Pictures of the Future    Frühjahr 2007

Flüsternde Kraftwerke

Eines Tages wird der Mensch den Lärm ebenso unerbittlich bekämpfen müssen wie die Cholera und die Pest", orakelte der Medizin-Nobelpreisträger Robert Koch vor knapp 100 Jahren – und er hat Recht behalten: Heute gibt es professionelle Schallschützer wie Holger Ennes von einem sechsköpfigen Team bei Siemens Power Generation in Erlangen. Er sitzt vor einem großen Monitor und simuliert mit Spezial-Software, wie die Krachmacher in einem mehrere hundert Megawatt starken Gas- und Dampfturbinenkraftwerk zu bändigen sind.

Im Kühlturm lärmen riesige Ventilatoren, die heißen Dampf aus der Turbine wieder zu Wasser kondensieren, und im Inneren heult eine Gasturbine wie ein Düsenjet beim Starten. Trotzdem können die Akustikexperten einem solchen Kraftwerk das Flüstern beibringen "und es in eine Stadt setzen, so dass es die unmittelbaren Nachbarn nur am Schornstein erkennen und kaum hören, was sich hinter den Fassaden verbirgt", verkündet Ennes stolz. Er und seine Kollegen denken indes nicht nur an die Anwohner der Kraftwerke, sondern auch an die Menschen, die dort arbeiten. Wie mit einem Baukasten setzen sie auf dem Bildschirm die neue Anlage Stück für Stück zusammen. Alle Kühltürme, Kessel, Gasturbinen, Transformatoren, Pumpen und Lüfter modellieren sie dreidimensional. Jede Komponente hat eine gemessene und berechnete Schallleistung. "Für die Lärmsimulation benötigen wir dann noch weitere Angaben, etwa wie weit die nächsten Wohnhäuser weg sind", sagt Ennes.

Spiel mit der Simulation. Die Vorschriften in Deutschland besagen, dass die Lautstärke neuer Anlagen um 10 dB unter dem Pegel liegen muss, der ohne die neue Lärmquelle am Ort des nächsten Anwohners gemessen wird. Das bedeutet: Wenn nachts vor dem Schlafzimmer bedingt durch Straßenlärm durchschnittlich ein Schalldruck vergleichsweise einer leisen Radiomusik von etwa 43 dB(A) herrscht, darf das Kraftwerk an diesem Messpunkt nur 33 dB(A) laut sein. Eine Absenkung um 10 dB wird etwa als Halbierung der Lautstärke wahrgenommen.

Dies können die Schallschützer über verschiedene Wege erreichen. Sie geben in ihre Simulation zum Beispiel ein, wie gut die Hallenfassade Schall dämmen soll, wie stark die Schalldämpfer für die Gasturbine sein sollen, ob Schalldämmhauben für Pumpen nötig sind, ob geräuscharme Transformatoren und Maschinen verwendet werden sollen oder ob ganze Abhitzedampferzeuger ummantelt werden müssen. Bis zu 5 % des Auftragsvolumens von oft hunderten Millionen Euro kann ein solcher Schallschutz umfassen.

Das Computerprogramm fasst alle Lärmquellen zusammen und berechnet die gesamte Schallausbreitung des Kraftwerks. "Je nach Aufwand und Größe der Anlage dauert die Kalkulation bis zu zwei Tage", erklärt Ennes. Auf dem Bildschirm erscheint dann eine Lärmkarte. Ringförmig um die Anlage und einzelne Gebäude sind darauf farbige Isophonenlinien zu erkennen, die Orte gleichen Schalldrucks markieren. Von Dunkelrot für sehr laut bis zu Hellgrün für sehr leise. Solange die Anwohner nicht im grünen Bereich liegen, trimmen die Schallschützer an den Parametern. Erst dann sind sie zufrieden – und die Anlieger können nachts ruhig schlafen.

Laut dem Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit (LBF) sind europaweit mehr als 100 Millionen Menschen von Lärm betroffen. In Umfragen ist der Straßenverkehr Spitzenreiter, gefolgt vom Nachbarschaftslärm, Flugzeugen, Schienenverkehr und Lärmquellen aus Industrie und Gewerbe. Prof. Holger Hanselka vom LBF hat deshalb mit der Technischen Universität Darmstadt 2004 das Lärmbekämpfungsprojekt InMAR gestartet. Mit 34 Millionen Euro sollen neue Materialien entwickelt werden, die Maschinen, Autos, Flugzeuge und Bahnen leiser machen. 42 Partner aus 13 europäischen Ländern sind beteiligt – auch Siemens Transportation Systems (TS). Die Bahntechnikspezialisten konzentrieren sich auf neue Werkstoffe für Lüfter von Schienenfahrzeugen. Besonders in Dieselloks schaufeln oft schrankgroße Ventilatoren die Motorabwärme nach draußen, was zusätzlich laute Vibrationen erzeugt. Das neue Material soll sich unter Druck versteifen können und so wesentlich vibrationsärmer sein.

"Wir kümmern uns schon lange um leisere Schienenfahrzeuge", sagt TS-Innovationsexperte Friedrich Moninger. Er verweist auf die Flüsterlok Eurorunner, die 2002 auf die Schiene gestellt wurde und von der heute etwa 180 Stück fahren. Die 80 t schwere Diesellok mit 2 MW Motorleistung ist signifikant leiser, als es die gesetzlichen Lärmgrenzwerte für Schienenfahrzeuge vorschreiben. Seitenwände mit Aluminiumwabenplatten statt dünnwandig versteifter Stahlbleche, große Ventilatoren mit kleiner Drehzahl, Radscheibenbremsen statt lauter Klotzbremsen sowie der gekapselte Maschinenraum mit Schalldämpfer lassen die Lok über die Schienen schnurren.

Der elektrisch angetriebene Velaro ist der neueste und schnellste Serientriebzug Europas für die Personenbeförderung. In Kürze befährt er die 625 km lange Neubaustrecke zwischen Madrid und Barcelona mit einer Geschwindigkeit von 350 km/h. Für die Distanz benötigt er zweieinhalb Stunden statt vier wie bisherige Züge. Auch hier haben die TS-Entwickler den Schallpegel gesenkt und vor allem die aerodynamischen Geräusche vermindert. Bei diesen Geschwindigkeiten pfeift jede Spalte und Kante. Deshalb wurden die Dachaufbauten samt Stromabnehmer äußerst windschlüpfig gestaltet. Schürzen zwischen Wagenunterbau und Gleis reduzieren ebenso die Windgeräusche wie besondere Radschützer am Fahrwerk. Die Federung des Zuges wurde ebenfalls so verbessert, dass Dämpfer die Schwingungen des Wagenkastens im unteren Bereich von 5 bis 400 Hz minimieren und damit höchsten Komfort im Inneren erreichen.

Gerade bei den Dämpfern sieht Moninger viel Potenzial: "Der Trend geht zu intelligenten Systemen." So genannte Drehdämpfer für einen besseren Kurvengang unterdrücken heute mechanisch die auftretenden Schwingungen. In der Entwicklung sind nun aktive Drehdämpfer, die mittels Sensoren und Elektronik das Drehgestell aktiv auf die Schwingungen in den Kurven einstellen und so geräuschdämpfend wirken. Besonders bei leistungsstarken Lokomotiven lassen sich dadurch die Kräfte in den Kurven besser kontrollieren. So lässt sich die Motorleistung optimal auf die Schiene bringen.

Kleiner, kompakter und leiser. Die neueste Fahrwerk-Innovation ist ab Sommer 2007 in der U-Bahn in München zu bestaunen: ein Nahverkehrszug mit dem System Syntegra, das erstmals Triebfahrwerk, Antrieb und Bremsen zusammenführt (siehe Schienenverkehr in Pictures of the Future, Frühjahr 2006). Es ist dadurch kleiner, kompakter und leichter als die klassischen Fahrwerke. Da ein Synchronmotor die Räder direkt antreibt, ist ein Getriebe nicht mehr nötig. Auch der Fahrmotorlüfter entfällt, was den Geräuschpegel ebenfalls sinken lässt.

Auf ähnlichem Weg sind die Automobilzulieferer von Siemens VDO unterwegs. Auch sie wollen einen neuartigen Antrieb entwickeln. Bei dem Projekt eCorner sind Motor, Bremse und Lenkung in einem so genannten Radnabenmotor vereint (siehe Verkehr). Dieser komplette, rein elektrische Antriebsstrang ist noch Zukunftsvision, doch ein Teil, die elektronische Keilbremse, soll bis 2010 serienreif sein. Ein solches Elektroauto ohne Verbrennungsgeräusche aus dem Motor könnte dann selbst bei voller Beschleunigung viel leiser als heute sein.

Aber auch die Verbrennungsmotoren haben in den letzten Jahren deutlich aufgeholt. Beispielsweise hört man das bisher typische Nageln eines Dieselmotors nur noch bei älteren Fahrzeugen. Die neuen Hochdruckeinspritzsysteme mit Piezo-Technologie haben dem Diesel diese Unsitte ausgetrieben. Denn die Piezo-Technik erlaubt heute mehrere Einspritzungen, so dass bei der Verbrennung im Zylinder der Druck nur sanft ansteigt, was laute Geräusche unterbindet. Früher verbrannte der Kraftstoff explosionsartig. "Für uns wird der nächste Schritt sein, mit Hilfe einer Verbrennungsmanagement-Software bis zu sieben einzelne, positionierbare Einspritzungen aus einer Gesamtzahl von elf möglichen auszuwählen", sagt der Experte Dr. Klaus Wenzlawski von Siemens VDO. Und so werden Schritt für Schritt, Dezibel um Dezibel die Lärmquellen verringert – segensreich für Ohren und Gesundheit.
                                                                                                                       Rolf Sterbak