Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe V: Verkehrstechnik
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375
Die Simulation von Anprallversuchen mittels der Methode der finiten Elemente (Finite-Element-Method/ -Analysis, FEM / FEA) ist eine moderne Technologie zur digitalen Abbildung eines Anprallprozesses. Sie kann für die Untersuchung von Fahrzeug-Rückhaltesystemen eingesetzt werden, wodurch eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten eröffnet wird. Mit Ergebnissen aus Simulationsstudien können Forschungsprojekte, in denen mithilfe realer Anprallversuche wissenschaftliche Fragestellungen beantwortet werden, unterstützend erweitert und hinsichtlich ihrer Aussagekraft ergänzt werden. Es können zudem auch Randbedingungen künftiger Anprallversuche und geplante Anpassungen der Regelwerke untersucht und eventuelle Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit für vielfältige Szenarien abgeschätzt werden. Dies ermöglicht datenbasierte Entscheidungen sowohl im Rahmen der Gremienarbeit auf europäischer und nationaler Ebene als auch bei der Beratung des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV). Des Weiteren gibt die Simulation die Möglichkeit der Bearbeitung von Fragestellungen bezüglich Sicherheitsreserven von Fahrzeug-Rückhaltesystemen und deren Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit, die mit den realen Anprallversuchen allein nicht beantwortet werden können, insbesondere aufgrund der hohen Reproduzierbarkeit der Simulation bei Sensitivitätsanalysen. Einzelne Parameter, wie Anprallwinkel oder Geschwindigkeit, können mit einer hohen Genauigkeit abgebildet und separat untersucht sowie die auf die Schutzeinrichtung und das Fahrzeug wirkenden Kräfte, Spannungen und Verformungen an beliebigen Stellen im Modell gemessen und dargestellt werden. Die Unsicherheiten einer Abschätzung von Einflussfaktoren kann so verkleinert, und präzise Voraussagen getroffen werden. Die dreidimensionalen Simulationsmodelle bieten Vorteile in der räumlichen und zeitlichen Auflösung. Dem Video eines realen Anprallversuchs mit vorher festgelegten Kamerapositionierungen, steht ein hochdetailliertes Modell gegenüber, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt des Anprallverlaufs aus beliebigen Blickwinkeln betrachtet, und bis in den Millimeterbereich vergrößert werden kann. Im Falle eines bereits durchgeführten Verifizierungs- und Validierungsprozesses bieten Simulationsstudien erhebliche Kostenvorteile gegenüber den realen Anprallversuchen. Zudem sind auch Situationen denkbar, in denen ein realer Anprallversuch dermaßen aufwändig wäre, dass ohne virtuell durchgeführte Untersuchungen nur relative Abschätzungen möglich wären.
Seit 2014 wird im Referat Straßenausstattung der Bundesanstalt für Straßenwesen ein eigener Simulationsserver mit angepasster Rechenleistung für die Durchführung von Berechnungen mit der Methode der finiten Elemente betrieben, und mit dessen Hilfe die in diesem Bericht dargestellten Simulationsstudien entstanden sind. Basierend auf Daten von realen Versuchen, die über viele Jahre im Referat durchgeführt wurden, wurden Simulationsmodelle entwickelt, verifiziert und validiert. In diesem Bericht werden die in dem Rahmen des Projektes „Anwendung der Simulation“ entstandenen Ergebnisse vielfältiger Untersuchungen von Einflussfaktoren bei einem Anprall präsentiert, wie z. B. die Höhe oder Neigung sowie der Kurvenradius einer Schutzeinrichtung und unterschiedliche Beladungsschwerpunkte von Sattelzügen. Auch das Verhalten einer Schutzeinrichtung bei einem Anprall mit einem Fahrzeug einer höheren Aufhaltestufe oder bei einem Anprall von nicht in der Norm EN 1317 berücksichtigten Fahrzeugen konnte mit Hilfe von Simulationen erfolgreich untersucht werden. Darüber hinaus wird gezeigt, dass anhand von früheren Gutachten übertragene Versuchsergebnisse durch virtuelle Anprallprüfungen bestätigt werden können.
181
Zur Unterstützung der in "dynamischen Wegweisern mit integrierten Stauinformationen" (dWiSta) gegebenen Umleitungsempfehlungen können, ergänzend oder alternativ zur Angabe der Staulänge, Reisezeitinformationen angezeigt werden. Das Forschungsvorhaben untersucht, ob geeignete Verfahren zur Berechnung/Erhebung von Fahrtzeiten auf Autobahnen vorhanden sind, und entwickelt für den Verkehrsteilnehmer verständliche Darstellungsformen der Reisezeitinformationen in den dWiSta. Es wurden vier bereits eingesetzte Verfahren zur Berechnung bzw. Messung von Fahrtzeiten und ein eigener Ansatz untersucht. Vier Verfahren nutzen als wesentliche Eingangsgrößen die von der stationären Datenerfassung an den Autobahnen bereitgestellten Verkehrskenngrößen. Ein Verfahren erkennt die Fahrzeuge an zwei Messquerschnitten wieder und berechnet die Fahrtzeit auf dem Streckenabschnitt als Differenz der Uhrzeiten bei der Überfahrt der Messquerschnitte. Die Verfahren wurden hinsichtlich ihrer Eignung in einem zweiwöchigen Testzeitraum auf drei ausgewählten Teststrecken überprüft. Der Vergleich der per Kontrollmessung erhobenen Fahrtzeiten mit den berechneten der einzelnen Verfahren zeigt bei günstigen Randbedingungen gute Übereinstimmungen. Günstige Randbedingungen liegen im Allgemeinen dann vor, wenn die Messquerschnittsabstände etwa bis zu 2 km auseinander liegen und die Verkehrsstörung, die eine Fahrtzeitverlängerung bewirkt, sich in den Verkehrskenngrößen widerspiegelt. Bei einem freien sowie dichten Verkehrsfluss betragen dann die Unterschiede, bezogen auf eine 10 km lange Bezugsstrecke, in der Regel weniger als eine Minute. Für die Verkehrsstufen "zähfließend" und "gestaut" ist die Datengrundlage für eine Beurteilung der Berechnungsverfahren nicht ausreichend. Im wahrnehmungspsychologischen Teilprojekt werden aus zehn Vorschlägen möglicher Anzeigeformen unter anderem durch eine Befragung von Kraftfahrern drei Varianten sowie die Regellösung (ohne Reisezeitinformation) in einer experimental-psychologischen Laboruntersuchung getestet. Der Test besteht aus Entscheidungsaufgaben unter vorgegebenen Kriterien, der vollständigen Informationsaufnahme aller Schildinhalte unter Zeitdruck sowie einer subjektiven Einschätzung der Varianten auf den Dimensionen Lesbarkeit, Verständlichkeit und Akzeptanz. Keine der getesteten Varianten überschreitet den verfügbaren zeitlichen Rahmen, der sich durch das zweimalige Darbieten des Schildes bei einer Fahrt mit 100 km/h auf der Autobahn ergibt. Die Zeitspanne für die Informationsaufnahme und -verarbeitung und die Entscheidung bleibt in den Laborbefunden weitestgehend innerhalb dieser Grenzen. Aus Sicht der Verkehrsteilnehmer bietet die Variante, die nur die Information über einen möglichen Reisezeitgewinn durch die Nutzung der Umfahrung explizit anzeigt, die optimale Anzeigeform. Sie vereint eine schnelle Informationsaufnahme durch möglichst wenig zusätzliche Informationen mit einer guten Verständlichkeit. Im weiteren Verlauf des Forschungsvorhabens wird auf technische und betriebliche Randbedingungen eingegangen, die bei der Berechnung und der Anzeige von Reisezeitinformationen in dWiSta zu beachten sind. Die Notwendigkeit automatisierter Steuerungsmodule zur Empfehlung/Schaltung einer Alternativroute im Störungsfall wird aufgezeigt, aber im Rahmen dieses Forschungsvorhabens nicht näher untersucht.
317
Die Forschung im Straßenentwurf konzentriert sich vorrangig auf die Definition und Weiterentwicklung der entwurfstechnischen Parameter im Detail oder in deren Zusammenspiel. Fahrpsychologische Aspekte sind ein Bestandteil dieser Untersuchungen. Die explizite Betrachtung der menschlichen Fähigkeiten und Grenzen, z. B. der Informationsaufnahme und Wahrnehmung, sowie deren Einfluss auf das Fahrverhalten erfolgt allerdings bisher nicht hinreichend. Solche Aspekte werden heute im Allgemeinen als Human Factors bezeichnet. Die vorliegende Arbeit soll es ermöglichen, wahrnehmungspsychologische Aspekte von Kraftfahrern zu untersuchen und Vorschläge zu erarbeiten, diese in allgemeingültiger Form verstärkt in das Regelwerk zur Gestaltung von Straßenverkehrsanlagen einfließen zu lassen. Dazu erfolgte eine enge interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Fachgebieten der Verkehrspsychologie und des Straßenentwurfs. Zunächst wurde eine umfangreiche Analyse der nationalen und internationalen Literatur zu im Straßenentwurf maßgebenden Human Factors durchgeführt. Darauf aufbauend wurden alle Entwurfsmerkmale recherchiert, die für die Berücksichtigung der Human Factors bei der Gestaltung von Landstraßen für die Fahraufgabe von Bedeutung sind. In der anschließenden Schnittstellenanalyse wurde überprüft, inwieweit die aus der Literaturanalyse als maßgebend identifizierten wahrnehmungspsychologischen Human Factors bereits in den aktuellen Regelwerken für den Entwurf von Landstraßen berücksichtigt werden oder zu ergänzen sind. Auf dieser Grundlage wurden Handlungsansätze formuliert, wie die für den Straßenentwurf relevanten Human Factors beim Entwurf und bei der Bewertung von Straßen des Bestandsnetzes berücksichtigt werden sollten. Die Erkenntnisse wurden exemplarisch auf Straßen des Bestandsnetzes angewendet. Im Ergebnis der vorliegenden Arbeit wurden Vorschläge für ein Wissensdokument erarbeitet, die neben den bisherigen Empfehlungen der Planungspraxis als ergänzendes Instrumentarium zur Verfügung gestellt werden können.
281
Ziel des Forschungsprojektes war die Erarbeitung eines webbasierten Verfahrens für die Verkehrssicherheitsarbeit, welches dem Anwender bei der Bearbeitung von Unfallhäufungen potenziell geeignete Maßnahmen in Abhängigkeit der örtlichen Randbedingungen vorschlägt, deren Sicherheitswirkung abschätzt sowie die Möglichkeit bietet, die Maßnahmenwirkung in einer retroperspektiven Betrachtung zu evaluieren. Dabei stellt das Verfahren eine Weiterentwicklung und Ergänzung des Merkblatts "Auswertung von Straßenverkehrsunfällen, Teil 2: Maßnahmen gegen Unfallhäufungen" (FGSV 2002) dar. Grundgerüst der Maßnahmensammlung bilden neben dem Merkblatt der FGSV (2002) aktuelle Erkenntnisse verschiedener Forschungsarbeiten (SPAHN 2012, GERLACH et al. 2009, MAIER et al. 2010, u. w.) zu Maßnahmen gegen Unfallhäufungen, die einer Prüfung und Kategorisierung unterzogen wurden. Der Hauptbestandteil des webbasierten Verfahrens umfasst Schritte zur Unfallanalyse, Maßnahmenfindung und Wirksamkeitsprüfung nach dem "Merkblatt zur örtlichen Unfalluntersuchung in Unfallkommissionen " M UKo" (FGSV 2012). Mit der Übermittlung der Unfallinformationen zu Unfallhäufungen aus den EDV-Systemen der Unfalldatenhaltung in das Programm ist eine spezifische Bearbeitung von Unfallhäufungen möglich. Darüber hinaus wird die Möglichkeit von Rangfolgebildungen zur zielgerichteten Priorisierung von Arbeitsprogrammen angeboten. Die Vorschläge geeigneter Maßnahmen zur Bekämpfung einer Unfallhäufung stuetzen sich im Verfahren auf die Analyse typischer Konfliktsituationen, welche aus den Unfalldatensätzen bestimmt werden. Zur Überprüfung der Angemessenheit und Durchsetzbarkeit von Maßnahmen (-paketen) steht dem Anwender eine Abschätzung des Nutzen-Kosten-Verhältnisses auf Basis des fallbezogenen Unfallgeschehens zur Verfügung. Die kontinuierliche Anwendung des Verfahrens erlaubt dem Nutzer die Dokumentation der Arbeitsschritte. Diese beinhaltet über die Umsetzungskontrolle hinaus wiederum eine fallbezogene Wirksamkeitsprüfung (Evaluierung) der realisierten Maßnahmen. Die stetige Aktualisierung der Maßnahmen und ihrer Kenngrößen (u. a. Wirkungsgrad, Kosten) stellt einen wesentlichen Bestandteil des webbasierten Verfahrens dar, um einen zielorientierten Beitrag zur Bekämpfung von Unfallhäufungen zu leisten.
287
Die Richtlinie 2008/96/EG der EU zum Straßenverkehrsinfrastruktur-Sicherheitsmanagement wurde im Dezember 2010 in nationales Recht überführt. Sie sieht Sicherheitsaudits für Infrastrukturprojekte, Sicherheitseinstufung und Sicherheitsmanagement des in Betrieb befindlichen Straßennetzes sowie regelmäßige Sicherheitsinspektionen vor. Während mit den Empfehlungen für das Sicherheitsaudit von Straßen seit 2002 ein bewährtes formalisiertes Verfahren zur Beurteilung der Sicherheitsbelange geplanter Straßen zur Verfügung steht, besteht insbesondere Bedarf an einem geeigneten Verfahren zur Detektion von Sicherheitsdefiziten im Bestand. Dies verdeutlichte die Grundlagenanalyse. Durch Befragungen, Erfahrungsaustausche und erste Pre-Tests mit Straßenmeistereien und Verkehrsbehörden zeigten sich in der Verfahrensanalyse Stärken und Schwächen der bestehenden Verfahren. Die Streckenkontrolle baut dabei auf wesentlich zuverlässigeren und stabileren Strukturen auf als die Verkehrsschau. Abgeleitet wurden hieraus Verbesserungsbedarf für die bestehenden Verfahren sowie Grundlagen und Ansätze für ergänzende Sicherheitsüberprüfungen. Mit der erweiterten Streckenkontrolle als flächendeckende Inspektion für ausgewählte Themenschwerpunkte und dem anlassbezogen Bestandsaudit als ganzheitliches Verfahren wurden zwei unterschiedliche Ansätze entwickelt. Geeignete Werkzeuge wie Defizitlisten, Schulungsprogramme und Anweisungen für die Anwender wurden aufgebaut und anhand von Pilotanwendung und Expertengesprächen abgestimmt. In der erweiterten Streckenkontrolle wurden etwa 1.840 km Strassennetz durch die Streckenwarte inspiziert. Es zeigte sich, dass der Strassenbetriebsdienst über einen großen Erfahrungsschatz hinsichtlich der Straßeninfrastruktur und Straßenausstattung verfügt und grundsätzlich in der Lage war, sicherheitsrelevante Defizite aus dem planerischen Bereich zu benennen. Die meisten Defizite wurden allerdings bei Hindernissen im Seitenraum und Fahrzeug-Rückhaltesystemen festgestellt. Die Durchführung von exemplarischen Bestandsaudits auf sechs Strecken brachten wichtige Erkenntnisse im Hinblick auf die Ausgestaltung des Verfahrens. Wie bei der erweiterten Streckenkontrolle zeigte sich, dass die methodische Vorgehensweise und die entwickelten Werkzeuge von Grund auf funktionieren und lediglich kleinerer Anpassungen bedürfen.
3
Die Taumittel-Sprühanlage (TMS) auf der A 45 (Sauerlandlinie) ist mit ca. 6 km die längste in Deutschland. Die Anlage liegt zwischen 285 m und 412 m über NN und damit in einem klimatisch kritischen Bereich, in dem sich im Winter oft die Fahrbahnzustände durch Übergänge von Regen in Schnee und/oder positiven in negative Temperaturen sehr schnell ändern. Dies führte zu zahlreichen glättebedingten Unfällen und anhaltenden Staus. Um diese zu verringern wurde im Winter 1984/85 die TMS in Betrieb genommen. Nach dem Einbau der TMS sind die Unfälle aufgrund winterlicher Straßenverhältnisse im Streckenbereich der Anlage insgesamt um mehr als die Hälfte zurückgegangen. Eine besonders starke Absenkung von 85 Prozent war bei den Unfällen mit Leichtverletzten zu beobachten. Gegenüber der Absenkung von 60 Prozent bei Unfällen mit leichtem Sachschaden sanken die Unfälle mit schwerem Sachschaden nur um 25 Prozent. Mit den Untersuchungen der Bundesanstalt für Straßenwesen wurde der Nachweis der Wirtschaftlichkeit dieser Taumittel-Sprühanlage erbracht. Für die Planung weiterer Anlagen sowohl zur Entschärfung von Glatteisfallen als auch zur Unterstützung des konventionellen Winterdienstes auf besonders durch Winterglätte und starken Schneefall gefährdeten Streckenabschnitten werden individuelle Wirtschaftlichkeitsabschätzungen empfohlen.
139
Zwischen 1982 und 2003 wurden in der BRD 16 Taumittelsprühanlagen in Betrieb genommen. Planung, Bau und Betrieb dieser Anlagen wurden seither von der Bundesanstalt für Straßenwesen mit Untersuchungen begleitet. Zwölf Anlagen befinden sich auf Brücken, vier an Steigungs- bzw. Gefällestrecken. Vier Anlagen (sämtlich Brückenanlagen) befinden sich auf Bundesstraßen, zwölf auf Bundesautobahnen. An Steigungs- bzw. Gefällestrecken bilden sich bei plötzlichem starkem Schneefall in kurzer Zeit festgefahrene Schneedecken, die besonders von Lkw nicht mehr befahren werden können. Es bilden sich Staus. Auf Stahlbrücken bildet sich häufig schon zu einem früheren Zeitpunkt lokal begrenzte Glätte. Diese Glatteisfallen verursachen Unfälle. In beiden Fällen ist es wichtig, schnell zu handeln. Durch die TMS kann sofort Taustoff auf die Fahrbahn ausgebracht werden, der an Steigungen den Schnee räumfaehig hält und auf Brücken das Eis auftaut. Alle Anlagen können den konventionellen Winterdienst partiell sinnvoll ergänzen, ihn aber nicht ersetzen. Die Streckenabschnitte, in denen sich die Taumittelsprühanlagen befinden, zeigten vor deren Einbau Unfallauffälligkeiten. Die Zahl der Unfälle ist nach Installation einer Taumittelsprühanlage überall deutlich zurückgegangen. Auf der Basis der vorliegenden Kosten- und Nutzen-Daten konnte von insgesamt 16 Anlagen die Wirtschaftlichkeit von 13 Anlagen beurteilt werden. Davon wurden zwölf Taumittelsprühanlagen positiv eingeschätzt. Die Kostenseite umfasst die investiven Kosten und die Betriebskosten. Auf der Nutzenseite wurde sowohl betriebswirtschaftlicher als auch volkswirtschaftlicher Nutzen abgeschätzt. Dies sind auf der betriebswirtschaftlichen Seite vor allem eingesparte Sondereinsätze und Kontrollfahrten und auf der volkswirtschaftlichen Seite im Wesentlichen vermiedene Unfälle und Staus. Für die meisten Anlagen lagen mehr oder weniger vollständige Unfallzahlen vor, für die Staus gab es so gut wie keine dokumentierten Beobachtungen, so dass für die Schätzung von einer begründeten Annahme ausgegangen wurde. Die Wirtschaftlichkeitsfaktoren (Fw) bewegen sich ohne Berücksichtigung der Staukosten zwischen 0,19 und 2,63 wobei drei Werte deutlich <1 sind und zwei dicht unterhalb der Rentabilitätsschwelle liegen. Bei Einbeziehung der Staukosten liegt die Bandbreite zwischen 0,31 und 4,36 und nur noch ein Wert ist <1. Zwei Anlagen arbeiten kostendeckend. Diese Zahlen sind Schätzwerte. Die Anlagentechnik befindet sich auf dem neuesten Stand. Technische Neuerungen gibt es im Bereich der Sprühtechnik. Die neu entwickelten Micro-FAST Sprühstränge haben eine höhere Anzahl von Sprühdüsen und damit ein feineres und gleichmäßigeres Sprühbild bei einem gleichzeitig geringeren technischen Aufwand und können die Investitionskosten um rund ein Drittel senken. Im Bereich der Betriebskosten können Einsparungen bei der Wartung und den Reparaturkosten erwartet werden. Seit 2002 werden kurze Mini- oder mobile Sprühanlagen angeboten, die - wenn auch weniger aufwändig in ihrer Ausstattung - für den gleichen Einsatzzweck wie stationäre Anlagen gedacht sind. Erste positive Trends sind erkennbar.
49
Eine eindeutige visuelle Führung im Straßenraum, insbesondere in Arbeitsstellen, ist eine Grundvoraussetzung für einen sicheren und homogenen Verkehrsablauf. Die visuelle Führung wird durch horizontale (zum Beispiel Fahrbahnmarkierungen) und vertikale Leiteinrichtungen (zum Beispiel Warnbaken) bewirkt. Vor allem nachts kommt den vertikalen Leiteinrichtungen eine besondere Bedeutung zu. Eine eindeutigere visuelle Führung der Verkehrsteilnehmer könnte durch eine verbesserte Gestaltung von Verkehrszeichen und Verkehrseinrichtungen erreicht werden. Um zu überprüfen, welche Formen und Farben besonders wirksam sind, wurde die vorliegende Laborstudie durchgeführt. Durch Befragung von Testpersonen wurde ermittelt, dass bei Leiteinrichtungen die Farbkombination Rot-Weiss die höchste Auffälligkeit und Warnwirkung besitzt, während bei Überleitungs- und anderen Verkehrslenkungstafeln von den Versuchspersonen Kombinationen mit schwarzer Schrift auf gelbem, orangefarbenem oder rotem Grund die höchste Warnwirkung attestiert wurde. Bei richtungsanzeigenden Leiteinrichtungen besitzen Pfeilmuster eine deutlich höhere visuelle Wirksamkeit als diagonale Streifenmuster. Daher können die heute überwiegend verwendeten Leiteinrichtungen mit diagonalen Streifenmustern ihre richtungsanzeigende Funktion nur sehr bedingt erfüllen. Als wirksamstes Gestaltungselement für absperrende Leiteinrichtungen erwies sich ein vertikales Streifenmuster, das heute meist zur Gestaltung solcher Leiteinrichtungen verwendet wird. Einige andere Gestaltungsmerkmale der heute verwendeten Leiteinrichtungen besitzen eine hohe visuelle Wirksamkeit: das Flächenverhältnis Rot:Weiß von 1:1, der Leuchtdichtekontrast zwischen Rot und Weiß sowie bei den meisten Leiteinrichtungen auch die Zahl der Rot-Weiß-Wechsel je Länge der Leiteinrichtung. Die Helligkeitsanforderungen an Leiteinrichtungen beim nächtlichen Fahren unterscheiden sich nicht von denen anderer Verkehrszeichen. In vielen Fällen ist das visuelle Erscheinungsbild der in Deutschland verwendeten Leiteinrichtungen als gut zu bezeichnen, teilweise aber verbesserungsbedürftig. In den abschließenden Empfehlungen wird unter anderem vorgeschlagen, die Warnbake und verwandte Leiteinrichtungen völlig neu zu gestalten, indem die diagonalen Streifen- durch Pfeilmuster ersetzt werden. Die Absperrschranke kann dagegen in ihrer Gestaltung kaum noch verbessert werden. Weiter wird ein einheitliches System der Farbkodierung von Verkehrszeichen für die wegweisende Beschilderung, Leiteinrichtungen und Verkehrslenkungstafeln vorgeschlagen, bei dem auch die Erfordernisse einer künftigen europäischen Harmonisierung auf diesem Gebiet berücksichtigt werden. Die Ergebnisse beziehen sich überwiegend auf Leiteinrichtungen, die in Arbeitsstellen verwendet werden, aber auch auf Leiteinrichtungen zur Dauerbeschilderung.
350
Lärmschutzwandaufsätze bieten eine einfache Möglichkeit zur Verbesserung der akustischen Wirksamkeit bestehender Lärmschutzwände. Hierbei ergibt sich zum einen eine höhere Pegelminderung aufgrund der Erhöhung der Wand, zum anderen lassen sich durch spezielle Geometrien oder absorbierende Materialien zusätzliche Einfügedämpfungen generieren.
Am Beispiel eines Lärmspoilers aus Flüsterschaum wurde die durch den Aufsatz erzeugte Pegelminderung untersucht und einer äquivalenten Erhöhung der Lärmschutzwand gegenübergestellt. Hierfür wurde auf Modellmessungen in der Halle für akustische Modelltechnik, Freifeldmessungen im Nah- und Fernfeld sowie auf numerische Simulationen der Schallausbreitung über die Aufsatzelemente zurückgegriffen. Darüber hinaus ist auch die Hitze-, Frost- und UV-Beständigkeit des Aufsatzmaterials Gegenstand des vorliegenden Projektes.
Die Untersuchung der Materialproben im Impedanz-Messrohr nach Materialbelastung ergibt, dass die akustischen Eigenschaften größtenteils erhalten bleiben. Es ist keine signifikante Abschwächung des Absorptionsgrades zu beobachten. Hinsichtlich der akustischen Wirksamkeit zeigt sich, dass die betrachteten Lärmschutzwandaufsätze im Vergleich zu einer Erhöhung der Wand keinen signifikanten akustischen Mehrwert besitzen. Alle Messungen liefern bei normgerechten Vorgehen eine akustische Wirksamkeit von unter 1 dB. Verglichen mit der (niedrigeren) Wand ohne Aufsatz führt die Installation der Lärmspoiler zu Pegelminderungen von ca. 3 dB – 4 dB. Die numerischen Simulationen bestätigen die Messergebnisse im Wesentlichen. In weiterführenden Vergleichen lassen sich zudem die verschiedenen Einflüsse auf die Schallausbreitung separieren: Während das Absorptionsmaterial selbst einen positiven Effekt auf die akustische Wirksamkeit hat, scheint die Geometrie des Aufsatzes den erreichbaren Einfügedämpfungen abträglich zu sein.
Die Untersuchung zeigt, dass die Modifizierung der Beugungskante prinzipiell Potential für einen zusätzlichen Minderungseffekt birgt. Die methodenübergreifende Analyse erlaubt eine gute Einschätzung der akustischen Wirksamkeit und soll zukünftig bei der Optimierung und praktischen Umsetzung derartiger Aufsätze helfen.
360
Das Ziel dieses Projekts war die Konzeptionierung und der Bau abgeschlossener photokatalytischer Reaktoren (Tunnelkassetten), mit denen die Stickoxidbelastung im Tunnel „Rudower Höhe“ in Berlin in einem relevanten Maß von 15 % reduziert werden kann. Grundsätzlich teilte sich das Projekt in zwei Phasen auf, wobei in der Phase 1 ein geschlossenes System mit geeignetem Photokatalysator und Leuchtmittel entwickelt werden sollte. Im Rahmen des Projekts stellte sich heraus, dass sich für diese Fragestellung eine Tunnelkassette mit den Abmessungen 1,5 x 3 x 4 m³ sowie drei Lüftern mit einem Volumenstrom von je 1.500 m³/h geeignet zeigte. Zum photokatalytischen Abbau der Stickoxide dienen 13 mit einem Zement-Photoment-Gemisch beschichtete Schaumstoffmatten. Als Leuchtmittel eignen sich die Leuchtstoffröhren Philips Cleo Performance 80. Anhand von Simulationen zeigte sich, dass für eine Stickoxidreduktion von 15 % jeweils 50 Tunnelkassetten auf beiden Seiten am Ende des Tunnels installiert werden sollten.
Die Umsetzung dieser Ergebnisse war in Phase 2 des Projekts geplant. Aufgrund des Ausfalls eines Unterauftragnehmers, der für die Herstellung, den Einbau und den Betrieb der Tunnelkassetten verantwortlich war, konnte diese Phase jedoch lediglich in Ansätzen verwirklicht werden. So stellte die TU Berlin eigenständig eine Demonstrator-Tunnelkassette her, an der die Funktionalität durch einen längeren Testbetrieb nachgewiesen werden konnte. Bezüglich des Photokatalysators ergab sich jedoch die Problematik, dass diese infolge der Alterung geringere Abbauraten erreicht.
Als Grundlage für die Konzeption der Tunnelkassetten wurden zudem umfangreiche Messungen am Tunnel „Rudower Höhe“ vorgenommen. Labortechnische Bewertungen der photokatalytischen Materialien erfolgte an Messaufbauten nach DIN ISO 22197-1. Zudem wurde ein Reaktor speziell für die Abschätzung der Wirksamkeit der Tunnelmatten erarbeitet, der eine beidseitige Beleuchtung sowie eine Durchströmung erlaubt.