EN 14067 Bahnanwendungen - Aerodynamik

Die europäische Norm „EN 14067 Bahnanwendungen – Aerodynamik“ besteht aus folgenden, unter demselben Titel veröffentlichten Unterabschnitten:

• Die Norm „EN 14067-1 Teil 1: Symbole und Einheiten“ gilt für den Bereich der Aerodynamik im Eisenbahnwesen. Sie definiert die in Formeln und Berechnungen der Aerodynamik verwendeten Symbole und Einheiten. Die in dieser Norm enthaltenen Definitionen erläutern die Symbole und klassifizieren die Einheiten. In anderen Anwendungsbereichen können diese Symbole jedoch eine andere Bedeutung haben. Je nach Anwendung sollten zusätzliche Symbole definiert werden.

Diese Norm gewährleistet Einheitlichkeit bei Ingenieurstudien, Simulationen, Tests und Dokumentationen im Bereich der Eisenbahn-Aerodynamik. Sie gilt allgemein für die Aerodynamik von Eisenbahnanwendungen und definiert Folgendes:

• Schlüsselsymbole (z. B. für Geschwindigkeiten, Drücke, Kräfte, Koeffizienten, Bezugsfelder, Dichten)
• Entsprechende physikalische Einheiten
• Regeln für ihre Anwendung in Gleichungen

Dieser Standard ermöglicht eine klare Kommunikation zwischen Herstellern, Infrastrukturmanagern, Prüflaboratorien, Zertifizierungsstellen und Forschern, die an Hochgeschwindigkeitszügen, konventionellen Schienenverkehr, Seitenwindeffekten, Tunnel-Aerodynamik, Luftströmungen, Druckwellen und aerodynamischen Lasten arbeiten, indem er die Darstellung standardisiert.

Sie enthält keine spezifischen Grenzwerte, Prüfverfahren oder Leistungsanforderungen; diese werden in anderen Abschnitten dieser Norm behandelt.

Ingenieure und Forscher beziehen sich in folgenden Situationen auf diese Norm:

• Beim Schreiben von Simulationscode (numerische Strömungsmechanik)
• Bei der Meldung von Windkanal- oder Startbahntestergebnissen
• Bei der Erstellung von technischen Spezifikationen oder Ausschreibungsunterlagen
• Überprüfung der Einhaltung der Anforderungen an die aerodynamische technische Interoperabilität.
• Die Norm „EN 14067-2 Teil 2: Aerodynamik auf freier Strecke“ definiert physikalische Phänomene, die spezifisch für die Eisenbahn-Aerodynamik sind, und gibt Empfehlungen zur Dokumentation von Prüfungen. Lokomotivhersteller benötigen den Luftwiderstandsbeiwert von Zügen, um die optimale Leistung ihrer Lokomotiven zu ermitteln. Eisenbahnunternehmen benötigen diese Information ebenfalls, um Fahrpläne und Energiebedarf zu berechnen, die Art und Anzahl der für einen bestimmten Zug benötigten Lokomotiven zu bestimmen und fundierte Entscheidungen bei der Beschaffung von Ausrüstung zu treffen.

Obwohl der Luftwiderstand von Zügen normalerweise die Hauptkomponente des Luftwiderstands darstellt, ist es schwierig, ihn von anderen Komponenten zu isolieren, sodass in diesem Abschnitt auch nicht-aerodynamische Faktoren berücksichtigt werden müssen.

Der Bewegungswiderstand wird durch eine Standardformel ausgedrückt, die für alle Zugtypen gilt. Die Messmethoden zur Ermittlung des Bewegungswiderstands eines Zuges und die daraus resultierende Formel sind in einem separaten Dokument (WI 00256127) definiert und beschrieben.

Die Norm EN 14067-2 umfasst Folgendes:

• Hochgeschwindigkeitszüge und konventionelle Züge
• Zertifizierung und Bewertung von Schienenfahrzeugen.
• Infrastrukturmanager und Bahnbeamte
• Potenziell leichtere Fahrzeuge (Straßenbahnen, U-Bahnen) in entsprechenden Situationen

Die wichtigsten aerodynamischen Effekte, die bei offenen Rennstrecken berücksichtigt werden, sind folgende:

• Druckstoß (eine vorübergehende Druckveränderung, die auftritt, wenn zwei Züge einander überholen oder wenn ein Zug eine Weiche neben den Gleisen passiert)
• Abfluss (eine Hochgeschwindigkeitsströmung, die sich um und hinter einem fahrenden Zug bildet und eine Gefahr für Gleisarbeiter oder leichte Gegenstände darstellt)
• Merkmale des Wachzustands
• Druckveränderungen, die die Fahrgäste betreffen (z. B. beim Öffnen der Fenster oder beim Betätigen der Türen).
• Aerodynamische Kräfte, die auf Bauwerke, Personen oder lose Gegenstände in der Nähe der Gleise wirken.

Dieser Standard beschreibt, wie diese Effekte durch die Geschwindigkeit, die Form (Front-/Heckdesign), die Oberflächenrauheit, die Geometrie des Unterbodens und Seitenwinde des Zuges entstehen.

• Die Norm „EN 14067-3 Teil 3: Aerodynamik in Tunneln“ definiert die physikalischen Phänomene der Eisenbahn-Aerodynamik und gibt Empfehlungen zur Dokumentation von Prüfungen. Sie bietet einen beschreibenden Überblick über die grundlegenden physikalischen Phänomene der Eisenbahn-Aerodynamik beim Ein-, Durch- und Ausfahren von Zügen in Tunnel. Dabei werden die besonderen Strömungsbedingungen in Tunneln im Vergleich zu offenen Gleisen hervorgehoben.
• Diese Norm dient in erster Linie der Information. Sie definiert keine verbindlichen Grenzwerte, Akzeptanzkriterien oder detaillierte Prüf- und Bewertungsverfahren. Stattdessen beschreibt sie die Aerodynamik und gibt Empfehlungen zur Dokumentation von Prüfungen und Messungen. Die wichtigsten in Windkanälen untersuchten aerodynamischen Phänomene sind:
• Druckwellen: Hierbei handelt es sich um Kompressions- und Verdünnungswellen, die beim Ein- und Ausfahren des Zuges in den Tunnel entstehen und sich mit Geschwindigkeiten nahe der Schallgeschwindigkeit ausbreiten.
• Mikrodruckwelle oder Mikrodruckimpuls am Tunnelausgang: Dies ist die plötzliche Freisetzung von Druckluft, die hörbare Explosionseffekte erzeugt.
• Vorübergehende Druckveränderungen im Zug: Diese beeinträchtigen den Fahrgastkomfort, insbesondere Ohrenbeschwerden, vor allem wenn Fenster und Türen geöffnet sind oder die Druckisolierung unzureichend ist.
• Kolbeneffekt: Die vom Zug verdrängte Luft wirkt wie ein Kolben und erzeugt so eine Längsströmung im Tunnel.
• Erhöhter Luftwiderstand aufgrund eingeschränkter Strömung.
• Druckunterschiede zwischen den Tunneleinfahrten und entlang der Zugstrecke.
• Auswirkungen auf die Tunnelinfrastruktur: Zum Beispiel Belastungen der Tunnelauskleidung, der Belüftungssysteme oder der Straßenrandausrüstung.

Dieser Standard erläutert, wie diese Effekte von folgenden Faktoren abhängen:

• Zuggeschwindigkeit.
• Zugüberlastungsverhältnis (Zugquerschnitt / Tunnelquerschnitt).
• Tunnellänge und -geometrie (eingleisig oder zweigleisig, Einfahrtstyp, Schachtverbindungen).
• Konstruktion und Oberflächenversiegelung von Zugfront und -rückseite.
• Zuglänge und Kreuzungskonfigurationen (Begegnungen von Zügen in zweigleisigen Tunneln).
• Die Norm „EN 14067-4 Teil 4: Anforderungen und Bewertungsverfahren für die Aerodynamik auf offenen Gleisen“ beschreibt die Anforderungen, Prüfverfahren, Bewertungsmethoden und Abnahmekriterien für Schienenfahrzeuge im Betrieb auf offenen Gleisen. Sie legt Anforderungen und Bewertungsmethoden für Druckschwankungen und Windströmungseinflüsse entlang der Strecke fest. Bewertungsmethoden für die Betriebsfestigkeit werden in dieser Norm behandelt. Auch die durch zugbedingte Druckschwankungen und Windströmungseinflüsse verursachten Belastungen von Infrastrukturkomponenten werden erörtert. Für Schottergleise werden Prüfaufbauten zur Bestimmung der Schotterausbeulung vorgeschlagen.

Die Anforderungen gelten ausschließlich für Fahrzeuge des Schwerlastbahnsystems mit einer Höchstgeschwindigkeit von über 160 km/h und nicht für andere Bahnsysteme. Diese Norm gilt für alle Schienenfahrzeuge und Infrastrukturen im offenen Schienenverkehr mit einer Nennspurweite zwischen 1435 mm und 1668 mm.

Durch Züge hervorgerufene aerodynamische Effekte können folgende Auswirkungen haben:

• Gleisarbeiter und Fahrgäste auf den Bahnsteigen (Luftströmungsgeschwindigkeiten).
• Gegenstände am Straßenrand und leichte Konstruktionen (z. B. lose Trümmer, Wegweiser, leichte Unterstände).
• Feste Infrastruktur entlang der Gleise (z. B. Lärmschutzwände, Träger für die Gleisanlagen, Bahnsteigkanten).
• Druckübergänge (Druckhub des Zugkopfes, der beim Passieren von Zügen aneinander oder an festen Punkten auftritt).
• Aerodynamische Belastungen auf Bauwerke und Personen in der Nähe der Gleise.

Diese Norm gilt für:

• Hochgeschwindigkeitszüge (typischerweise mindestens 200 km/h, wobei die Aerodynamik von größter Bedeutung ist).
• Traditionelle Personen- und Güterzüge.
• Neue Fahrzeugkonstruktionen, Modifikationen oder Typgenehmigungen.
• Bewertungen der Infrastrukturkonformität.

Dieser Standard entspricht den Anforderungen an die technische Interoperabilität von Hochgeschwindigkeits- und konventionellen Eisenbahnen in der EU.

• Die Norm „EN 14067-5 Teil 5: Anforderungen und Bewertungsverfahren für die Aerodynamik in Tunneln“ beschreibt die aerodynamischen Anforderungen, Prüfverfahren, Bewertungsmethoden und Abnahmekriterien für Schienenfahrzeuge im Tunnelbetrieb. Aerodynamische Druckschwankungen, Belastungen, die Entstehung von Mikrodruckwellen und weitere im Tunnelbetrieb auftretende aerodynamische Aspekte werden in dieser Norm behandelt. Sie enthält Anforderungen an die aerodynamische Auslegung von Schienenfahrzeugen und Tunneln für den Schwerlastverkehr. Diese Anforderungen gelten ausschließlich für den Schwerlastverkehr.

Diese Norm gewährleistet den sicheren und komfortablen Betrieb von Schienenfahrzeugen in Tunneln durch die Kontrolle aerodynamischer Effekte, die durch die Enge des Tunnels entstehen. Sie konzentriert sich auf tunnelspezifische Phänomene und deren Auswirkungen auf Folgendes:

• Komfort für Passagiere und Besatzung (Gehörbeschwerden aufgrund von Druckveränderungen, Ohrenverstopfung).
• Die strukturelle Integrität und Wasserdichtheit des Zuges (Druckbelastungen auf den Wagenkasten, die Fenster und die Türen).
• Tunnelinfrastruktur (Auskleidung, Belüftung, fest installierte Ausrüstung, Belastungen in U-Bahn-Stationen).
• Straßenarbeiter und Wartungspersonal innerhalb der Tunnel.
• Umwelteinflüsse außerhalb des Tunnels (z. B. Mikrodruckwellen oder Überschallknalle an den Eingängen).
• Kompatibilität in Situationen, in denen Hochgeschwindigkeitszüge Tunnel mit dem konventionellen Verkehr teilen.

Diese Norm gilt für:

• Hochgeschwindigkeitszüge (wo die Auswirkungen am stärksten sind).
• Traditionelle Eisenbahn in langen Tunneln.
• Neuentwürfe, Änderungen, Typgenehmigungen und Überprüfungen der Streckenkonformität.
• Einhaltung der EU-Spezifikationen für die technische Interoperabilität von Hochgeschwindigkeits- und konventionellen Eisenbahnsystemen.
• Die Norm „EN 14067-6 Teil 6: Anforderungen und Prüfverfahren für die Beurteilung der Seitenwindbeständigkeit“ beschreibt die Richtlinien für die Beurteilung der Seitenwindbeständigkeit von Eisenbahnen. Diese Norm gilt für alle Personenwagen, Lokomotiven und Triebwagen (mit einer Höchstgeschwindigkeit zwischen 140 km/h und 360 km/h) sowie Güterwagen (mit einer Höchstgeschwindigkeit zwischen 80 km/h und 160 km/h) und Spurweiten zwischen 1435 mm und 1668 mm. Für Personenwagen, Lokomotiven und Triebwagen mit einer Höchstgeschwindigkeit zwischen 250 km/h und 360 km/h ist der Nachweis der Seitenwindstabilität erforderlich. Diese Norm gilt nicht für Stadtbahnen und S-Bahnen.

Dieser Standard konzentriert sich auf Folgendes:

• Aerodynamische Kräfte und Momente, die durch schräg einfallende Winde (Seitenwinde, Gierwinkel) verursacht werden.
• Kippgefahr (Räder verlieren die Kontrolle, die windabgewandten Räder heben sich ab).
• Entgleisung aufgrund übermäßiger Seitenkräfte.
• Kompatibilität mit der Infrastruktur (Eisenbahn-Expositionskategorien, windanfällige Abschnitte).

Diese Norm gilt für:

• Alle Personenfahrzeuge, Lokomotiven, Triebwagen und Triebzüge.
• Hochgeschwindigkeitszüge, konventionelle Personenzüge und gegebenenfalls bestimmte Güterfahrzeuge.
• Neue Entwürfe, Änderungen, Typgenehmigungen und streckenspezifische Bewertungen.
• Einhaltung der technischen Interoperabilitätsspezifikationen für Hochgeschwindigkeits- und konventionelle Eisenbahnen in der EU.

Dieser Standard gilt für Fahrzeuge, die auf offenen Gleisen verkehren (ausgenommen Tunnel, Brücken oder überdachte Abschnitte in bestimmten Fällen, sofern nicht anders angegeben).

• Die Norm „EN 14067-7 Teil 7: Grundlagen von Prüfverfahren für die Schotteraufschüttung aus Zügen“ behandelt folgende Themen:
• Ökonomische Aspekte der Ballastprojektion.
• Ein Vergleich der in Frankreich und Spanien angewandten Methoden für Schienenfahrzeuge.
• Methoden zur Infrastrukturbewertung.
• Überblick über die vorhandene Literatur.
• Nächste Schritte und Empfehlungen hinsichtlich Standardisierung und Forschung.

Diese Norm bietet informative Leitlinien und grundlegende Informationen für die Entwicklung, Durchführung und Auswertung von Prüfverfahren im Zusammenhang mit durch Züge verursachten Schottersprengungen. Sie definiert keine verbindlichen Grenzwerte, Akzeptanzkriterien oder obligatorischen Prüfmethoden.

Kurz gesagt, die Ziele dieser Norm sind folgende:

• Um das Verständnis und die Herangehensweisen in ganz Europa zu harmonisieren.
• Zur Unterstützung einer einheitlichen Bewertung von Schienenfahrzeugen und -infrastruktur.
• Um den Vergleich von Testergebnissen zu erleichtern, die mit verschiedenen Methoden/in verschiedenen Ländern erzielt wurden.

Seit vielen Jahren versteht unser Unternehmen mit seinen kompetenten und erfahrenen Mitarbeitern die Bedürfnisse seiner Kunden, bietet ihnen die benötigten fortschrittlichen Prüfdienstleistungen und unterstützt sie beim Aufbau, der Implementierung und der Optimierung von Managementsystemen. In diesem Rahmen bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm EN 14067 an.