EP4046154A1 - System, method and support element for actively damping acoustic vibrations of a rail for rail traffic - Google Patents

System, method and support element for actively damping acoustic vibrations of a rail for rail traffic

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EP4046154A1
EP4046154A1 EP20788752.2A EP20788752A EP4046154A1 EP 4046154 A1 EP4046154 A1 EP 4046154A1 EP 20788752 A EP20788752 A EP 20788752A EP 4046154 A1 EP4046154 A1 EP 4046154A1
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EP
European Patent Office
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rail
actuator
support element
oscillation
sensor
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EP20788752.2A
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German (de)
French (fr)
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Markus Müller
Joshua BURRELL
Alexander Hüsch
Marian Bochen
Luis DE JESUS
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Stabilus GmbH
Original Assignee
Stabilus GmbH
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Publication date
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    • E01B19/003—Means for reducing the development or propagation of noise
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G10K2210/1291—Anti-Vibration-Control, e.g. reducing vibrations in panels or beams

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for the active damping of acoustic vibrations of a rail for rail traffic and a support element for a rail for rail traffic for the active damping of acoustic vibrations of the rail with the system.
  • the noise emissions from train journeys are mainly determined by the rolling noise generated at the wheel-rail contact. Rolling noises are generated when the wheels roll on the rail track.
  • the surface and structural irregularities of the rail and wheeled surfaces which are determined by the material structure, wear and corrosion, cause predominantly vertical excitations of the wheelsets and rails when rolling, which stimulate them to vibrate, which are transmitted as airborne sound into the surrounding air and as structure-borne sound to the substructure of the rails be handed in.
  • the above-mentioned passive systems can only reduce the released sound pressure level by up to 3 dB (A), however, depending on the train speed, a sound pressure level of well over 60 dB (A) can be managed.
  • the patent EP 1 497 164 B1 describes a method for reducing the sound transmission from rail vehicles.
  • At least one vibration sensor detects the disruptive vibrations generated and / or transmitted by a wheel set.
  • a device for frequency analysis of the signals of the at least one vibration sensor determines frequencies with the strongest harmonic excitations.
  • the residual vibrations that are transmitted to the car body are measured by means of an error sensor.
  • Control signals are then generated for at least one actuator, taking into account the signals from the at least one error sensor.
  • the at least one actuator minimizes the residual vibrations that are transmitted to the car body.
  • Patent DE 19824 125 C1 discloses a method for the active suppression of chassis-related vibration excitations, in particular airborne noise excitations, in the passenger compartment of rail vehicles.
  • Vibration sensors are provided that detect the vibrations of the intermediate frames or the car body above the primary springs.
  • actuators are provided with which compensating forces can be applied parallel to the primary springs assigned to each disk wheel.
  • a control device generates control signals for the actuators as a function of the vibrations, which control signals consist of frequency components with one or more integer multiples of a rotational frequency of the disk wheel.
  • the control device defines the phases and amplitudes of the respective frequency components in such a way that the vibrations are minimized.
  • the patent application DE 19842 345 A1 discloses a rail vehicle with a car body on which at least one vibration absorber device is provided for energy-efficient damping of vibrations of the car body, the oscillation frequency of the vibration absorber device being controlled as a function of control signals of at least one vibration sensor assigned to the car body.
  • the vibration absorber device has a spring and spring actuator preferably designed as a hydropneumatic actuator Damper element on.
  • a passive vibration absorber mass is coupled to the car body via the actuator.
  • the object of the invention is to create a cost-efficient system and method for the effective reduction of noise emissions from rail traffic.
  • the invention relates to a system for the active damping of acoustic vibrations of a rail for rail traffic, comprising at least one sensor at least to detect an acoustic vertical vibration of the rail, at least one actuator at least to excite a vertical counter-vibration of the rail and at least one communicative with the at least one sensor and the control unit connected to the at least one actuator for controlling the at least one actuator as a function of the vibration detected by the sensor.
  • acoustic oscillation in the sense of the invention refers to an oscillation with a frequency in the frequency range of
  • the at least one oscillation and the at least one counter oscillation each comprise an, in particular time-dependent, oscillation spectrum or counter oscillation spectrum, each with a plurality of mutually different frequencies and amplitudes.
  • the at least one vibration of the rail is caused, for example, by the rolling of the wheels of a rail vehicle on the rail and thus forms the source of the wheel-rail noise of the rail vehicle together with vibrations of the wheels.
  • the at least one sensor can comprise, for example, a piezoelectric sensor, magnetic induction sensor and / or micro-electromechanical sensor attached to the rail.
  • the system can comprise a sensor designed as a fault sensor for measuring a residual vibration transmitted to a support element and / or a substructure of the rail during the superposition of the vibration with the counter vibration.
  • the control unit can advantageously regulate the counter-oscillation in a closed control loop.
  • the at least one sensor and the at least one actuator are designed at least to detect a vertical oscillation or to excite a vertical counter-oscillation, since wheel-rail noises are usually mainly caused by vertical vibrations of the wheel-rail system.
  • the at least one control unit preferably comprises a computer device, for example a one-chip system, an embedded computer system, a programmable logic controller, a network client and / or a network server.
  • the at least one control unit can be communicatively connected to the at least one sensor and / or the at least one actuator in a wireless and / or wired manner.
  • the counter-oscillation is set up to interfere with the detected oscillation in a destructive manner.
  • the vibration of the rail is dampened according to the principle of active noise compensation and noise emissions from the rail are reduced.
  • the at least one actuator is mechanically coupled to the rail and to a counterweight that is stationary relative to a substructure of the rail.
  • the term "substructure” denotes the entirety of the constructions, which statically support the rail, in particular indirectly via a track bed.
  • this also includes a number of engineering structures (e.g. retaining walls, wing and lining walls, bridges, overpass structures and culverts).
  • the counterweight can be mechanically connected to the substructure and / or fixed in place by the inertia of the counterweight. Due to the mechanical connection with the counterweight, the actuator can generate a counter-oscillation of the rail relative to the substructure.
  • the at least one actuator is coupled to the rail and dampens the vibration of the rail, in particular a transmission of structure-borne noise from the rail to the substructure and its surroundings, for example to nearby buildings, is reduced.
  • an emission of airborne noise from the rail is also reduced, in particular if the substructure comprises a bridge structure, which in turn can be excited to vibrate by structure-borne noise emitted by the rail.
  • An arrangement of the at least one actuator on the rail has the advantage over a system fully integrated in a rail vehicle that it is sufficient for effective noise reduction in particularly affected areas to equip only the rail sections there with the system according to the invention. This results in lower costs than if all rail vehicles passing through the area had to be equipped with noise reduction systems.
  • the at least one actuator preferably comprises at least one piezoelectric actuator.
  • a piezoelectric actuator has the advantage that it is particularly low-maintenance and has a long service life, which is particularly advantageous for an arrangement on the rail in order not to shorten the maintenance intervals of the rail, which are longer in relation to rail vehicles.
  • the at least one actuator is preferably designed to excite a counter-vibration of the rail in a suitable frequency range, amplitude range and power range to compensate for typical vibrations generated by the wheel-rail contact of rail vehicles.
  • the at least one actuator preferably comprises at least one stacked piezoelectric actuator.
  • the frequency range, amplitude range and / or power range of the actuator can be designed to be particularly suitable for the excitation of the counter-oscillation.
  • the frequency range, amplitude range and / or power range of the stacked actuator can be dynamically adapted to the detected vibration during operation of the system through variable control of individual actuators of a stacked actuator.
  • the counterweight preferably comprises a support element carrying the rail. This means that a separate counterweight can be dispensed with, so that the system can be installed particularly inexpensively and easily.
  • the support element comprises, for example, a sleeper, an element, in particular a base, a so-called fixed track and / or an element of the substructure of the rail on which the rail is laid.
  • the at least one actuator preferably mechanically connects an underside of the rail to the support element.
  • a particularly efficient coupling for generating a vertical counter-oscillation is possible on the underside of the rail.
  • the rail rests directly on the at least one actuator.
  • the system preferably comprises at least one support element for static support of the rail, which support element is arranged parallel to the at least one actuator with regard to a force transmission between the rail and the support element.
  • the support element prevents the at least one actuator from being overloaded by a weight of the rail and possibly a rail vehicle on it.
  • the support element can, for example, comprise a damping layer made of an, in particular fiber-reinforced, elastomer, such as is used, for example, as the sole or damping pad of railway sleepers.
  • the damping layer allows a movement of the rail excited by the actuator and provides a finite movement Compressibility ensures a minimum distance between the rail and the support element in order to protect the actuator from overload.
  • the damping layer reduces the transmission of a portion of the vibration of the rail that is not extinguished by the counter-vibration to the support element. Furthermore, the damping layer allows the rail to be pretensioned on the at least one actuator with the aid of fastening elements.
  • a preload is particularly advantageous in the case of a piezoelectric actuator, since a piezoelectric actuator can generally exert a significantly higher, for example ten times higher, force in the direction of compression than in the direction of tension. The preload supports a movement of the rail in the pulling direction of the actuator and counteracts a movement of the rail in the pushing direction of the actuator.
  • a pressure reduction element for reducing a pressure exerted by the actuator on the support element.
  • the pressure reducing element increases, for example, a bearing surface of the actuator on the support element and thereby reduces the pressure.
  • the pressure reducing element reduces a mechanical load on the support element, for example due to local stress concentrations in the support element, and thereby increases its service life.
  • the pressure-reducing element comprises, for example, a sleeve, for example made of sheet metal, in which the at least one actuator is at least partially arranged in the support element.
  • the rail is preferably fastened to the support element with at least one fastening element.
  • the at least one fastening element comprises, for example, a fastening clip for pressing the rail onto the support element and / or a superstructure W, superstructure K or superstructure KS known from track construction.
  • the at least one actuator is preferably arranged in series with the fastening element with regard to a force transmission between the rail and the support element, and / or the actuator replaces the fastening element.
  • An arrangement of the at least one actuator on the fastening element or instead of the fastening element has the advantage of easier accessibility than with an arrangement on the underside of the rail, whereby the installation and maintenance of the Actuator and in particular retrofitting an existing rail with the actuator is simplified.
  • At least one damping element for damping vibration transmission from the rail to the support element with respect to a force transmission between the rail and the support element is arranged in series with the fastening element, and / or the fastening element itself is, for example, by a suitable shape and / or Choice of material, designed to dampen the transmission of vibrations from the rail to the support element.
  • the damping element can comprise, for example, a damping layer made of an, in particular fiber-reinforced, elastomer, such as is used, for example, as the sole or damping pad of railway sleepers.
  • the damping layer reduces the transmission of a portion of the vibration of the rail that is not extinguished by the counter vibration to the support element.
  • the at least one actuator is arranged in series with the fastening element, preferably no damping element is arranged in series with the same fastening element and the fastening element itself is not designed to be vibration-damping so as not to dampen an excitation of the rail to the counter-vibration by the actuator .
  • the at least one sensor is preferably designed to detect a horizontal vibration of the rail transversely to a longitudinal axis of the rail, and the at least one actuator is preferably designed to excite a horizontal counter vibration of the rail transversely to a longitudinal axis of the rail.
  • the at least one actuator preferably comprises at least one first actuator with a first axis of movement and a second actuator with a second axis of movement, the first axis of movement and the second axis of movement not being aligned parallel to one another, preferably orthogonal to one another.
  • counter-vibrations of the rail can be set in different directions, in particular horizontally across the rail and vertical, stimulate.
  • the two or more actuators can be combined as a stacked actuator.
  • the at least one sensor preferably comprises at least one first sensor with a first measuring axis and a second sensor with a second measuring axis, the first measuring axis and the second measuring axis not being aligned parallel to one another, preferably orthogonally to one another. Vibrations of the rail in different directions, in particular horizontally transversely to the rail and vertically, can be detected by the two sensors and, if necessary, further sensors.
  • the system preferably comprises at least one energy supply unit for supplying the system with energy, the energy supply unit having at least one energy generation element for local energy generation, preferably with a photovoltaic element and / or a piezoelectric element, and at least one energy store, for example an accumulator, for storing the includes energy obtained with the energy harvesting element.
  • the energy supply unit having at least one energy generation element for local energy generation, preferably with a photovoltaic element and / or a piezoelectric element, and at least one energy store, for example an accumulator, for storing the includes energy obtained with the energy harvesting element.
  • the energy supply unit means that there is no need for a complex connection of the system to an external energy supply, for example to an urban power grid or to a rail power grid.
  • the photovoltaic element can for example be arranged on a noise protection wall.
  • the piezoelectric element can be coupled to the rail, for example, for converting vibrations of the rail induced by a rail vehicle into electrical energy.
  • the system preferably comprises at least one transmission element for power transmission between the at least one actuator and the rail, the transmission element being a deflecting element for deflecting an effective direction of the transmitted force, a gear element for translating the transmitted force and / or an overload protection device to limit the transmitted force Power includes.
  • the at least one actuator can act, for example, on the underside of the rail without having to be arranged directly under the rail.
  • the actuator is protected from overloading, for example due to the weight of the rail and a rail vehicle traveling on it, and is more easily accessible, for example for installation, maintenance and / or retrofitting.
  • An overload protection device for example a slip clutch, also protects the actuator from overload, for example due to the weight of the rail and a rail vehicle traveling on it.
  • the transmission element can in particular be designed for the mechanical coupling of several actuators, for example with mutually different axes of movement, to the rail.
  • a particular advantage of the system is that it can be designed, for example by arranging the at least one actuator and the at least one sensor under the rail, so that it can carry out normal maintenance work on the rail, for example grinding down an upper side of the Rail or a replacement of the rail, not hindered.
  • This is where the system differs, for example, from known systems for noise reduction, in which sound absorbers are attached directly to the rail.
  • the invention relates to a support element for a rail for rail traffic for active damping of acoustic vibrations of the rail with a system according to the invention and a system according to the invention with such a support element.
  • the support element comprises, for example, a sleeper for laying the rail on a ballast bed or an element, in particular a base, of a so-called fixed track for laying the rail.
  • the support element can in particular have features of conventional railway sleepers or elements of the fixed track, for example with regard to shape, dimensions, material composition and / or fastening elements for the rail. This results in the advantage that the support element can be installed and removed quickly and inexpensively using conventional devices and methods, in particular using an automated rail construction train.
  • the at least one actuator of the system is preferably at least partially integrated into the support element, for example arranged under the rail in a recess in the support element.
  • further components of the system for example the at least one sensor, the at least one control unit, a supply unit and / or transmission element, can be at least partially integrated into the support element.
  • the support element preferably comprises at least one inspection access for maintenance and / or for the replacement of the at least one actuator when the support element is in an installed state that supports the rail.
  • the inspection access includes, for example, a closable opening on an upper side of the support element next to the rail.
  • the inspection access allows the at least one actuator and, if necessary, further components of the system integrated in the support element to be serviced, exchanged or retrofitted without having to dismantle the support element or the rail.
  • the support element can initially be mounted in a rail traffic route without components of the system according to the invention in order to fulfill the function of a conventional support element there without significant additional costs. If necessary, a system according to the invention can then be retrofitted with little effort.
  • the support element can, for example, initially be fitted with just one actuator to excite a vertical counter-oscillation and later retrofitted with a further actuator to excite a horizontal counter-oscillation.
  • the invention relates to a rail traffic route with at least one rail, in particular at least two rails, comprising at least one system according to the invention for the active damping of acoustic vibrations of the at least one rail.
  • the system preferably comprises a number, in particular a plurality of sensors spaced apart from one another along the rail, and a plurality of actuators spaced apart from one another along the rail, the number of sensors preferably being smaller than the plurality of actuators.
  • the number of sensors for detecting vibrations of the rail can be selected to be lower than the large number of actuators for generating counter-vibrations without significant loss of detection quality.
  • the vibrations detected by the sensors can be evaluated by a single control unit or also by several control units for controlling the actuators.
  • the invention relates to a method for the active damping of acoustic vibrations of a rail for rail traffic, in particular with a system according to the invention, comprising at least the following of at least one control unit Steps carried out: a) automatic detection of at least one vertical oscillation of the rail with at least one sensor, b) automatic excitation of at least one vertical counter-oscillation of the rail with at least one actuator, c) the counter-oscillation being set up to destructively interfere with the detected oscillation, and d) wherein the at least one actuator is mechanically coupled to the rail and to a support element carrying the rail.
  • the counter-oscillation can be calculated from the detected oscillation by the control unit using methods known from the field of active noise compensation.
  • the detected oscillation can be used by the control unit to detect an arrival of a train and preferably a train type of the arriving train.
  • the control unit can control the at least one actuator, for example, to excite a general counter-oscillation, the general counter-oscillation being designed to be destructive with an oscillation of the rail generated by a train usually running on the relevant rail to interfere.
  • a general counter-oscillation has the advantage that a counter-oscillation does not have to be calculated again for each arriving train, so that the control unit can be designed to be less powerful and more cost-effective.
  • the general counter-oscillation can be determined, for example, by a self-learning algorithm from previously detected oscillations.
  • the control unit preferably controls the at least one actuator to excite a train-type-specific counter-oscillation as soon as the arrival of a train of a certain train type is detected.
  • the type of train can be determined from the detected vibration and / or from an arrival time and a comparison with a train schedule.
  • the use of a train type-specific counter oscillation is less computationally intensive than calculating the counter oscillation from the detected oscillation and generally allows stronger damping than a general counter oscillation.
  • the train type-specific counter-oscillation can, for example, result from a self-learning algorithm previously detected vibrations can be determined in connection with the associated train types.
  • the control unit can use at least one sensor of the system as a fault sensor in order to measure a residual vibration which is transmitted to a support element and / or a substructure of the rail during the excitation of the counter vibration.
  • the control unit preferably regulates the counter oscillation in a closed control loop in such a way that the residual oscillation is minimized.
  • the method preferably comprises at least the following steps carried out by the at least one control unit: a) automatic detection of at least one horizontal oscillation of the rail with at least one sensor, b) automatic excitation of at least one horizontal counter-oscillation of the rail with the at least one actuator, c) wherein the counter oscillation is set up to destructively interfere with the detected oscillation.
  • a particular advantage of the invention is that it counteracts rail traffic noise where it arises. In particular, this means that less space is required for the construction of rail traffic routes - since large noise barriers are superfluous.
  • a driving ban for trains at night can ideally be dispensed with due to lower noise emissions, so that more trains can run through noise-sensitive areas. Living near railways will make lower noise emissions much more attractive. This will increase the acceptance of rail transport as an efficient and environmentally friendly logistics system.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a system according to the invention.
  • FIG. 2 shows a further schematic representation of a system according to the invention.
  • FIG. 3 shows a further schematic representation of a system according to the invention.
  • FIG. 4 shows a further schematic representation of a system according to the invention.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a rail traffic route according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a system 100 according to the invention for the active damping of acoustic vibrations of at least one rail 310 for rail traffic.
  • FIG. 1 two parallel rails 310 of a track with two wheels R of a rail vehicle resting thereon are shown as an example.
  • the system 100 comprises, for example, a sensor 110, for example a piezoelectric sensor, for detecting an acoustic vertical oscillation of each rail 310, in each case an actuator 120, for example a piezoelectric actuator, for exciting a vertical counter-oscillation of the rail 310 and communicatively with Control unit 130 connected to sensors 110 and actuators 120 (connections not shown), for example an embedded computer system, for controlling actuators 120 as a function of the vibrations detected by sensors 110.
  • a sensor 110 for example a piezoelectric sensor
  • an actuator 120 for example a piezoelectric actuator, for exciting a vertical counter-oscillation of the rail 310 and communicatively with Control unit 130 connected to sensors 110 and actuators 120 (connections not shown), for example an embedded computer system, for controlling actuators 120 as a function of the vibrations detected by sensors 110.
  • the actuators 120 are mechanically coupled to the respective rail 310 and to a support element 200 carrying the rail 310, for example a sleeper, and mechanically connect an underside of the respective rail 310 to the support element 200, for example.
  • the system 100 shown comprises in each case a support element 150, with respect to a force transmission between the rail 310 and the support element 200, arranged parallel to the actuator 120, for the static support of the rail 310.
  • the support element 150 comprises, for example, a damping pad made of an elastomer, into which the respective actuator 120 can be integrated.
  • FIG. 2 shows a further schematic illustration of a system 100 according to the invention.
  • FIG. 2 shows only one rail 310, each with a sensor 110 and an actuator 120 arranged thereon.
  • a fastening element 220 for example a fastening clip, which presses the rail 310 onto the support element 200, is also shown.
  • the fastening element 220 can in particular bring about a compressive prestress on the actuator 120 arranged under the rail 310 in a support element 150, for example in a damping pad made of an elastomer.
  • the illustrated system 100 comprises a pressure reduction element 160, for example a metal sleeve, which is arranged with respect to a force transmission between the actuator 120 and the support element 200 in order to limit a pressure exerted by the actuator 120 on the support element 200.
  • a pressure reduction element 160 for example a metal sleeve
  • the system 100 shown comprises an error sensor 111 for measuring a residual vibration transmitted to the support element 200.
  • FIG. 3 shows a further schematic illustration of a system 100 according to the invention for the active damping of acoustic oscillations of at least one rail 310 for rail traffic.
  • the system 100 comprises, for example, a sensor 110, for example a piezoelectric sensor, for detecting an acoustic vertical oscillation of the rail 310, an actuator 120, for example a piezoelectric actuator, for exciting a vertical counter-oscillation of the rail 310 and communicative with the sensors 110 and the actuators 120 connected control unit 130, for example an embedded computer system, for control of the actuator 120 as a function of the vibration detected by the sensor 110.
  • the communicative connections are shown as dashed lines.
  • the actuator 120 is mechanically coupled to the rail 310 and to a support element 200 carrying the rail 310, for example a sleeper, and connects, for example, an underside of the rail 310 mechanically to the support element 200.
  • a support element 200 carrying the rail 310 for example a sleeper
  • the system 100 shown comprises a support element 150, which is arranged parallel to the actuator 120 with respect to a force transmission between the rail 310 and the support element 200, for the static support of the rail 310.
  • the support element 150 comprises, for example, a damping pad made of an elastomer, into which the actuator 120 can be integrated.
  • the rail 310 is preferably fastened to the support element 200 with at least one fastening element 220.
  • the at least one fastening element 220 comprises, for example, a superstructure W, superstructure K or superstructure KS known from track construction.
  • At least one damping element 155 for damping a transmission of vibrations from the rail 310 to the support element 200 with respect to a force transmission between the rail 310 and the support element 200 is preferably arranged in series with the fastening element 220.
  • the damping element 155 can comprise, for example, a damping layer made of an, in particular fiber-reinforced, elastomer.
  • FIG. 4 shows a further schematic illustration of a system 100 according to the invention.
  • the system 100 shown in FIG. 4 differs from the system 100 shown in FIG. 3 in that the actuator 110 does not mechanically connect the underside of the rail 310 to the support element 200, but rather with regard to a force transmission between the rail 310 and the support element 200 is arranged in series with the fastener 220.
  • a combination (not shown) of at least one actuator 110 arranged according to FIG. 3 with at least one actuator 110 arranged according to FIG. 4 is also possible.
  • an actuator 110 is arranged in series with the fastening element 220, preferably no damping element 155 is arranged in series with the same fastening element 220.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a rail traffic route 300 according to the invention with at least one rail 310 and at least one system 100 according to the invention for active damping of acoustic vibrations of the at least one rail 310.
  • the system 100 comprises a plurality of sensors 110 spaced from one another along the rail 310 (two sensors 110 shown by way of example) and a plurality of actuators 120 spaced apart from one another along the rail 310 (three actuators 120 shown by way of example), the plurality of sensors 110 being smaller than the plurality of actuators 120.
  • the system 100 comprises a control unit 130 communicatively connected to the sensors 110 and the actuators 120.
  • the communicative connections are shown as dashed lines.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a system (100) for actively damping acoustic vibrations of a rail (310) for rail traffic, comprising at least one sensor (110) at least for detecting an acoustic vertical vibration of the rail (310), at least one actuator (120) at least for exciting a vertical counter vibration of the rail (310), and at least one control unit (130), which is in communicative connection with the at least one sensor (110) and the at least one actuator (120), for controlling the at least one actuator (120) depending on the vibration detected by the sensor (110), the counter vibration being designed to interfere destructively with the detected vibration, and the at least one actuator (120) being coupled mechanically to the rail (310) and to a support element (200) supporting the rail (310). The invention also relates to a support element (200) for the system (100) and to a method for actively damping acoustic vibrations of a rail (310) for the rail traffic.

Description

Beschreibung description
Bezeichnung der Erfindung: System, Verfahren und Tragelement zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen einer Schiene für den Schienenverkehr Description of the invention: System, method and support element for the active damping of acoustic vibrations of a rail for rail traffic
Technisches Gebiet Technical area
[1] Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen einer Schiene für den Schienenverkehr sowie ein Tragelement für eine Schiene für den Schienenverkehr zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen der Schiene mit dem System. The invention relates to a system and a method for the active damping of acoustic vibrations of a rail for rail traffic and a support element for a rail for rail traffic for the active damping of acoustic vibrations of the rail with the system.
Stand der Technik State of the art
[2] Viele Eisenbahnstrecken durchqueren lärmempfindliche Gebiete, beispielsweise Städte. Besonders in der Nacht, wenn viele Güterzüge unterwegs sind, kommt es zu einer erheblichen Lärmbelastung für die dort lebenden Menschen. Es wurde sogar festgestellt, dass der Schienenverkehrslärm medizinische Beschwerden verursacht. [2] Many railway lines cross noise-sensitive areas, such as cities. Especially at night, when there are many freight trains, there is considerable noise pollution for the people living there. The noise from rail traffic has even been found to cause medical complaints.
[3] Im für die meisten Zugfahrten relevanten Geschwindigkeitsbereich von etwa 40 km/h bis etwa 280 km/h wird die Geräuschemission von Zugfahrten hauptsächlich durch das am Rad-Schiene-Kontakt entstehende Rollgeräusch bestimmt. Rollgeräusche werden beim Abrollen der Räder auf dem Schienenfahrweg erzeugt. Die durch das Materialgefüge, Verschleiß und Korrosion bestimmte Oberflächen- und Strukturunregelmäßigkeiten der Schienen- und Radfahrflächen verursacht beim Abrollen überwiegend vertikale Anregungen der Radsätze und Schienen, welche diese zu Schwingungen anregen, die als Luftschall in die umgebende Luft und als Körperschall an den Unterbau der Schienen abgegeben werden. [3] In the speed range of around 40 km / h to around 280 km / h, which is relevant for most train journeys, the noise emissions from train journeys are mainly determined by the rolling noise generated at the wheel-rail contact. Rolling noises are generated when the wheels roll on the rail track. The surface and structural irregularities of the rail and wheeled surfaces, which are determined by the material structure, wear and corrosion, cause predominantly vertical excitations of the wheelsets and rails when rolling, which stimulate them to vibrate, which are transmitted as airborne sound into the surrounding air and as structure-borne sound to the substructure of the rails be handed in.
[4] Durch Schienenstöße, Herzstücke, Flachstellen sowie Auftragungen der Schienen kommt es zu weiteren impulshaften Geräuschen, die dem Rad-Schiene-System zuzuordnen sind. [4] Rail joints, frogs, flat spots and surfacing of the rails lead to further impulsive noises that can be assigned to the wheel-rail system.
[5] Es gibt bereits einige passive Lösungsansätze auf dem Markt, wie z.B. Abdeckungen für die Schienen selbst, um die Übertragung von Luftschall zu reduzieren, oder Dämpfunterlagen unter Schienen oder Schwellen, um diese Teile vom Boden zu entkoppeln, um die Übertragung von Körperschall an den Unterbau der Schienen zu reduzieren. Außerdem gibt es auch Systeme, die in jedes Rad eines Eisenbahnwagens eingebaut werden, um Lärm verursachende Vibrationen an den Rädern selbst zu reduzieren. [5] There are already some passive solutions on the market, such as covers for the rails themselves to reduce the transmission of airborne noise, or damping pads under rails or sleepers to decouple these parts from the floor in order to allow the transmission of structure-borne noise to reduce the substructure of the rails. There are also systems that put one in each wheel Railway wagons are installed in order to reduce noise-causing vibrations on the wheels themselves.
[6] Die genannten passiven Systeme können den freigesetzten Schalldruckpegel jedoch nur um bis zu 3 dB(A) reduzieren, insgesamt ist jedoch je nach Zuggeschwindigkeit ein Schalldruckpegel von weit über 60 dB(A) zu bewältigen. [6] The above-mentioned passive systems can only reduce the released sound pressure level by up to 3 dB (A), however, depending on the train speed, a sound pressure level of well over 60 dB (A) can be managed.
[7] Die Patentschrift EP 1 497 164 B1 beschreibt ein Verfahren zur Verminderung der Schallübertragung von Schienenfahrzeugen. Dabei erfasst mindestens ein Schwingungssensor die störenden, durch einen Radsatz erzeugten und/oder übertragenen Schwingungen. Eine Vorrichtung zur Frequenzanalyse der Signale des mindestens einen Schwingungssensors ermittelt Frequenzen mit den stärksten harmonischen Anregungen. Die Restschwingungen, die auf den Wagenkasten übertragen werden, werden mittels eines Fehlersensors gemessen. Sodann werden Ansteuersignale für mindestens einen Aktuator unter Berücksichtigung der Signale des mindestens einen Fehlersensors generiert. Der mindestens eine Aktuator minimiert die Restschwingungen, die auf den Wagenkasten übertragen werden. [7] The patent EP 1 497 164 B1 describes a method for reducing the sound transmission from rail vehicles. At least one vibration sensor detects the disruptive vibrations generated and / or transmitted by a wheel set. A device for frequency analysis of the signals of the at least one vibration sensor determines frequencies with the strongest harmonic excitations. The residual vibrations that are transmitted to the car body are measured by means of an error sensor. Control signals are then generated for at least one actuator, taking into account the signals from the at least one error sensor. The at least one actuator minimizes the residual vibrations that are transmitted to the car body.
[8] Die Patentschrift DE 19824 125 C1 offenbart ein Verfahren zur aktiven Unterdrückung von fahrwerksbedingten Schwingungsanregungen, insbesondere von Luftschallanregungen, im Fahrgastraum von Schienenfahrzeugen. Dabei sind Schwingungssensoren vorgesehen, die Schwingungen der Zwischengestelle oder des Wagenkastens oberhalb der Primärfedern erfassen. Weiter sind Aktuatoren vorgesehen, mit denen Ausgleichskräfte parallel zu den jeweils einem Scheibenrad zugeordneten Primärfedern aufbringbar sind. Dabei erzeugt eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den Schwingungen Ansteuersignale für die Aktuatoren, die aus Frequenzanteilen mit einem oder mehreren ganzzahligen Vielfachen einer Drehfrequenz des Scheibenrads bestehen. Dabei legt die Steuereinrichtung die Phasen und Amplituden der jeweiligen Frequenzanteile jeweils so fest, dass die Schwingungen minimiert werden. [8] Patent DE 19824 125 C1 discloses a method for the active suppression of chassis-related vibration excitations, in particular airborne noise excitations, in the passenger compartment of rail vehicles. Vibration sensors are provided that detect the vibrations of the intermediate frames or the car body above the primary springs. In addition, actuators are provided with which compensating forces can be applied parallel to the primary springs assigned to each disk wheel. In this case, a control device generates control signals for the actuators as a function of the vibrations, which control signals consist of frequency components with one or more integer multiples of a rotational frequency of the disk wheel. The control device defines the phases and amplitudes of the respective frequency components in such a way that the vibrations are minimized.
[9] Die Patentanmeldung DE 19842 345 A1 offenbart ein Schienenfahrzeug mit einem Wagenaufbau, an dem mindestens eine Schwingungsabsorbereinrichtung zur energieeffizienten Dämpfung von Schwingungen des Wagenaufbaus vorgesehen ist, wobei die Schwingfrequenz der Schwingungsabsorbereinrichtung abhängig von Steuersignalen wenigstens eines dem Wagenaufbau zugeordneten Schwingungssensors gesteuert ist. Die Schwingungsabsorbereinrichtung weist ein vorzugsweise als hydropneumatischer Aktuator ausgebildetes Feder- und Dämpferelement auf. Über den Aktuator ist eine passive Schwingungsabsorbermasse an den Wagenaufbau angekoppelt. The patent application DE 19842 345 A1 discloses a rail vehicle with a car body on which at least one vibration absorber device is provided for energy-efficient damping of vibrations of the car body, the oscillation frequency of the vibration absorber device being controlled as a function of control signals of at least one vibration sensor assigned to the car body. The vibration absorber device has a spring and spring actuator preferably designed as a hydropneumatic actuator Damper element on. A passive vibration absorber mass is coupled to the car body via the actuator.
[10] Die genannten Druckschriften beschreiben Systeme zur Dämpfung von Schwingungen, insbesondere akustischen Schwingungen, des Wagenaufbaus von Eisenbahnwagen, wodurch es zu einer verminderten Schallemission der Eisenbahnwagen kommt. Die Systeme sind allesamt vollständig in die Eisenbahnwagen integriert, sodass eine wirksame Lärmreduzierung nur dann erreicht wird, wenn alle ein lärmempfindliches Gebiet passierenden Eisenbahnwagen mit den genannten Systemen ausgestattet sind. Eine Ausrüstung ganzer Eisenbahnflotten mit den genannten Systemen würde erhebliche Kosten verursachen. [10] The cited publications describe systems for damping vibrations, in particular acoustic vibrations, of the wagon body of railway wagons, which leads to reduced noise emissions from the railway wagons. The systems are all fully integrated into the railroad cars, so that an effective noise reduction is only achieved if all railroad cars passing through a noise-sensitive area are equipped with the systems mentioned. Equipping entire railway fleets with the systems mentioned would result in considerable costs.
Technische Aufgabe Technical task
[11] Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein kosteneffizientes System und Verfahren zur wirksamen Reduzierung von Lärmemissionen des Schienenverkehrs zu schaffen.The object of the invention is to create a cost-efficient system and method for the effective reduction of noise emissions from rail traffic.
Technische Lösung Technical solution
[12] Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt ein System gemäß Anspruch 1 bereit, das die technische Aufgabe löst. Ebenso wird die Aufgabe durch ein Tragelement gemäß Anspruch 11 und ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. [12] The subject matter of the present invention provides a system according to claim 1 which solves the technical problem. The object is also achieved by a support element according to claim 11 and a method according to claim 14. Advantageous refinements result from the dependent claims.
Beschreibung der Ausführungsarten Description of the types of execution
[13] Die Erfindung betrifft ein System zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen einer Schiene für den Schienenverkehr, umfassend mindestens einen Sensor zumindest zur Detektion einer akustischen vertikalen Schwingung der Schiene, mindestens einen Aktuator zumindest zur Anregung einer vertikalen Gegenschwingung der Schiene und mindestens einer kommunikativ mit dem mindestens einen Sensor und dem mindestens einen Aktuator verbundenen Steuereinheit zur Steuerung des mindestens einen Aktuators abhängig von der durch den Sensor detektierten Schwingung. The invention relates to a system for the active damping of acoustic vibrations of a rail for rail traffic, comprising at least one sensor at least to detect an acoustic vertical vibration of the rail, at least one actuator at least to excite a vertical counter-vibration of the rail and at least one communicative with the at least one sensor and the control unit connected to the at least one actuator for controlling the at least one actuator as a function of the vibration detected by the sensor.
[14] Der Begriff „akustische Schwingung“ bezeichnet im Sinne der Erfindung eine Schwingung mit einer Frequenz im für Menschen hörbaren Frequenzbereich von[14] The term “acoustic oscillation” in the sense of the invention refers to an oscillation with a frequency in the frequency range of
20 Hz bis 20 kHz, insbesondere im Frequenzbereich höchster Hörempfindlichkeit von 0,5 kHz bis 10 kHz. [15] Vorzugsweise umfassen die zumindest eine Schwingung und die zumindest eine Gegenschwingung jeweils ein, insbesondere zeitabhängiges, Schwingungsspektrum bzw. Gegenschwingungsspektrum mit jeweils einer Vielzahl voneinander unterschiedlicher Frequenzen und Amplituden. 20 Hz to 20 kHz, especially in the frequency range of highest hearing sensitivity from 0.5 kHz to 10 kHz. [15] Preferably, the at least one oscillation and the at least one counter oscillation each comprise an, in particular time-dependent, oscillation spectrum or counter oscillation spectrum, each with a plurality of mutually different frequencies and amplitudes.
[16] Die zumindest eine Schwingung der Schiene ist beispielsweise durch das Abrollen der Räder eines Schienenfahrzeugs auf der Schiene verursacht und bildet somit zusammen mit Schwingungen der Räder die Quelle für das Rad-Schiene-Geräusch des Schienenfahrzeugs. The at least one vibration of the rail is caused, for example, by the rolling of the wheels of a rail vehicle on the rail and thus forms the source of the wheel-rail noise of the rail vehicle together with vibrations of the wheels.
[17] Der mindestens eine Sensor kann beispielsweise einen an der Schiene angebrachten piezoelektrischen Sensor, magnetischen Induktionssensor und/oder mikro-elektromechanischen Sensor umfassen. Das System kann einen als Fehlersensor ausgestalteten Sensor zur Messung einer während der Überlagerung der Schwingung mit der Gegenschwingung an ein Tragelement und/oder einen Unterbau der Schiene übertragenen Restschwingung umfassen. Mit Hilfe des Fehlersensors kann die Steuereinheit die Gegenschwingung vorteilhafterweise in einem geschlossenen Regelkreis regeln. [17] The at least one sensor can comprise, for example, a piezoelectric sensor, magnetic induction sensor and / or micro-electromechanical sensor attached to the rail. The system can comprise a sensor designed as a fault sensor for measuring a residual vibration transmitted to a support element and / or a substructure of the rail during the superposition of the vibration with the counter vibration. With the aid of the error sensor, the control unit can advantageously regulate the counter-oscillation in a closed control loop.
[18] Der mindestens eine Sensor und der mindestens eine Aktuator sind zumindest zur Detektion einer vertikalen Schwingung bzw. zur Anregung einer vertikalen Gegenschwingung ausgelegt, da Rad-Schiene-Geräusche in der Regel hauptsächlich von vertikalen Schwingungen des Rad-Schiene-Systems verursacht werden. The at least one sensor and the at least one actuator are designed at least to detect a vertical oscillation or to excite a vertical counter-oscillation, since wheel-rail noises are usually mainly caused by vertical vibrations of the wheel-rail system.
[19] Die mindestens eine Steuereinheit umfasst vorzugsweise ein Computergerät, beispielsweise ein Ein-Chip-System, ein eingebettetes Computersystem, eine speicherprogrammierbare Steuerung, einen Netzwerk-Client und/oder einen Netzwerk-Server. Die mindestens eine Steuereinheit kann mit dem mindestens einen Sensor und/oder dem mindestens einen Aktuator kabellos und/oder kabelgebunden kommunikativ verbunden sein. The at least one control unit preferably comprises a computer device, for example a one-chip system, an embedded computer system, a programmable logic controller, a network client and / or a network server. The at least one control unit can be communicatively connected to the at least one sensor and / or the at least one actuator in a wireless and / or wired manner.
[20] Die Gegenschwingung ist dazu eingerichtet, mit der detektierten Schwingung destruktiv zu interferieren. Durch eine Überlagerung mit der Gegenschwingung wird die Schwingung der Schiene somit nach dem Prinzip der aktiven Lärmkompensation gedämpft und eine Schallemission der Schiene verringert. [20] The counter-oscillation is set up to interfere with the detected oscillation in a destructive manner. By superimposing the counter-vibration, the vibration of the rail is dampened according to the principle of active noise compensation and noise emissions from the rail are reduced.
[21] Der mindestens eine Aktuator ist mechanisch an die Schiene und an ein relativ zu einem Unterbau der Schiene ortsfestes Gegengewicht gekoppelt. Der Begriff „Unterbau“ bezeichnet im Sinne der Erfindung die Gesamtheit der Konstruktionen, die die Schiene, insbesondere mittelbar über ein Gleisbett, statisch unterstützen. Dazu gehören neben den räumlichen Formen des Erdkörpers (z.B. Geländegleiche, Damm, Einschnitt und Anschnitt) auch eine Reihe von Kunstbauten (z. B. Stützmauern, Flügel- und Futtermauern, Brücken, Überführungsbauwerke und Durchlässe). Das Gegengewicht kann mit dem Unterbau mechanisch verbunden sein und/oder durch die Trägheit des Gegengewichts ortsfest fixiert sein. Durch die mechanische Verbindung mit dem Gegengewicht kann der Aktuator eine Gegenschwingung der Schiene relativ zu dem Unterbau erzeugen. The at least one actuator is mechanically coupled to the rail and to a counterweight that is stationary relative to a substructure of the rail. In the context of the invention, the term "substructure" denotes the entirety of the constructions, which statically support the rail, in particular indirectly via a track bed. In addition to the spatial shapes of the earth's body (e.g. equal terrain, dam, incision and cut), this also includes a number of engineering structures (e.g. retaining walls, wing and lining walls, bridges, overpass structures and culverts). The counterweight can be mechanically connected to the substructure and / or fixed in place by the inertia of the counterweight. Due to the mechanical connection with the counterweight, the actuator can generate a counter-oscillation of the rail relative to the substructure.
[22] Dadurch, dass der mindestens eine Aktuator an die Schiene gekoppelt ist und die Schwingung der Schiene dämpft, wird insbesondere eine Übertragung von Körperschall von der Schiene an den Unterbau und an dessen Umgebung, beispielsweise an nahegelegene Gebäude, verringert. Außerdem wird auch eine Emission von Luftschall von der Schiene reduziert, insbesondere wenn der Unterbau ein Brückenbauwerk umfasst, das von durch die Schiene abgegebenen Körperschall seinerseits zu Schwingungen angeregt werden kann. The fact that the at least one actuator is coupled to the rail and dampens the vibration of the rail, in particular a transmission of structure-borne noise from the rail to the substructure and its surroundings, for example to nearby buildings, is reduced. In addition, an emission of airborne noise from the rail is also reduced, in particular if the substructure comprises a bridge structure, which in turn can be excited to vibrate by structure-borne noise emitted by the rail.
[23] Eine Anordnung des mindestens einen Aktuators an der Schiene hat gegenüber einem vollständig in ein Schienenfahrzeug integrierten System den Vorteil, dass es für eine wirksame Lärmreduzierung in besonders betroffen Bereichen ausreicht, nur die dortigen Schienenabschnitte mit erfindungsgemäßen System auszustatten. Dadurch werden geringere Kosten verursacht, als wenn alle den Bereich passierenden Schienenfahrzeuge mit Systemen zur Lärmreduzierung ausgerüstet werden müssten. An arrangement of the at least one actuator on the rail has the advantage over a system fully integrated in a rail vehicle that it is sufficient for effective noise reduction in particularly affected areas to equip only the rail sections there with the system according to the invention. This results in lower costs than if all rail vehicles passing through the area had to be equipped with noise reduction systems.
[24] Außerdem wäre, wenn die Schienenfahrzeuge von unterschiedlichen Betreibern betrieben werden, eine konzertierte Aktion aller Betreiber notwendig, um alle Schienenfahrzeuge mit Systemen zur Lärmreduzierung auszurüsten. Demgegenüber liegt die Verantwortung für den Schienenabschnitt in der Regel bei einem einzigen Schienennetzbetreiber, sodass eine Ausstattung des Abschnitts mit erfindungsgemäßen Systemen einfach umzusetzen ist, als eine Ausrüstung aller Schienenfahrzeuge mit Systemen zur Lärmreduzierung. [24] In addition, if the rail vehicles are operated by different operators, concerted action by all operators would be necessary in order to equip all rail vehicles with noise reduction systems. In contrast, the responsibility for the rail section usually lies with a single rail network operator, so that equipping the section with systems according to the invention is easy to implement as equipping all rail vehicles with systems for noise reduction.
[25] Der mindestens eine Aktuator umfasst vorzugsweise mindestens einen piezoelektrischen Aktuator. Ein piezoelektrischer Aktuator hat den Vorteil, dass er besonders wartungsarm und langlebig ist, was insbesondere für eine Anordnung an der Schiene vorteilhaft ist, um die im Verhältnis zu Schienenfahrzeugen längeren Wartungsintervalle der Schiene nicht zu verkürzen. [26] Der mindestens eine Aktuator ist vorzugsweise zur Anregung einer Gegenschwingung der Schiene in einem geeigneten Frequenzbereich, Amplitudenbereich und Leistungsbereich zur Kompensation typischer durch den Rad-Schiene-Kontakt von Schienenfahrzeugen erzeugten Schwingungen ausgelegt. The at least one actuator preferably comprises at least one piezoelectric actuator. A piezoelectric actuator has the advantage that it is particularly low-maintenance and has a long service life, which is particularly advantageous for an arrangement on the rail in order not to shorten the maintenance intervals of the rail, which are longer in relation to rail vehicles. The at least one actuator is preferably designed to excite a counter-vibration of the rail in a suitable frequency range, amplitude range and power range to compensate for typical vibrations generated by the wheel-rail contact of rail vehicles.
[27] Der mindestens eine Aktuator umfasst vorzugsweise mindestens einen gestapelten piezoelektrischen Aktuator. Indem mehrere gleichartige oder verschiedenartige piezoelektrische Aktuatoren zu einem gestapelten piezoelektrischen Aktuator kombiniert werden, kann der Frequenzbereich, Amplitudenbereich und/oder Leistungsbereich des Aktuators für die Anregung der Gegenschwingung besonders geeignet ausgelegt werden. The at least one actuator preferably comprises at least one stacked piezoelectric actuator. By combining several piezoelectric actuators of the same type or of different types to form a stacked piezoelectric actuator, the frequency range, amplitude range and / or power range of the actuator can be designed to be particularly suitable for the excitation of the counter-oscillation.
[28] Insbesondere kann durch eine variable Ansteuerung einzelner Aktuatoren eines gestapelten Aktuators der Frequenzbereich, Amplitudenbereich und/oder Leistungsbereich des gestapelten Aktuators im Betrieb des Systems dynamisch an die detektierte Schwingung angepasst werden. [28] In particular, the frequency range, amplitude range and / or power range of the stacked actuator can be dynamically adapted to the detected vibration during operation of the system through variable control of individual actuators of a stacked actuator.
[29] Das Gegengewicht umfasst vorzugsweise ein die Schiene tragendes Tragelement. Dadurch kann auf ein separates Gegengewicht verzichtet werden, sodass das System besonders kostengünstig und einfach installiert werden kann. Das Tragelement umfasst beispielsweise eine Bahnschwelle, ein Element, insbesondere einen Sockel, einer sogenannten festen Fahrbahn und/oder ein Element des Unterbaus der Schiene, worauf die Schiene verlegt ist. [29] The counterweight preferably comprises a support element carrying the rail. This means that a separate counterweight can be dispensed with, so that the system can be installed particularly inexpensively and easily. The support element comprises, for example, a sleeper, an element, in particular a base, a so-called fixed track and / or an element of the substructure of the rail on which the rail is laid.
[30] Der mindestens eine Aktuator verbindet vorzugsweise eine Unterseite der Schiene mechanisch mit dem Tragelement. An der Unterseite der Schiene ist eine besonders effiziente Ankopplung zur Erzeugung einer vertikalen Gegenschwingung möglich. Im einfachsten Fall liegt die Schiene direkt auf dem mindestens einen Aktuator auf. The at least one actuator preferably mechanically connects an underside of the rail to the support element. A particularly efficient coupling for generating a vertical counter-oscillation is possible on the underside of the rail. In the simplest case, the rail rests directly on the at least one actuator.
[31] Das System umfasst vorzugsweise mindestens ein bezüglich einer Kraftübertragung zwischen der Schiene und dem Tragelement parallel zu dem mindestens einen Aktuator angeordnetes, Stützelement zur statischen Unterstützung der Schiene. Das Stützelement verhindert, dass der mindestens eine Aktuator durch eine Gewichtskraft der Schiene und gegebenenfalls eines Schienenfahrzeugs darauf überlastet wird. [31] The system preferably comprises at least one support element for static support of the rail, which support element is arranged parallel to the at least one actuator with regard to a force transmission between the rail and the support element. The support element prevents the at least one actuator from being overloaded by a weight of the rail and possibly a rail vehicle on it.
[32] Das Stützelement kann beispielsweise eine Dämpfschicht aus einem, insbesondere faserverstärkten, Elastomer umfassen, wie sie beispielsweise als Besohlung oder Dämpfunterlage von Bahnschwellen verwendet wird. Die Dämpfschicht erlaubt eine von dem Aktuator angeregte Bewegung der Schiene und stellt durch eine endliche Kompressibilität einen minimalen Abstand zwischen der Schiene und dem Tragelement sicher, um den Aktuator vor einer Überlastung zu schützen. [32] The support element can, for example, comprise a damping layer made of an, in particular fiber-reinforced, elastomer, such as is used, for example, as the sole or damping pad of railway sleepers. The damping layer allows a movement of the rail excited by the actuator and provides a finite movement Compressibility ensures a minimum distance between the rail and the support element in order to protect the actuator from overload.
[33] Außerdem verringert die Dämpfschicht eine Übertragung eines durch die Gegenschwingung nicht ausgelöschten Anteils der Schwingung der Schiene an das Tragelement. Weiterhin erlaubt es die Dämpfschicht, die Schiene mit Hilfe von Befestigungselementen auf den mindestens einen Aktuator vorzuspannen. Eine Vorspannung ist insbesondere bei einem piezoelektrischen Aktuator von Vorteil, da ein piezoelektrischer Aktuator in der Regel eine wesentlich höhere, beispielsweise zehnmal höhere, Kraft in Druckrichtung als in Zugrichtung ausüben kann. Die Vorspannung unterstützt eine Bewegung der Schiene in Zugrichtung des Aktuators und wirkt einer Bewegung der Schiene in Druckrichtung des Aktuators entgegen. [33] In addition, the damping layer reduces the transmission of a portion of the vibration of the rail that is not extinguished by the counter-vibration to the support element. Furthermore, the damping layer allows the rail to be pretensioned on the at least one actuator with the aid of fastening elements. A preload is particularly advantageous in the case of a piezoelectric actuator, since a piezoelectric actuator can generally exert a significantly higher, for example ten times higher, force in the direction of compression than in the direction of tension. The preload supports a movement of the rail in the pulling direction of the actuator and counteracts a movement of the rail in the pushing direction of the actuator.
[34] Bezüglich einer Kraftübertragung zwischen dem mindestens einen Aktuator und dem Tragelement ist vorzugsweise ein Druckminderungselement zur Minderung eines von dem Aktuator auf das Tragelement ausgeübten Drucks angeordnet. Das Druckminderungselement erhöht beispielsweise eine Auflagefläche des Aktuators auf dem Tragelement und verringert dadurch den Druck. Das Druckminderungselement verringert eine mechanische Belastung des Tragelements, beispielsweise durch lokale Spannungskonzentrationen in dem Tragelement, und erhöht dadurch dessen Lebensdauer. [34] With regard to a force transmission between the at least one actuator and the support element, a pressure reduction element for reducing a pressure exerted by the actuator on the support element is preferably arranged. The pressure reducing element increases, for example, a bearing surface of the actuator on the support element and thereby reduces the pressure. The pressure reducing element reduces a mechanical load on the support element, for example due to local stress concentrations in the support element, and thereby increases its service life.
[35] Das Druckminderungselement umfasst beispielsweise eine Hülse, zum Beispiel aus einem Metallblech, in der der mindestens eine Aktuator zumindest teilweise in dem Tragelement angeordnet ist. The pressure-reducing element comprises, for example, a sleeve, for example made of sheet metal, in which the at least one actuator is at least partially arranged in the support element.
[36] Die Schiene ist vorzugsweise mit zumindest einem Befestigungselement an dem Tragelement befestigt. Das zumindest eine Befestigungselement umfasst beispielsweise eine Befestigungsklammer zum Anpressen der Schiene an das Tragelement und/oder einen aus dem Gleisbau bekannten Oberbau W, Oberbau K oder Oberbau KS. The rail is preferably fastened to the support element with at least one fastening element. The at least one fastening element comprises, for example, a fastening clip for pressing the rail onto the support element and / or a superstructure W, superstructure K or superstructure KS known from track construction.
[37] Vorzugsweise ist der mindestens eine Aktuator bezüglich einer Kraftübertragung zwischen der Schiene und dem Tragelement mit dem Befestigungselement in Reihe angeordnet, und/oder der Aktuator ersetzt das Befestigungselement. Eine Anordnung des mindestens einen Aktuators an dem Befestigungselement oder anstelle des Befestigungselements hat den Vorteil einer leichteren Zugänglichkeit als bei einer Anordnung an der Unterseite der Schiene, wodurch die Installation und Wartung des Aktuators und insbesondere eine Nachrüstung einer bestehenden Schiene mit dem Aktuator vereinfacht wird. [37] The at least one actuator is preferably arranged in series with the fastening element with regard to a force transmission between the rail and the support element, and / or the actuator replaces the fastening element. An arrangement of the at least one actuator on the fastening element or instead of the fastening element has the advantage of easier accessibility than with an arrangement on the underside of the rail, whereby the installation and maintenance of the Actuator and in particular retrofitting an existing rail with the actuator is simplified.
[38] Vorzugsweise ist mindestens ein Dämpfelement zur Dämpfung einer Schwingungsübertragung von der Schiene auf das Tragelement bezüglich einer Kraftübertragung zwischen der Schiene und dem Tragelement mit dem Befestigungselement in Reihe angeordnet, und/oder das Befestigungselement selbst ist, beispielsweise durch eine geeignete Form und/oder Materialwahl, zur Dämpfung einer Schwingungsübertragung von der Schiene auf das Tragelement ausgelegt. [38] Preferably, at least one damping element for damping vibration transmission from the rail to the support element with respect to a force transmission between the rail and the support element is arranged in series with the fastening element, and / or the fastening element itself is, for example, by a suitable shape and / or Choice of material, designed to dampen the transmission of vibrations from the rail to the support element.
[39] Das Dämpfelement kann beispielsweise eine Dämpfschicht aus einem, insbesondere faserverstärkten, Elastomer umfassen, wie sie beispielsweise als Besohlung oder Dämpfunterlage von Bahnschwellen verwendet wird. Die Dämpfschicht verringert eine Übertragung eines durch die Gegenschwingung nicht ausgelöschten Anteils der Schwingung der Schiene an das Tragelement. [39] The damping element can comprise, for example, a damping layer made of an, in particular fiber-reinforced, elastomer, such as is used, for example, as the sole or damping pad of railway sleepers. The damping layer reduces the transmission of a portion of the vibration of the rail that is not extinguished by the counter vibration to the support element.
[40] Wenn der mindestens eine Aktuator mit dem Befestigungselement in Reihe angeordnet ist, ist bevorzugt kein Dämpfelement mit dem gleichen Befestigungselement in Reihe angeordnet und das Befestigungselement selbst ist nicht schwingungsdämpfend ausgelegt, um eine Anregung der Schiene zu der Gegenschwingung durch den Aktuator nicht zu dämpfen. If the at least one actuator is arranged in series with the fastening element, preferably no damping element is arranged in series with the same fastening element and the fastening element itself is not designed to be vibration-damping so as not to dampen an excitation of the rail to the counter-vibration by the actuator .
[41] Der mindestens eine Sensor ist vorzugsweise zur Detektion einer horizontalen Schwingung der Schiene quer zu einer Längsachse der Schiene ausgelegt, und der mindestens eine Aktuator ist vorzugsweise zur Anregung einer horizontalen Gegenschwingung der Schiene quer zu einer Längsachse der Schiene ausgelegt. Dadurch können vorteilhafterweise zusätzlich zu vertikalen auch horizontale Schwingungen der Schiene quer zur Längsachse der Schiene aktiv gedämpft werden, um eine umfassende Lärmreduzierung, insbesondere in einer Kurve der Schiene, zu erreichen. The at least one sensor is preferably designed to detect a horizontal vibration of the rail transversely to a longitudinal axis of the rail, and the at least one actuator is preferably designed to excite a horizontal counter vibration of the rail transversely to a longitudinal axis of the rail. As a result, in addition to vertical and horizontal vibrations of the rail transversely to the longitudinal axis of the rail can advantageously be actively damped in order to achieve a comprehensive noise reduction, in particular in a curve of the rail.
[42] Der mindestens eine Aktuator umfasst vorzugsweise zumindest einen ersten Aktuator mit einer ersten Bewegungsachse und einen zweiten Aktuator mit einer zweiten Bewegungsachse, wobei die erste Bewegungsachse und die zweite Bewegungsachse nicht parallel zueinander, bevorzugt orthogonal zueinander, ausgerichtet sind. Durch eine Überlagerung von Bewegungen der zwei Aktuatoren, und gegebenenfalls noch weiteren Aktuatoren, lassen sich Gegenschwingungen der Schiene in unterschiedlichen Richtungen, insbesondere horizontal quer zur Schiene und vertikal, anregen. Die zwei oder mehr Aktuatoren können als gestapelter Aktuator zusammengefasst sein. The at least one actuator preferably comprises at least one first actuator with a first axis of movement and a second actuator with a second axis of movement, the first axis of movement and the second axis of movement not being aligned parallel to one another, preferably orthogonal to one another. By superimposing movements of the two actuators and possibly further actuators, counter-vibrations of the rail can be set in different directions, in particular horizontally across the rail and vertical, stimulate. The two or more actuators can be combined as a stacked actuator.
[43] Der mindestens eine Sensor umfasst vorzugsweise zumindest einen ersten Sensor mit einer ersten Messachse und einen zweiten Sensor mit einer zweiten Messachse, wobei die erste Messachse und die zweite Messachse nicht parallel zueinander, bevorzugt orthogonal zueinander, ausgerichtet sind. Durch die zwei Sensoren, und gegebenenfalls noch weitere Sensoren, lassen sich Schwingungen der Schiene in unterschiedlichen Richtungen, insbesondere horizontal quer zur Schiene und vertikal, detektieren. The at least one sensor preferably comprises at least one first sensor with a first measuring axis and a second sensor with a second measuring axis, the first measuring axis and the second measuring axis not being aligned parallel to one another, preferably orthogonally to one another. Vibrations of the rail in different directions, in particular horizontally transversely to the rail and vertically, can be detected by the two sensors and, if necessary, further sensors.
[44] Das System umfasst vorzugsweise mindestens eine Energieversorgungseinheit zur Versorgung des Systems mit Energie, wobei die Energieversorgungseinheit mindestens ein Energiegewinnungselement zur lokalen Energiegewinnung, bevorzugt mit einem Photovoltaikelement und/oder einem piezoelektrischen Element, und mindestens einen Energiespeicher, beispielsweise einen Akkumulator, zur Speicherung der mit dem Energiegewinnungselement gewonnenen Energie umfasst. The system preferably comprises at least one energy supply unit for supplying the system with energy, the energy supply unit having at least one energy generation element for local energy generation, preferably with a photovoltaic element and / or a piezoelectric element, and at least one energy store, for example an accumulator, for storing the includes energy obtained with the energy harvesting element.
[45] Durch die Energieversorgungseinheit kann ein aufwändiger Anschluss des Systems an eine externe Energieversorgung, beispielsweise an ein städtisches Stromnetz oder an ein Bahnstromnetz, entfallen. The energy supply unit means that there is no need for a complex connection of the system to an external energy supply, for example to an urban power grid or to a rail power grid.
[46] Das Photovoltaikelement kann beispielsweise an einer Lärmschutzwand angeordnet sein. Das piezoelektrische Element kann beispielsweise zur Umwandlung von durch ein Schienenfahrzeug induzierten Schwingungen der Schiene in elektrische Energie an die Schiene gekoppelt sein. The photovoltaic element can for example be arranged on a noise protection wall. The piezoelectric element can be coupled to the rail, for example, for converting vibrations of the rail induced by a rail vehicle into electrical energy.
[47] Das System umfasst vorzugsweise mindestens ein Übertragungselement zur Kraftübertragung zwischen dem mindestens einen Aktuator und der Schiene, wobei das Übertragungselement ein Umlenkelement zur Umlenkung einer Wirkrichtung der übertragenen Kraft, eine Getriebeelement zur Übersetzung der übertragenen Kraft und/oder eine Überlastsicherung zur Begrenzung der übertragenen Kraft umfasst. The system preferably comprises at least one transmission element for power transmission between the at least one actuator and the rail, the transmission element being a deflecting element for deflecting an effective direction of the transmitted force, a gear element for translating the transmitted force and / or an overload protection device to limit the transmitted force Power includes.
[48] Mit Hilfe eines Umlenkelements, beispielsweise mit einem Hebelsystem und/oder einer Keilumlenkung, kann der mindestens eine Aktuator beispielsweise auf die Unterseite der Schiene wirken, ohne direkt unter der Schiene angeordnet sein zu müssen. Dadurch wird der Aktuator vor einer Überlastung, beispielsweise durch eine Gewichtskraft der Schiene und eines darauf fahrenden Schienenfahrzeugs, geschützt und ist leichter zugänglich, beispielsweise zur Installation, Wartung und/oder Nachrüstung. [49] Eine Überlastsicherung, beispielsweise eine Rutschkupplung, schützt den Aktuator ebenfalls vor einer Überlastung, beispielsweise durch eine Gewichtskraft der Schiene und eines darauf fahrenden Schienenfahrzeugs. With the help of a deflection element, for example with a lever system and / or a wedge deflection, the at least one actuator can act, for example, on the underside of the rail without having to be arranged directly under the rail. As a result, the actuator is protected from overloading, for example due to the weight of the rail and a rail vehicle traveling on it, and is more easily accessible, for example for installation, maintenance and / or retrofitting. An overload protection device, for example a slip clutch, also protects the actuator from overload, for example due to the weight of the rail and a rail vehicle traveling on it.
[50] Das Übertragungselement kann insbesondere zur mechanischen Ankopplung mehrerer Aktuatoren, beispielsweise mit voneinander unterschiedlichen Bewegungsachsen, an die Schiene ausgelegt sein. The transmission element can in particular be designed for the mechanical coupling of several actuators, for example with mutually different axes of movement, to the rail.
[51] Ein besonderer Vorteil des Systems liegt darin, das es, beispielsweise durch eine Anordnung des zumindest einen Aktuators und des zumindest einen Sensors unter der Schiene, so ausgestaltet sein kann, dass es übliche Wartungsarbeiten an der Schiene, beispielsweise ein Abschleifen einer Oberseite der Schiene oder einen Austausch der Schiene, nicht behindert. Darin unterscheidet sich das System beispielsweise von bekannten Systemen zur Lärmreduzierung, bei denen Schallabsorber direkt an der Schiene angebracht werden. A particular advantage of the system is that it can be designed, for example by arranging the at least one actuator and the at least one sensor under the rail, so that it can carry out normal maintenance work on the rail, for example grinding down an upper side of the Rail or a replacement of the rail, not hindered. This is where the system differs, for example, from known systems for noise reduction, in which sound absorbers are attached directly to the rail.
[52] Die Erfindung betrifft ein Tragelement für eine Schiene für den Schienenverkehr zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen der Schiene mit einem erfindungsgemäßen System und ein erfindungsgemäßes System mit einem solchen Tragelement. The invention relates to a support element for a rail for rail traffic for active damping of acoustic vibrations of the rail with a system according to the invention and a system according to the invention with such a support element.
[53] Das Tragelement umfasst beispielsweise eine Bahnschwelle zur Verlegung der Schiene auf einem Schotterbett oder ein Element, insbesondere einen Sockel, einer sogenannten festen Fahrbahn zur Verlegung der Schiene. Das Tragelement kann insbesondere Merkmale fachüblicher Bahnschwellen oder Elemente der festen Fahrbahn, beispielsweise bezüglich Form, Maßen, Materialzusammensetzung und/oder Befestigungselementen für die Schiene, aufweisen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das Tragelement mit fachüblichen Vorrichtungen und Verfahren, insbesondere mit einem automatisierten Schienenbauzug, schnell und kostengünstig eingebaut und ausgebaut werden kann. The support element comprises, for example, a sleeper for laying the rail on a ballast bed or an element, in particular a base, of a so-called fixed track for laying the rail. The support element can in particular have features of conventional railway sleepers or elements of the fixed track, for example with regard to shape, dimensions, material composition and / or fastening elements for the rail. This results in the advantage that the support element can be installed and removed quickly and inexpensively using conventional devices and methods, in particular using an automated rail construction train.
[54] Der mindestens eine Aktuator des Systems ist vorzugsweise zumindest teilweise in das Tragelement integriert, beispielsweise unter der Schiene in einer Vertiefung des Tragelements angeordnet. Darüber hinaus können auch weitere Bestandteile des Systems, beispielsweise der mindestens eine Sensor, die mindestens eine Steuereinheit, eine Versorgungseinheit und/oder Übertragungselement, zumindest teilweise in das Tragelement integriert sein. Durch eine Integration oder zumindest Teil-Integration des Systems in das Tragelement kann das System besonders einfach und schnell zusammen mit dem Tragelement installiert werden. [55] Das T ragelement umfasst bevorzugt zumindest einen Revisionszugang zur Wartung und/oder zum Austausch des mindestens einen Aktuators in einem die Schiene tragenden Einbauzustand des Tragelements. Der Revisionszugang umfasst beispielsweise eine verschließbare Öffnung an einer Oberseite des Tragelements neben der Schiene. The at least one actuator of the system is preferably at least partially integrated into the support element, for example arranged under the rail in a recess in the support element. In addition, further components of the system, for example the at least one sensor, the at least one control unit, a supply unit and / or transmission element, can be at least partially integrated into the support element. By integrating or at least partially integrating the system into the support element, the system can be installed together with the support element particularly easily and quickly. The support element preferably comprises at least one inspection access for maintenance and / or for the replacement of the at least one actuator when the support element is in an installed state that supports the rail. The inspection access includes, for example, a closable opening on an upper side of the support element next to the rail.
[56] Durch den Revisionszugang kann der zumindest eine Aktuator, und gegebenenfalls weitere in das Tragelement integrierte Bestandteile des Systems, gewartet, ausgetauscht oder nachgerüstet werden, ohne dafür das Tragelement oder die Schiene zu demontieren. [56] The inspection access allows the at least one actuator and, if necessary, further components of the system integrated in the support element to be serviced, exchanged or retrofitted without having to dismantle the support element or the rail.
[57] Das Tragelement kann insbesondere zunächst ohne Komponenten des erfindungsgemäßen Systems in einem Schienenverkehrsweg montiert werden, um dort ohne nennenswerte Mehrkosten die Funktion eines fachüblichen Tragelements zu erfüllen. Bei Bedarf kann dann ein erfindungsgemäßen System mit geringem Aufwand nachgerüstet werden. [57] In particular, the support element can initially be mounted in a rail traffic route without components of the system according to the invention in order to fulfill the function of a conventional support element there without significant additional costs. If necessary, a system according to the invention can then be retrofitted with little effort.
[58] Das T ragelements kann auch beispielsweise zunächst mit nur einem Aktuator zur Anregung einer vertikalen Gegenschwingung montiert und später mit einem weiteren Aktuator zur Anregung einer horizontalen Gegenschwingung nachgerüstet werden. The support element can, for example, initially be fitted with just one actuator to excite a vertical counter-oscillation and later retrofitted with a further actuator to excite a horizontal counter-oscillation.
[59] Die Erfindung betrifft einen Schienenverkehrsweg mit zumindest einer Schiene, insbesondere zumindest zwei Schienen, umfassend mindestens ein erfindungsgemäßes System zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen der zumindest einen Schiene. The invention relates to a rail traffic route with at least one rail, in particular at least two rails, comprising at least one system according to the invention for the active damping of acoustic vibrations of the at least one rail.
[60] Das System umfasst vorzugsweise eine Anzahl, insbesondere eine Mehrzahl von entlang der Schiene voneinander beabstandeten, Sensoren und eine Vielzahl von entlang der Schiene voneinander beabstandeter Aktuatoren, wobei die Anzahl der Sensoren bevorzugt kleiner als die Vielzahl der Aktuatoren ist. The system preferably comprises a number, in particular a plurality of sensors spaced apart from one another along the rail, and a plurality of actuators spaced apart from one another along the rail, the number of sensors preferably being smaller than the plurality of actuators.
[61] Aufgrund der guten Schallleitung entlang der Schiene kann die Anzahl der Sensoren zur Detektion von Schwingungen der Schiene ohne nennenswerte Einbußen bei der Detektionsqualität geringer gewählt werden als die Vielzahl der Aktuatoren zur Erzeugung von Gegenschwingungen. Die von den Sensoren detektierten Schwingungen können von einer einzigen Steuereinheit oder auch von mehreren Steuereinheiten zur Steuerung der Aktuatoren ausgewertet werden. [61] Due to the good sound conduction along the rail, the number of sensors for detecting vibrations of the rail can be selected to be lower than the large number of actuators for generating counter-vibrations without significant loss of detection quality. The vibrations detected by the sensors can be evaluated by a single control unit or also by several control units for controlling the actuators.
[62] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen einer Schiene für den Schienenverkehr, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen System, umfassend zumindest folgende von mindestens einer Steuereinheit ausgeführte Schritte: a) automatisches Detektieren zumindest einer vertikalen Schwingung der Schiene mit mindestens einem Sensor, b) automatisches Anregen zumindest einer vertikalen Gegenschwingung der Schiene mit mindestens einem Aktuator, c) wobei die Gegenschwingung dazu eingerichtet ist, mit der detektierten Schwingung destruktiv zu interferieren, und d) wobei der mindestens eine Aktuator mechanisch an die Schiene und an ein die Schiene tragendes Tragelement gekoppelt ist. The invention relates to a method for the active damping of acoustic vibrations of a rail for rail traffic, in particular with a system according to the invention, comprising at least the following of at least one control unit Steps carried out: a) automatic detection of at least one vertical oscillation of the rail with at least one sensor, b) automatic excitation of at least one vertical counter-oscillation of the rail with at least one actuator, c) the counter-oscillation being set up to destructively interfere with the detected oscillation, and d) wherein the at least one actuator is mechanically coupled to the rail and to a support element carrying the rail.
[63] Ausgestaltungsmöglichkeiten und Vorteile des Verfahrens ergeben sich analog zum erfindungsgemäßen System. [63] Design options and advantages of the method arise analogously to the system according to the invention.
[64] Die Gegenschwingung kann von der Steuereinheit mit aus dem Bereich der aktiven Lärmkompensation bekannten Verfahren aus der detektierten Schwingung berechnet werden. Alternativ kann die detektierte Schwingung von der Steuereinheit dazu verwendet werden, eine Ankunft eines Zuges und bevorzugt einen Zugtyp des ankommenden Zuges zu detektieren. [64] The counter-oscillation can be calculated from the detected oscillation by the control unit using methods known from the field of active noise compensation. Alternatively, the detected oscillation can be used by the control unit to detect an arrival of a train and preferably a train type of the arriving train.
[65] Sobald die Ankunft eines Zuges detektiert wurde, kann die Steuereinheit den zumindest einen Aktuator beispielsweise zur Anregung einer allgemeinen Gegenschwingung ansteuern, wobei die allgemeine Gegenschwingung dazu ausgelegt ist, mit einer von einem üblicherweise auf der betreffenden Schiene verkehrenden Zug erzeugten Schwingung der Schiene destruktiv zu interferieren. Die Verwendung einer allgemeinen Gegenschwingung hat den Vorteil, dass nicht für jeden ankommenden Zug erneut eine Gegenschwingung berechnet werden muss, sodass die Steuereinheit weniger leistungsstark und kostengünstiger ausgelegt sein kann. Die allgemeine Gegenschwingung kann beispielsweise durch einen selbstlernenden Algorithmus aus zuvor detektierten Schwingungen bestimmt werden. As soon as the arrival of a train has been detected, the control unit can control the at least one actuator, for example, to excite a general counter-oscillation, the general counter-oscillation being designed to be destructive with an oscillation of the rail generated by a train usually running on the relevant rail to interfere. The use of a general counter-oscillation has the advantage that a counter-oscillation does not have to be calculated again for each arriving train, so that the control unit can be designed to be less powerful and more cost-effective. The general counter-oscillation can be determined, for example, by a self-learning algorithm from previously detected oscillations.
[66] Vorzugsweise steuert die Steuereinheit den zumindest einen Aktuator zur Anregung einer zugtypspezifischen Gegenschwingung an, sobald die Ankunft eines Zuges eines bestimmten Zugtyps detektiert wird. Der Zugtyp kann dabei aus der detektierten Schwingung und/oder aus einer Ankunftszeit und einem Abgleich mit einem Zugfahrplan ermittelt werden. Die Verwendung einer zugtypspezifischen Gegenschwingung ist weniger rechenintensiv als eine Berechnung der Gegenschwingung aus der detektierten Schwingung und erlaubt in der Regel eine stärkere Dämpfung als eine allgemeine Gegenschwingung. Die zugtypspezifische Gegenschwingung kann beispielsweise durch einen selbstlernenden Algorithmus aus zuvor detektierten Schwingungen in Verbindung mit den zugehörigen Zugtypen bestimmt werden. [66] The control unit preferably controls the at least one actuator to excite a train-type-specific counter-oscillation as soon as the arrival of a train of a certain train type is detected. The type of train can be determined from the detected vibration and / or from an arrival time and a comparison with a train schedule. The use of a train type-specific counter oscillation is less computationally intensive than calculating the counter oscillation from the detected oscillation and generally allows stronger damping than a general counter oscillation. The train type-specific counter-oscillation can, for example, result from a self-learning algorithm previously detected vibrations can be determined in connection with the associated train types.
[67] Die Steuereinheit kann zumindest einen Sensor des Systems als Fehlersensor verwenden, um eine Restschwingung, die während des Anregens der Gegenschwingung an ein Tragelement und/oder einen Unterbau der Schiene übertragen wird, zu messen. Vorzugsweise regelt die Steuereinheit die Gegenschwingung in einem geschlossenen Regelkreis derart, dass die Restschwingung minimiert wird. The control unit can use at least one sensor of the system as a fault sensor in order to measure a residual vibration which is transmitted to a support element and / or a substructure of the rail during the excitation of the counter vibration. The control unit preferably regulates the counter oscillation in a closed control loop in such a way that the residual oscillation is minimized.
[68] Das Verfahren umfasst vorzugsweise zumindest folgende von der mindestens einen Steuereinheit ausgeführte Schritte: a) automatisches Detektieren zumindest einer horizontalen Schwingung der Schiene mit mindestens einem Sensor, b) automatisches Anregen zumindest einer horizontalen Gegenschwingung der Schiene mit dem mindestens einen Aktuator, c) wobei die Gegenschwingung dazu eingerichtet ist, mit der detektierten Schwingung destruktiv zu interferieren. [68] The method preferably comprises at least the following steps carried out by the at least one control unit: a) automatic detection of at least one horizontal oscillation of the rail with at least one sensor, b) automatic excitation of at least one horizontal counter-oscillation of the rail with the at least one actuator, c) wherein the counter oscillation is set up to destructively interfere with the detected oscillation.
[69] Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dem Schienenverkehrslärm dort entgegenzuwirken, wo er entsteht. Dadurch wird insbesondere weniger Platz für den Bau von Schienenverkehrswegen benötigt wird - da große Lärmschutzwände überflüssig werden. [69] A particular advantage of the invention is that it counteracts rail traffic noise where it arises. In particular, this means that less space is required for the construction of rail traffic routes - since large noise barriers are superfluous.
[70] Weniger Schwingungen in den Schienen können außerdem den Verschleiß von Rädern und Schienen verringern. Durch einen geringeren Verschleiß der Räder können Rad-Schiene-Geräusche auch auf Streckenabschnitten, die kein erfindungsgemäßes System umfassen, reduziert werden. [70] Less vibrations in the rails can also reduce wear on wheels and rails. As a result of less wear on the wheels, wheel-rail noises can also be reduced on route sections that do not include a system according to the invention.
[71] Ein Fahrverbot für Züge in der Nacht kann durch geringere Schallemissionen idealerweise entfallen, sodass mehr Züge durch lärmempfindliche Bereiche fahren können. Das Wohnen in der Nähe von Schienenverkehrswegen wird geringere Schallemissionen viel attraktiver. Dies wird die Akzeptanz des Schienenverkehrs als effizientes und umweltfreundliches Logistiksystem erhöhen. [71] A driving ban for trains at night can ideally be dispensed with due to lower noise emissions, so that more trains can run through noise-sensitive areas. Living near railways will make lower noise emissions much more attractive. This will increase the acceptance of rail transport as an efficient and environmentally friendly logistics system.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
[72] Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung und anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft erfindungsgemäße Gegenstände dargestellt sind. Merkmale, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Merkmale nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen. [72] Further advantages, objectives and properties of the invention are explained with reference to the following description and attached drawings, in which objects according to the invention are shown by way of example. Features that are in the figures correspond at least essentially with regard to their function, can be identified with the same reference numerals, although these features do not have to be numbered and explained in all figures.
[73] Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems. [73] FIG. 1 shows a schematic representation of a system according to the invention.
[74] Figur 2 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems. [74] FIG. 2 shows a further schematic representation of a system according to the invention.
[75] Figur 3 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems. [75] FIG. 3 shows a further schematic representation of a system according to the invention.
[76] Figur 4 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems. [76] FIG. 4 shows a further schematic representation of a system according to the invention.
[77] Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schienenverkehrswegs. [77] FIG. 5 shows a schematic representation of a rail traffic route according to the invention.
Fig.1 Fig. 1
[78] Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 100 zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen zumindest einer Schiene 310 für den Schienenverkehr. In Figur 1 sind beispielshaft zwei parallel verlaufende Schienen 310 eines Gleises mit zwei darauf aufliegenden Rädern R eines Schienenfahrzeugs dargestellt. FIG. 1 shows a schematic representation of a system 100 according to the invention for the active damping of acoustic vibrations of at least one rail 310 for rail traffic. In FIG. 1, two parallel rails 310 of a track with two wheels R of a rail vehicle resting thereon are shown as an example.
[79] Das System 100 umfasst beispielsweise jeweils einen Sensor 110, beispielsweise einen piezoelektrischen Sensor, zur Detektion einer akustischen vertikalen Schwingung jeder Schiene 310, jeweils einen Aktuator 120, beispielsweise einen piezoelektrischen Aktuator, zur Anregung einer vertikalen Gegenschwingung der Schiene 310 und eine kommunikativ mit den Sensoren 110 und den Aktuatoren 120 verbundene (Verbindungen nicht dargestellt) Steuereinheit 130, beispielsweise ein eingebettetes Computersystem, zur Steuerung der Aktuatoren 120 abhängig von den durch die Sensoren 110 detektierten Schwingungen. The system 100 comprises, for example, a sensor 110, for example a piezoelectric sensor, for detecting an acoustic vertical oscillation of each rail 310, in each case an actuator 120, for example a piezoelectric actuator, for exciting a vertical counter-oscillation of the rail 310 and communicatively with Control unit 130 connected to sensors 110 and actuators 120 (connections not shown), for example an embedded computer system, for controlling actuators 120 as a function of the vibrations detected by sensors 110.
[80] Die Aktuatoren 120 sind mechanisch an die jeweilige Schiene 310 und an ein die Schiene 310 tragendes Tragelement 200, beispielsweise eine Bahnschwelle, gekoppelt und verbinden beispielsweise eine Unterseite der jeweiligen Schiene 310 mechanisch mit dem Tragelement 200. [81] Das dargestellte System 100 umfasst jeweils ein bezügliche einer Kraftübertragung zwischen der Schiene 310 und dem Tragelement 200 parallel zu dem Aktuator 120 angeordnetes Stützelement 150 zur statischen Unterstützung der Schiene 310. The actuators 120 are mechanically coupled to the respective rail 310 and to a support element 200 carrying the rail 310, for example a sleeper, and mechanically connect an underside of the respective rail 310 to the support element 200, for example. [81] The system 100 shown comprises in each case a support element 150, with respect to a force transmission between the rail 310 and the support element 200, arranged parallel to the actuator 120, for the static support of the rail 310.
[82] Das Stützelement 150 umfasst beispielsweise eine Dämpfunterlage aus einem Elastomer, in die der jeweilige Aktuator 120 integriert sein kann. The support element 150 comprises, for example, a damping pad made of an elastomer, into which the respective actuator 120 can be integrated.
Fig.2 Fig. 2
[83] Figur 2 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 100. [83] FIG. 2 shows a further schematic illustration of a system 100 according to the invention.
[84] Im Unterschied zu Figur 1 ist in Figur 2 nur eine Schiene 310 mit jeweils einem daran angeordneten Sensor 110 und Aktuator 120 gezeigt. In contrast to FIG. 1, FIG. 2 shows only one rail 310, each with a sensor 110 and an actuator 120 arranged thereon.
[85] Außerdem ist auch ein Befestigungselement 220, beispielsweise eine Befestigungsklammer, das die Schiene 310 auf das Tragelement 200 presst, dargestellt. Das Befestigungselement 220 kann insbesondere eine kompressive Vorspannung auf den unter der Schiene 310 in einem Stützelement 150, beispielsweise in einer Dämpfunterlage aus einem Elastomer, angeordneten Aktuator 120 bewirken. In addition, a fastening element 220, for example a fastening clip, which presses the rail 310 onto the support element 200, is also shown. The fastening element 220 can in particular bring about a compressive prestress on the actuator 120 arranged under the rail 310 in a support element 150, for example in a damping pad made of an elastomer.
[86] Das dargestellte System 100 umfasst ein Druckminderungselement 160, beispielsweise eine Metallhülse, das bezüglich einer Kraftübertragung zwischen dem Aktuator 120 und dem Tragelement 200 angeordnet ist, um einen von dem Aktuator 120 auf das Tragelement 200 ausgeübten Druck zu begrenzen. The illustrated system 100 comprises a pressure reduction element 160, for example a metal sleeve, which is arranged with respect to a force transmission between the actuator 120 and the support element 200 in order to limit a pressure exerted by the actuator 120 on the support element 200.
[87] Das dargestellte System 100 umfasst einen Fehlersensor 111 zur Messung einer an das Tragelement 200 übertragenen Restschwingung. The system 100 shown comprises an error sensor 111 for measuring a residual vibration transmitted to the support element 200.
Fig.3 Fig. 3
[88] Figur 3 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 100 zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen zumindest einer Schiene 310 für den Schienenverkehr. [88] FIG. 3 shows a further schematic illustration of a system 100 according to the invention for the active damping of acoustic oscillations of at least one rail 310 for rail traffic.
[89] Das System 100 umfasst beispielsweise einen Sensor 110, beispielsweise einen piezoelektrischen Sensor, zur Detektion einer akustischen vertikalen Schwingung der Schiene 310, einen Aktuator 120, beispielsweise einen piezoelektrischen Aktuator, zur Anregung einer vertikalen Gegenschwingung der Schiene 310 und eine kommunikativ mit den Sensoren 110 und den Aktuatoren 120 verbundene Steuereinheit 130, beispielsweise ein eingebettetes Computersystem, zur Steuerung des Aktuators 120 abhängig von der durch den Sensor 110 detektierten Schwingung. Die kommunikativen Verbindungen sind als gestrichelte Linien dargestellt. The system 100 comprises, for example, a sensor 110, for example a piezoelectric sensor, for detecting an acoustic vertical oscillation of the rail 310, an actuator 120, for example a piezoelectric actuator, for exciting a vertical counter-oscillation of the rail 310 and communicative with the sensors 110 and the actuators 120 connected control unit 130, for example an embedded computer system, for control of the actuator 120 as a function of the vibration detected by the sensor 110. The communicative connections are shown as dashed lines.
[90] Der Aktuator 120 ist mechanisch an die Schiene 310 und an ein die Schiene 310 tragendes Tragelement 200, beispielsweise eine Bahnschwelle, gekoppelt und verbindet beispielsweise eine Unterseite der Schiene 310 mechanisch mit dem Tragelement 200. Diese und die im Folgenden beschriebenen mechanischen Verbindungen sind als durchgezogene Linien dargestellt. The actuator 120 is mechanically coupled to the rail 310 and to a support element 200 carrying the rail 310, for example a sleeper, and connects, for example, an underside of the rail 310 mechanically to the support element 200. These and the mechanical connections described below are shown as solid lines.
[91] Das dargestellte System 100 umfasst ein bezügliche einer Kraftübertragung zwischen der Schiene 310 und dem Tragelement 200 parallel zu dem Aktuator 120 angeordnetes Stützelement 150 zur statischen Unterstützung der Schiene 310. The system 100 shown comprises a support element 150, which is arranged parallel to the actuator 120 with respect to a force transmission between the rail 310 and the support element 200, for the static support of the rail 310.
[92] Das Stützelement 150 umfasst beispielsweise eine Dämpfunterlage aus einem Elastomer, in die der Aktuator 120 integriert sein kann. The support element 150 comprises, for example, a damping pad made of an elastomer, into which the actuator 120 can be integrated.
[93] Die Schiene 310 ist vorzugsweise mit zumindest einem Befestigungselement 220 an dem Tragelement 200 befestigt. Das zumindest eine Befestigungselement 220 umfasst beispielsweise einen aus dem Gleisbau bekannten Oberbau W, Oberbau K oder Oberbau KS. The rail 310 is preferably fastened to the support element 200 with at least one fastening element 220. The at least one fastening element 220 comprises, for example, a superstructure W, superstructure K or superstructure KS known from track construction.
[94] Vorzugsweise ist mindestens ein Dämpfelement 155 zur Dämpfung einer Schwingungsübertragung von der Schiene 310 auf das Tragelement 200 bezüglich einer Kraftübertragung zwischen der Schiene 310 und dem Tragelement 200 mit dem Befestigungselement 220 in Reihe angeordnet. At least one damping element 155 for damping a transmission of vibrations from the rail 310 to the support element 200 with respect to a force transmission between the rail 310 and the support element 200 is preferably arranged in series with the fastening element 220.
[95] Das Dämpfelement 155 kann beispielsweise eine Dämpfschicht aus einem, insbesondere faserverstärkten, Elastomer umfassen. The damping element 155 can comprise, for example, a damping layer made of an, in particular fiber-reinforced, elastomer.
Fig.4 Fig. 4
[96] Figur 4 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 100. [96] FIG. 4 shows a further schematic illustration of a system 100 according to the invention.
[97] Das in Figur 4 dargestellte System 100 unterscheidet sich von dem in Figur 3 dargestellten System 100 darin, dass der Aktuator 110 nicht die Unterseite der Schiene 310 mechanisch mit dem Tragelement 200 verbindet, sondern bezüglich einer Kraftübertragung zwischen der Schiene 310 und dem Tragelement 200 mit dem Befestigungselement 220 in Reihe angeordnet ist. [98] Erfindungsgemäß ist auch eine nicht dargestellte Kombination zumindest eines gemäß Figur 3 angeordneten Aktuators 110 mit zumindest einem gemäß Figur 4 angeordneten Aktuator 110 möglich. The system 100 shown in FIG. 4 differs from the system 100 shown in FIG. 3 in that the actuator 110 does not mechanically connect the underside of the rail 310 to the support element 200, but rather with regard to a force transmission between the rail 310 and the support element 200 is arranged in series with the fastener 220. According to the invention, a combination (not shown) of at least one actuator 110 arranged according to FIG. 3 with at least one actuator 110 arranged according to FIG. 4 is also possible.
[99] Wenn ein Aktuator 110 mit dem Befestigungselement 220 in Reihe angeordnet ist, ist bevorzugt kein Dämpfelement 155 mit dem gleichen Befestigungselement 220 in Reihe angeordnet. If an actuator 110 is arranged in series with the fastening element 220, preferably no damping element 155 is arranged in series with the same fastening element 220.
Fig.5 Fig. 5
[100] Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schienenverkehrswegs 300 mit zumindest einer Schiene 310 und mindestens einem erfindungsgemäßen System 100 zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen der zumindest einen Schiene 310. Das System 100 umfasst eine Mehrzahl von entlang der Schiene 310 voneinander beabstandeter Sensoren 110 (exemplarisch zwei Sensoren 110 gezeigt) und eine Vielzahl von entlang der Schiene 310 voneinander beabstandeter Aktuatoren 120 (exemplarisch drei Aktuatoren 120 gezeigt), wobei die Mehrzahl der Sensoren 110 kleiner als die Vielzahl der Aktuatoren 120 ist. FIG. 5 shows a schematic representation of a rail traffic route 300 according to the invention with at least one rail 310 and at least one system 100 according to the invention for active damping of acoustic vibrations of the at least one rail 310. The system 100 comprises a plurality of sensors 110 spaced from one another along the rail 310 (two sensors 110 shown by way of example) and a plurality of actuators 120 spaced apart from one another along the rail 310 (three actuators 120 shown by way of example), the plurality of sensors 110 being smaller than the plurality of actuators 120.
[101] Das System 100 umfasst eine kommunikativ mit den Sensoren 110 und den Aktuatoren 120 verbundene Steuereinheit 130. Die kommunikativen Verbindungen sind als gestrichelte Linien dargestellt. The system 100 comprises a control unit 130 communicatively connected to the sensors 110 and the actuators 120. The communicative connections are shown as dashed lines.
[102] Weitere Bestandteile des Systems 100 sind der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. [102] Further components of the system 100 are not shown for the sake of clarity.
Liste der Bezugszeichen List of reference signs
100 System 200 Tragelement 100 System 200 support element
110 Sensor 220 Befestigungsmittel 110 sensor 220 fasteners
111 Fehlersensor 300 Schienenverkehrsweg 120 Aktuator 310 Schiene 130 Steuereinheit R Rad 150 Stützelement 155 Dämpfelement 111 Fault sensor 300 Rail traffic route 120 Actuator 310 Rail 130 Control unit R wheel 150 Support element 155 Damping element
160 Druckminderungselement 160 pressure reducing element

Claims

Ansprüche Expectations
[Anspruch 1] System (100) zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen einer Schiene (310) für den Schienenverkehr, umfassend a) mindestens einen Sensor (110) zumindest zur Detektion einer akustischen vertikalen Schwingung der Schiene (310), b) mindestens einen Aktuator (120) zumindest zur Anregung einer vertikalen Gegenschwingung der Schiene (310) und c) mindestens eine kommunikativ mit dem mindestens einen Sensor (110) und dem mindestens einen Aktuator (120) verbundene Steuereinheit (130) zur Steuerung des mindestens einen Aktuators (120) abhängig von der durch den Sensor (110) detektierten Schwingung, d) wobei die Gegenschwingung dazu eingerichtet ist, mit der detektierten Schwingung destruktiv zu interferieren, und e) wobei der mindestens eine Aktuator (120) mechanisch an die Schiene (310) und an ein relativ zu einem Unterbau der Schiene (310) ortsfestes Gegengewicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass f) der mindestens eine Sensor (110) zur Detektion einer horizontalen Schwingung der Schiene (310) quer zu einer Längsachse der Schiene (310) ausgelegt ist, und g) der mindestens eine Aktuator (120) zur Anregung einer horizontalen Gegenschwingung der Schiene (310) quer zu einer Längsachse der Schiene (310) ausgelegt ist. [Claim 1] System (100) for the active damping of acoustic vibrations of a rail (310) for rail traffic, comprising a) at least one sensor (110) at least for detecting an acoustic vertical vibration of the rail (310), b) at least one actuator ( 120) at least to excite a vertical counter-oscillation of the rail (310) and c) at least one control unit (130) communicatively connected to the at least one sensor (110) and the at least one actuator (120) for controlling the at least one actuator (120) of the oscillation detected by the sensor (110), d) wherein the counter oscillation is set up to destructively interfere with the detected oscillation, and e) wherein the at least one actuator (120) is mechanically attached to the rail (310) and to a relative a stationary counterweight is arranged on a substructure of the rail (310), characterized in that f) the at least one sensor (110) for detecting a horizontal S. oscillation of the rail (310) is designed transversely to a longitudinal axis of the rail (310), and g) the at least one actuator (120) is designed to excite a horizontal counter-oscillation of the rail (310) transversely to a longitudinal axis of the rail (310).
[Anspruch 2] System (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (120) mindestens einen piezoelektrischen[Claim 2] System (100) according to claim 1, characterized in that the at least one actuator (120) has at least one piezoelectric
Aktuator, bevorzugt mindestens einen gestapelten piezoelektrischen Aktuator, umfasst. Actuator, preferably at least one stacked piezoelectric actuator, comprises.
[Anspruch 3] System (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht ein die Schiene (310) tragendes Tragelement (200) umfasst. [Claim 3] System (100) according to Claim 1 or 2, characterized in that the counterweight comprises a support element (200) carrying the rail (310).
[Anspruch 4] System (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (120) eine Unterseite der Schiene (310) mechanisch mit dem Tragelement (200) verbindet. [Claim 4] System (100) according to Claim 3, characterized in that the at least one actuator (120) mechanically connects an underside of the rail (310) to the support element (200).
[Anspruch 5] System (100) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mindestens ein bezügliche einer Kraftübertragung zwischen der Schiene (310) und dem Tragelement (200) parallel zu dem mindestens einen Aktuator (120) angeordnetes Stützelement (150) zur statischen Unterstützung der Schiene (310). [Claim 5] System (100) according to Claim 4, characterized by at least one supporting element (150) for static support of the rail, which is arranged in relation to a force transmission between the rail (310) and the support element (200) parallel to the at least one actuator (120) (310).
[Anspruch 6] System (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich einer Kraftübertragung zwischen dem mindestens einen Aktuator (120) und dem Tragelement (200) ein Druckminderungselement (160) zur Minderung eines von dem Aktuator (120) auf das Tragelement (200) ausgeübten Drucks angeordnet ist. [Claim 6] System (100) according to one of claims 3 to 5, characterized in that, with regard to a force transmission between the at least one actuator (120) and the support element (200), a pressure reduction element (160) for reducing one of the actuator (120 ) is arranged on the support element (200) exerted pressure.
[Anspruch 7] System (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (310) mit zumindest einem Befestigungselement (220) an dem Tragelement (200) befestigt ist, wobei der mindestens eine Aktuator (120) bezüglich einer Kraftübertragung zwischen der Schiene (310) und dem Tragelement (200) mit dem Befestigungselement (220) in Reihe angeordnet ist. [Claim 7] System (100) according to one of claims 3 to 6, characterized in that the rail (310) is fastened to the support element (200) with at least one fastening element (220), the at least one actuator (120) with respect to a power transmission between the rail (310) and the support element (200) is arranged in series with the fastening element (220).
[Anspruch 8] System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (120) zumindest einen ersten Aktuator mit einer ersten Bewegungsachse und einen zweiten Aktuator mit einer zweiten Bewegungsachse umfasst, wobei die erste Bewegungsachse und die zweite Bewegungsachse nicht parallel zueinander, bevorzugt orthogonal zueinander, ausgerichtet sind. [Claim 8] System (100) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the at least one actuator (120) comprises at least a first actuator with a first axis of movement and a second actuator with a second axis of movement, the first axis of movement and the second axes of movement are not aligned parallel to one another, preferably orthogonal to one another.
[Anspruch 9] System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch mindestens ein Übertragungselement zur Kraftübertragung zwischen dem mindestens einen Aktuator (120) und der Schiene (310), wobei das Übertragungselement ein Umlenkelement zur Umlenkung einer Wirkrichtung der übertragenen Kraft, eine Getriebeelement zur Übersetzung der übertragenen Kraft und/odereine Überlastsicherung zur Begrenzung der übertragenen Kraft umfasst. [Claim 9] System (100) according to one of claims 1 to 8, characterized by at least one transmission element for transmitting force between the at least one actuator (120) and the rail (310), the transmission element comprising a deflection element for deflecting an effective direction of the transmitted force, a gear element for stepping up the transmitted force and / or an overload protection device to limit the transmitted force.
[Anspruch 10] Tragelement (200) für eine Schiene (310) für den Schienenverkehr zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen der Schiene (310) mit einem System (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (120) des Systems (100) zumindest teilweise in das Tragelement (200) integriert ist. [Claim 10] Support element (200) for a rail (310) for rail traffic for active damping of acoustic vibrations of the rail (310) with a system (100) according to one of Claims 3 to 9, characterized in that the at least one actuator ( 120) of the system (100) is at least partially integrated into the support element (200).
[Anspruch 11] Tragelement (200) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (200) zumindest einen Revisionszugang (210) zur Wartung und/oder zum Austausch des mindestens einen Aktuators (120) in einem die Schiene (310) tragenden Einbauzustand des Tragelements (200) umfasst.[Claim 11] Support element (200) according to claim 10, characterized in that the support element (200) has at least one inspection access (210) for maintenance and / or replacement of the at least one actuator (120) in an installed state supporting the rail (310) of the support element (200).
[Anspruch 12] Schienenverkehrsweg (300) mit zumindest einer Schiene (310), gekennzeichnet durch mindestens ein System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen der zumindest einen Schiene (310), wobei das System (100) eine Anzahl von, bevorzugt eine Mehrzahl von entlang der Schiene (310) voneinander beabstandeten, Sensoren (110) und eine Vielzahl von entlang der Schiene (310) voneinander beabstandeter Aktuatoren (120) umfasst, wobei die Anzahl der Sensoren (110) bevorzugt kleiner als die Vielzahl der Aktuatoren (120) ist. [Claim 12] Rail traffic route (300) with at least one rail (310), characterized by at least one system (100) according to one of Claims 1 to 9 for the active damping of acoustic vibrations of the at least one rail (310), the system (100) comprises a number of, preferably a plurality of sensors (110) spaced apart from one another along the rail (310) and a plurality of actuators (120) spaced apart from one another along the rail (310), the number of sensors (110) preferably being less than is the plurality of actuators (120).
[Anspruch 13] Verfahren zur aktiven Dämpfung akustischer Schwingungen einer Schiene (310) für den Schienenverkehr mit einem System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend zumindest folgende von der mindestens einen Steuereinheit (130) des Systems (100) ausgeführte Schritte: a) automatisches Detektieren zumindest einer vertikalen Schwingung der Schiene (310) mit dem mindestens einen Sensor (110) des Systems (100), b) automatisches Anregen zumindest einer vertikalen Gegenschwingung der Schiene (310) mit dem mindestens einen Aktuator (120) des Systems (100), c) wobei die vertikale Gegenschwingung dazu eingerichtet ist, mit der detektierten vertikalen Schwingung destruktiv zu interferieren, und d) wobei der mindestens eine Aktuator (120) mechanisch an die Schiene (310) und an ein relativ zu einem Unterbau der Schiene (310) ortsfestes Gegengewicht gekoppelt ist, gekennzeichnet durch zumindest folgende von der mindestens einen Steuereinheit (130) ausgeführte Schritte: e) automatisches Detektieren zumindest einer horizontalen Schwingung der Schiene (310) quer zu einer Längsachse der Schiene (310) mit dem mindestens einem Sensor (110), f) automatisches Anregen zumindest einer horizontalen Gegenschwingung der Schiene (310) quer zu einer Längsachse der Schiene (310) mit dem mindestens einen Aktuator (120), g) wobei die horizontale Gegenschwingung dazu eingerichtet ist, mit der detektierten horizontalen Schwingung destruktiv zu interferieren. [Claim 13] A method for actively damping acoustic vibrations of a rail (310) for rail traffic with a system (100) according to one of Claims 1 to 9, comprising at least the following steps carried out by the at least one control unit (130) of the system (100) : a) automatic detection of at least one vertical oscillation of the rail (310) with the at least one sensor (110) of the system (100), b) automatic excitation of at least one vertical counter-oscillation of the rail (310) with the at least one actuator (120) of the Systems (100), c) wherein the vertical counter-oscillation is set up to destructively interfere with the detected vertical oscillation, and d) wherein the at least one actuator (120) is mechanically attached to the rail (310) and relative to a substructure of the rail (310) fixed counterweight is coupled, characterized by at least the following steps carried out by the at least one control unit (130): e) automatic detection of at least one horizontal oscillation of the rail (310) transversely to a longitudinal axis of the rail (310) with the at least one sensor (110), f) automatic excitation of at least one horizontal counter-oscillation of the rail (310) transversely to a longitudinal axis of the rail (310) with the at least one actuator (120), g) the horizontal counter-oscillation being set up with the detected horizontal oscillation to interfere destructively.
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