DE102007011073A1

DE102007011073A1 - Vorrichtung zur vergleichenden Erfassung der Rauheit von Flächen

Info

Publication number: DE102007011073A1
Application number: DE200710011073
Authority: DE
Inventors: Hubert Schulte
Original assignee: AIRMATIC GES UMWELT & TECH MBH; Airmatic Gesellschaft fur Umwelt und Technik Mbh
Current assignee: AIRMATIC GES UMWELT & TECH MBH; Airmatic Gesellschaft fur Umwelt und Technik Mbh
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2008-09-11

Abstract

Das Rauheitsmessgerät 1 mit Tragegriffen 3 und einem Deckel 2 wird zur Messung auf die Fahrbahn 16 gestellt. Die Gummiwalze 9, die mittels Zahnriemen 10 angetrieben wird, befindet sich in angehobener Position. Die Walze 9, die mittels Hebelarm 8, der federbelastet ausgeführt sein kann 18, in der Lagerung 7 verankert ist, wird nun manuell entriegelt und auf die Prüfoberfläche 16 abgesenkt; hier wird nun mittels Federkraft oder nur der Gewichtskraft ein bestimmter Anpressdruck der Walze 9 auf die Prüffläche 16 eingestellt. Kurz vor Berühren der Oberfläche öffnet das elektromagnetische Ventil 11, damit das Wasser über den Anschluss 13 aus dem Wassertank 17 und über die Düse 10 auf die Messstelle fließen kann. Der so auftretende Widerstand der angetriebenen Walze auf der Prüffläche 16 führt zu einem Drehmomentanstieg im Motor 6. Die elektronische Motorsteuerung 14 regelt den Antrieb wieder auf die eingestellte Drehzahl. Eine geeignete Software berechnet damit den vorhandenen Gleitreibbeiwert, Fig. 1.

Description

Die Griffigkeit einer nassen Fahrbahnoberfläche ist abhängig von der Geschwindigkeit, mit der sie befahren wird. Die Messung der Griffigkeit hat daher nur Sinn, wenn die Messgeschwindigkeit der zulässigen Höchstgeschwindigkeit einer Fahrbahn angepasst wird. Die zurzeit eingesetzten Griffigkeits- bzw. Rauheitsmessgeräte können in die Gruppe der mobilen (fahrbaren) Geräte und der stationär eingesetzten Handgeräte unterteilt werden. In der Normung über die Griffigkeit von Fahrbahnoberflächen werden nur drei Geräte berücksichtigt, von denen zwei mobile Geräte zur Streckenmessung sind. Das dritte Gerät ist ein Pendelgerät für die punktuelle Messung von Griffigkeiten bei konstanter Messgeschwindigkeit.
Nur die mobilen Geräte erlauben eine geschwindigkeitsabhängige Messung der Griffigkeit. Aufgrund ihrer Bauform und dem Messprinzip ist keine punktuelle Messung möglich. Die Übertragung der Messwerte von einem auf das andere System ist in einem gewissen Rahmen möglich. Obwohl das Pendelgerät nicht in allen Fällen eine eindeutige Aussage über die Griffigkeit liefert und der Einsatz der mobilen Geräte in vielen Fällen überflüssig, zu kosten- bzw. zeitintensiv oder überhaupt nicht möglich ist, existiert kein praktikables Handgerät, mit dem eine geschwindigkeitsabhängige Messung der Griffigkeit durchführbar ist. Entsprechende Schutzrechte sind bekannt, so wird in DE 3427838 ein optisches Messverfahren vorgeschlagen; hier wird ein von der rauen Oberfläche gestreuter reflektierter Lichtstrahl durch eine Lichtempfangsanordnung erfasst. Das aufbereitete Signal ist dann ein Maß für die Rauheit der Fläche.
In DE 90 00 622 wird eine Vorrichtung zum Messen der Reibkraft und dem Abrieb eines Gummiprobenkörpers beschrieben. Die Rauheit der Fläche wird hier indirekt durch eine Kraftmessung ermittelt.
DE 44 42 165 schlägt ein tragbares Gerät zur Bestimmung eines Haftreibungskoeffizienten vor, bei welchem die Bewegung eines Abtriebsstößels in einer Tauchspule zu einer Veränderung des angelegten Stroms führt und diese Änderung durch eine geeignete Einrichtung in einen Haftreibungskoeffizienten umgesetzt wird.
DE 90 13 970 beschreibt im Wesentlichen eine Vorschubeinrichtung mit einer Tastspitze und einem mechanisch-elektrischem Wandler. Dieser Wandler wandelt Vorschubweg und/oder Vorschubgeschwindigkeit in einen entsprechenden Rauheitswert um.
WO 00/37921 schlägt eine Pendelvorrichtung zur Messung des Rollwiderstandsbeiwerts vor, wobei die Amplitudenabnahme der Pendelbewegung erfasst wird und die proportional des Widerstandsbeiwerts ist.
GB 2 394 061 befasst sich mit einer stationären Prüfvorrichtung zur Messung der Oberflächenrauheit einer einzuspannenden Probe, wobei freibewegliche Probenkörper über eine geeignete Einrichtung auf die zu messende Probe gedrückt wird.
In DE 102 02 671 wird ein Verfahren und eine Anordnung zur Untersuchung von Griffigkeitsveränderungen an Deckschichten von Straßenbelägen vorgeschlagen; hierbei wird ein Polierrad zyklisch über eine Deckschichtprobe geführt und anschließend einer Griffigkeitsmessung unterworfen, dabei erfolgen keine Aussagen über das Messprinzip für die Griffigkeitsmessung.
Die Implementierung und Anerkennung eines neuen genormten Messgerätes ist nicht Gegenstand dieser Erfindung. Es geht viel mehr darum, ein leicht zu bedienendes Gerät zu entwickeln, dass vergleichende Aussagen über die Griffigkeit einer Fläche erlaubt, insbesondere nach der Reinigung einer Fläche wie z. B. nach einer Ölspurbeseitigung. Ziel ist es, zwei Messungen durchzuführen, an einer gereinigten Stelle und einer Stelle in unmittelbarer Nähe daneben, die aber nicht von der Verschmutzung betroffen war, und demzufolge auch nicht gereinigt wurde. Diese zwei Messungen erlauben damit eine unmittelbare Aussage über die Güte der erfolgten Reinigung im Vergleich zu der Ursprungsfläche.
Bei der Konzeption eines neuen Gerätes wurde davon ausgegangen, dass dieses Gerät von einer Person zu transportieren und zu bedienen ist. Dementsprechend wurden die Abmessungen klein und das Gewicht möglichst gering gehalten. Die erhaltenen Griffigkeitskennwerte sollen mit denen der in der Norm vorgesehenen Geräte korrelieren. Ähnlich wie bei den vorhandenen Geräten, basiert die Messung des Gleitbeiwertes auf der Relativbewegung zwischen angenässter Fahrbahn und einem Gummikörper. Im konkreten Fall wird eine rotierende Gummiwalze auf die angenässte Prüfoberfläche abgesenkt. Der die Walze antreibende Gleichstrommotor wird mit Hilfe einer im Handgerät eingebauten elektronischen Regeleinrichtung gesteuert. Der Vergleich zwischen dem Drehmoment bei freier Rotation und dem beim Gleiten über die Prüfoberfläche bei gleicher Umfangsgeschwindigkeit ergibt das Maß der Griffigkeit. Es wird die Eigenschaft des Gleichstrommotors ausgenutzt, bei dem sich das Drehmoment an der Motorwelle linear zum Motorstrom verändert.
Die Annässung der Prüfoberfläche erfolgt aus dem im Gerät integrierten Wassertank. Die Wasserzufuhr wird durch ein elektromagnetisches Ventil kurz vor dem Aufsetzen der Walze auf die Fahrbahnoberfläche geöffnet und nach Beendigung der Messung wieder abgestellt. Eine Düse sorgt für die gleichmäßige Wasserverteilung.
Zur Auswertung und Speicherung der Messdaten dient ein ebenfalls im Gerät integrierte Steuereinheit. Zusätzlich können mit Hilfe einer geeigneten Software Signale wie z. B. das Starten des Gleichstrommotors über die Tastatur und eine entsprechende Menüführung gegeben werden. Da für die bereits vorhandenen Messgeräte und -verfahren Ergebnisse und Untersuchungen von mehreren Jahrzehnten vorliegen, wird die Einführung eines neuen Gerätes nur nach einer Reihe von Vergleichsmessungen möglich sein.
Funktionsbeschreibung
Das Rauheitsmessgerät 1 mit Tragegriffen 3 und einem Deckel 2 wird zur Messung auf die Fahrbahn 16 gestellt. Die Messstelle (Prüffläche) 21 sollte eben sein und der Gesamtheit eines Streckenabschnitts entsprechen. Grobe Verunreinigungen der Fahrbahnoberfläche müssen entfernt werden. Das Messgerät wird nun mit der Energiequelle, bspw. die Autobatterie verbunden, hier nicht dargestellt, oder im Messgerät 1 ist eine Energiequelle vorgesehen, hier nicht dargestellt. Hierfür dienen ggf. seitlich angebrachten Anschlüsse. Vorausgesetzt, dass der Wassertank 17 gefüllt ist, kann sofort mit der Messung begonnen werden. Über die Tastatur der Steuereinheit 15, die mittels Anschlussleitung 4 mit Energie versorgt wird, werden alle für die Messung notwendigen Parameter eingegeben. Hierzu zählt unter anderem auch die gewünschte Messgeschwindigkeit. Die Stromversorgung des Antriebsmotors 5 kann dann mit Hilfe eines Tastendrucks eingeschaltet werden. Die Gummiwalze 9, die mittels Zahnriemen 10 angetrieben wird, befindet sich jetzt in angehobener Position. Ist dies nicht der Fall, erfolgt eine Rückmeldung an die elektronische Motorsteuerung 14, die ein Anlaufen des Motors verhindert. Das Erreichen der gewünschten Umfangsgeschwindigkeit der Walze 9 wird an Steuereinheit 15 signalisiert. Gleichzeitig werden die zur Messauswertung erforderlichen Daten wie Spannung, Stromstärke und Motordrehzahl gespeichert. Die Walze 9, die mittels Hebelarm 8, der federbelastet ausgeführt sein kann 18, in der Lagerung 7 verankert ist, wird nun manuell entriegelt und auf die Prüfoberfläche 16 abgesenkt; hier wird nun mittels Federkraft oder nur der Gewichtskraft ein bestimmter Anpressdruck der Walz 9 auf die Prüffläche 16 eingestellt. Kurz vor Berühren der Oberfläche öffnet das elektromagnetische Ventil 11, damit das Wasser über den Anschluss 13 an den Wassertank 17 und über die Düse 10 auf die Messstelle fließen kann. Der so auftretende Widerstand der angetriebenen Walze auf der Prüffläche 16 führt zu einem Drehmomentanstieg im Motor 6. Die elektronische Motorsteuerung 14 regelt den Antrieb wieder auf die eingestellte Drehzahl. Die Daten des nun benötigten Motorstroms werden an die Steuereinheit 15 gesendet. Eine geeignete Software vergleicht die Daten und berechnet damit den vorhandenen Gleitreibbeiwert. Alternativ kann auch nur die Drehzahl erfasst werden, dabei ist dann das Absinken der Drehzahl pro Zeiteinheit bzw. die sich einstellende Drehzahl relativ ein Maß für Rauheit. Sobald alle zur Berechnung notwendigen Daten gespeichert sind, wird der Antrieb abgeschaltet und ein Signal an das elektromagnetische Ventil 11 gesendet, damit die Wasserversorgung sofort unter brochen wird. Die Walze 9 wird nun wieder in ihre Ausgangslage gebracht. In dieser Ausgangslage erfolgt durch die Einrichtung 19 eine automatische Walzenreinigung, wobei das erforderliche Wasser aus dem Tank 17 bezogen wird; ggf. erfolgt die Reinigung unter Zuhilfenahme eines Reinigungsmittels 20. Die Einrichtung 19 umfasst neben dem eigentlichen Reinigungswerkzeug wie Düsen oder Bürsten auch die entsprechenden Antriebsvorrichtungen wie Motor und Pumpe. Die Reinigungsvorrichtung wird automatisch über die Steuereinheit 15 betätigt.
Der Aufbau des Messgeräts 1 lässt darüber hinaus auch eine andere Messmethode zu. Die Walze 9 wird in der Ausgangslage auf eine vorzugebende Drehzahl gebracht. Sobald diese Nenndrehzahl erreicht ist, wird die Walze 9 entriegelt, sie wird dann über eine geeignete Vorrichtung 18, vorzugsweise eine Feder, mit einer definierten Kraft auf die Prüffläche gedrückt und abgebremst. In diesem Fall wird die Zeit bis zum Walzenstillstand gemessen. Diese Zeitdauer ist eine dann ein Maß für Rauheit der Fläche.

1: Rauheitsmessgerät
2: Deckel, Messgerät
3: Tragegriff
4: Anschlussleitung zwischen Steuereinheit und Motorsteuerung
5: Anschlussleitung zwischen Motorsteuerung und Motor
6: Motor
7: Lagerung zur Ausrichtung der Walze-Motor-Einheit
8: Hebelarm
9: Walze
10: Wasserdüse
11: Elektromagnetisches Ventil
12: Zahnriemen
13: Anschluss am Wassertank
14: Elektronische Motorsteuerung
15: Steuereinheit
16: zu messende Fläche
17: Wassertank
18: Feder
19: Vorrichtung zur Walzenreinigung
20: Reinigungsmittelbehälter
21: Prüffläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3427838 [0002]
- DE 9000622 [0003]
- DE 4442165 [0004]
- DE 9013970 [0005]
- WO 00/37921 [0006]
- GB 2394061 [0007]
- DE 10202671 [0008]

Claims

Vorrichtung 1 zur vergleichenden Rauheitsmessung von Flächen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prüfwalze 9 mit definierter Ausgangsdrehzahl und Antriebsleistung sowie einer einstellbaren Kraft 18 auf die zu messende Fläche gedrückt wird und eine Einrichtung zur automatischen Walzenreinigung 19 vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlveränderung bei gleicher Antriebsleistung aufgrund der Reibung zwischen Prüfwalze und Prüffläche messtechnisch erfasst wird und das Messergebnis ein Maß für die Rauheit der Prüffläche darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlveränderung aufgrund der Reibung zwischen Prüfwalze und Prüffläche messtechnisch erfasst wird und die Drehzahl durch eine höhere Antriebsleistung der Prüfwalze wieder auf die Ausgangsdrehzahl gebracht wird und diese höhere Antriebsleistung ein Maß für die Rauheit der Prüffläche darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Kontakt der Prüfwalze und der Prüffläche der Antrieb der Prüfwalze abgeschaltet und die Zeit bis zum Stillstand der Prüfwalze messtechnisch erfasst wird und das Messergebnis ein Maß für die Rauheit der Prüffläche darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 oder 1 und 3 oder 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Antriebseinheit für die Prüfwalze, eine Steuereinheit, eine Motorsteuerung, einen Wassertank, einen Behälter mit Reinigungsflüssigkeit, eine Aufhängung/Lagerung der Einheit bestehend aus Prüfwalze und Antriebseinheit sowie Einrichtungen zur kontrollierten Wasserzufuhr unmittelbar vor Beginn der Messung auf die Prüffläche umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Energiequelle umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung der Vorrichtung über eine Fremdenergiequelle erfolgt und entsprechende Anschlussmöglichkeiten vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung 19 alle erforderlichen Reinigungsgeräte zur Walzenreinigung umfasst.