In den vergangenen 20 Jahren hat der Verkehrslärm an Autobahnen um durchschnittlich 2,5 dB(A), an Bundesstraßen um 1,5 dB(A) zugenommen. Die Absenkung der Geräuschgrenzwerte durch technische Maßnahmen an den Fahrzeugantrieben brachte nicht den gewünschten Erfolg, da außerorts das Reifen-Fahrbahn-Geräusch überwiegt und die Verkehrsmenge generell stark gewachsen ist. Eine Stagnation des Verkehrsaufkommens ist nicht erkennbar, so dass auch in Zukunft neue Straßen in der dicht besiedelten Bundesrepublik nur noch zusammen mit sehr kostenintensiven Lärmschutzmaßnahmen geplant und gebaut werden können. Mit dieser Ausgangslage wurde, als Teil des Forschungsnetzwerkes "Leiser Verkehr", das Verbundprojekt "Reduzierte Reifen-Fahrbahn-Geräusche" konzipiert. In dem Projekt arbeiten 16 Partner aus Verwaltung, Industrie und Forschung zusammen, um zum einen die theoretischen Grundlagen bei der Entstehung und Messung von Reifen-Fahrbahn-Geräuschen zu erarbeiten, zum anderen die Komponenten des Systems "Reifen-Fahrbahn" zu optimieren. Dieses System setzt sich aus den Teilen Reifen, Fahrzeug, Straße (Asphalt-, Betonbauweise) und den Fahrbahnübergängen der Brücken zusammen. Im Rahmen der Projektlaufzeit sollen 1 bis 3 dB(A) leisere Komponenten des geräuscherzeugenden Gesamtsystems entwickelt, erprobt und gebaut werden. Mittelfristig soll durch die Entwicklung von Reifen-Fahrbahn-Geräusch-Modellen ein mindestens 5 dB(A) leiseres Gesamtsystem konzipiert werden. Nach Beginn, im Sommer 2001, befindet sich das Projekt momentan in der Arbeitsphase und mit ersten Ergebnissen ist Ende des laufenden Jahres zu rechnen.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Tabellen.

1 Forschungsnetzwerk "Leiser Verkehr"

Das Forschungsnetzwerk "Leiser Verkehr" ist ein Schwerpunkt im Verkehrsforschungsprogramm "Mobilität und Verkehr" des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Der Forschungsverbund zielt auf ein offenes arbeitsteiliges Netzwerk, das der Vertrauensbildung, der verbesserten Kommunikation und der intensiveren Zusammenarbeit der aus sehr unterschiedlichen Branchen stammenden Partnern dient und – unter Nutzung bestehender Synergien – zur Verbesserung der wissenschaftlichen und technischen Grundlagen einer erfolgreichen Lärmbekämpfung beiträgt. Einbezogen sind der Straßen- und der Schienenverkehr sowie in einem weiteren Schritt auch der Luftverkehr. Eine wichtige, gemeinsame Klammer bildet die Lärmwirkungsforschung.

2 Problematik des Straßenverkehrslärms

In den vergangenen 20 Jahren hat der Verkehrslärm an Autobahnen durchschnittlich um 2,5 dB(A), an Bundesstraßen um 1,5 dB(A) zugenommen. Die Breite der verlärmten Korridore in den Nachtstunden ist inzwischen auf ca. 1.100 m bei Autobahnen und auf ca. 220 m bei Bundesstraßen angewachsen. Eine Stagnation des Verkehrsaufkommens ist nicht erkennbar, so dass auch in Zukunft neue Straßen in den sich immer weiter ausdehnenden Ballungsgebieten nur noch zusammen mit sehr kostenintensiven Lärmschutzmaßnahmen geplant und gebaut werden können.

Schon seit den frühen siebziger Jahren bemühte man sich, der Lärmbelästigung durch den Straßenverkehr an Brennpunkten mithilfe von Lärmschutzwänden und Erdwällen entgegenzuwirken. Weiter hoffte man, das Anwachsen der allgemeinen Lärmbelästigung durch technische Maßnahmen an den Fahrzeugantrieben verhindern zu können. Seit 1970 wurden dafür die Geräuschgrenzwerte (beschleunigte Vorbeifahrt) für schwere Lkw um 12 dB(A) und für Pkw um 10 dB(A) zurückgenommen. Gleichwohl wurden aber an Autobahnen, Bundesstraßen und im schnelleren Stadtverkehr keine Pegelminderungen beobachtet, da das durch die rollenden Fahrzeugreifen verursachte Reifen-Fahrbahn-Geräusch durch die Grenzwertabsenkungen nicht betroffen wird. Inzwischen ist das Reifen-Fahrbahn-Geräusch zur dominierenden Schallquelle am bewegten Fahrzeug geworden, bei Pkw schon im Stadtverkehr ab 40 km/h, bei Lkw ab 70 km/h.

Untersuchungen zum Stand der Technik in den vergangenen 20 Jahren haben gezeigt, dass das Minderungspotenzial von Pkw- und Lkw-Reifen auf der gleichen Straßendecke ungefähr 3 dB(A) beträgt. Ähnlich groß ist das Minderungspotenzial einer bestimmten Straßendeckschicht. Noch nicht vollständig geklärt ist, wie diese Potenziale ausgeschöpft werden können. Erkenntnislücken sind auch noch bezüglich des Zusammenwirkens von Reifen und Straße bei der Geräuscherzeugung vorhanden. Trotz aller Anstrengungen existieren bislang nur erste Ansätze für ein Modell zur Prognose des Vorbeifahrtpegels von Pkw und Lkw, das dem Straßenbau Hinweise zur Herstellung leiserer Straßenoberflächen geben könnte.

Für eine deutliche Reduzierung der Reifen-Fahrbahn-Geräusche ist es notwendig, Reifen und Fahrbahn als Gesamtsystem zu behandeln und zu optimieren, wobei gegen Fahrzeug-/Verkehrssicherheit, Rollwiderstand und Lebensdauer abzuwägen ist.

3 Entwicklung und Aufbau des Verbundprojektes "Reduzierte Reifen-Fahrbahn-Geräusche"

Um langfristig eine wirksame und wirtschaftliche Reduzierung des Reifen-Fahrbahn-Geräusches zu erzielen, müssen Lärmminderungsmaßnahmen an der Quelle ansetzen. Mit diesem Ansatz wurde das Verbundprojekt "Reduzierte Reifen-Fahrbahn-Geräusche" (VP 3100) als Teil des Forschungsnetzwerkes konzipiert. Erfolgversprechende Forschungsaktivitäten wurden in Teilprojekten formuliert und neun Teilverbünden (TV 3110 bis TV 3190) zugeordnet (Bild 1).

Bild 1: Übersicht Forschungsnetzwerk und Verbundprojekt VP 3100 

Grundsätzlich werden im Verbundprojekt "Reduzierte Reifen-Fahrbahn-Geräusche" zwei Ziele verfolgt:

Ein kurzfristiges Ziel

Hierbei sollen um 1 bis 3 dB(A) leisere Komponenten des geräuscherzeugenden Gesamtsystems (Fahrzeug, Reifen, Fahrbahn bzw. Fahrbahnübergang) entwickelt, erprobt und gebaut werden.

Ein mittelfristiges Ziel

Hierbei soll durch die Entwicklung von Reifen-Fahrbahn-Geräusch-Modellen ein um mindestens 5 dB(A) leiseres Gesamtsystem konzipiert werden.

Um das o. g. kurzfristige Ziel im Rahmen der Projektlaufzeit zu erreichen, arbeiten 16 Partner aus Verwaltung, Industrie und Forschung zusammen (Tabelle 1).

Tabelle 1: Projektpartner

4 Detaillierte Beschreibung der Teilverbünde des Verbundprojektes

4.1 Erarbeitung theoretischer Grundlagen

4.1.1 "Reifen-Fahrbahnmodell zur Geräuschentstehung"

Es werden zwei Reifen-Fahrbahnmodelle zur Geräuschentstehung entwickelt. Zum einen wird ein Finite-Elemente-Modell entwickelt, das mathematisch physikalisch den Einfluss der Geometrie der Straßenoberfläche und der mechanischen Eigenschaften des Reifens auf die Anregung des Reifens zu Schwingungen und der Abstrahlung von Geräuschen beschreiben soll.

Zum anderen wird ein bestehendes "Hybrid-Modell" weiterentwickelt, das auf der Basis vorverarbeiteter physikalischer Messwerte beruht, die in einer multivariaten Regression mit der Geräuschabstrahlung korreliert werden.

Jedes der beiden Modelle hat Vor- und Nachteile. Liefert das Finite-Elemente-Modell begründete Ursachen für das Reifen-Fahrbahn-Geräusch, die in Parametervariationen reproduzierbar auf ihre jeweilige Praxisrelevanz untersucht werden können, so kann beim Hybrid-Modell eine physikalische Begründung für eine mehr oder weniger gute Korrelation in der Regel nicht angegeben werden, wenn auch Hinweise in Richtung nicht geklärter Wirkungsmechanismen möglich erscheinen. Liefert das Finite-Elemente-Modell meist nur relative Ergebnisse, werden beim Hybrid-Modell für die modellierte Messsituation absolute Werte ermittelt.

4.1.2 "Entwicklung von in situ Messverfahren"

ln unmittelbarem Zusammenhang mit den Reifen-Fahrbahnmodellen steht die Entwicklung von in situ Messverfahren. Hierbei handelt es sich um Messverfahren zur Charakterisierung der Straßenoberfläche im eingebauten Zustand. Neben einem Verfahren zur Erfassung der flächigen Textur (Bild 2), das in der Bundesanstalt für Straßenwesen zu diesem Zweck eingesetzt wird, werden ein "Messverfahren der akustischen Impedanz" und ein "Messverfahren des Strömungswiderstandes" benötigt. Beide Verfahren werden von der Fa. Müller-BBM entwickelt.

Bild 2: Flächige Textur eines offenporigen Betons, erfasst mit dem in der BASt vorhandenen neuen Messverfahren

Die akustische Impedanz (Absorption und Reflexion von Schall an der Fahrbahn) stellt eine wesentliche Einflussgröße für die Schallabstrahlung und Schallausbreitung der Geräusche des Reifen-Fahrbahn-Kontaktes dar und findet bei den Reifen-Fahrbahnmodellen zur Geräuschentstehung Verwendung. Das hier entwickelte Verfahren zur Ermittlung der akustischen Impedanz von Straßenoberflächen lässt zwei Messkonfigurationen zu. Zum einen wird der komplexe Reflexionsfaktor senkrecht zur Oberfläche, zum anderen bei schrägen Schalleinfall mit beliebigem, von der Senkrechten abweichenden Winkel gemessen. Anders als bei dem in der ISO-Normung befindlichen Verfahren [1] werden hierbei zwei Mikrofone eingesetzt. Der Strömungswiderstand im Reifen-Fahrbahnkontakt stellt vor allem für offen-porige Fahrbahnbeläge einen wesentlichen Parameter bei der Entstehung und Ausbreitung des Reifen-Fahrbahn-Geräusches dar. Er ist eine entscheidende Eingangsgröße für die Modellbildung. Beim Messverfahren des Strömungswiderstandes wird – in Anlehnung an das Gleichstromverfahren der EN 29053 – die Druckdifferenz gegenüber dem Außendruck gemessen, die sich bei Durchströmung des zu untersuchenden Belags mit einem bestimmten, vorgegebenen Luftdurchsatz einstellt (konstante Strömungsgeschwindigkeit). Die Vorgänge in der Reifenaufstandsfläche und im Fahrbahnbelag sollen möglichst genau nachgebildet werden, so dass eine weiter gehende Beschreibung des "Air-pumping" erfolgen kann.

4.2 Optimierung der Komponenten des Systems "Reifen-Fahrbahn"

4.2.1 "Reifen"

Stand der Wissenschaft in der Reifentechnik und Forschungsplan

Das Reifen-Fahrbahn-Geräusch ist ab einer Geschwindigkeit von 40 km/h bei Pkw und ab 70 km/h bei Lkw dominant. Die Bemühungen der Reifenindustrie in den letzten Jahren, nicht nur sichere und abriebfestere Reifen mit weniger Rollwiderstand, sondern zugleich auch leisere Reifen zu entwickeln, sind positiv zu werten. Im Zeitraum von 1980 bis 1997 ist das Reifen-Fahrbahn-Geräusch von Pkw-Reifen – je nach Ausgangslage – um ca. 30 % und das von Lkw-Reifen um ca. 65 % zurückgegangen [2]. Vor allem Winterreifen sind erheblich leiser geworden. Ein Grund hierfür ist die Verwendung von Lamellen im Reifenprofil statt stark ausgeprägter Stollen. Das asymmetrische Versetzen der Profilblöcke und ein gerichtetes Profil haben auch zur Minderung der Reifengeräusche beigetragen.

Alle Geräuschoptimierungen von Reifen haben sich bis heute auf die genormte und relativ leise ISO-Fahrbahnoberfläche (Asphaltbeton 0/8) bezogen. Der Grund dafür ist, dass alle gesetzlich geforderten Geräuschmessungen (z. B. 92/23 EWG) ebenfalls auf der ISO-Fahrbahn durchgeführt werden. Die Messergebnisse des Pkw-Reifen-Fahrbahn-Geräusches auf ISO-Fahrbahnen zeigen auf, dass alleine bei einer Pkw-Reifendimension, herstellerabhängig Unterschiede bis zu ± 2,5 dB(A) vom Mittelwert eines Reifenkollektivs auftreten können [3]. Demzufolge können die Reifen noch geräuschtechnisch optimiert werden, indem z. B. die Gummimischung, Laufstreifenprofil, Reifenbauform und Gürtellagen geändert werden [4], [5].

Deckschichten aus Asphaltbeton 0/8 haben eine geringe Praxisrelevanz, da sie im hochbelasteten Fernstraßennetz selten verwendet werden, so dass es als besonders wichtig erachtet wird, die Wechselwirkung von Reifen und standardmäßig gebauten Fahrbahnoberflächen wie z. B. SMA, Gussasphalt, offenporiger Asphalt, Beton mit Textur "Jutetuchlängsstrich" und Waschbeton zu berücksichtigen. Die Spannweite der Geräuschmesswerte auf unterschiedlichen Fahrbahndecken kann bis zu ± 5 dB(A) angegeben werden [6], [7].

Dies geht besonders aus den neuesten Erkenntnissen des "Sperenberg-Projektes" hervor, welches im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen durchgeführt und gerade abgeschlossen worden ist [6]. Dort wurde das Reifen-Fahrbahn-Geräusch von 12 verschieden profilierten Pkw-Reifen auf 47 unterschiedlichen Fahrbahnoberflächen gemessen. Die hierbei gewonnenen Ergebnisse lassen sich folgenderweise zusammenfassen:

• Die Differenz zwischen dem Vorbeirollpegel des "leisesten" und des "lautesten" Pkw-Reifens, abhängig von der Textur der Fahrbahnoberfläche, liegt zwischen 5 dB(A) (offenporige Beläge) und 8 dB(A) (beschichteter und abgestreuter Beton 5/8) (Bild 3).
• Die Differenz zwischen dem Vorbeirollpegel des "leisesten" Pkw-Reifens und dem mittleren Vorbeirollpegel aller übrigen Pkw-Reifen beträgt 2 bis 4 dB(A), abhängig von der Textur der Fahrbahnoberfläche, (Bild 3).
• Die Rangfolge der Pkw-Reifen von "leise" nach "laut" kann sich je nach Textur ändern (Bild 3).
• Glatte Pkw- oder Lkw-Reifen auf glatten Texturen ergeben sehr leise Reifen-Fahrbahn-Kombinationen. Dieses ist aber nur ein theoretisches Ergebnis; die mangelnde Griffigkeit bei Nässe lässt eine solche Kombination nicht zu.
• Eine raue Textur in Verbindung mit einem glatten oder auch profilierten Pkw- oder Lkw-Reifen führt zu einer erheblichen Zunahme des Vorbeirollpegels.
• Eine glatte Textur in Verbindung mit einem profilierten Pkw- oder Lkw-Reifen führt zu einer Abnahme des Vorbeirollpegels gerade im Spitzenbereich zwischen 500 Hz und 1.500 Hz.

Bild 3: Rollgeräusch von verschiedenen Pkw-Reifen auf unterschiedlichen Fahrbahnen, dabei bedeuten Gk = Größtkorn, AS = Abstreuung, SMA = Splitt-Mastix-Asphalt, GA = Gussasphalt, DSK = Dünne Schicht im Kalteinbau

Weiterhin wurde festgestellt, dass kein Zusammenhang zwischen dem Reifen-Fahrbahn-Geräusch von Pkw- und Lkw-Reifen besteht. Demzufolge kann nicht von einer Reifenart auf die andere geschlossen werden. Es besteht jeweils eigenständiger Optimierungsbedarf [6], [7]. Im Rahmen des Teilverbundes "Reifenoptimierung" werden zwei Projekte durchgeführt, eines zum Thema leisere Pkw-Reifen und eines zum Thema leisere runderneuerte Reifen. Im letztgenannten Teilprojekt werden Lkw-Reifen, bei denen der Runderneuerungsanteil 50 % beträgt, ebenfalls betrachtet. Anschließend wird das mögliche Gesamtpotenzial der Geräuschminderung ermittelt, indem das Rollgeräusch der neu entwickelten und gebauten leiseren Pkw-Reifen in Verbindung mit optimierten Komponenten aus anderen Teilverbünden (Fahrzeug/Straße) gemessen wird.

4.2.2 "Fahrzeug"

Die Geräuschemissionen von Fahrzeugen setzen sich aus verschiedenen Teilschallquellen zusammen. Diese sind im Einzelnen: Motorgeräusche, Geräusche des Antriebsstrangs, Ansaug- und Auspuffgeräusche, bei hohen Geschwindigkeiten (im Fahrzeuginnenraum) Windgeräusche und heutzutage in maßgeblicher Weise die Reifen-Fahrbahn-Geräusche. Durch Geräuschkapselung und -dämmung sind die Aggregatgeräusche und Auspuffgeräusche (außer bei Motorrädern) sehr viel leiser geworden. Betrug deren Anteil am Gesamtgeräusch 1975 noch 86 %, so sind es heute noch 50 %. Dies bedeutet aber, dass sich der Anteil der Reifen-Fahrbahn-Geräusche von 14 % auf 50 % in dem genannten Zeitraum erhöht hat. Die Frage hier lautet: Gibt es Möglichkeiten, die Teilschallquelle Reifen-Fahrbahn-Geräusch durch Dämmung oder Kapselung am oder im Radhaus abzuschirmen?

Für Lkw-Radhäuser existieren schon derartige Vorschläge, die aber erst nach der Einführung einer gesetzlichen Regelung zum Einsatz kommen würden. Diese Maßnahmen erfordern aber noch Abstimmungsarbeit, da auch der Spritzschutz bei Regen (Sprühfahnenbildung) als ein weiteres Anliegen (für die Sicherheit beim Überholen) als Anforderung formuliert werden muss. Aus diesem Grund ist ein eigenes Lkw-Radhauskapselungsprojekt nicht vorgesehen.

Für Pkw-Radhausverkleidungen existieren bislang noch keine Vorschläge zur Geräuschabsorption bzw. -abschirmung. Bisher wurden absorbierende Radhausschalen nur im Hinblick auf das Geräusch im Fahrzeuginnenraum verwendet und ausgelegt. Mittels dieser Materialien sollen die Aufschlaggeräusche von kleinen Steinen oder Wassertropfen gedämpft werden. Eine akustische Wirksamkeit dieser gedämmten Radhausschalen auf das Außengeräusch war bisher nicht nachweisbar. Deshalb soll im Rahmen des Teilverbundes "Fahrzeugoptimierung" für einen Pkw aufgezeigt werden, in welchem Maße eine Geräuschminderung einerseits technisch möglich und andererseits praxisgerecht machbar ist. Die entwickelten rollgeräuschabsorbierenden Pkw-Radhausschalen sollen für zukünftige Fahrzeugkonzepte eingesetzt werden können.

Im Rahmen des Teilverbundes wird das Projekt "Geräuschabsorption und -abschirmung durch das Radhaus" durchgeführt, in dem ein rollgeräuschabsorbierendes Radhaus konzipiert, als Muster hergestellt und anschließend in Verbindung mit den neuen leisen Pkw-Reifen auf den leiseren Fahrbahnen geprüft wird. Die erzielten Ergebnisse werden detailliert dokumentiert und im Schlussbericht zusammenfassend dargestellt.

4.2.3 "Straßen"

4.2.3.1 Asphaltbauweise

Das Straßennetz der Bundesrepublik Deutschland besteht zum überwiegenden Teil aus Asphalt. Der Anteil von Asphaltbefestigungen beträgt bei Bundesautobahnen über 70 %. Diese große Bedeutung der Bauweise macht es notwendig, der Lärmoptimierung der Straßenoberflächen aus Asphalt hohe Aufmerksamkeit zu schenken. Der Aufbau und die Oberflächenstruktur der für die Geräuschentstehung wichtigen Deckschicht einer Asphaltstraße wird wesentlich durch folgende Punkte bestimmt:

• Mischgutzusammensetzung,
• Einbau- und Verdichtungsvorgang (Walzeneinsatz),
• Abstreuen der frisch eingebauten Deckschicht mit Splitt (nur  z. T. notwendig).

Die lärmtechnische Weiterentwicklung der Deckschichten muss an diesen Parametern ansetzen. Bei der Optimierung muss jedoch dem Aspekt der Griffigkeit, d. h. verkehrssicheren Straßen, sowie der Verformungsbeständigkeit große Beachtung geschenkt werden.

Im Rahmen des Teilverbundes "Asphaltoptimierung" werden drei Teilprojekte durchgeführt, welche die im Hinblick auf die Geräuschentstehung wichtigen Asphaltbauweisen Splitt-Mastix-Asphalt (SMA), Gussasphalt und offenporiger Asphalt abdecken.

"Leisere Deckschichten aus SMA"

Bei Fahrbahnbelägen bestimmt die Textur mit größeren Wellenlängen (Makro- und Megatextur bis 500 mm) maßgeblich die Geräuschentwicklung bei Frequenzen unter 1.000 Hz. Mit zunehmender Amplitude nimmt das Geräusch zu. Tendenziell zeigt SMA bei den kleineren Texturweichungen eine insgesamt lärmtechnisch recht günstige Oberfläche [6]. Vermutlich wird jedoch oft durch den Einbau- und den anschließenden Verdichtungsvorgang ein für die Lärmentwicklung negativer Mega-Texturanteil in die Deckschicht eingebracht. Ziel des Teilprojektes ist es, den Einfluss des Herstellungsvorganges auf die Megatextur im Rahmen von aktuellen Baumaßnahmen zu ermitteln. Nach Auswertung der Messungen können maschinen- und einbautechnische Empfehlungen für einen optimierten SMA-Einbau erarbeitet werden.

"Leisere Deckschichten aus Gussasphalt"

Bei der Anwendung von Gussasphalt als Deckschicht besteht neben den Hauptvorzügen der Bauweise wie Dauerhaftigkeit und gute Griffigkeit die Problematik der bislang unbefriedigenden lärmtechnischen Eigenschaften. Durch groben Abstreusplitt und Verwendung von Walzen bei der Herstellung der Deckschicht zum Einkneten des Splitts werden für die Lärmemission ungünstige Texturanteile eingebracht. In diesem Teilprojekt soll versucht werden, durch Herstellung von zwei Erprobungsabschnitten auf der B 56 bei Düren mithilfe von optimierten Mischgutrezepturen und Abstreusplitt die lärmtechnischen Eigenschaften zu verbessern.

"Minderung der Lkw-Geräuschemission auf offenporigen Asphaltdeckschichten"

Ein Beitrag zur lärmmindernden Wirkung von offenporigem Asphalt stellt die Geräuschabsorption dar. Sie sollte in einem Frequenzbereich stattfinden, in dem die maximale Schallabstrahlung der Reifen erfolgt. Hier gibt es Unterschiede zwischen Pkw und Lkw. Die Reifen der Personenwagen haben ihr Maximum der Schallemission bei etwa 1.000 Hz, die der Lkw bei tieferen Frequenzen um 630 Hz. Die Größen und Lagen der Absorptionsmaxima sind von der Dicke und dem Aufbau der offenporigen Schicht abhängig. Bislang wurden diese Schichten einlagig mit einer Dicke von 4 cm eingebaut und erzielen für Pkw die gewünschten Absorptionsmaxima bei etwa 1.000 Hz. Durch Variation der Schichtdicke und/oder einen zweilagigen Einbau mit unterschiedlichem Mischgut kann eine Optimierung der Schallabsorption hinsichtlich der Lkw-Reifen erreicht werden. ln diesem Teilprojekt soll nach einer Optimierung der Schichtdicke bzw. des Systems im Labor eine Praxisüberprüfung im Zuge einer Baumaßnahme erfolgen.

4.2.3.2 Betonbauweise

Das Straßennetz der Bundesrepublik Deutschland besteht zu 30 % aus Betonfahrbahndecken. Bei sachgerechter Herstellung und wirksamer Entwässerung verfügt die Betondecke über vorteilhafte Eigenschaften wie hohe Tragfähigkeit und Verformungsstabilität, die dazu beitragen, dass die Betondecke kontinuierlich steigenden Verkehrsbelastungen gewachsen ist.

Seit mehr als 10 Jahren werden Betondecken mit Gleitschalungsfertigern hergestellt und abschließend in Längsrichtung geglättet. Hierbei entsteht zunächst eine relativ glatte Oberfläche, die eine niedrige Anfangsgriffigkeit ergeben würde. Da zum Erreichen einer guten Griffigkeit die Oberfläche ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Makro- und Mikrotextur aufweisen muss, werden die Betonoberflächen nach dem Glätten zusätzlich strukturiert (anisotrope Strukturen, gerichtete Texturen: z. B. mittels Abziehen mit einem Jutetuch oder Kunstrasen, Besen oder Kamm; isotrope Strukturen, in allen Richtungen gleiche Texturen: z. B. als Waschbeton, offenporiger Dränbeton oder Beton mit Abstreuung). Die strukturierte Betonoberfläche ist gleichzeitig für das Generieren des Reifen-Fahrbahn-Geräusches verantwortlich.

Die Aufgabe, eine möglichst geringe Emission infolge von Rollgeräuschen und gleichzeitig eine angemessene Griffigkeit bei Nässe als Beitrag für eine hohe Verkehrssicherheit zu erzielen, läuft auf eine Optimierung der Oberflächentextur der Betondecke hinaus [8] bis [10].

Im Rahmen des Teilverbundes "Betonstraßenoptimierung" werden zwei Teilprojekte durchgeführt, die im Hinblick auf die Reduzierung der Reifen-Fahrbahn-Geräusche bzw. Beibehaltung der Anfangswerte erfolgversprechend sind.

"Offenporiger Beton"

Ein erster Versuch in der Vergangenheit mit einem offenporigen Beton auf einer Autobahn erbrachte eine ermutigende Minderung der Vorbeifahrtpegel von Fahrzeugen [11]. Insbesondere die Minderung der Fahrgeräusche von Lkw war zu diesem Zeitpunkt vergleichbar mit den Ergebnissen an offenporigen Asphalten oder übertraf diese. Der Versuchsabschnitt auf der Autobahn musste jedoch nach einer Liegedauer von knapp drei Jahren ausgebaut werden, da die Bindung des Zuschlages insbesondere an den Fugen, der Frost-Tausalz-Widerstand und der Verbund zwischen dichtem Unterbeton und offenporigem Beton unzureichend waren. Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung langlebiger offenporiger Betone mit einem hohen Minderungspotenzial für Pkw- und Lkw-Reifengeräusche [12]. Vorteile liegen in der Reduzierung insbesondere der nächtlichen Lärmbelastung durch den Verkehr auf Schnellstraßen mit einem Lkw-Anteil über 10 %. Gleichzeitig wird eine Erhöhung der Verkehrssicherheit durch Vermeidung von Aquaplaning und der Bildung von Sprühfahnen erzielt.

"Dichter Beton"

Bei der derzeit üblichen Betondeckenherstellung mittels Gleitschalungsfertiger unter Verwendung von Quer- und Längsglätter werden Wellen auf der Betonoberfläche erzeugt, die trotz ihrer geringen Amplituden das Reifen-Fahrbahn-Geräusch erhöhen. Neueste Forschungsergebnisse zeigen auf, dass isotrope Oberflächen, die zugleich quasi ein "Plateau mit Schluchten" aufweisen, das größte Lärmminderungspotenzial mit sich bringen, im Gegensatz zu "Spitzen mit Tälern" [13]. Demzufolge müssen dichte Betondecken einer neuen leiseren Generation als isotrope Oberflächen, z. B. als Waschbeton, so gestaltet werden, dass die Gesteinskörner eine planebene Oberfläche ohne herausragende Spitzen bilden. In diesem Teilprojekt soll versucht werden, den Herstellungsprozess von Betondecken so zu modifizieren, dass praktisch planebene Oberflächen (im gröberen Rauheitsbereich) erzielt werden. Die Strukturierung der Fahrbahnoberfläche sowie die Zusammensetzung der obersten Zone der Decken sind so auszuführen, dass Texturen (im feinen Rauheitsbereich) erzielt werden, die dauerhaft geräuscharm und griffig sind. 

4.2.4 "Fahrbahnübergänge von Brücken"

Fahrbahnübergänge als Schnittstelle zwischen Straßen und Brücken sind notwendig, um Längenänderungen der Brücke infolge von Temperaturänderungen und Verkehrsbelastungen auszugleichen. Wenn keine Fahrbahnübergänge vorhanden wären, werden die Verformungen behindert. Diese Zwängungen würden Schäden hervorrufen, die in kurzer Zeit die Passierbarkeit der Bereiche zwischen Brücke und Straße unmöglich machen würden. Von den 33.000 Brücken der Bundesfernstraßen weisen ca. 5.800 eine Länge über 30 m auf, d. h. es ist ein Fahrbahnübergang mit einer Stahlkonstruktion notwendig. Bei schätzungsweise 5 %, also ca. 300 dieser Brücken, befindet sich Besiedlung in der Nähe, so dass dort von einer Störung der Anwohner auszugehen ist.

Nachdem in früheren Zeiten ausschließlich wasserdurchlässige Fahrbahnübergänge verwendet wurden, werden zurzeit die wasserdichten Fahrbahnübergänge in Lamellenbauweise bevorzugt, um Korrosions- und Betonschäden an den darunter liegenden Konstruktionsteilen zu vermeiden. Die bei den Fahrbahnübergängen in Lamellenbauweise in Fahrtrichtung quer verlaufenden Lamellen sind an der Straßenoberfläche zu sehen und werden direkt befahren. Sie sind (neben den darüber rollenden Reifen) ursächlich für den bei den Anwohnern als störend empfundenen Lärm. Bei dem Lärm handelt es sich um impulshaltige, schlagartige Geräusche, die sich von den Reifen-Fahrbahn-Geräuschen stark abheben [14]. Die früher häufig für kleinere Dehnwege verwendeten Fahrbahnübergänge in der Bauart "verzahnte Fuge", auch Fingerübergänge genannt, sind lärmtechnisch optimal: Sie sind im Normalfall im Straßenlärm nicht wahrnehmbar, haben aber den großen Nachteil, dass sie wasserdurchlässig sind. Die früher für größere Dehnwege verwendeten wasserdurchlässigen so genannten Rollverschlüsse waren lärmtechnisch nicht optimal, sie wurden aber offenbar von den Anwohnern als nicht so störend empfunden wie die Fahrbahnübergänge in Lamellenbauweise. Die Empfindsamkeit der betroffenen Bevölkerung ist dabei durchaus unterschiedlich. 

Die geschätzte Lebensdauer von Brücken beträgt 100 Jahre, die von Fahrbahnübergängen 40 Jahre und die von den Verschleißteilen der Fahrbahnübergänge 20 Jahre. Sie liegen damit auf dem Niveau der entsprechenden Zeiten der Straße und höher als beim Fahrzeugbau bzw. bei den Reifen.

Im Rahmen des Forschungsprojektes werden vorhandene Fahrbahnübergangskonstruktionen modifiziert bzw. teilweise alternative Materialien verwendet, anschließend wird die Geräuschreduzierung durch gezielte Messungen nachgewiesen. Mit den vorhandenen Werkstoffen Stahl, Kunststoff-Polymeren und anderen Werkstoffen/Materialien soll eine Fahrbahnübergangsbauart ausgeführt werden, deren Schallemission derjenigen der angrenzenden Straßenoberfläche entspricht.

Es sollen sowohl Lärmminderungsmaßnahmen an vorhandenen Lamellenkonstruktionen untersucht werden als auch neue lärmarme Bauarten realisiert werden [15]. Es werden Vorberechnungen durchgeführt; anschließend werden Versuche nach einem Versuchsplan durchgeführt.

Bisher sind bereits lärmmindernde Zusatzkonstruktionen an den bewährten Fahrbahnübergängen in Lamellenbauweise angebracht worden. Diese Zusätze sollen optimiert und auf ihre Verträglichkeit mit den Anforderungen aus der Brückenerhaltung in Einklang gebracht werden. Dabei sind neben der statischen Tragfähigkeit die Betriebsfestigkeit und die Gebrauchstauglichkeit zu beachten. 

In anderen Wissensgebieten soll nach der Realisierung von glatten dehnfähigen Fahrbahnübergängen gefragt werden. Dabei sind auch andere Materialien als die bisher verwendeten Werkstoffe Stahl und Neoprene nicht von vornherein auszuschließen. Es ist zu vermuten, dass bisher noch nicht alle Potentiale für die Lösung des Fahrbahnübergangsproblems ausgeschöpft wurden.

4.3 Unterstützende Aufgaben

"Messaufgaben"

Im Rahmen dieses Teilverbundes werden Messungen abgewickelt, die eine Beurteilung der Weiterentwicklung und Optimierung der einzelnen Komponenten des geräuscherzeugenden Systems Fahrzeug-Reifen-Fahrbahn ermöglichen.

Folgende Messungen werden durchgeführt:

• Schwingungs- und steuerungstechnische Überprüfung des Fertigungsprozesses,
• Textur,
• Strömungswiderstand und akustische Impedanz,
• Geräusche,
• Griffigkeit.

Die hierbei erhobenen Daten werden als Input für die Validierung der Modelle und zur Kalibrierung der neu entwickelten Messverfahren verwendet. Die erreichte Lärmminderung durch das gesamte System wird mithilfe dieser Messverfahren erfasst und anschließend bewertet.

5 Bewertung und Dokumentation

Die im Rahmen der Teilverbünde erzielten Beiträge zur Reduzierung des Reifen-Fahrbahn-Geräusches werden in zwei getrennten Teilprojekten bewertet und zusammenfassend dokumentiert.

Die Bewertung soll mit dem Ziel durchgeführt werden, Reifen und Fahrbahn als Gesamtsystem zu behandeln, anstelle der früher üblichen Einzelbetrachtung. Demzufolge werden die hierbei entwickelten leisesten Einzelkomponenten Reifen, Fahrzeug und Fahrbahn zusammengesetzt und der dabei generierte Geräuschpegel gemessen und bewertet. Die Bewertung der Reifen-Fahrbahn-Kombination wird auf einer Teststrecke auf der B 56 bei Düren durchgeführt, die aus vier verschiedenen Fahrbahnoberflächen Splitt-Mastix-Asphalt, Beton mit Jutetuchlängsstrich, optimiertem Gussasphalt und Dränbeton besteht. Hierbei werden die Messungen der Vorbeirollgeräusche von vier Reifensätzen auf zwei verschiedenen Fahrzeugkonfigurationen durchgeführt.

Abschließend werden die im Rahmen des Verbundprojektes "Reduzierte Reifen-Fahrbahn-Geräusche" erzielten Ergebnisse in einer schlüssigen Form dargestellt. Insbesondere sollen die Erkenntnisse aus dem Teilverbund "Modellierung" im Hinblick auf die praktische Umsetzung herausgestellt werden. Darüber hinaus werden ggf. weiterführende Forschungsaktivitäten formuliert. 

6 Zeitlicher Ablauf

Die Forschungsarbeiten haben im Sommer 2001 begonnen. Das Projekt befindet sich zum jetzigen Zeitpunkt in der Arbeitsphase. Ein Zwischenstand wird auf einem Workshop der Projektbeteiligten Anfang Dezember 2002 präsentiert. Das Projektende ist für Dezember 2003 geplant. Als wichtiger Meilenstein auf dem Weg dorthin wurde am 13. September 2002 auf der B 56 der Erprobungsabschnitt mit lärmtechnisch optimiertem Gussasphalt angelegt. Gut eine Woche später, am 21. September, folgte der Abschnitt aus offenporigem Beton.

Literaturverzeichnis

1. ISO-FDISD 13472-1: Messung der Schallabsorption von Straßenoberflächen in situ, Teil 1: Erweiterte Oberflächenmethode
2. Michelin (Hrsg.): Tyres and the Environment, 1998
3. Stenschke, R., et al.: Umwelt und Gebrauchseigenschaflen moderner Pkw-Reifen, Symposium Reifen und Fahrwerk, Graz 2000
4. Krüger: Neue Trends in der Reihentechnologie, Symposium Reifen und Fahrwerk, Graz 2000
5. Fornefeld, W., et al.: Reifen/Fahrbahn-Geräusch – Ursachen, Einflüsse, Potenzial für Reifenverbesserungen, VDA Techn. Kongress, Frankfurt 2000
6. Beckenbauer, T.: Einfluss der Fahrbahntextur auf das Reifen-Fahrbahn-Geräusch, Forschungsbericht FA 3.293
7. Fingerhut, H.-P.: Weiterentwicklung gesetzlicher Prüfverfahren für die Geräuschmessung von Nutzfahrzeugen – Gesamtkonzepte Fahrzeug – Reifen/Fahrbahn, VDA Techn. Kongress, Frankfurt 2000
8. Krieger, B.: Möglichkeiten zur weiteren Reduzierung des Reifen-/Fahrbahngeräusches auf Betondecken, Vortrag Betonstraßentagung in Chemnitz am 19./20. September 2001
9. Krieger, B.; Sulten, P.: Dauerhaft griffige und geräuscharme Betonfahrbahndecken – Stand der Entwicklung, Deutscher Straßen- und Verkehrskongress, Hamburg 2000
10. FGSV: Merkblatt für die Herstellung von Oberflächentexturen auf Fahrbahndecken aus Beton (M OB), Ausgabe 2000
11. Riffel, E.: Deckschichten aus Dränbeton – eine ökologische Bauweise, Straße und Autobahn, Heft 11/1996
12. Eickschen, E.; Siebel, E.: DauerhaftigkeIt von Dränbeton für Betonfahrbahndecken, Beton, Heft 7 und 8/2000
13. Beckenbauer, T.: Akustische Eigenschaften von Straßenoberflächen, Deutscher Straßen- und Verkehrskongress, Hamburg 2000
14. Hemmert-Halswick, A.; Ullrich, S.: Untersuchungen an Fahrbahnübergängen zur Lärmminderung, Bericht zum BASt-Projekt 96 221/B2-V3, Mai 2001
15. Braun, J.: Low Noise Expansion Joint for Bridges in the City lnfrastructure and in other Areas with Sensitiveness to Noise, 5th World Congress Joints, Bearings and Seismic Structures, Rom 2001