Verfahren zur Verkehrs-Luftschall-Dämpfung mittels Luftschall-Absorptions-Schichten

Abstract

 Das Verfahren und die baulichen Massnahmen für die Dämpfung des Luftschalls verursacht durch den Verkehr von vorwiegend Eisenbahnen auf Schotterbetten und festen Fahrbahnen sowie von Automobilen ist gekennzeichnet durch den Einbau von Luftschall-Absorptions-Schichten entlang ihren Verkehrswegen in Siedlungsgebieten. Figur 1 zeigt als Beispiel die Anwendung im Eisenbahnbau mit klassischer Schotterbettung: die Luftschall-Absorptions-Schicht (1) wird zwischen und neben den Schienen (2), das heisst auf Schotterbett (3), Schwellen (4) und natürlichem Baugrund (5) eingebracht. Zur Dämpfung der Automobil-Luftschallemissionen wird die Absorptions-Schicht unmittelbar neben den Fahrbahnen angebracht , und - wie gegebenfalls auch im Eisenbahnbau - weitergeführt auf neue oder bestehende Lärm ablenkende Strukturen. Die dazu verwendeten Materialien, vorzugsweise Steinwolle, haben primär luftschallabsorbierende Eigenschaften, aber sie sind auch wasser- und luftdurchlässig, resistent gegen Verwitterung, in sich stabil, ungiftig, nicht brennbar, farblich anpassungsfähig, am Boden haftend und/oder an Trägern befestigt und somit gegen Fahrt- und Sturmwind gesichert.

Beschreibung

[0001] Transporte im öffentlichen und privaten Verkehr verursachen Luftschallemissionen die subjektiv als Verkehrslärm wahrgenommen werden; gelegentlich sogar in einem Ausmass, das für menschliches Leben nicht nur störend, sondern sogar gesundheitsschädigend ist. Diese Lärmpollution muss daher in den betroffenen Wohn- und Arbeitsgebieten reduziert werden. Der technische Fortschritt - auch gefordert durch gesetzliche Vorschriften für die Zulassung von neuen Fahrzeugen - ermöglicht Eisenbahnzüge und Automobile mit geringeren Luftschallemissionen; zum Beispiel dank neuer Materialien für Bremsklötze und Bremsbeläge, aerodynamischer Formgebung, verbesserter Pneumatik für Räder und Aufhängung, geschweisster Schienenstösse, glätterer Strassenbeläge und anderen konstruktiven Mitteln. Aber selbst wenn beispielsweise auch angestrebt würde, den gesamten Verkehr auf lautlose Gummiräder, rollend auf lautlosen Schienen und Strassen, umzustellen, so würde der Verkehrsluftschall - übrigens auf eine sehr teure Art - auch dort gedämpft, wo er eigentlich gar nicht stört. Trotz allen möglichen Neukonstruktionen und den entsprechenden Renovationen an altem Rollmaterial verbleiben ja selbstverständlich die vielen älteren, und damit lärmigeren, Güterzüge, Last- und Privatfahrzeuge im Gebrauch. Diese, zusammen mit dem gesamthaft steigenden Verkehrsvolumen, bewirken, dass die Lärmemissionen an gewissen Stellen eben doch die Grenze des Erträglichen überschreiten.

Stand der Technik

[0002] Zur Sanierung dieser Lärmpollution werden vielfach - gemäss heutigem Stand der Technik - entlang von Schienen und Strassen Lärmschutzwände aufgestellt oder auch einfach die betreffenden Fenster isoliert. Solche Lärmschutzwände lenken zwar mit einiger Effizienz den Lärm ab, aber sie absorbieren ihn nicht oder nur teilweise ... und verunstalten ausserdem die Landschaft.

[0003] Verschiedene Massnahmen zur Luftschalldämpfung, vornehmlich beim schienengebundenen Verkehr auf festen, schotterlosen, Fahrbahnen, sind bislang vorgeschlagen worden. Sie betreffen, wie z.B. EP 742 318, den Einbau von verschiedenartig geformten Packungen, welche luftschall-absorbierende Materialien enthalten.

Detaillierte Darstellung

[0004] In einer- von uns in Auftrag gegebenen - Studie an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne, wurde Steinwolle als poröses, loses, zur Absorption von Luftschall geeignetes Material, im Bereich zwischen 500Hz und 2kHz untersucht; also im Frequenz-Bereich der wesentlichen Luftschallemissionen von fahrenden Eisenbahnzügen. Das Studium der Parameter Dichte, Porosität und Schichtdicke zeigt, dass diese zur Luftschalldämpfung im Eisenbahnbereich optimiert werden können, und dass die Luftschall-Absorptionswerte vergleichbar sind mit denjenigen von Schneedecken.

[0005] Das Verfahren zur Verkehrs-Luftschall-Dämpfung gemäss der vorliegenden Erfindung wird dort eingesetzt, wo der Lärm wirklich stört, und es wirkt dabei primär durch eine Luftschall-Absorption direkt an, beziehungsweise so nahe wie möglich, den Luftschallquellen. Die Dämpfung durch Absorption wird allein oder verbunden mit Konstruktionen zur Lärmablenkung eingesetzt.

[0006] Die Aufgabe der Lärmdämpfung wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale; bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Das luftschall-absorbierende Material, vorzugsweise also Steinwolle, wird auf und neben dem schon vorhandenen Fahrweg haftend aufgebracht, wobei, speziell beim vorzugsweise geschotterten Eisenbahnbett, die Absorptionsschicht beidseitig bündig an den Schienen haftet. Die Schicht ist also bei der Anwendung im Eisenbahnverkehr im direkten Kontakt mit der Luftschallquelle, das heisst der Schiene, sowie zwischen und ausserhalb der Schienenstränge, installiert; dies bewirkt eine grosse Dämpfungseffizienz.

[0007] Auch zur Bekämpfung des Strassenverkehrslärms wird die Luftschall-Absorptions-Schicht zur Effizienzsteigerung so nahe wie möglich an der Luftschallquelle installiert, das heisst, auf die unbefahrbaren Stellen: also auf Mittelstreifen und die Randstreifen anschliessend an die Standspuren, die Leitplanken oder anderen Abgrenzungen. Von dort wird die Schicht weitergeführt, und gegebenenfalls auch auf eine bestehende Lärmschutzwand - zur Verbesserung ihrer Wirksamkeit - hinaufgezogen, oder aber kombiniert mit einer neu zu bauenden, luftschall-ablenkenden Struktur vom Typ « half-pipe ». Die Eisenbahn- und Strassenverkehrs-Luftschallemissionen können also, ausser dort wo die Lärmschutzwände schon stehen, auch ohne deren störende Sichtbehinderungen gedämpft werden.

Zeichnungen

[0008] Figur 1 zeigt schematisch die Anordnung der Luftschall-Absorptions-Schicht (1) bei einer eingleisigen Bahn. Die luftschall-absorbierende Schicht wird dabei bündig an die Schienen (2) verlegt und auch über Schotterbett (3), Schwellen (4) und dem natürlichem Baugrund (5) haftend ausgebreitet.

[0009] Figur 2 zeigt die Integration der Luftschall-Absorptions-Schicht (1) bei einer Autobahn mit neuer oder bestehender Lärmschutzwand. Das luftschall-absorbierende Material wird an der Lärmschutzwand (6) hochgezogen, aber auch auf Mittel- (7) und Randstreifen (8), sowie um allfällige Leitplanken (9) herum verlegt.

[0010] Figur 3 zeigt schematisch am Beispiel der Eisenbahn eine Luftschall-Absorptions-Schicht (1) verlegt und kombiniert mit einer « half-pipe-Luftschallablenkung ». Die Luftschall-Absorptions-Schicht wird auf einer parabolisch gekrümmten und fest verankerten Struktur (10) aufgebracht, deren Formgebung, den örtlichen Verhältnissen gemäss, für eine optimale Luftschall-Ablenkung gewählt wird. Die Tragstruktur selbst besteht aus entsprechend geformten Gittern mit verankerten Stützen und/oder entsprechend geformtem Baugrund.

Ausführungen

[0011] Besonders vorteilhaft wird die Ausführung der Luftschall-Absorptions-Schicht aus einem Material, das sich nicht nur durch eine hohe Absorption auszeichnet, sondern das gleichzeitig auch (i) wasser- und luftdurchlässig, (ii) nicht oder nur sehr langsam abbaubar, (iii) formbeständig, (iv) beliebig formbar, (v) ungiftig für Menschen, Tiere und Pflanzen, (vi) nicht brennbar, (vii) farblich anpassungsfähig, (viii) am Boden haftend und/oder an Trägern verankert und (ix) somit gegen Fahrt- und Sturm-Winde gesichert ist. Die Summe dieser Eigenschaften findet sich beispielsweise nahezu vereint in der speziell zur Wärmeisolation verwendeten Steinwolle, die daher als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Luftschall-Absorptions- Schichten verwendet wird. Ausser der Steinwolle können aber auch andere - natürlich vorkommende oder synthetisch hergestellte, organische oder mineralische - Stoffe zur Herstellung von Luftschall-Absorptions-Schichten verwendet werden.

[0012] Die Herstellung der - hier als Beispiel aufgeführten - Steinwolle selbst erfolgt mit dem bekannten Schmelz-Verfahren in einer Bessemer-Birne mit nachfolgendem Spray-Verfahren zur Gewinnung der Steinwolle aus der geschmolzenen Gesteinsmasse.

[0013] Die Luftschall-Absorptions-Schichten auf Steinwoll-Basis werden beispielsweise auf die folgenden drei Arten hergestellt und vor Ort eingebracht:

A: Die Steinwolle wird in der Fabrik als Granulat hergestellt, verpackt und auf die, für die Arbeit auf Schiene und Strassen angepassten, Montagefahrzeuge geliefert. Diese bearbeiten dann die Strecken an denen der Verkehrsluftschall gedämpft werden muss. Das Granulat wird dazu maschinell gelockert, mit den nötigen Binde- und Haftstoffen gemischt und beispielsweise mit einem Luftstrahl an der Einbaustelle zur fertigen Luftschall-Absorptions-Schicht gespritzt.

B: Anstatt die Steinwolle durch das Spray-Verfahren im Schmelzwerk zu produzieren, wird dort die geschmolzene Gesteinsmasse abgekühlt und, daher in kompakter Form, auf das Montagefahrzeug gebracht. Dieses Ausgangsmaterial wird dort zum Beispiel in einem Lichtbogen kontinuierlich geschmolzen und durch die klassische Spraytechnik und unter Beigabe der Zusatzstoffe, gleich vor Ort zur steinwollehaltigen Luftschall-Absorptions-Schicht verarbeitet.

C: Die klassische Fabrikation von Steinwollplatten gibt auch die Möglichkeit, die Luftschall-Absorptions-Schicht in der Form von Plattenelementen jeglicher Art im Fabrikbetrieb vorzubereiten. Die Plattenelemente werden dann vom Montagefahrzeug aus - eventuell in Kombination mit einem Spritzverfahren - verlegt, verbunden und verankert.

[0014] Die nötige Formbeständigkeit der Luftschall-Absorptions-Schichten wird erzeugt durch die Beigabe von Haft- und Klebestoffen entsprechend den verschiedenen Herstellungsarten. Desgleichen werden zur Befestigung der Schichten am gewachsenen Boden, an Mauern, Wänden, Schwellen, Leitplanken, Tragkonstruktionen, u.s.w., die hinlänglich bekannten Verankerungs- und Klebetechniken eingesetzt. Das Einbringen vor Ort durch die Verfahren A und B ermöglicht speziell die Berücksichtigung der lokalen Gegebenheiten wie Signalanlagen, Sichtkontrollstellen, etc. . Auf die gleiche Art erfolgt auch die Nachbesserung schadhafter Stellen.

[0015] Die Dicke und die Dichte der Luftschall-Absorptions-Schicht sind die zwei wesentlichen Parameter zur Bestimmung der besten Absorptionseigenschaften bei einem vorgegebenen Luftschallspektrum; die andern notwendigen Eigenschaften werden mit-optimiert. Die Luftschall-Absorptions-Schicht kann auch durch entsprechende Hohlräume zwei- oder mehrlagig gestaltet werden. Im Eisenbahnbetrieb wird die Schichtdicke auch durch die Höhe der Schiene und durch das Rollmaterial bestimmt; ausserhalb dieser technischen Grenzen ist sie frei wählbar.

Ansprüche

1. Verfahren zur Dämpfung des Luftschalls verursacht durch rollenden Schienen- und Strassenverkehr in Streckenabschnitten in denen die Luftschallemissionen reduziert werden müssen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht von porösem, zur Absorption von Luftschall geeigneten Material, auf und neben dem schon bestehenden oder zu bauenden Fahrweg, in unmittelbarer Nähe der Lärmquellen, aus Halbfabrikaten, vor Ort den lokalen Verhältnisssen angepasst, hergestellt und haftend aufgebracht wird.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise Steinwolle mit entsprechenden Zusätzen als Luftschall-Absorptionsmaterial verwendet wird.

3. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1. bis 3., dadurch gekennzeichnet, dass die Luftschall-Absorptions-Schicht auf gewachsenem oder auf baulich verändertem Boden haftend aufgebracht wird.

4. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1. bis 3., dadurch gekennzeichnet, dass die Luftschall-Absorptions-Schicht zusätzlich zur Luftschall-Ablenkung auch auf parabolförmig gekrümmten Strukturen vom Typ « half-pipe » haftend aufgebracht wird.

5. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1. bis 3., dadurch gekennzeichnet, dass die Luftschall-Absorptions-Schicht auch auf bestehende oder neue Lärmschutzwände haftend aufgebracht wird.

6. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1. bis 5., dadurch gekennzeichnet, dass die Luftschall-Absorptions-Schicht durch Sprüh- und Spritztechniken hergestellt wird.

7. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1. bis 6., dadurch gekennzeichnet, dass die Luftschall-Absorptions-Schicht auch zwei- oder mehrschichtig mit entsprechenden Hohlräumen gestaltet wird.

8. Verfahren gemäss Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass als Luftschall-Absorptionsmaterialien auch - organische oder anorganische, natürlich vorkommende oder synthetisch hergestellte- Stoffe verwendet werden.

9. Anwendung des Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1. bis 8 zur Dämpfung der spezifischen von Eisenbahnen emittierten Luftschallfrequenzen vorzugsweise auf geschotterten Eisenbahnbetten.

10. Anwendung des Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1. bis 8 zur Dämpfung der vom Strassenverkehr emittierten Luftschallfrequenzen.

Zeichnung