TECHNIK & UMWELT

Effektiver
Erschütterungs­schutz
mit Unterschottermatten
Messungen zeigen: Die im Stadtbahntunnel der Wehrhahnlinie in Düsseldorf eingebaute­Unterschottermatte führt zu einer hohen Schwingungsminderung
Dipl.-Ing. Udo Lenz, Essen; Dr. techn. Ferdinand Pospischil, Innsbruck

Im Rahmen der Erweiterung der Stadtbahn in Düsseldorf wurde die Wehrhahnlinie als Verbindung zwischen denS-Bahnhöfen Wehrhahn und Bilk gebaut. Aufgrund der innerstädtischen Lagemusste der 3,4 km lange Abschnitt unterirdisch ausgeführt werden. Um die in unmittelbarer Nähe stehenden, teilweise direkt
unterfahrenen Gebäude vor Schwingungenund Erschütterungen aus dem Bahnbetrieb
zu schützen, wurde ein Teilbereich davon
mit Unterschottermatten ausgerüstet. Ein
weiterer wurde als Masse-Feder-System
mit Punktlagern ausgelegt, wobei dort eine

niedrigere Abstimmfrequenz ≤ 8 Hz gefordert wurde. Dieser Beitrag berichtet überden Bereich der Unterschottermatten unddessen Wirksamkeitsnachweis.
Im Rahmen der Genehmigungsplanung
wurden dazu vom Ingenieurbüro Uderstädt + Partner (heute: I.B.U. GmbH) die
erforderliche Schall- und Schwingungstechnische Untersuchung durchgeführt.
Basierend auf den Ergebnissen dieser Untersuchung wurde im Planfeststellungsbeschluss festgelegt, dass in Teilbereichen desStadtbahntunnels Masse-Feder-Systemeoder Unterschottermatten (USM) zur Minderung der Schwingungsemissionen derGleisanlage vorzusehen sind, je nach Näheund Typ der zu schützenden Gebäude. Im
Rahmen der Ausschreibung zur Herstellung
der Gleisanlagen wurde vom Ingenieurbüro
Uderstädt + Partner eine Technische Lieferbedingung (TL) erstellt, in der die Anforderungen an die USM definiert waren.
Die Bauarbeiten für die im Schildvortrieb
aufgefahrene Tunnelstrecke begannen am
28. November 2007. Hierbei wurde ein
Schilddurchmesser von 9,2 m verwendet,sodass für die zweigleisige Strecke der Bau
nur einer Tunnelröhre notwendig wurde.
Am 20. Februar 2016 konnte der Regelzugbetrieb der Wehrhahnlinie aufgenommenwerden.

Grafik: I.B.U.

AnforderungenAbb. 1: Anlage 1 zur
Technischen Liefer­bedingung.
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Die Anforderungen an die USM sind in den
TL „Unterschottermatten – U-Stadtbahn
in Düsseldorf/Wehrhahnlinie“ festgelegt.
Zunächst werden dort die technischenRahmenbedingungen für den Einsatz derUSM, wie beispielsweise die Beschreibung
des Fahrzeuges und der Trassierung, aufgelistet. Um sicherzustellen, dass geeignete USM eingebaut werden, wird Bezuggenommen auf die DIN 45673 – 5 [1], inder die Prüfdurchführung für die relevanten Kennwerte beschrieben ist. Die Abbildung 1 enthält die Anlage 1 der TL, inder die nachzuweisenden physikalischen
Kennwerte der angebotenen USM aufgelistet sind. Einzubauen waren demnach USM
der Dicke von 20 bis maximal 50 mm. Der
statische und der dynamische Bettungs-

TECHNIK & UMWELTIm Hinblick auf die dauerhafte Wirkung derUSM war zudem gefordert, dass die prozentuale Veränderung des statischen Bettungsmoduls vor und nach Durchführung
des Dauerschwellversuchs (DIN 45673 [1])einen Wert von 20 Prozent nicht überschreitet. Weitere allgemeine Anforderungen bestanden darin, dass die USM alterungs-,
wasser-, ozon-, fett- und ölbeständig seinsoll. Darüber hinaus soll die Wasseraufnahmefähigkeit der USM gering sein unddiese im Hinblick auf brandschutztechnische Anforderungen der Klasse B2 nachDIN 4102 [3] entsprechen.

Grafik: I.B.U.

Die Wirksamkeit der angebotenen USM
war in Form von garantierten Körperschalldämmwerten (Einfügungsdämmung) anzugeben. In Abbildung 2 ist die im Rahmen
der Angebotsabgabe vorzulegende Tabelle
der Dämmwerte abgebildet. Hierbei war
der Bieter aufgefordert, einen rechnerischen Nachweis nach dem Rechenmodell„Wettschureck/Kurze“ [4] vorzulegen.

Zum Autor
Dipl.- Ing. Udo Lenz (64) beschäftigt sich seit 1985 mit den Immissionen undEmissionen von Schienenverkehrsanlagen. Grundlage für diese Tätigkeit war
das Studium des Bauingenieurswesens an der Universität Hannover, sowie
die Tätigkeit am Curt-Risch-Institut für Dynamik, Schall und Messtechnik.
Nach dem Studium begann Lenz seine Tätigkeit in der I.B.U. GmbH, Essen(damals noch Ingenieurbüro D. Uderstädt), die er über viele Jahre als geschäftsführender Gesellschafter leitete. Mit dem 3. Januar 2019 hat der Autor
aus Altersgründen die Geschäftsführung abgegeben und ist jetzt als Leitender Ingenieur für die I.B.U. GmbH tätig.

Zum Autor
Dr. techn. Ferdinand Pospischil (33) hat sich nach seinem Bauingenieursstudium an der TU München während des Doktorats in Innsbruck eingehend
mit dem Eisenbahn-Oberbau befasst. Danach arbeitete er über zwei Jahre inder Elastomer-Forschung und Entwicklung bei Getzner Werkstoffe GmbH umdann, bis heute, ebenda in Deutschland als Projektmanager im Eisenbahnbereich tätig zu sein. Daneben wirkt er sowohl als Post-Doc in Lehre und Forschung an der Universität Innsbruck weiter als auch als freier Chefredakteur
der Fachzeitschrift „Der Eisenbahningenieur“ im DVV Media Verlag.

Die geforderte Einfügungsdämmung ergibt
sich aus den im Rahmen der Immissionsprognose entwickelten Anforderungen an
den elastischen Oberbau. Die Einfügungsdämmung stellt hierbei, entsprechend
Abb. 2: Anlage 3 zur
Technischen Liefer­bedingung.

DIN 45673 [2], die Pegeldifferenz zwischen
dem Schotteroberbau ohne USM und dem
Schotteroberbau mit USM dar.

VergabeBei der Ausschreibung des Gleisbaus wurden die Lieferung und der Einbau der USM
mit abgefragt. Die Bauunternehmen boten
unterschiedliche USM verschiedener Hersteller an. In einer technischen Bewertung
wurden die vorgelegten Unterlagen derBieter zusammengefasst. Letztlich war intechnischer Hinsicht der Einbau verschiedener USM-Typen denkbar. Die Vergabe
des Gleisbaus erfolgte an die Firma Spitzke, deren Angebot den Einbau der Getzner
USM Sylomer A 728 vorsah.

Foto: Getzner

modul der USM waren dabei so zu wählen,dass die geforderten Mindestdämmwerte
erreicht werden.

Abb. 3: Einbau der Unterschottermatten.
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Fotos: 4-9: I.B.U., 10: Getzner

Beschreibung­Unterschottermatte

Abb. 4-10: Arbeitsschritte zum Einbau
von Unterschottermatten.
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Die Getzner Werkstoffe GmbH ist seit rund
50 Jahren als technologieführender Produzent von elastischen Elementen aus Polyurethan (unter anderem im Eisenbahnoberbau) tätig. Die in zahlreichen Projekten
verbauten USM zeigen auch nach über 30
Jahren noch technische Eigenschaften innerhalb der ursprünglichen Spezifikation[5]. Somit ist es sichergestellt, dass die
USM über den gesamten Lebenszyklus desOberbaus der Wehrhahnlinie voll funktionstüchtig sein wird.

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Die hier verbaute USM Sylomer A 728 wurde
für gehobene Ansprüche der Körperschallentkopplung konzipiert. Mit einem statischen Bettungsmodul von 0,007 N/mm³
bei einer Mattenstärke von 28 mm sowie
einer maximalen Radsatzlast von 130 kN
ist sie für den Einsatzbereich bei Straßenbahnen und U-Bahnen optimiert. Das ge-mischtzellige Polyurethan wird durch eine
im Produktionsprozess aufgebrachte Lastverteiler-Schicht aus Vlies vor Abrieb undZerstörung durch den Gleisschotter effektiv
geschützt. Aufgrund des geringen Flächengewichts von nur 6 kg/m² ist es möglich, dieMatten ohne Zuhilfenahme von schweren
Einbauwerkzeugen zu verlegen. Die USM Sylomer A 728 ist bereits vielfach auch in Nahverkehrsbetrieben im deutschsprachigen
Raum sehr erfolgreich eingebaut worden.

Einfügungsdämmung
Für die vorab durchgeführte Berechnung
der Einfügungsdämmung wurde das Ergebnis einer Materialprüfung unter einer
Normschotterplatte herangezogen. Da die
USM als Teil des Gesamtsystems verstanden werden muss, erfolgten die Prognoseberechnungen anhand von vielen überdie Zeit gewonnenen Erfahrungswerten inKombination mit den produktspezifischen

Fotos: 11-12: I.B.U., 13: Getzner

Da es sich bei diesen USM um geschäumtes Polyurethan handelt, sind die Hohlräume auf zellularer Ebene im Material enthalten und können sich nicht durch äußereVerunreinigungen über die Zeit zusetzen
und somit die Systemeigenschaften undderen Wirkung verändern. Auch das Entweichen von chemischen Wirkstoffen wie
zum Beispiel Klebern oder Weichmachern
ist aufgrund ihres Fehlens nicht möglich.
Diese Erfahrungen untermauern auch dieLaborprüfungen welche etwa bei Dauerschwellprüfungen eine Versteifung von weniger als 20 Prozent beschreiben.

Abb. 11-13: Messdurchführungen.

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der I.B.U. GmbH begleitet. Durch diesesporadischen Baustellenkontrollen sollte
sichergestellt werden, dass eine ordnungsgemäße Verlegung der USM erfolgt. DieAbbildungen 3 bis 10 zeigen die Einbaukontrollen.
Der Matteneinbau erfolgte vollflächig überden gesamten Tunnelboden. Die Matten
wurden in Anlehnung an die Verlege-Vorschriften RIL.824.1510 der DB Netz AG eingebaut.

Nachmessung

Grafik: I.B.U.

Entsprechend der TL waren Messungenzum Nachweis der Einfügungsdämmung
der eingebauten USM im zweiten Jahr nachInbetriebnahme durchzuführen. Diese wurden von der I.B.U. GmbH im Auftrag derGetzner Werkstoffe GmbH in der KW 26 undKW 42 des Jahres 2017 ausgeführt.

Abb. 14: Einfügungsdämmung.

Werten. Die Berechnungen fanden sodannnach Wettschureck/Kurze statt [4].

∆Le = 20lg 1+SsSMv 2
1– 0v

3 1 24in dB

Die Berechnung bestätigte vorab den Einsatz der USM Sylomer A 728.

Qualitätssicherung und Einbau
Zur Gewährleistung der geforderten Qualität wurden kontinuierlich mehrere Proben der USM Sylomer A 728 sowohl statischen als auch dynamischen Tests nachDIN 45673-5 unterzogen.
Der Einbau der USM erfolgte im Zeitraum
Juni bis Oktober 2017. Er wurde zeitweisevon Mitarbeitern der Firma Getzner undDa der Stadtbahntunnel der Wehrhahnlinie praktisch vollständig mit USM oder
Masse-Feder-Systemen ausgerüstet ist,
bestand keine Möglichkeit, eine Schwingungsmessung in einem Bereich mit Standard-Schotteroberbau durchzuführen. Daher wurde bereits in den TL festgelegt, dasszur Berechnung der Einfügungsdämmung
Bezug auf das in der Immissionsprognose
zum Genehmigungsverfahren verwendete
Emissionsspektrum genommen wird. Die
Schwingungsmessung im Tunnel erfolgte
insofern nur in Bereichen mit USM. Insgesamt gesehen wurden acht Messquerschnitte, verteilt über die Strecke, ausgewählt. Zwei der acht Messquerschnitte(MQ 4 und MQ 8) wurden im Bereich vonGleiswechseln angeordnet. Für diese Messquerschnitte gilt, dass kein Bezug auf dieEmissionen eines Standard-Schotteroberbaus mit Gleiswechsel genommen werden
konnte. Da die Emissionen in Weichen undKreuzungen höher als die Emissionen vonNormalgleisen sind, ergibt sich hier, mit

dem Bezug auf das Emissionsspektrum desNormalgleises, eine knapp zu geringe Einfügungsdämmung, die nicht in der Qualität
oder Wirkungsweise der USM begründet
ist, sondern vielmehr zeigen, dass sogar
in komplexen Weichenfeldern die Wirkung
der USM Sylomer A 728 gegeben ist.
Die Messfahrten erfolgten mit einem Niederflurfahrzeug in der Betriebspause fürdefinierte
Vorbeifahrgeschwindigkeiten
von 50 und 60 km/h. Den Abbildungen 11
bis 13 sind Fotos der Messdurchführungzu entnehmen. In Abbildung 14 sind die
Ergebnisse der ermittelten Einfügungsdämmung der Messquerschnitte im Normalgleis dargestellt. Es zeigt sich, dassdie geforderten Mindestdämmwerte eingehalten oder sogar deutlich in positiver
Wirkungsweise überschritten werden. Eskonnte somit sowohl die Wirkungsweise der USM Sylomer A 728 als auch derzugrunde gelegten Berechnung bestätigt
werden.

Literatur / Anmerkungen[1]

DIN 45673 – Mechanische Schwingungen – Elastische Elemente desOberbaus von Schienenfahrwegen – Teil 5: Labor-Prüfverfahren für Unterschottermatten. – August 2010
(wird ersetzt durch DIN EN 17282 – Bahnanwendungen – Infrastruktur– Unterschottermatten, derzeit vorliegend als Entwurf von September2018)[2]

DIN 45673 – Mechanische Schwingungen – Elastische Element desOberbaus von Schienenfahrwegen –Teil 1: Begriffe, Klassifizierung, Prüfverfahren – August 2010
Teil 2: Ermittlung statischer und dynamischer Kennwerte im Betriebsgleis– Mai 2018 (DIN SPEC)
Teil 3: Messtechnische Ermittlung der Einfügungsdämmung im eingebauten Zustand (Versuchsaufbau und Betriebsgleis) – April 2014 (DINSPEC)
Teil 4: Rechnerische Ermittlung der Einfügungsdämmung im eingebauten Zustand – Juli 2008 (Vornorm) – Neuausgabe in Vorbereitung[3]

DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen – 1[4]

R. Wettschureck, Proceedings Internoise 1985, München, Vol. I,
pp. 721 – 724[5]Getzner Werkstoffe – 30 Years of Vibration Protection of the Philharmonic Hall Gasteig, Munich – Case Study

Zusammenfassung / Summary
Effektiver Erschütterungsschutz mit Unterschottermatten

Effective vibration control by under ballast mats

Im Jahr 2017 wurden Teile der Tunnelstrecke der Wehrhahnlinie erschütterungstechnisch mit einer Unterschottermatte entkoppelt. DieAnforderungen und gutachterliche Begleitung wurden durch das Ingenieurbüro Uderstädt + Partner (heute: I.B.U. GmbH) sichergestellt. Als
Material wurde nach technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten die USM Sylomer A 728 der Getzner Werkstoffe GmbH ausgewählt
und eingebaut. Im zweiten Betriebsjahr wurde eine Nachmessung derEinfügungsdämmung durchgeführt. Die Ergebnisse belegen, dass diegeforderten Mindestdämmwerte nicht nur eingehalten, sondern zum
Teil sogar übertroffen wurden und somit das System der Getzner USM
Sylomer A 728 funktioniert.

In 2017, for reasons of vibration control, parts of the tunnel section ofthe Wehrhahn route were uncoupled by using under ballast mats. The
requirements and expert valuation were ensured by the engineering
office Uderstädt + Partner (now: I.B.U. GmbH). As suitable material
USM Sylomer A 728 by Getzner Werkstoffe GmbH was selected andinstalled. In the second year of operation a resurvey of the insertion
loss has been made. The results confirm that the required minimum
insulation values have not only been reached but in some part evenexceeded and therefore, the Getzner USM Sylomer A 728 works.

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