Einfluss des Fahrwerkkonzeptes und der Position im Wagenkasten auf den Komfort und die Tauglichkeit als Nachtzug

Abstract

Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss von Schwingungen und Schall auf den Fahrkomfort verschiedener Züge mit besonderem Fokus auf deren Tauglichkeit als Nachtzug. Ziel ist es, zu bestimmen, welche Bauarten (konventionelle Drehgestelle, Jakobsdrehgestelle, Einzelradfahrwerke) sowie welche Positionen im Wagenkasten hierfür besonders geeignet sind. Hierzu wurden während des laufenden Fahrgastbetriebs Vibrations- und Schallpegelmessungen an Nahverkehrszügen (Talent, Desiro ML), Fernverkehrszügen (Viaggio Comfort, KISS, ICE T) sowie Hochgeschwindigkeitszügen (Velaro E, Talgo 350, Avelia Euroduplex, ETR 1000) durchgeführt. Die Messungen erfolgten an drei Positionen im Wagenkasten: über dem vorderen Drehgestell, in der Wagenmitte und über dem hinteren Drehgestell. Bei Doppelstockzügen wurden in der Wagenmitte Messungen im Ober- und Unterdeck vorgenommen. Die Bewertung der Vibrationen erfolgt anhand des in DIN EN 12299 beschriebenen mittleren Komforts N_mv sowie der ebenfalls dort definierten diskreten Ereignisse P_DE. Der Schallpegel wurde als A-bewerteter äquivalenter Dauerschallpegel L_Aeq ausgewertet.Die Ergebnisse zeigen, dass der Fahrkomfort über alle untersuchten Kriterien hinweg grundsätzlich in der Wagenmitte am besten ist. Am deutlichsten zeigt sich dies bei den diskreten Ereignissen, die bei allen untersuchten Zügen nahezu ausschließlich über den Drehgestellen relevant sind. Im Hochgeschwindigkeitsverkehr weisen der Bereich über dem vorderen Drehgestell und die Wagenmitte vergleichbare Komfortwerte auf, während das hintere Drehgestell deutlich schlechter abschneidet (Ausnahme: Talgo~350). Dies gilt sowohl für den mittleren Komfort als auch für den Schallpegel. Im Fernverkehr ist eine eindeutige Reihung zwischen vorderem und hinterem Drehgestell nicht allgemein möglich. Tendenziell schneidet das hintere Drehgestell zumindest beim mittleren Komfort jedoch schlechter ab. Im Nahverkehr sind die Unterschiede zwischen den Positionen insgesamt am geringsten. Zwischen konventionellen Drehgestellen und Jakobsdrehgestellen konnte kein signifikanter Unterschied festgestellt werden. Einzelradfahrwerke zeigen hingegen eine deutlich höhere Anfälligkeit für vertikale Vibrationen, was zu einem insgesamt schlechteren Fahrkomfort führt; zudem ergibt sich beim Talgo 350 ein von den übrigen Konzepten abweichendes Positionsverhalten, bei dem fahrwerksnahe Bereiche günstiger ausfallen als die Wagenmitte. Zudem konnte festgestellt werden, dass der Fahrkomfort mit zunehmender Geschwindigkeit abnimmt. Diese Verschlechterung ist beim mittleren Komfort N_mv insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten jedoch nicht zwingend linear. Gerade im Hochgeschwindigkeitsverkehr zeigen sich Geschwindigkeitsbereiche, in denen sich der mittlere Komfort kaum verändert („Plateaus“).Abschließend wird ein kurzer Ausblick auf selbstfahrende Einheiten im Kontext von Kurswagenverbindungen gegeben, die Rangierprozesse in Bahnhöfen vereinfachen sollen. Es zeigt sich, dass solche Konzepte prinzipiell technisch umsetzbar und unter bestimmten Annahmen wirtschaftlich betreibbar sind. Aufgrund der aktuellen betrieblichen Rahmenbedingungen sowie der erforderlichen Entwicklungskosten ist jedoch kurzfristig nicht mit einer Umsetzung zu rechnen.

This thesis investigates the influence of vibrations and noise on the ride comfort of various trains, with a particular focus on their suitability for night-train operation. The aim is to determine which running-gear concepts (conventional bogies, Jacobs bogies, and single-wheel running gear) and which positions within the carbody are especially advantageous in this regard. To this end, vibration and sound level measurements were conducted during regular passenger service on regional trains (Talent, Desiro ML), intercity/long-distance trains (Viaggio Comfort, KISS, ICE T), and high-speed trains (Velaro E, Talgo 350, Avelia Euroduplex, ETR 1000). Measurements were taken at three positions within the carbody: above the front bogie, at the carbody centre, and above the rear bogie. For double-deck trains, additional measurements at the carbody centre were carried out on both the upper and lower decks. Vibration performance was evaluated using the mean comfort index N_mv defined in DIN EN 12299, as well as the discrete events index P_DE specified in the same standard. Noise was assessed using the A-weighted equivalent continuous sound level L_Aeq.The results show that, across all criteria considered, ride comfort is generally best at the carbody centre. This is most evident for discrete events, which are relevant for all investigated trains almost exclusively in the bogie areas. In high-speed operation, the area above the front bogie and the carbody centre exhibit comparable comfort levels, whereas the rear bogie performs significantly worse (exception: Talgo 350). This applies to both the mean comfort index and the noise level. In long-distance service, no universally valid ranking between the front and rear bogies can be established; however, the rear bogie tends to perform worse at least with respect to mean comfort. In regional service, differences between the positions are smallest overall. No significant difference could be identified between conventional bogies and Jacobs bogies. Single-wheel running gear, by contrast, exhibits a markedly higher susceptibility to vertical vibrations, resulting in overall poorer ride comfort; furthermore, the Talgo 350 shows a positional behaviour that differs from the other concepts, with areas close to the running gear performing more favourably than the carbody centre. In addition, ride comfort was found to decrease with increasing speed. For the mean comfort index N_mv, this deterioration is not necessarily linear, particularly at high speeds. Especially in high-speed operation, speed ranges occur in which mean comfort changes only marginally („plateaus“).Finally, a brief outlook is provided on self-propelled units in the context of through-coach (slip coach) operations intended to simplify shunting processes in railway stations. The findings indicate that such concepts are technically feasible in principle and may be economically viable under certain assumptions. However, given current operational conditions and the required development costs, implementation is not expected in the short term.