Anwendungsgebiet
Transporte im ²ffentlichen und privaten Verkehr verursachen Luftschallemissionen, die subjektiv als Verkehrslärm wahrgenommen werden; gelegentlich sogar in einem Ausmass, das für menschliches Leben nicht nur st²rend, 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 - erm²glicht Eisenbahnzüge und Automobile mit geringeren Luftschallemissionen; zum Beispiel dank neuer Materialien für Bremskl²tze und Bremsbeläge, aerodynamischer Formgebung, verbesserter Pneumatik für Räder und Aufhängung, geschweisster Schienenst²sse, 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 st²rt. Trotz allen m²glichen 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
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.
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
In einer - von uns in Auftrag gegebenen - Studie an der Ecole Polytechnique F d rale de Lausanne, wurde Steinwolle als por²ses, loses, zur Absorption von Luftschall geeignetes Material, im Bereich zwischen 500 Hz und 2 kHz 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 k²nnen, und dass die Luftschall-Absorptionswerte vergleichbar sind mit denjenigen von Schneedecken.
Das Verfahren zur Verkehrs-Luftschall-Dämpfung gemäss der vorliegenden Erfindung wird dort eingesetzt, wo der Lärm wirklich st²rt, und es wirkt dabei primär durch eine Luftschall-Absorption direkt an, beziehungsweise so nahe wie m²glich, den Luftschallquellen. Die Dämpfung durch Absorption wird allein oder verbunden mit Konstruktionen zur Lärmablenkung eingesetzt.
Die Aufgabe der Lärmdämpfung wird gel²st durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 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.
Auch zur Bekämpfung des Strassenverkehrslärms wird die Luftschall-Absorptions-Schicht zur Effizienzsteigerung so nahe wie m²glich 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 k²nnen also, ausser dort, wo die Lärmschutzwände schon stehen, auch ohne deren st²rende Sichtbehinderungen gedämpft werden.
Zeichnungen
Fig. 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.
Fig. 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.
Fig. 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 ²rtlichen 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
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 Trägem 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 k²nnen aber auch andere - natürlich vorkommende oder synthetisch hergestellte, organische oder mineralische - Stoffe zur Herstellung von Luftschall-Absorptions-Schichten verwendet werden.
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.
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 Verkehrstuftschall gedämpft werden muss. Das Granulat wird dazu maschinell gelockert, mit den n²tigen 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 M²glichkeit, 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.
Die n²tige 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 Mauem, Wänden, Schwellen, Leitplanken, Tragkonstruktionen, usw., die hinlänglich bekannten Verankerungs- und Klebetechniken eingesetzt. Das Einbringen vor Ort durch die Verfahren A und B erm²glicht speziell die Berücksichtigung der lokalen Gegebenheiten wie Signalanlagen, Sichtkontrollstellen, etc. Auf die gleiche Art erfolgt auch die Nachbesserung schadhafter Stellen.
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 H²he der Schiene und durch das Rollmaterial bestimmt; ausserhalb dieser technischen Grenzen ist sie frei wählbar.
field of use
Transport in public and private traffic cause airborne noise emissions, which are perceived subjectively as traffic noise; occasionally even to an extent that is not only disturbing for human life, but even harmful to health. This noise pollution must therefore be reduced in the affected residential and work areas. Technical progress - also required by legal regulations for the approval of new vehicles - enables railroad trains and automobiles with lower airborne noise emissions; for example thanks to new materials for brake pads and brake pads, aerodynamic shaping, improved pneumatics for wheels and suspension, welded rail joints, smoother road surfaces and other constructive means.
But even if, for example, the aim was to switch all traffic to silent rubber wheels, rolling on silent rails and roads, the traffic airborne noise would also be damped - in a very expensive way, by the way - where it actually does not disturb. Despite all new constructions and the corresponding renovations of old rolling stock, the many older, and therefore more noisy, freight trains, trucks and private vehicles will of course remain in use. These, together with the overall increase in traffic volume, mean that noise emissions at certain points exceed the limits of what is tolerable.
State of the art
In order to remedy this noise pollution - according to the current state of technology - noise protection walls are often set up along rails and streets or the windows in question are simply insulated. Such noise barriers distract the noise with some efficiency, but they do not absorb it or only partially absorb it ... and also deface the landscape.
Various measures for airborne noise reduction, primarily in the case of rail-bound traffic on solid, gravel-free, roadways, have been proposed to date. They concern, e.g. EP 742 318, the installation of differently shaped packs which contain airborne sound-absorbing materials.
Detailed presentation
In a study - commissioned by us - at the Ecole Polytechnique F d rale de Lausanne, rock wool was examined as a porous, loose material suitable for airborne sound absorption in the range between 500 Hz and 2 kHz; thus in the frequency range of the essential airborne noise emissions from moving train sets. The study of the parameters density, porosity and layer thickness shows that they can be optimized for airborne sound absorption in the railway sector and that the airborne sound absorption values are comparable to those of snow cover.
The method for traffic airborne noise attenuation according to the present invention is used where the noise really disturbs, and it acts primarily by airborne sound absorption directly, or as close as possible to the airborne noise sources. Damping by absorption is used alone or in conjunction with noise deflection designs.
The task of noise reduction is solved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1; preferred designs result from the dependent claims. The airborne sound-absorbing material, preferably rockwool, is adhered to and next to the existing track, with the absorption layer adhering flush to the rails on both sides, especially with the preferably ballasted railway bed. When used in rail traffic, the layer is therefore installed in direct contact with the airborne sound source, that is to say the rail, and between and outside the rail tracks; this results in great damping efficiency.
Also to combat road traffic noise, the airborne sound absorption layer is installed as close as possible to the airborne sound source to increase efficiency, that is, on the impassable areas: i.e. on median strips and the verges following the standing lanes, the crash barriers or other boundaries. From there, the layer is continued and, if necessary, also pulled up onto an existing noise barrier - to improve its effectiveness - or combined with a new, half-pipe type air-deflecting structure.
Railway and road traffic airborne noise emissions can therefore be damped, even where the noise barriers are already in place, without their obstructing visibility.
drawings
Fig. 1 shows schematically the arrangement of the airborne sound absorption layer (1) in a single-track train. The airborne sound-absorbing layer is laid flush to the rails (2) and spread over the ballast bed (3), sleepers (4) and the natural ground (5).
Fig. 2 shows the integration of the airborne sound absorption layer (1) in a highway with a new or existing noise barrier.
The airborne sound absorbing material is pulled up on the noise barrier (6), but also on central (7) and edge strips (8), as well as around any guardrails (9).
Fig. 3 shows schematically, using the example of the railway, an airborne sound absorption layer (1) laid and combined with a "half-pipe airborne sound deflection". The airborne sound absorption layer is applied to a parabolically curved and firmly anchored structure (10), the shape of which, in accordance with the local conditions, is selected for optimal airborne sound deflection. The supporting structure itself consists of appropriately shaped grids with anchored supports and / or correspondingly shaped building ground.
Executions
Particularly advantageous is the execution of the airborne sound absorption layer from a material which is not only characterized by a high absorption, but which is also (i) permeable to water and air, (ii) not or only very slowly degradable, (iii) dimensionally stable, (iv) can be shaped as desired, (v) non-toxic to humans, animals and plants, (vi) non-flammable, (vii) color-adaptable, (viii) adhering to the floor and / or anchored to supports and (ix) thus against travel - and storm winds are secured. The sum of these properties, for example, can be found almost united in the rock wool used specifically for thermal insulation, which is therefore used as the starting material for the production of airborne sound absorption layers.
In addition to stone wool, other - naturally occurring or synthetically produced, organic or mineral - substances can also be used to produce airborne sound absorption layers.
The rock wool itself, which is listed here as an example, is produced using the known melting process in a Bessemer pear with the subsequent spray process for obtaining the rock wool from the molten rock mass.
The rock wool-based airborne sound absorption layers are produced, for example, in the following three ways and introduced on site:
A: The rock wool is manufactured in the factory as granules, packaged and delivered to the assembly vehicles adapted for work on rails and roads. These then process the routes on which the traffic level noise has to be dampened. For this purpose, the granulate is loosened by machine, mixed with the necessary binders and adhesives and sprayed, for example, with an air jet at the installation point to form the finished airborne sound absorption layer.
B: Instead of using the spray process in the smelting plant to produce the rock wool, the molten rock mass is cooled there and, therefore in a compact form, brought onto the assembly vehicle. This raw material is continuously melted there, for example in an electric arc, and processed on site using the classic spray technique and with the addition of additives to the rock wool-containing airborne sound absorption layer.
C: The classic manufacture of rock wool panels also gives the opportunity to prepare the airborne sound absorption layer in the form of panel elements of any kind in the factory. The plate elements are then laid, connected and anchored from the assembly vehicle - possibly in combination with a spraying process.
The necessary dimensional stability of the airborne sound absorption layers is created by adding adhesives and adhesives in accordance with the various types of manufacture. Likewise, the well-known anchoring and adhesive techniques are used to attach the layers to the grown floor, walls, thresholds, guardrails, supporting structures, etc. The on-site introduction using methods A and B enables the local conditions, such as signaling systems, visual inspection points, etc., to be taken into account, in particular. Damaged areas are also repaired in the same way.
The thickness and the density of the airborne sound absorption layer are the two essential parameters for determining the best absorption properties for a given airborne sound spectrum; the other necessary properties are also optimized. The airborne sound absorption layer can also be designed in two or more layers by corresponding cavities. In railway operations, the layer thickness is also determined by the height of the rail and by the rolling stock; it can be freely selected outside of these technical limits.