Internationales Verkehrswesen (66) 3 | 2014 102 TECHNOLOGIE Güterwagen Scheibenbremse und Güterwagen Eisenbahnwagen fahren seit langem mit sogenannten Klotzbremsen, deren Wirkprinzip aus der Vor-Pferdekutschenzeit stammt: Bremskräfte werden durch Reibung auf der Radlauläche erzeugt. Bei Reisezugwagen stießen Klotzbremsen mit steigenden Reisegeschwindigkeiten an die Grenzen der physikalischtechnischen Beanspruchbarkeit und Wirtschaftlichkeit und wurden durch höher belastbare Scheibenbremsen abgelöst. Zu deren Vorteilen - leiseres Fahrgeräusch und reduzierte Dynamik der Radaufstandskräfte beim Bremsen - kommt eine spürbare Komforterhöhung für die Reisenden. Und wie sinnvoll sind Scheibenbremsen bei Güterwagen? Die Autoren: Mark Stevenson, Dietmar Gilliam, Johannes Nicolin D er Güterverkehr allgemein stieß in den letzten Jahren durch das stetige Anwachsen der Transportmengen, auch auf der Schiene, an die Akzeptanzgrenze der vom Fahrgeräusch betrofenen, belästigten und gesundheitlich gefährdeten Menschen. Die Politik hat reagiert und zum Schutz ihrer Wähler anspruchsvolle, einzuhaltende Grenzwerte des Schalldruckpegels vorgeschrieben. Die Geräuscheinwirkung auf die Anwohner an den Eisenbahnstrecken kann u. a. durch ortsfeste Einrichtungen wie „schallschluckende Wände“ an den kritischsten Orten, leisere Oberbauarten oder Gleise, neue und weniger exponierte Streckenführungen (infrastrukturelle Maßnahmen) oder fahrplantechnische Maßnahmen wie Geschwindigkeitsbegrenzungen bis hin zum lokalen oder totalen Nachtfahrverbot (V-=-0 km/ h) gemindert werden. Leise Güterwagen Der leiser fahrende Güterwagen ist eine weitere mögliche Maßnahme zur Minderung der durch den Schienengüterverkehr verursachten Geräuschbelästigung. Die AAE - Ahaus Alstätter Eisenbahn AG (AAE AG) als ein führender Vermieter von Standardgüterwagen in Europa hat deshalb frühzeitig die Auswirkungen der aktuell vorhandenen, technisch sicheren und erfolgversprechenden Möglichkeiten zur Fahrgeräuschreduktion (K-Sohle, LL-Sohle, Scheibenbremse) auf die Investitionskosten und die entstehenden, sich akkumulierenden Unterhaltskosten (Life-Cycle Costs, LCC) abgeschätzt und einander gegenübergestellt. Nur so sind die verschiedenen technischen Möglichkeiten fundiert zu beurteilen und die entsprechenden Konsequenzen zu ziehen. Um die gesetzlich vorgeschriebenen Schalldruckpegel-Grenzwerte von 83 dB(A), gemessen bei einer Vorbeifahrt mit 80-km/ h, einzuhalten, muss die Hauptursache der Entstehung des Fahrgeräuschs beeinlusst werden. Hauptursache des Fahrgeräuschs ist die durch die Rauheit und die Imperfektionen der Schienenlauläche und der Radlauläche bewirkte gegenseitige Erregung von Rädern und Schienen und damit auch der benachbarten, d.h. „akustisch“ angekoppelten Strukturen. Wird die Erzeugung der Laulächenrauheit reduziert, so wird das Rollgeräusch positiv beeinlusst. Eine solche Wirkung ist durch den Einsatz von sogenannten K-Sohlen oder LL-Sohlen erreichbar. Die positive Wirkung der K-Sohlen und LL-Sohlen war aus einigen früheren Anwendungsfällen bereits bekannt und belegt. Diese Sohlen aus einem organisch gebundenen Kompositwerkstof mit eingelagerten glättenden, d.h. schleifenden Substanzen reduzieren die Rauheit der Radlauläche durch Materialabtrag und mindern so das Rollgeräusch bzw. die Anregung von Rad und Schiene. In einer groß angelegten Studie des European Rail Research Institut (ERRI) von 1999 bis 2004 wurde die erwünschte geräuschmindernde Wirkung der K-Sohlen untersucht und bestätigt. Es zeigte sich aber auch leider die gegenüber dem Graugussklotz erhöhte materialabtragende Wirkung der K-Sohlen. Inzwischen liegen fast gleiche Ergebnisse zum Radverschleiß aus dem Europtrain-Projekt auch für die LL-Sohle vor (2010 bis 2012). So ist zwar der Einsatz von K- und LL- Sohlen zur Reduzierung der Fahrgeräusche zielführend, die Grenzwerte werden zuver- Bild 1: Zweiachsiger Containertragwagen Lgnss-D mit Scheibenbremse Internationales Verkehrswesen (66) 3 | 2014 103 Güterwagen TECHNOLOGIE lässig eingehalten. Die Kosten im Unterhalt der Räder bzw. der Wagen steigen aber nennenswert an und belasten die Wettbewerbsfähigkeit der leiseren Güterbahn. Die Alternative zu den die Radlaulächenrauheit glättenden Kompositbremssohlen (K- oder LL-Sohle) der Klotzbremse ist auch für Güterwagen der Einsatz der bereits erwähnten Scheibenbremse. Die Scheibenbremse war und ist auch für den Güterwaggon keine unbekannte Technologie. So wurden Scheibenbremsen schon von ÖBB, SNCF und DB sowie anderen Bahnen mit zufriedenstellendem Betriebsverhalten eingesetzt. Auch bei dem anspruchsvollen Projekt „InterCargoExpress“ (1991 bis 1995) der Deutschen Bundesbahn und DB AG 1 mit- Wagen der Bauart Sgnss-y 703 und Hbbillss-y 307 für V max 160 km/ h haben sich Scheibenbremsen hervorragend bewährt. Das leise Rollgeräusch war bei diesem Container-Express ofenkundig und wurde inzwischen bei diversen anderen scheibengebremsten Waggons immer wieder messtechnisch bestätigt. Weiter war das gute Verschleißverhalten der Reibbeläge und insbesondere der Radlaulächen ofensichtlich. Ausgehend von den Erfahrungen mit der eingesetzten Technik des „InterCargoExpress“ hat die AAE AG in den Jahren 1999 und 2000 insgesamt 253 zweiachsige Containertragwagen mit Scheibenbremsen an das schweizerische Unternehmen „Die Post“ vermietet und in Verkehr gebracht (Bild 1). Motiviert durch stärker werdende Forderungen der geräuschbelästigten Öfentlichkeit und ermutigt durch die positiven Erfahrungen mit der Scheibenbremse dieser Lgnss-D-Wagen, hat AAE weitere Waggons mit Scheibenbremsen ausgerüstet (Bild 2) und die für das betriebliche Verhalten wichtigen Daten kontinuierlich erfasst und ausgewertet. Die Daten beziehen sich auf die Lauleistung der Wagen, die Verschleißentwicklung der Räder und damit verbundene Reproilierungen sowie die Verschleißentwicklung der Bremsbeläge und Bremsscheiben. Damit lassen sich dann LCC der Scheibenbremse bestimmen. Alle Wagen sind im gemischten Einsatz mit „normaler“ GG-Klotzbremse, für s- oder ss-Regime im Betrieb. Die für die LCC-Abschätzung ermittelten Werte sind damit auf der sicheren Seite, denn die efektivere Scheibenbremse übernimmt aufgrund des gleichmäßigeren Reibwertverlaufs über der Bremszeit einen Teil der Bremsleistung für die im gleichen Zug mitfahrenden, weniger efektiv GG-abgebremsten Wagen. Bei den Werten handelt es sich jeweils um die Mittelwerte der Daten von eingesetzten AAE- Wagen mit und ohne Scheibenbremse. Die Werte, die zum Vergleich mit der K- oder LL- und GG-Sohlenbremse herangezogen werden, stammen aus AAE-eigenen Betriebsversuchen, aus Versuchen mit AAE- Wagen oder aus Versuchsergebnissen Dritter. Schlussfolgerungen Aufgrund der über Jahre gesammelten Daten und Erfahrungen kann gesagt werden: • Scheibenbremsen funktionieren technisch einwandfrei und zuverlässig. • Sie sind (mindestens) so leise wie Klotzbremsen mit K- und LL-Sohle und erfüllen alle einschlägigen EU-Normen. • Obwohl sie (derzeit noch) die höchsten Investitionskosten aller Bremssysteme für Güterwagen aufweisen, liegen die Gesamtkosten aufgrund niedrigerer Betriebskosten unter denen der K- und LL- Sohle. Das Gesamtkostenniveau ist vergleichbar mit dem einer Grauguss-Klotzbremse, die bei Neuanschafungen von Güterwagen seit 2007 aus Lärmschutzgründen bei Neubauten nicht mehr eingesetzt werden kann. Die Hauptgründe für die niedrigen Lebenszykluskosten liegen im geringen Wartungsaufwand (weniger Werkstattaufenthalte) und damit einer deutlich höheren Verfügbarkeit der Wagen. Hinzu kommt ein geringerer Materialverschleiß, der sich insbesondere durch einen reduzierten Radverschleiß zeigt. So hat die AAE AG die Grundsatzentscheidung getrofen, beim Neukauf von Wagen in die Scheibenbremse zu investieren. Andere werden dem sicher folgen. Vorhandene graugussgebremste Wagen, bei denen sich wegen der zu erwartenden geringen Restlebensdauer eine Umrüstung auf Scheibenbremse nicht mehr amortisiert, werden von der AAE AG in den nächsten Jahren auf LL-Sohlen umgerüstet. ■ 1 InterCargoExpress: Güter rollen mit Tempo 160. In: Die Bahn informiert, ZDB-ID 2003143-9, Heft 5/ 1990, S. 14 f. Johannes Nicolin, Dr.-Ing. Leiter Entwicklung und Konstruktion, AAE-Ahaus Alstätter Eisenbahn AG, Baar (CH) info@aae.ch Dietmar Gilliam Leiter Zulassung & Sanierung, AAE-Ahaus Alstätter Eisenbahn AG, Baar (CH) info@aae.c Mark Stevenson CEO, AAE-Ahaus Alstätter Eisenbahn AG, Baar (CH) info@aae.ch Bild 2: Sechsachsiger Gelenk-Containertragwagen der AAE AG mit Scheibenbremse