Quietschen bei Eisenbahn-Klotzbremsen, Voruntersuchungen zu Frequenzen und Schwingformen im Betrieb sowie Konzeption eines Prüfstands
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Lärm ist eines der zentralen Probleme des Verkehrssystems Eisenbahn. Während bei Energieverbrauch, Sicherheit und Platzbedarf die Eisenbahn sehr gut abschneidet und seit mehr als 100 Jahren „E-Mobility“ in großem Umfang praktiziert, ist sie in kritische Diskussionen bzgl. der Lärmemissionen verwickelt, die den weiteren Ausbau und teilweise die Nutzung vorhandener Anlagen behindert. Ein dabei wissenschaftlich bisher kaum beachteter Aspekt sind Bremsgeräusche, zumindest soweit es das (nach aktuellem Stand ständig vorhandene) Quietschen der bei Güterwagen weit verbreiteten Klotzbremsen angeht. Dagegen sind z. B. Geräuschprobleme bei Scheibenbremsen von Hochgeschwindigkeitszügen oder bei Güterwagen durch Aufrauhung der Lauffläche (Rollgeräusch) bei Klotzbremsen eingehend untersucht worden. Gesamtziel unseres Vorhabens ist es, Quietschen bei Eisenbahnklotzbremsen in einer ähnlichen Qualität zu untersuchen und zu modellieren, wie es mit anderen Bremsenarten und anderen Fahrzeugen bereits geschehen ist. Projektinhalt waren hier Voruntersuchungen an klotzgebremsten Güterwagen zu Schwingformen und –frequenzen. Daraus sollten insbesondere Schlussfolgerungen für eine ggf. notwendige Modifikation eines an der TU Berlin vorhandenen Prüfstands für Eisenbahnklotzbremsen mit dem Ziel der Untersuchung von Quietschen gezogen werden. Bei drei Messreihen mit Güterwagen der Bauarten Eaos und Res einerseits mit Modalanalysen an Rädern stehender Güterwagen und andererseits bei akustischen Messungen an den fahrenden und gebremsten Fahrzeugen konnten umfangreiche Ergebnisse zu Quietschfrequenzen und Eigenfrequenzen erzielt werden. In der experimentellen Modalanalyse zeigten sich die untersuchten Fahrzeuge gegenüber Variationen der Randbedingungen (mit/ohne Radaufstand, Radaufstand auf Schwelle/im Schwellenfach, Verschiebung Radaufstandspunkt in Querrichtung) bzgl. der Eigenfrequenzen wenig sensitiv. Die Messung der Eigenformen gelang nur bei einer sehr hohen räumlichen Auflösung bei den Messpunkten. Insgesamt ergaben sich sehr komplexe räumliche Schwingformen der Räder. Bei den Messungen am fahrenden Fahrzeug zeigten sich verschiedene dominante Quietschfrequenzen; allerdings auch ein recht instationäres Verhalten beim Quietschen, was die Bestimmung der Schwingformen mit der vorhandenen Messtechnik nur in Teilen ermöglichte. Es ergibt sich jedoch eine sehr gute Übereinstimmung aus gemessenen Eigenfrequenzen der experimentellen Modalanalyse und der akustischen Messungen, so dass insbesondere auch aus den Erfahrungen mit anderen Bremsentypen stark vermutet werden kann, dass auch die Schwingformen sehr ähnlich sind. Es fanden Untersuchungen mit allen drei gängigen Sohlentypen GG, K und LL-Sohle statt, wobei der Fokus auf den quietschfreudigsten GG-Sohlen lag. Anhand von FE-Rechnungen wurde der Einfluss von Vorspannung durch Wagengewicht auf Eigenfrequenzen und – formen untersucht und schließlich eine Vorrichtung zur Einbringung diese Vorspannung bei einem an der TU Berlin vorhandenen Prüfstand entworfen.
