit Jahren mit dem Thema Geräuschentwicklung im Schienenverkehr.
Ziel ist es, das Geräusch am Ort der Entstehung zu bekämpfen und damit andere Maßnahmen wie
Lärmschutzwände überflüssig zu machen.
Die Umweltbelastung durch Lärm aufgrund des
Schienenverkehrs ist insbesondere in Ballungsräumen
ein nach wie vor aktuelles Thema. Da
man die Nachteile von weiteren Schallschutzwänden
vermeiden möchte, werden neue Techniken
untersucht, die das Geräusch schon am
Ort seiner Entstehung reduziert. Dazu sind vor
allem Maßnahmen zur Schwingungsreduktion
an Rad und Schiene geeignet.
Zur Reduktion von Bahnlärm werden vielfach
Lärmschutzwände eingesetzt, deren Nachteil
im massiven Landschaftseingriff, in der Einschränkung
von Sichtverhältnissen und natürlich
auch im finanziellen Aufwand besteht. Eine
wesentlich elegantere Lösung sind Dämpfer/
Tilger Elemente (Abb. 1 links), die am Ort der
Geräuschentstehung angebracht werden. Solche
Konstruktionen sind zwar in der Literatur
bekannt, werden aber derzeit nicht großflächig
eingesetzt.
Geräuschentstehung im
Rad-Schiene Kontakt
In einem relativ breiten Geschwindigkeits-
16 magazine Nr. 14, II-2013
bereich ist das Rollgeräusch die maßgebliche
Geräuschquelle eines akustisch gut konstruierten
Schienenfahrzeuges. Die Gründe für die
Entstehung von Rollgeräuschen sind die raue
Lauffläche des Rades und der Schiene. Als
Rad- bzw. Schienenrauigkeit werden aus akustischer
Sicht Unebenheiten im Wellenlängenbereich
von etwa 3 mm bis 60 cm bezeichnet.
Die Schienenriffeln, mit typischen Wellenlängen
von ca. 4 cm bis 12 cm, und die Radunrundheiten
fallen ebenfalls in den Bereich der
akustischen Rauigkeit. Die Aufrauung der Rad-
Schiene-Kontaktflächen findet nach heutigem
Wissensstand durch Verschleiß, plastischer
Deformation und Rollkontaktermüdung statt,
die genauen Entstehungsmechanismen sind
aber noch nicht vollständig erforscht.
Für die Geräuschabstrahlung des Wagons spielen
die Räder eine bedeutende Rolle, die Abstrahlung
steht in direktem Zusammenhang mit
den angeregten Eigenschwingungsformen der
Räder. Untersuchungen zeigen, dass für die
Geräuschabstrahlung hauptsächlich bestimmte
radiale und axiale Radschwingungsformen verantwortlich
sind. Deshalb ist es sehr wichtig,
Abbildung 1: Rad mit Absorber am Modalanalyseprüfstand (links) und berechnete Eigenschwingungsform (rechts)
Quelle: VIRTUAL VEHICLE
die Eigenschaften der Räder so zu gestalten,
dass diese Radschwingungen nicht mehr angeregt
werden. Dabei liegt das Interesse hauptsächlich
in dem Frequenzbereich von 1,5 bis 3
kHz. Die durch den Rad-Schiene Kontakt entstandene
Schwingungsenergie wird nicht nur
an Rad, Fahrwerk und Wagenkasten sondern
auch an die Schiene weitergeleitet. Die Schiene
verhält sich trotz der Befestigung an den
Schwellen sehr schwingungsaktiv. Durch die
Anregung entstehen in der Schiene zwischen
den Schwellen wellenförmige Schwingungsformen
(„pinned – pinned“) mit ca. 1 bis 2 kHz.
Ziel ist also, diesen Schwingungen entgegenzuwirken
und sie zu reduzieren.
Möglichkeiten der
Geräuschreduktion
Aufgabe ist die Entwicklung neuartiger Rad- und
Schienenabsorber mit verbesserter Wirksamkeit
im Vergleich zu kommerziell erhältlichen
Varianten. Neben technischen und finanziellen
Vorteilen ist die Beherrschung der Methode zur
virtuellen Auslegung dieser Radabsorber (Abbildung
1 rechts) ebenso ein wichtiges Ziel.