72. Jahrgang
April 2019
Seite 113 – 152

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04.19

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BETRIEBSPRAXISOberbau

HARALD LOY | MICHAEL BISKUP | EWELINA KWIATKOWSKA

Messung der vibrationsisolierenden
Wirkung eines elastischen
Eisenbahnoberbaus
Durch das Eisenbahninstitut der Universität Politechnika Wroclawsa konnte eindrucksvoll die Wirksamkeit vonSchwellensohlen des Typs SLS1308G an der Flughafenanbindung in Krakau nachgewiesen werden. Im folgenden
Bericht werden die Anforderungen, die Messungsdurchführung und die Ergebnisse beschrieben.

Harald Loy,
Getzner Werkstoffe
GmbH; Arbeitsbereich
Intelligente Verkehrssysteme, Universität
Innsbruck

1. Anforderung elastischer Schwellensohlen

Michael Biskup,
Getzner Werkstoffe
GmbHDie Eisenbahnlinie Nr. 118 der Polnischen Staatsbahn
PKP PKL führt von der Haltestelle Krakow Central zum­Krakauer Flughafen und wurde im Jahr 2015 modernisiert. Der Oberbau besteht im Wesentlichen aus Schienen
vom Typ 60E1, elastischen Stützpunkten auf Betonschwel- Bild 1: Zum Einsatz kommen Polyurethan-Schwellensohlen auslen vom Typ PS94 und einem Schotterbett mit einer Höhe Sylomer® vom Typ SLS1308G
von 30  cm. In mehreren sensiblen Streckenabschnitten
wurden rund 12.000 Schwellensohlen eingebaut. Die An- lich verringert werden, indem das physikalische Prinzip
forderungen ergeben sich aus dem Ausschreibungstext­ der Schwingungsisolierung zur Anwendung gebracht wird.
„PB Uklad t­orrowy i podtorze“ [1]: „Zur Reduktion nega- Daneben sollen auch mit einer langfristig verbessertentiver Einflüsse auf die Umgebung (Reduktion störender Gleislage und dadurch einem ruhigeren Lauf der Züge weVibrationen) … sollen für neue Streckenabschnitte Sohlen niger Lärm und Erschütterungen emittiert werden. Allgeunter den Schwellen zum Einsatz gelangen. Diese sollen mein ist dabei die Wirksamkeit von eingesetzten elastials wirtschaftliche Alternative zu Unterschottermatten- schen Komponenten im Eisenbahnoberbau abhängig vonlösungen eingesetzt werden … Neben der Reduktion von Faktoren wie Masse, Steifigkeit und Dämpfung. Es wird ein
Vibrations­emissionen an die Umgebung, kann die Anwen- schwingungsfähiges System ausgebildet, dessen Eigendung von Schwellensohlen dynamische Kräfte reduzieren“. frequenz weit unter den zu isolierenden AnregungsfreZum Einsatz kommen Schwellensohlen SLS1308G von quenzen liegt, basierend auf dem Wirkungsprinzip eines
Getzner Werkstoffe (Bild 1). Durch die Verwendung die- Ein- bzw. Mehrmassenschwingers. Als wesentliche Federser wirtschaftlichen und hocheffizienten Polyurethan-­ komponente zur Reduktion der Emissionen ist der techniProdukte sollen die Emissionen an die Umgebung maßgeb- sche Werkstoff Sylomer® etabliert.

Ewelina
Kwiatkowska,Wroclaw Universityof Technology

04.19 Verkehr und Technik
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Anforderung elastischer Schwellensohlen – Messungen an der Flughafenanbindung Krakau –Vibrationsreduktion um bis zu 74 % – Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

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BETRIEBSPRAXIS

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Oberbau

2. Messungen an der Flughafenstrecke

Schwellensohlen sind spezifisch unterschiedlich [4].
Unter anderem sind die dynamische Steifigkeit und dasLangzeitverhalten entscheidend. Nur mit einem auf den
jeweiligen Anwendungsfall genau abzustimmenden Oberbauverhalten können besohlte Schwellen ihre schwingungsisolierende Wirkung im Gleis voll entfalten. Zwargilt, dass mit höherer dynamischer Wirksamkeit des gewählten Polyurethan-Werkstoffes (PUR) auch der zu erzielende Vibrationsschutz steigt; entscheidend ist jedoch dierichtige rechnerische Auslegung des Gesamtsystems, unter anderem unter Berücksichtigung der auf der jeweiligen
Strecke eingesetzten Fahrzeuge. Auf der hier elastisch optimierten Flughafenstrecke verkehren im engen Takt vornehmlich Züge vom Typ EN77 mit einer durchschnittlichen
Geschwindigkeit von 70 km/h.

Bild 3: Schwelleneinsenkungen ohne und mit Schwellensohlen

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Bild 2: Messstellen an der Linie Nr. 118 ohne und mit
Schwellensohlen

Verkehr und Technik 04.19

Die Messungen wurden am 14.9.2016 an zwei Streckenabschnitten durchgeführt [1], bei welchen eine Sektion mit
Schwellensohlen ausgerüstet war, während der Referenzabschnitt einen konventionellen Schotteroberbau hatte:–– Sektion 1 ohne Schwellensohlen: km 3,700 (± 100 m),
Stecke Nr. 1 linke Sektion.
–– Sektion 2 mit Schwellensohlen: km 3,500 (± 100 m),
Strecke Nr. 1 rechte Sektion.
Zunächst wurden repräsentativ an einzelnen Schwellen
die vertikalen Einsenkungen bei Zugüberfahrt gemessen(Bild 2). Diese zeigten im unbesohlten Bereich eine sehr
steife Auflagerung, die gemessene Vertikalbewegung lag
nur bei ca. 0,3 mm. Im Streckenabschnitt mit Besohlung
SLS1308G hingegen war, was die rechnerische Prognose
bestätigt, ein weit elastischeres Verhalten vorzufinden,
mit vertikalen Einsenkungen von etwa 1,5 mm (Bild 3).
Diese Ergebnisse lassen eine positive Minderung der Ausbreitung störender Vibrationen erwarten. Mit verbesserter
Gleiselastizität werden die dynamischen Kräfte reduziert,
der Schotter wird geschont und daraus folgend die Langzeitqualität des Eisenbahnoberbaus verbessert.
Die Vibrationsmessungen wurden mit Beschleunigungsaufnehmern auf Rammpfählen neben dem Gleis, anjeweils drei Messpunkten im unbesohlten und im besohlten Abschnitt, durchgeführt (Gleismittenabstand 6 – 8 m,
Messpunktabstand in Gleislängsrichtung 25 m). Insgesamt wurden zwölf Zugvorbeifahrten an jedem Messpunkt
dynamisch erfasst. Messungsdurchführung und Auswertung erfolgten entsprechend relevanter Normen, gültig
für elastische Elemente im Eisenbahnoberbau [2, 3].
In der Terzdarstellung (Bild 4) werden die Frequenz­anteile sichtbar. Das Differenzspektrum zeigt die Wirksamkeit der Schwellensohlen durch die so genannte Einfügungsdämmung. Die Einfügungsdämmung beschreibt
die relative Wirkung der Minderungsmaßnahme gegenüber der Referenzsituation [3]. Sie gibt an, wie sich dasTerzspektrum des Körperschalls verändert, wenn wie hier
Schwellensohlen vom Typ SLS1308G eingebaut werden.
Dabei bleiben idealerweise alle übrigen Emissionseinflüsse unverändert, d. h. es werden das gleiche Fahrzeug,Lizenziert für Herrn Harald Loy.
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BETRIEBSPRAXISOberbau

Bild 4: Gemessenes Terzband der Schwingschnelle ohne und mit Schwellensohlen SLS1308G (links), sowie die zugehörige Einfügungsdämmung als Differenzspektrum (rechts)

dieselbe Geschwindigkeit und die identische Schienenrauhigkeit etc. betrachtet. Da das elastische Element das
Gesamtsystem Eisenbahn beeinflusst, können bei geänderten Oberbauverhältnissen, anderen Untergründen bzw.
anderen Fahrzeuggarnituren die frequenzabhängigen Einfügungsdämmungen abweichen.

Die Einfügungsdämmung ist als Differenz zwischen Sektion 1 (ohne Schwellensohlen) und Sektion 2 (mit Schwellensohlen) in Bild 4 dargestellt, ausgedrückt in Dezibel(dB). Dort, wo die Werte positiv sind, ist eine Reduktion
der Vibrationen festzustellen, was eine Verbesserung imGleisoberbau bedeutet.
Wie aus der gemessenen Einfügungsdämmung ersichtlich ist, ergibt sich eine Reduktion der Vibrationen
im Gleis mit Schwellensohlen bereits bei Frequenzen
oberhalb von 31,5 Hz, verglichen mit dem Gleis ohne zusätzliche elastische Polyurethan-Elemente. Frequenzen
oberhalb von 40 Hz bis 200 Hz sind hauptsächlich verantwortlich für den sekundären Luftschall in angrenzenden
Gebäuden.
Um einige Ergebnisse hervorzuheben: Vibrationen zwischen 50 Hz bis 63 Hz erreichen einen Pegel von 80 dBv
ohne Schwellensohlen, während der Pegel mit Schwellensohlen auf weniger als 69 dBv reduziert wird, für Zuggeschwindigkeiten von 70 km/h. Das dominante Terzband
vorbeifahrender Züge kann dabei bei ungefähr 63 Hz gefunden werden. Die Verwendung der Schwellensohlen
SLS1308G zeigt eine Einfügungsdämmung von 11,6 dB(zum einfacheren Verständnis, eine Verbesserung von
10 dB korrespondiert mit einem verbesserten Einfügungsdämm-Maß von bereits 69 % – im vorliegenden Fall liegt
mit 11,6 dB die mittlere Vibrationsreduktion sogar bei
74 %). Im Bereich der Eigenfrequenz kann nur eine sehrkleine Resonanzverstärkung gesehen werden. Diese Untersuchungen, speziell um den relevanten Frequenzbereich von 63 Hz, beweisen die fundamentale Einsetzbarkeit
von Schwellensohlen zur Verminderung von Vibrationen
und sekundärem Luftschall.

Das Ziel der durchgeführten Studie war, den vibrationsdämpfenden Effekt von Schwellensohlen im Schotteroberbau zu quantifizieren. Die Wirksamkeitsmessungen wurden
an der Flughafenstrecke in Krakau, Polen, durchgeführt.
Die Einfügungsdämmung zeigt, dass der Einsatz von elastischen Schwellensohlen aus Sylomer® des Typs SLS1308G
von Getzner die Übertragung von Schwingungen signifikant reduziert. Bei der Frequenz von 63 Hz im Terzband
konnte ein durchschnittliches Einfügungsdämm-Maß von
11,6 dB gemessen werden, dies entspricht einer Reduktion
von störender Vibrationen um 74 %. Neben dem beschriebenen Effekt der Schwingungsreduktion wird durch den
Einsatz der Schwellensohlen auch die Langzeitqualität desEisenbahnoberbaus verbessert, was sich durch einen geringeren Instandhaltungsaufwand und damit geringere Kos­ten für den Bahnbetreiber auswirken wird. nLiteratur:[1] Kwiatkowska, E.: Measurement results of vibration isolation
performance, under-sleeper pads SLS1308G at Krakow Lobzow.
Politechnika Wroclawska, Report No. 126/2017.
[2] DIN 45669: Measurement of vibration immission, DIN 45672:
Vibration measurement associated with railway traffic systems.
[3] DIN 45673-3: Mechanical vibration – Resilient elements used inrailway tracks – Part 3: Experimental evaluation of insertion lossof mounted track systems.
[4] Loy, H.; Augustin A.; Tschann L.: Reduction of Vibration Emissions
and Secondary Airborne Noise with Under-Sleeper Pads –Effectiveness and Experiences. Chapter in book: Noise andVibration Mitigation for Rail Transportation Systems, pp. 595–605, Springer Nature 2018.

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3. Vibrationsreduktion um bis zu 74 %4. Zusammenfassung undSchlussfolgerungen137