Verbesserte Modellierung des Rad-Schiene-Rollgeräusches für die Lärmminderung nahe der Quelle

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ennes Sarradj
• Fachliche Zuordnung: Akustik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563291959

Der Lärm im Schienenverkehr wird überwiegend durch das Rad-Schiene-Rollgeräusch verursacht und stellt ein erhebliches Problem dar, das gezielte Maßnahmen zur Reduktion erfordert. Effizienter als der Einsatz von Lärmschutzwänden ist die Minderung der Schallentstehung direkt an der Quelle. Dies setzt jedoch ein tiefgehendes Verständnis der Schallausbreitung und der dynamischen Wechselwirkungen zwischen Schienenfahrzeug und Gleisoberbau voraus. Die etablierte 'beam on elastic foundation' (BOEF)-Theorie bietet hierfür eine Grundlage, jedoch bleiben wesentliche Herausforderungen ungelöst. Einige aktuelle Modelle vereinfachen die Problematik durch Vernachlässigung von Nichtlinearitäten oder beschränken sich auf die Vertikaldynamik der Schiene. Sie bieten keine vollständige Abbildung der realen Bedingungen des Oberbaus. Zudem sind die Auswirkungen der Interaktion mehrerer Räder auf das Rollgeräusch bisher nur teilweise verstanden, obwohl bekannt ist, dass sie wesentlichen Einfluss haben. Weiterhin fehlen Modelle, die praktische Ansätze zur Gestaltung des Oberbaus ermöglichen, um gezielt die Schallentstehung zu reduzieren. Zur Schließung dieser Lücken soll ein bestehendes Finite-Differenzen-Modell (FDM) erweitert werden. Dadurch wird erstmals eine effiziente und umfassende Simulation der akustischen Interaktionen von Schienenfahrzeugrädern sowie eine realitätsnahe Abbildung der Oberbaueigenschaften ermöglicht. Ziel ist es, bislang ungenutztes Potenzial zur Lärmminderung zu identifizieren und durch gezielte Maßnahmen die Lärmbelastung effektiv zu reduzieren. Das Vorhaben gliedert sich in vier Arbeitspakete. Im ersten Schritt wird das FDM-Modell so erweitert, dass Körperschall bis 5 kHz sowie die Luftschallabstrahlung berücksichtigt werden können. Dafür werden unter anderem die Timoshenko-Biegetheorie und die Kopplung von Biege- und Torsionswellen integriert. Anschließend erfolgt die Modellierung des Rad-Schiene-Kontakts mehrerer Räder, wobei nichtlineare, zeitabhängige Kräfte in vertikaler und lateraler Richtung berücksichtigt werden. Im dritten Arbeitspaket wird das Modell durch den Abgleich mit Literaturergebnissen und Messdaten von Zugvorbeifahrten validiert. Abschließend dient das validierte Modell dazu, Modifikationen an Rädern und Oberbau hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf das Rollgeräusch zu untersuchen. Durch diese Erweiterungen wird es möglich, neue Ansätze zur Reduktion des Rad-Schiene-Rollgeräuschs zu entwickeln. Die Ergebnisse können nicht nur die Lärmbelastung für Anwohner deutlich verringern, sondern auch die Akzeptanz von Schienenverkehrstrassen nachhaltig verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen