Eisenbahnlärm: Gummi geben gegen den Schienenlärm

2.9.2020 - Schienenbetreiber können aufatmen: Eine neuartige elastische Platte zwischen Schiene und Betonschwelle stellt die Lösung von zwei alten Problemen in Aussicht: Sie schont den Schotter und reduziert den Lärm. Dies senkt die Unterhaltskosten, verlängert die Wartungsintervalle und schont die Nerven der Anwohnenden.

Text: Stefan Hartmann

Eisenbahn Lärmmesung — Lärmmessung der Schweizerischen Südostbahn (SOB) in Wollerau (SZ).
© Michael Würtenberg | Ex-Press | BAFU

Mit den guten alten Eisenbahnschwellen aus Eiche war scheinbar alles viel einfacher: Das Holz ist elastisch, weist gute Dämmeigenschaften auf und kann die von den Zügen verursachten Erschütterungen besser absorbieren. Zudem liessen sich die Stahlschienen direkt auf das Holz schrauben. Trotzdem mussten die Bahnbetreiber diese Schwellen vor rund 25 Jahren aus dem Verkehr ziehen, denn die Imprägnierung mit dem toxischen Teeröl war aus Umweltschutzgründen nicht mehr zu verantworten. Seither ersetzen sie deshalb die Eichenschwellen bei Unterhaltsarbeiten durch solche aus Beton.

Allerdings hat auch das Ersatzprodukt Nachteile. Zum einen sind die Betonschwellen 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. Gesucht war also eine Zwischenlage, die das Gewicht der Züge besser abfedert und zudem den Lärm besser zu dämpfen vermag. Dank modernem Rollmaterial sind die Personenzüge heute zwar bereits recht leise unterwegs. Weil der Schienenverkehr laufend ausgebaut wird und vor allem ältere Güterwagen immer noch sehr laut sind, setzt der Bund auf die Entwicklung neuer Komponenten, welche den Eisenbahnlärm spürbar reduzieren.

Problem: Räder und Schienen

Der Lärm vorbeifahrender Züge setzt sich aus verschiedenen Geräuschanteilen zusammen. Bis zu einer Geschwindigkeit von etwa 60 Stundenkilometern sind die Antriebsgeräusche der Lokomotiven und Triebwagen hauptverantwortlich für diese Emissionen. Fahren die Züge schneller, so dominieren hingegen die Rollgeräusche. «Wenn Stahlräder auf Metallschienen rollen, entstehen durch winzige Rauheiten Schwingungen in allen beteiligten Komponenten», erklärt Franz Kuster von der Sektion Eisenbahnlärm beim BAFU. «Räder, Schienen, Schwellen und sogar der Schotter geraten in Bewegung.» Jede dieser Komponenten strahlt die Schwingungen dann als Luftschall in unterschiedlichen Tonhöhen und Richtungen ab und ist somit Teil des Rollgeräuschs. «Die Schallanteile von Rädern und Schienen sind dabei deshalb so kritisch, weil ihre Tonhöhe für die menschliche Wahrnehmung besonders unangenehm ist», erläutert der BAFU-Fachmann. Um den Schienenlärm zu reduzieren, muss es also gelingen, die Schwingungen der verschiedenen Komponenten durch geeignete Massnahmen zu reduzieren.

Entscheidende Zwischenlagen

Ohne federnde Unterlage würden die Betonschwellen durch die enormen Schwingungen der Züge innert kurzer Zeit zerstört. Deshalb braucht es im heutigen Gleisbau – anders als bei den früher eingesetzten Holzschwellen – immer eine elastische Platte zwischen Schiene und Schwelle. Üblicherweise werden auf dem Schweizer Bahnnetz jeweils harte Zwischenlagen aus Kunststoff eingebaut. Aus akustischer Sicht haben diese Vorteile, weil sie die Schwingungen direkt in den Untergrund ableiten und so den Schienenschall dämpfen. Nachteilig ist jedoch, dass sie zu viele Erschütterungen an Schwelle und Schotterbett übertragen, was den Oberbau und die Gleisunterlage reparaturanfälliger macht. Bei den hohen Kosten für den Gleisunterhalt, den die SBB – bei einer kompletten Erneuerung des Schotterbetts – auf rund 2300 Franken pro Schienenmeter beziffern, wiegt dieser Nachteil schwer.

Für Schienenabschnitte mit sehr hartem Untergrund wie etwa auf Fels und Stahlbeton, die beispielsweise für Bergstrecken, Tunnelröhren oder Brücken typisch sind, werden seit einigen Jahren weiche Zwischenlagen aus Gummi verwendet. Sie federn die hohen Kräfte der fahrenden Züge besser ab und schonen so den Schotter. Die optimalere Abfederung der Schwingungen verlängert zwar die Lebensdauer der Betonschwellen und des Schotters, hat jedoch kaum eine schwingungsdämpfende Wirkung auf die Schiene. Im Vergleich zu einem Oberbau mit harten Zwischenlagen nimmt das Rollgeräusch im Endeffekt deshalb um etwa 3 Dezibel (dB) zu.

Neues Material dämpft besser

Die vom BAFU im Rahmen eines Forschungsprojekts finanzierte Entwicklung einer neuen elastischen Zwischenlage sollte möglichst beide Eigenschaften vereinen, also Betonschwelle und Schotter schonen und gleichzeitig den Schienenschallanteil reduzieren. Gesucht war somit eine Gummimischung, die sowohl federn als auch dämpfen kann. Nach erfolgreichen Laborexperimenten mit Tests bei unterschiedlichen Temperaturen konnte die Neuentwicklung im Herbst 2019 auf einem 300 Meter langen Abschnitt der Schweizerischen Südostbahn (SOB) in Wollerau (SZ) im Feldversuch eingebaut und untersucht werden.

Entwickelt hat diese innovative elastische Zwischenlageplatte das Eisenbahn-Engineering-Unternehmen PROSE aus Winterthur (ZH) gemeinsam mit dem österreichischen Gummihersteller BATEGU. Ihre Mischung besteht zu grossen Teilen aus Naturkautschuk und Russpartikeln. «Die Zwischenlage vereint die erhofften dynamischen Eigenschaften», erklärt der am Projekt beteiligte Akustik-Ingenieur Christian Czolbe von PROSE. «Sie schafft es, im tiefen Frequenzbereich bis 30 Hertz weich zu federn und im hochfrequenten, akustisch relevanten Bereich zwischen 400 und 2000 Hertz zu dämpfen.» So haben die Auswertungen der Messungen auf der SOB-Teststrecke in Wollerau gegenüber den bisherigen Zwischenlagen eine beachtliche Lärmreduktion von bis zu 3 Dezibel ergeben.

Tests auf BLS-Strecke

Weitere Tests mit den neuen Zwischenlagen erfolgten im März 2020 auf einem Streckenabschnitt der Bern-Lötschberg-Simplon-Bahn (BLS) zwischen Kerzers (FR) und Müntschemier (BE). Dort ist das grosse Schienenprofil UIC60 verbaut, während es bei den SOB in Wollerau das kleinere UIC54 ist. Damit konnte man die beiden in Europa weitverbreiteten Schienenprofile testen. Die in Aussicht gestellten Eigenschaften des neuen Werkstoffs seien «vielversprechend», heisst es beim Fachbereich Fahrbahn der BLS. Es sei zweifellos im Interesse des Unternehmens, Systeme und Komponenten für den Gleisbau weiterzuentwickeln, welche die Lebenszykluskosten und den Lärm gegenüber der heutigen Bahntechnik weiter reduzieren.

Innovationen bei der Bahn

Für die Lärmsanierung der Schweizer Eisenbahnen stellt der Bund bis 2025 rund 1,5 Milliarden Franken zur Verfügung. Mit einem Verbot von lauten in- und ausländischen Güterwagen ab 2020, Massnahmen am Gleiskörper sowie Forschungs- und Investitionsförderung soll die Bevölkerung bis 2025 noch effektiver vor Bahnlärm geschützt werden. Es ist das Ziel, 80 Prozent der betroffenen Anwohnenden vor schädlichem oder lästigem Eisenbahnlärm zu schützen. Mit den bisher ergriffenen Lärmbekämpfungsmassnahmen für Eisenbahnen ist die Schweiz Vorreiterin in Europa:

Im Personenverkehr sind lärmarme Wagen mit Scheibenbremsen heute Standard.

Bei den inländischen Güterwagen hat man die lauten Grauguss-Bremsklötze konsequent durch leisere Komposit- Bremssohlen aus Kunststoff ersetzt.

Entlang belasteter Strecken wurden Lärmschutzwände aufgestellt und wo nötig Lärmschutzfenster in Gebäude eingebaut.

Das lärmdifferenzierte Trassenpreissystem schafft Anreize, indem Bahngesellschaften einen Bonus erhalten, wenn sie lärmarme Güterwagen einsetzen. Der Trassenpreis ist das Entgelt, welches die Bahngesellschaften für die Benützung der Schieneninfrastruktur in der Schweiz bezahlen müssen.