
Rechnerisch simuliert: Die Grafik zeigt die hochskalierte Verformung der Schiene auf den Betonschwellen. (Bild: HEIG-VD)

Wie kann man den Bahnlärm für Anwohner reduzieren – ohne die üblichen Lärmschutzwände, optimierte Radsysteme oder Bremsen? Dieser Frage sind Forscher der Empa und der Hochschule für Wirtschaft und Ingenieurwissenschaften des Kantons Waadt unter Federführung der ETH Lausanne nachgegangen. Die Antwort darauf ist ein eher unauffälliges Bestandteil des Schienensystems, die sogenannten „Rail Pads“. Sie bestehen aus elastischem Kunststoff und stecken zwischen Schienen und Betonschwellen.
Die Bauteile dienen dazu, den hochbelasteten Fahrweg aus verdichtetem Schotter und Betonschwellen zu schonen, indem sie den Schienen minimale Bewegungen erlauben – wie bei einer Gitarrensaite, die an mehreren Stellen zugleich auf das Griffbrett gedrückt wird. Doch gerade diese Schwingungsfreiheit lässt die Schiene stärker „klingen“. Und dieser Lärm ist bei häufigen Geschwindigkeiten zwischen 60 und 160 km/h der entscheidende Faktor.
Welche Rolle spielt das Material für die Lärmbelastung?
Rail Pads bestehen in der Schweiz meist aus dem harten Kunststoff Ethylenvinylacetat (EVA). Zwar würde ein weicheres Material den Fahrweg noch besser schonen – aber zum Preis einer höheren Lärmbelastung. Eine Zwickmühle also, die das Team im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) mit einem Verbundmaterial lösen will.
Die Idee: harte Schale, weicher Kern. Genauer: eine Hülle aus EVA und ein Kern aus dem weichen Werkstoff Polyisobutylen (PIB), dessen Dämpfung präzise auf den Frequenzbereich von etwa 200 bis 2.000 Hz abgestimmt ist, in dem die Schwingungen besonders geräuschintensiv sind.
Die Fachleute entwarfen Dutzende Varianten: Sandwich-Strukturen aus flachen Schichten – mit und ohne „Deckel“ aus EVA. Zick-zack-geformte PIB-Füllungen, Oberflächen mit Einschnitten und allerlei mehr. Doch um im Labor zu erkunden, wie sich welche Bauart auswirkt, waren aufwändige Vorarbeiten nötig.
Das komplexe Zusammenspiel zwischen Schienen, Schwellen und Schotter simulierte eine „Drei-Schwellen-Einheitszelle“: ein Stückchen Fahrweg, knapp zwei Meter lang, versehen mit einem „Shaker“, der definierte Frequenzen erzeugt, und einer Sonde, die die Schallintensität misst. Diese Messzelle bildet zwar nicht das reale Verhalten eine Bahnstrecke ab, erlaubt aber präzise Vergleiche unter unterschiedlichen Bedingungen.
FEM-Simulation berechnet Ergebnisse für längere Strecken
Zugleich entwickelten Forscher um Bart van Damme von der Empa-Abteilung „Akustik/Lärmminderung“ eine Simulation des Systems mittels Finite-Elemente-Methoden, die mit den Resultaten der Experimente gut übereinstimmte: die Basis, um das Verhalten schließlich auf eine längere Bahnstrecke hochzurechnen. Mit diesem Handwerkszeug nahmen die Forscher ihre Rail-Pad-Designs unter die Lupe.
Resultate: Um das Gleisbett zu schonen und zugleich Lärm zu mindern, waren Sandwich-Strukturen, die sich dank Einkerbungen leicht biegen lassen, ungeeignet, erklärt van Damme. Auch die zick-zack-geformte Füllung aus PIB brachte keine Vorteile. Als beste Lösung erwies sich ein PIB-Anteil von über 50 %, eingelegt in eine „Schale“ aus dem härteren EVA-Kunststoff.

Sind Testversuche in realer Umgebung geplant?

Eine einfache Struktur also – mit Vorteilen für Tests, die ab kommendem März auf einer Bahnstrecke in Nottwil stattfinden werden. „Diese Rail Pads lassen sich leicht herstellen. Auf der 100 Meter langen Strecke werden wir fast 400 Stück brauchen“, sagt van Damme. Deshalb ist ein Unternehmen an Bord, das die Herstellung der bereits patentierten Bauteile übernimmt.
Mit Messungen von Lärm, Vibrationen, Verformungen und anderen Kenndaten wird sich zeigen, wie sich die Rail Pads schlagen. „Wir hoffen, dass sie hörbar weniger Lärm verursachen und gleichzeitig den Schotter besser schützen als die herkömmlichen harten Zwischenlagen“, sagt van Damme.
Im Forscherteam herrscht jedenfalls Optimismus. „Die im Projekt entwickelten Modelle erlauben eine gezielte Optimierung der teilweise widersprüchlichen Anforderungen“, sagt Empa-Abteilungsleiter Jean-Marc Wunderli. Und: „Da für die Herstellung der Zwischenlagen keine nennenswerten Mehrkosten erwartet werden, erhoffe ich mir einen großflächigen Einsatz und damit einen bedeutenden Beitrag zur Reduktion des Bahnlärms.“
Quelle: Empa
Bildergalerie: Die Top-15 der klimabewusstesten Firmen

Platz 15: Coca-Cola Deutschland
Für die Erstellung dieses Rankings haben das Datenportal Statista und die Wirtschaftszeitschrift Captial gemeinsam die CO2-Bilanzen von 2.000 deutschen Konzernen verglichen. Gerankt wurde hierbei nach der "Compound Annual Reduction Rate (CARR)", welche die durchschnittliche jährliche Emissionsreduzierung zwischen zwei Zeiträumen beschreibt. Auf Platz 15 im Ranking landet der Getränkehersteller Coca-Cola Deutschland, mit einem CARR-Wert von 20,7 Prozent zwischen 2014 und 2019. - Bild: monticellllo/adobe-stock.com
Platz 14: Kuka
Der bayerische Robotik-Anbieter Kuka hatte zwischen 2017 und 2019 einen CARR-Wert in Höhe von 23 Prozent. - Bild: Kuka
Platz 13: Adidas
Der Sportartikelhersteller Adidas hat seinen Hauptsitz in Herzogenaurach. Zwischen 2015 und 2019 betrug die Compound Annual Reduction Rate des Unternehmens 23,4 Prozent. - Bild: Adidas
Platz 12: DAW
Das in der Farben- und Lackbranche tätige Unternehmen DAW (Deutsche Amphibolin-Werke) hatte zwischen 2015 und 2019 einen CARR-Wert von 23,6 Prozent. - Symbolbild: svort/adobe-stock.com
Platz 11: Porsche
Der Sportwagenbauer Porsche mit Hauptsitz in Stuttgart landet auf Platz 11, mit einem CARR-Wert von 23,9 Prozent zwischen 2014 und 2019. - Bild: Porsche
Platz 10: Puma
Den zehnten Platz schnappt sich ein weiterer Sportartikelhersteller. Diesmal handelt es sich um das Unternehmen Puma, das zwischen 2014 und 2019 eine Compound Annual Reduction Rate in Höhe von 25,6 Prozent hatte. - Bild: Puma
Platz 9: Telefónica Deutschland
Den gleichen CARR-Wert wie Puma, also ebenfalls 25,6 Prozent zwischen 2014 und 2019, hat auch das Telekommunikationsunternehmen Telefónica Deutschland, das hauptsächlich im Namen seiner Kernmarke O₂ agiert. - Bild: Telefónica
Platz 8: PSI Software
Das Softwareunternehmen PSI Software hat einem CARR-Wert von 25,8 Prozent zwischen 2014 und 2019. - Bild: PSI Software
Platz 7: Vorwerk
Vorwerk ist ein Hersteller von Haushaltsgeräten, zu dessen Produktportfolio unter anderem Staubsauger oder auch die Multifunktions-Küchenmaschine Thermomix zählen. Zwischen 2016 und 2018 lag der CARR-Wert des Unternehmens bei 26,5 Prozent. - Bild: Vorwerk
Platz 6: Surteco Group
Bei dem sechstplatzierten Unternehmen in diesem Ranking handelt es sich um die Surteco Group, die beispielsweise Oberflächenmaterialien auf Papier- und Kunststoffbasis produziert. Die Compound Annual Reduction Rate von Surteco lag zwischen 2016 und 2019 bei 27,5 Prozent. - Symbolbild: karepa/adobe-stock.com
Platz 5: Munich Re
Die Rückversicherungsgesellschaft Munich Re hat ihren Hauptsitz, wie der Name schon verrät, in der bayerischen Hauptstadt. Zwischen 2016 und 2019 lag der CARR-Wert des Unternehmens bei 28,3 Prozent. - Bild: Munich Re
Platz 4: Ceconomy
Platz 4 im Ranking hat seinen Sitz in Düsseldorf und ist ein internationaler Handelskonzern. Die Rede ist von Ceconomy (ein ehemaliger Metro-Firmenmantel), unter dem die Elektronik-Fachmärkte Media Markt und Saturn laufen. Die Compound Annual Reduction Rate des Unternehmens lag zwischen 2016 und 2019 bei 33,7 Prozent. - Symbolbild: Nomad_Soul/adobe-stock.com
Platz 3: Barmenia
Den Start in die Top 3 macht die Versicherungsgruppe Barmenia. Das Unternehmen mit Sitz in Wuppertal hatte zwischen 2016 und 2019 einen CARR-Wert von 34 Prozent. - Bild: Barmenia
Platz 2: Gardena
Gardena ist ein in Ulm ansässiger Hersteller von Gartengeräten. Zwischen 2015 und 2019 lag der CARR-Wert des Unternehmens bei 35,3 Prozent. - Bild: Gardena
Platz 1: Zalando
Spitzenreiter und damit das "klimabewussteste Unternehmen Deutschlands" ist der Online-Versandhändler Zalando mit Sitz in der Hauptstadt Berlin. Als einziges Unternehmen erreichte Zalando eine Compound Annual Reduction Rate von über 40 Prozent - zwischen 2016 und 2019 betrug der CARR-Wert des Händlers 40,9 Prozent. - Bild: ZalandoSie möchten gerne weiterlesen?
Registrieren Sie sich jetzt kostenlos:
Mit der Registrierung akzeptiere ich die Nutzungsbedingungen der Portale im Industrie-Medien-Netzwerks. Die Datenschutzerklärung habe ich zur Kenntnis genommen.
Sie sind bereits registriert?
Hier anmelden
Diskutieren Sie mit