Eisenbahnverkehr
Das Wichtigste in Kürze...
Die Bahn ist ein umweltschonendes, aber lärmintensives Verkehrsmittel. Ende 2015 waren schweizweit immer noch über 80'000 Menschen Schienenlärmbelastungen ausgesetzt, die über den Grenzwerten liegen.
Die Eisenbahn: Umweltschonend - aber laut
Die Zusammensetzung des Lärms eines Zuges hängt von seiner Geschwindigkeit ab. Bei den üblichen Fahrgeschwindigkeiten hat das Rollen der Räder auf den Gleisen den grössten Anteil am Schienenlärm.
Schienenlärm ist ein Mix aus Geräuschen
Die Bauart der Bremsen hat einen grossen Einfluss auf die Lärmemission. Wurden früher noch laute Klotzbremsen eingesetzt, so werden neue Züge nur noch mit markant leiseren Scheibenbremsen ausgestattet.
Die alten Bremsen machen Züge laut
Die Lärmemissionen von Klotzbremsen werden um bis zu 10 dB verringert, wenn Grauguss-Bremssohlen durch solche mit höherem Kunststoffanteil ausgetauscht werden.
Was kann gegen Schienenlärm unternommen werden?
Beim Tramlärm, welcher auch zum Schienenlärm gehört, ist das Kurvenquietschen das lauteste und unangenehmste Geräusch. Durch den Einsatz von Schienenschmiermittel lässt sich das Quietschen minimieren.
Das Quietschen der Trams
Fahren Züge regelmässig an einem Empfangspunkt vorbei, wird ihr Lärm nicht als gleich lästig empfunden wie gleich lauter Strassenlärm. Dies wurde in der LSV mit einem Bonus berücksichtigt, ist aber heute durch die hohe Auslastung des Schienennetzes fragwürdig.
Der Schienenbonus
Die Eisenbahn: umweltschonend - aber laut
Das Schweizer Bahnliniennetz ist das am intensivsten genutzte in ganz Europa. Die Bahn ist zwar ein leistungsfähiges und umweltschonendes Verkehrsmittel, für Menschen, die in der Nähe von Bahnlinien wohnen und arbeiten, jedoch oft eine lästige Lärmquelle. Vor allem Anwohner von Gütertransportstrecken sind von hohen Lärmbelastungen betroffen: Gemäss den Schweizerischen Bundesbahnen (SBB) waren in der Schweiz noch im Jahr 2000 230'000 Menschen Lärmbelastungen durch die Eisenbahn ausgesetzt, die über den Grenzwerten liegen. Erfreulicherweise konnte die Zahl nach sehr umfassenden Sanierungsmassnahmen seitens der SBB auf die trotzdem immer noch beatliche Zahl von 83'000 lärmbelasteten Personen Ende 2015 gesenkt werden. Dabei sind im dicht besiedelten Mittelland mehr Personen betroffen als in ländlichen Gebieten.
Prof. Markus Hecht, Leiter Fachgebiet Schienenfahrzeige am Institut für Land- und Seeverkehr an der Technischen Universität Berlin und führender Experte in Sachen Schienenlärm, meint in einem Interview mit dem Portal der Bahnbranche eurailpress.de vom Oktober 2015 dazu: "Im Augenblick sind wir (die Eisenbahn, Anm. d. Red.) bezüglich Lärmbelastung das schlechteste Verkehrsmittel. Das geht nicht, wenn wir gleichzeitig für uns in Anspruch nehmen, das umweltfreundichste zu sein." Das vollständige Interview finden sie am Kapitelende.
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| Quelle: Lärmdatenbank sonBASE, Bundesamt für Umwelt (BAFU). |
Die Lärmdatenbank sonBASE erlaubt eine genaue Kartografierung der Schienenlärmbelastung. |
Die GIS-basierte Lärmdatenbank sonBASE des Bundesamts für Umwelt (BAFU) ermöglicht wissenschaftlich fundierte flächendeckende Auswertungen zur Lärmbelastung in der Schweiz. Für die Berechnung des Schienenlärms wurden Modellrechnungen von über 3'000 km Bahnlinien berücksichtigt. sonBASE visualisiert kartografisch die Lärmbelastung durch Schienenverkehr am Tag und in der Nacht.
Interview mit dem Schienenlärmexperten Prof. Dr. Markus Hecht (TU Berlin)
Zur GIS-Lärmdatenbank sonBASE
Schienenlärm ist ein Mix aus Geräuschen
Das Gesamtgeräusch des Bahnverkehrs setzt sich im Wesentlichen aus drei Komponenten zusammen:
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| Antriebsgeräusch | Rollgeräusch | Aerodynamisches Geräusch |
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Weitere Geräuschquellen sind Lüftungsanlagen, Bremsvorgänge und Kurvenquietschen.
Bei Fahrgeschwindigkeiten zwischen 50 und 270 Stundenkilometern ist die Hauptursache des Schienenlärms das Rollen der Räder auf den Gleisen. Das Rollgeräusch wird als Körperschall über die Räder und Achsen auf die Drehgestelle und andere Teile des Zuges übertragen und innerhalb der Schiene weitergeleitet. Der Körperschall wird auf die Luft übertragen und damit hörbar.
Bei Fahrgeschwindigkeiten unterhalb von 50 Stundenkilometern, zum Beispiel in Bahnhöfen, ist das Antriebsgeräusch der Lokomotive dominant. Die Höhe des Antriebsgeräusches wird durch die Elemente Fahrmotor, Getriebe, Lüfter, Klimaanlage, Kompressor und Spurkranzschmierung beeinflusst. Antirebsgeräusche werden als Luft- und Körperschall in das Fahrzeuginnere und nach aussen weitergeleitet. Auch Bremsgeräusche werden dem Antriebssystem zugeschrieben.
Erst bei über 300 Stundenkilometern kommen aerodynamische Geräusche zum Tragen. Diese werden vorwiegend durch Strömungs- und Wirbelablösungen der Stromabnehmer verursacht und sind mit Lärmschutzwänden kaum abzuschirmen.
Das Antriebsgeräusch ist nur wenig von der Zugsgeschwindigkeit abhängig. Hingegen nimmt das Rollgeräusch um die dritte bis vierte, das aerodynamische Geräusch sogar um die sechste Potenz der Fahrgeschwindigkeit zu.
Sobald diese Geräusche als störend empfunden werden, klassifiziert man sie als Lärm, welcher durch seine Struktur und seine Lautstärke für Mensch und Umwelt als belastend bzw. gesundheitsschädigend gilt.
Doppelstockwagen 20 dB leiser als Einheitswagen I/II
Die Lärmemissionen sind stark von der Bauweise des Rollmaterials abhängig. Bei den SBB ist zum Beispiel der IC2000-Doppelstockwagen (Baujahr 1997) 20 dB leiser als der Einheitswagen I/II (Baujahr 1956-1976), der jedoch 2020 fast vollständig ausrangiert wurde. Dies entspricht ungefähr dem Unterschied zwischen gediegener Kammermusik und einem fetzigen Rockkonzert.
Die alten Klotzbremsen machen Züge laut
Vor ungefähr 25 Jahren haben Wissenschaftler herausgefunden, dass sich nach einiger Zeit wellenförmige Unregelmässigkeiten in das Schienenprofil und die Radlauffläche einprägen. Sie nannten diese Unebenheiten „Riffel“. Hauptverantwortlich für die Riffelbildung ist das Schwingungsverhalten des Gleises. Durch vorbeifahrende Züge wird das Gleis zu Schwingungen angeregt, je nach Frequenz unterschiedlich stark. Wenn es nicht mitschwingt, wirken sehr hohe Kräfte zwischen Rad und Schiene, was nach einiger Zeit die regelmässigen Unebenheiten hervorruft. |
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Die Riffel treten verblüffend gleichmässig auf: Von Riffelberg zu Riffelberg beträgt der Abstand drei bis acht Zentimeter. Der Höhenunterschied von Bergen und Tälern liegt in der Regel unter einem Zehntel Millimeter, was gerade noch mit den Fingern fühlbar ist. Dennoch führen die Riffel zu höheren Schallemissionen. Ausserdem kommt es zu extremen Beanspruchungen des Rades und Gleises - und somit zu erhöhtem Verschleiss. Die Art der Bremsen beeinflusst die Riffelbildung entscheidend: Früher wurden Grauguss-Klotzbremsen eingesetzt, welche direkt auf die Radfläche drücken und bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h in 7,5 Metern Entfernung eine Lärmbelastung von 92 dB erzeugen. Durch diesen Bremstyp wird die Verriffelung verstärkt, da er die Radlaufflächen aufraut. Schon mit Kunststoff- anstatt Grauguss- Bremssohlen kann die Lärmemission gemäss BAFU um 9 dB vermindert werden (max. 83 dB). |
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Mit der neuen Generation von Scheibenbremsen (Stand 2016), welche nicht auf die Radlauffläche drücken sondern eine eigene Bremsfläche benutzen, lassen sich die Lärmemissionen gegenüber den alten Grauguss-Klotzbremsen sogar um 14 - 17 dB senken. Neues Rollmaterial wird bei der SBB im Bereich Personenverkehr nur noch mit Scheibenbremsen ausgerüstet. Die älteren Modelle der Flotte sind noch mit Klotzbremsen ausgestattet, deren Sanierung von Grauguss-Bremssohlen auf Kunststoff-Bremssohlen im Jahr 2014 abgeschlossen wurde. |
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Der Güterverkehr verursacht am meisten Lärm
In der Schweiz und vor allem im restlichen Europa ist der Güterverkehr für den Löwenanteil der Lärmemissionen verantwortlich, da die Zahl an alten Güterwagen mit Grauguss-Bremssohlen immer noch hoch ist. Hierzulande ist die Güterwagenflotte der SBB (6267 Wagen) bereits per Ende 2010 von den lauten Grauguss- auf leisere Kunststoff-Bremssohlen umgerüstet worden. Kunststoff-Bremssohlen lassen sich in K- und LL-Sohlen einteilen, wobei LL-Sohlen für die Umrüstung bestehender alter Güterwagen mit Grauguss-Bremssoheln benützt werden. K-Sohlen werden bei neuen Güterwagen montiert. In der Schweiz laufen sogar schon erste Tests mit dem mit Scheibenbremsen ausgestatteten, noch leiseren "Güterwagen der Zukunft". Zudem hat das BAFU im März 2017 eine Ausschreibung über 4 Mio. Franken lanciert, die noch leisere Güterwagen zum Ziel hat (höchstens 79 dB). In Deutschland hingegen haben die Besitzer des Rollmaterials noch bis ins Jahr 2020 Zeit, ihre Wagen umzurüsten. In anderen europäischen Ländern sind die Bestrebungen zur Lärmreduktion im Schienenverkehr noch weniger weit fortgeschritten.
Das gesamteuropäisch anzustrebende Ziel des Lärmschutzes ist eine flächendeckende Sanierung des Rollmaterials: Denn wenn nur wenige Wagen eines langen Güterzuges nicht umgerüstet sind, ist die lärmreduzierende Wirkung aufgrund der logarithmischen Natur der Dezibelskala kaum wahrnehmbar. Prof. Markus Hecht fomuliert in der Frankfurter Allgemeinen Zeitung zur Illustration drei Additionsregeln des Schalls: Laut und laut ist laut. Wenn sich zwei gleich laute Güterzüge begegnen, hört sich das fast ebenso laut an, als wenn nur ein solcher Zug vorbeifährt. Denn unser Ohr kann die resultierende Schalldifferenz von drei Dezibel nur mit Mühe unterscheiden. Weiter: Laut und leise bleibt laut. Wenn nur eine Hälfte der Güterwagen eines Zuges mit leisen Kunststoff-Bremssohlen ausgerüstet ist, die andere Hälfte aber noch mit lauten Grauguss-Bremsen fährt, dann ist der Zug fast ebenso laut wie früher. Die dritte Regel schliesslich lautet: Nur leise und leise ergibt leise. So lässt sich nur bei kompletter Umrüstung aller die Schweiz querenden Güterwagen eine signifikante Lärmreduktion erreichen.
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| Quelle: SBB Cargo |
Ab dem Jahr 2020 dürfen nur noch Güterwagen mit leisen Kunststoff-Bremssohlen oder Scheibenbremsen durch die Schweiz fahren. |
Zur Erreichung dieses Ziels hat die Schweiz ab 2020 ein Verbot von lauten Güterwagen mit Grauguss-Bremssohlen ausgesprochen. Das UVEK schätzt, dass ab 2013 noch ca. 30-40 Jahre vergehen, bis gesamteuropäisch alle lauten Güterwagen auf leise Kunststoff-Bremssohlen umgerüstet sind.
SBB Cargo: "Der Güterwagen der Zukunft" (Blog, 2017)
Sda/Blick: SBB stellt den "5L-Zug" vor
Das Dröhnen leerer Güterwagen
Im Drehgestell von Bahnwaggons entstehender Körperschall kann auf den Wagenkasten übertragen werden und dort zu einem Dröhnen führen. Dies ist vor allem bei leeren Güterwagen der Fall, wo der Wagenaufbau den Körperschall verstärkt und an den grossen Flächen der Wagenwände in Luftschall umwandelt. Bei hohen Geschwindigkeiten ist auch der aerodynamische Lärm durch Wirbelbildung im Bereich der Drehgestelle von Bedeutung. Als Massnahme zur Verringerung dieser Geräusche könnte eine Verkleidung des Drehgestells dienen.
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Drehgestell eines Doppelstockwagens. |
Schotterbett als Schallabsorber
Die Beschaffenheit des Bahntrasses beeinflusst die Reflexion des Schalls: Ein Schotterbett absorbiert den Schall stärker als eine feste Fahrbahn. Feste Fahrbahnen werden beispielsweise von den SBB nur in Tunnels und teilweise auf Brücken eingebaut.
Die bis in die 90er-Jahre eingebauten Holzschwellen werden nach und nach durch Betonschwellen ersetzt. Die Imprägnierung der Holzschwellen mit dem toxischen Teeröl war aus Umweltschutzgründen nicht mehr zu verantworten. Das Ersatzprodukt – die Betonschwelle – hat jedoch Nachteile. Betonschwellen sind unelastisch und werden bedingt durch die einwirkenden Kräfte mit der Zeit brüchig. Zum anderen geben sie die Vibrationen an das Schotterbett weiter, welches dadurch Schaden nimmt. Deshalb werden elastische Zwischenlagen zwischen Schienen und Schwellen eingebaut. Das BAFU liess 2019 eine neue Zwischenlage entwickeln, welche Betonschwelle und Schotter schonen und gleichzeitig den Schienenschallanteil reduzieren.
Der Tunnelknall
Bei der Einfahrt eines schnell fahrenden Zuges in den Tunnel wird eine Druckwelle erzeugt, die dem Zug mit Schallgeschwindigkeit vorauseilt. Am anderen Ende des Tunnels tritt ein Teil der Druckwelle aus dem Tunnelmund aus und kann unter bestimmten Bedingungen zu einem lauten Knall führen. Durch geeignete Tunnelkonstruktionen kann der Tunnelknall vermieden werden.
Was kann gegen Schienenlärm unternommen werden?
Grundsätzlich schützen glatte Räder auf glatten Schienen am besten vor unnötigen Lärmemissionen. Dies kann, wie oben beschrieben, einerseits durch den Austausch der Grauguss-Bremssohlen durch modernere und leisere Kunststoff- oder Scheibenbremsen gewährleistet werden. Auf der anderen Seite reduzieren gut geschliffene Schienen vor allem höherfrequente Lärmemissionen.
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Vergleich von verriffelten und geschliffenen Gleisen. In den hohen Frequenzbereichen kann der Emissionspegel durch gut geschliffene Gleise bis zu 8 dB reduziert werden. |
Erst wenn oben beschriebene Massnahmen getroffen wurden, sind zusätzliche sinnvoll, beispielsweise eine Verkleidung des Drehgestells, was aber technisch anspruchsvoll und aufwändig ist. Weiter könnten zukünftig möglicherweise vermehrt Rad- und Schienenabsorber eingesetzt werden, welche die Schallwellen direkt an der Quelle absorbieren.
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| Quelle: www.inct.de/d-index.htm |
Schienenabsorber verringern die Schallemission. |
In Erwartung der NEAT widmete die Sendung Einstein des Schweizer Fernsehens SRF im Jahr 2010 dem Thema "Lärm durch Güterverkehr und was dagegen unternommen wird" einen Beitrag: SRF-Einstein Laermmessungen neben den Schienen.
Das Quietschen der Trams
Beim Tram dominiert auf geraden Strecken schon bei Geschwindigkeiten über 30 Kilometern pro Stunde das Rollgeräusch den Geräuschpegel. In Kurven mit kleinen Radien treten Kreisch- und Quietschgeräusche als lauteste und unangenehmste Teilgeräusche auf.
Die Zwangsführung der Räder beim Durchfahren von Gleisbögen mit kleinen Radien führt dazu, dass die Spurkränze der Räder die Schienen im Gegensatz zur Geradeausfahrt in periodischen Anständen berühren, was das Kurvenquietschen zur Folge hat. Ausserdem werden die Schienen dadurch abgenutzt und uneben, was zu einer Erhöhung des Emissionspegels um bis zu 15 dB(A) führen kann.
Massnahmen gegen Tramlärm
Durch regelmässige Bearbeitung der Räder, seitliche Abdeckung der Räder und Auskleidung des Wagenbodens mit schallabsorbierendem Material können die Lärmemissionen am Rollmaterial minimiert werden. Durch regelmäßiges Schleifen der Schienenfahrflächen wird die Riffelbildung verhindert und somit eine Schallpegelerhöhung vermieden. Schallabsorbierende Trassees aus Schotter, Rasen oder Absorptionsplatten auf der festen Fahrbahn vermindern Reflexionen und damit die Lärmemission. Die Pegelminderungen betragen mit einem Trassee aus Rasengittersteinen gegenüber Asphaltbelägen weitere ca. 3-4 dBA, was ebenfalls einer wahrnehmbaren Pegelveränderung entspricht.
Messungen zeigen, dass die Bautechnik und Konstruktion von Tramzügen in Bezug auf die Lärmentwicklung wesentliche Fortschritte erzielt hat. Subjektiv entspricht die Lärmpegel-Differenz von alten Trams zu Trams der neusten Generation, einer Halbierung der Lautstärke. Gründe für die Pegelminderung sind die tiefgezogenen Carosserie und Verschalung der Räder der Niederflurtrams, aber auch in der Bremstechnik sowie der Lagerung und Reduktion der Anzahl Achsen. Mit der sukzessiven Erneuerung der Tramflotte und dem konsequenten Einsatz von Trams der neusten Generation, wird sich die Lärmbelastung zukünftig weiter reduzieren.
| Quelle: www.srf.ch |
André Kofmehl tüftelt seit Jahrzehnten an einer Lösung, die das nervige Schienenquietschen auf ein Minimum reduzieren kann. Nun hat der Schweizer eine Lösung gefunden, die das Quietschen sogar vollständig eliminieren soll. |
Das Tramsystem verfügt über zwei verschiedene Schmiersysteme, ein fahrzeugseitig installiertes System zur Spurkranzschmierung sowie infrastrukturseitig stationäre Schmieranlagen, sogenannten Schienenkopfbenetzungsanlagen. In Basel beispielsweise sind alle Fahrzeuge für den Regelverkehr mit Spurkranzschmieranlagen ausgestattet. Schmierfett wird auf den Spurkranz aufgespritzt. Die Intervalle, in welchen Fett abgegeben wird, basiert auf der zurückgelegten Distanz, Zeitintervallen, der Erkennung bestimmter Bogenradien sowie ortsabhängig. Dadurch wird der Rad- und Schienenverschleiss und das Kurvenquietschen minimiert.
Gegen Quietschgeräusche sind beispielsweise in Zürich in fast allen Kurven Schienenschmieranlagen eingebaut, durch die bei Bedarf Schmiermittel auf die Fahrbahn aufgetragen werden kann. Diese elektronischen Schmieranlagen reduzieren gezielt das Kurvenquietschen an neuralgischen Punkten. Die herannahenden Trams senden Impulse aus und setzen damit die Schmieranlage in Gang. Diese drückt das Schmiermittel durch winzige Bohrlöcher auf die Schiene und verhindert das Kurvenquietschen. Als weitere positive Eigenschaft verhindert das Schmiermittel das Rutschen der Trams beim Bremsvorgang. Messungen deuten daraufhin, dass dadurch der Verschleiss der Schienen um 10 bis 20 Prozent reduziert werden kann.
Wenn das Gleis in der Fahrbahn verlegt wird, kann die Schiene in eine Gummischicht eingegossen werden. Weiter kann der Unterbau mit einem Masse-Federn-System mit Gummi oder Federn versehen werden. Diese beiden Massnahmen können aber nur bedingt Kurvenquietschen vorbeugen, helfen jedoch, Erschütterungen und Körperschall abzufedern. In Zürich wurde das Masse-Federn-System beispielsweise auf dem Bahnhofplatz verbaut um die Erschütterungen und Lärmbelastung der unterirdischen Ladenpassage ShopVille zu minimieren.
Der Schienenbonus
Die hohen Schallemissionen des Bahnbetriebes lassen vermuten, dass die Störung durch die Bahnen grösser ist als durch den Strassenverkehr. Dies wird aber durch verschiedene soziologische Untersuchungen widerlegt. Die Emission von unangenehmen hohen und tiefen Frequenzen ist bei vorbeifahrenden Zügen geringer als beim Strassenverkehr. Ausserdem lassen der regelmässige Charakter von Bahnlärm und die Akzeptanz des Allgemeinnutzens des Bahnverkehrs die Menschen den Schienenverkehr leiser wahrnehmen.
Der kleinere Störeffekt des Bahnlärms gegenüber dem Strassenlärm wird in der Lärmschutzverordnung (LSV) berücksichtigt, indem der tatsächlich emittierte Lärm um minimal 5 bis maximal 15 dB reduziert wird. Die Pegelkorrektur wird mit folgender Formel berechnet:
| K1 = -15 | für N < 7.9 | |||||||||||||||
| K1 = 10 log (N/250 | für 7.9 <= N <= 79 | |||||||||||||||
| K1 = -5 | für N > 79 | |||||||||||||||
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Wenn also beispielsweise auf einer Strecke pro Tag 100 Zugdurchfahrten registriert werden, so werden vom gemessenen Schallpegel 5 dB subtrahiert. Auch bei täglich 400 Zugdurchfahrten (das entspricht einer Durchfahrt pro 2.4 Minuten) wird der Schallpegel um 5 dB reduziert. Die Pegelkorrektur wird also auch vorgenommen, wenn die Zugsdichten so hoch sind, dass sie für Anwohner nicht mehr regelmässig erscheinen, sondern ähnlich zufällig wie der Strassenverkehr wirken. Unter diesen Umständen ist eine Pegelreduktion nicht gerechtfertigt. Bei Zugstrecken mit sehr hoher Verkehrsdichte wäre somit eine Anpassung der LSV sinnvoll, da das Bahnnetz heutzutage massiv stärker ausgelastet ist als zu Zeiten des Inkrafttretens des Schienenbonus.