DE102010050682A1 - Device for conditioning open-pore asphalt for road surface on specimen in water treatment plant, has holder unit and manipulator connected over guidance system that comprises guide surfaces aligned parallel to working plane - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konditionieren eines für einen Straßenbelag geeigneten Materials, insbesondere eines offenporigen Asphaltes, mit einer Halteeinrichtung zur Aufnahme wenigstens eines Probekörpers aus dem zu konditionierenden Material.The invention relates to a device for conditioning a material suitable for a road surface, in particular an open-pored asphalt, with a holding device for receiving at least one test specimen from the material to be conditioned.
Bekannte Vorrichtungen dienen der zeitraffenden Simulation der an Straßenbelägen auftretenden Langzeitalterung. Die Simulation erfolgt auf Prüf- und Testständen, auf denen die Probekörper erhöhten Drücken und Temperaturen oder mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt werden können. Die bisher bekannten Vorrichtungen sind nicht dazu geeignet, die Langzeitalterung von Straßenbelägen an Probekörpern in hinreichender Weise zu simulieren.Known devices serve the time-consuming simulation of long-term aging occurring on road surfaces. The simulation is carried out on test and test rigs, where the specimens can be exposed to elevated pressures and temperatures or mechanical stresses. The previously known devices are not suitable for simulating the long-term aging of road surfaces on specimens in a sufficient manner.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, mit der die Simulation der Langzeitalterung von Straßenbelägen an einem Probekörper maßgeblich verbessert ist.The invention is therefore based on the object to show a device of the type mentioned, with which the simulation of the long-term aging of road surfaces is significantly improved on a specimen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a device with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Halteeinrichtung wenigstens ein Manipulator zugeordnet ist, dass zwischen dem Manipulator und der Halteeinrichtung wenigstens eine Arbeitsebene ausgebildet ist, und dass die Halteeinrichtung und der Manipulator über ein Führungssystem miteinander verbunden sind, das wenigstens parallel zur Arbeitsebene ausgerichtete Führungsflächen aufweist. Dabei dient der Manipulator der Konditionierung bzw. Behandlung des Probekörpers an der Arbeitsebene. Diese dient hingegen insbesondere der Aufnahme einer zu konditionierenden Oberfläche des Probekörpers und kann im Rahmen dieser Erfindung auch als Wirkebene oder Bearbeitungsebene bezeichnet werden. Das Führungssystem erlaubt die Ausführung von Relativbewegungen zwischen einem in der Halteeinrichtung aufgenommenen Probekörper und dem Manipulator zum Zwecke einer flächendeckenden Konditionierung des Probekörpers innerhalb der von dieser vorgegebenen Arbeitsebene. Für eine möglichst naturnahe Simulation der Langzeitalterung von Straßenbelägen liegt es selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, der Halteeinrichtung mehrere Manipulatoren zuzuordnen, wobei dann den Manipulatoren jeweils zugeordnete Führungsflächen derart beabstandet zueinander angeordnet sind, dass die Manipulatoren einander kollisionsfrei passieren können. Die beabstandete Anordnung der den einzelnen Manipulatoren zugeordneten Führungsflächen erlaubt vorteilhaft eine parallele oder zumindest zeitnah aufeinanderfolgende Durchführung verschiedenartiger Konditioniervorgänge, so dass die Simulation der Langzeitalterung von Straßenbelägen an einem Probekörper maßgeblich verbessert ist.The device according to the invention is characterized in that at least one manipulator is associated with the holding device, that at least one working plane is formed between the manipulator and the holding device, and that the holding device and the manipulator are connected to one another via a guide system which is aligned at least parallel to the working plane Having guide surfaces. The manipulator serves to condition or treat the specimen at the working level. On the other hand, this serves, in particular, to receive a surface of the specimen to be conditioned, and in the context of this invention can also be referred to as a working plane or a working plane. The guide system allows the execution of relative movements between a recorded in the holding device specimen and the manipulator for the purpose of a comprehensive conditioning of the specimen within the given by this working plane. For a simulation of the long-term aging of road surfaces that is as natural as possible, it is of course within the scope of the invention to assign a plurality of manipulators to the holding device, in which case guide surfaces assigned to the manipulators are spaced from one another such that the manipulators can pass each other without collision. The spaced arrangement of the guide surfaces associated with the individual manipulators advantageously permits a parallel or at least timely successive execution of various conditioning processes, so that the simulation of the long-term aging of road surfaces on a test specimen is significantly improved.
Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung weist die Halteeinrichtung wenigstens eine Grundplatte mit einer parallel zur Arbeitsebene ausgerichteten Auflagefläche auf. Damit ist die Halteeinrichtung insbesondere zur Aufnahme von Marshall-Probekörpern, Bohrkernen oder anderen platten- oder scheibenförmigen Probekörpern geeignet.According to a first development of the invention, the holding device has at least one base plate with a bearing surface aligned parallel to the working plane. Thus, the holding device is particularly suitable for receiving Marshall specimens, cores or other plate-shaped or disk-shaped specimens.
Die Grundplatte weist vorzugsweise wenigstens eine Perforation auf, mit welcher die Wasserdurchlässigkeit eines unter Straßenbelägen gebräuchlichen Unterbaus simuliert ist. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, die Grundplatte aus einem wasserdurchlässigen Sinter-Material, Gittermaterial oder anderen gleichwirkenden Materialien auszubilden.The base plate preferably has at least one perforation with which the water permeability of a substructure used under road pavements is simulated. Of course, it is within the scope of the invention to form the base plate of a water-permeable sintered material, mesh material or other equivalent materials.
Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung weist die Halteeinrichtung wenigstens zwei ihrer Grundplatte zugeordnete Klemmbacken auf. Diese dienen der Sicherung des Probekörpers auf der Grundplatte in einer vorbestimmten Position. Die Klemmbacken sind so ausgelegt, dass durch Konditioniervorgänge am Probekörper angreifende Kräfte keine Lageveränderung des Probekörpers auf der Grundplatte der Halteeinrichtung bewirken können. Die von den Klemmbacken aufzubringenden Spannkräfte werden beispielsweise mittels Gewinde- oder Federstrukturen erzeugt.According to a next development of the invention, the holding device has at least two clamping plates assigned to its base plate. These serve to secure the specimen on the base plate in a predetermined position. The jaws are designed so that forces acting on the specimen by conditioning operations can not cause a change in position of the specimen on the base plate of the holding device. The clamping forces to be applied by the clamping jaws are produced for example by means of threaded or spring structures.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist mit dem Manipulator wenigstens eine quer zur Arbeitsebene sowie quer zu den Führungsflächen ausgerichtete Wirkebene ausgebildet. Zur Ausbildung der Wirkebene weist der Manipulator eine langgestreckte Gestalt auf. Vorzugsweise weist der Manipulator eine wenigstens die Auflagefläche der Halteeinrichtung überspannende Länge auf, so dass auf parallel zur Wirkebene ausgerichtete Führungsflächen verzichtet werden kann.According to another embodiment of the invention, at least one transverse to the working plane and transverse to the guide surfaces aligned working plane is formed with the manipulator. To form the working plane, the manipulator has an elongated shape. The manipulator preferably has a length spanning at least the contact surface of the holding device, so that guide surfaces oriented parallel to the working plane can be dispensed with.
Für eine besonders naturgetreue Simulation der Langzeitalterung von Straßenbelägen an einem Probekörper wird vorgeschlagen, dass der Manipulator wenigstens eine an eine Salzwasserversorgung angeschlossene Düsenleiste, aufweist. Diese dient der Simulation des durch Reifenprofile auf dem Straßenbelag hervorgerufenen Air-Pumping-Effektes unter Niederschlags- und Streusalzeinwirkung.For a particularly lifelike simulation of the long-term aging of road surfaces on a specimen is proposed that the manipulator has at least one connected to a salt water supply nozzle bar. This serves to simulate the tire profiles on the tire Road surface caused air pumping effect under precipitation and Strequeezeinwirkung.
Außerdem ist vorgesehen, dass der Manipulator wenigstens eine an eine Süßwasserversorgung angeschlossene Düsenleiste aufweist. Diese dient der Simulation des durch Reifenprofile auf dem Straßenbelag hervorgerufenen Air-Pumping-Effektes unter reiner Niederschlagseinwirkung. Dazu ist die Düsenleiste schwenkbar am Manipulator gehalten und wird mit einem Druck von über 100 bar, vorzugsweise von etwa 140 bar mit Wasserdruck aus der Süßwasserversorgung druckbeaufschlagt.In addition, it is provided that the manipulator has at least one connected to a fresh water supply nozzle bar. This serves to simulate the air pumping effect caused by tire treads on the road surface under pure precipitation. For this purpose, the nozzle bar is pivotally held on the manipulator and is pressurized with a pressure of about 100 bar, preferably from about 140 bar with water pressure from the fresh water supply.
Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung sind die Halteeinrichtung sowie der der Halteeinrichtung zugeordnete Manipulator in einem Spritz- und Tropfwasserbehälter angeordnet. Der Spritz- und Tropfwasserbehälter fungiert als Sammelbehälter für das gegen einen Probekörper des Straßenbelages gespritzte Salz- oder Süßwasser. Der Spritz- und Tropfwasserbehälter weist vorzugsweise eine Anschlussöffnung auf, über welche das als Brauchwasser gesammelte Salz und/oder Süßwasser einer Wasseraufbereitungsanlage zugeführt wird. Diese dient beispielsweise der Entsalzung des gesammelten Brauchwassers sowie der Abscheidung der aus dem Probekörper ausgeschlemmten Feststoffpartikel. Um die Betriebskosten für die erfindungsgemäße Vorrichtung so klein wie möglich zu halten, ist vorgesehen, die Wasseraufbereitungseinrichtung an die Salzwasserversorgung und die Süßwasserversorgung anzuschließen. Auf diese Weise kann das für eine erste Konditionierung eines Probekörpers benötigte Salz- oder Süßwasser in nachfolgenden Konditionierungsvorgängen wiederverwendet werden.According to a next development of the invention, the holding device and the holding device associated manipulator are arranged in a spray and drip water container. The spray and drip tank acts as a reservoir for salt or fresh water sprayed against a test piece of the road surface. The spray and drip water container preferably has a connection opening, via which the salt collected as process water and / or fresh water is fed to a water treatment plant. This is used, for example, desalination of the collected service water and the deposition of the solid particles excluded from the sample. In order to keep the operating costs for the device according to the invention as small as possible, it is provided to connect the water treatment device to the salt water supply and the fresh water supply. In this way, the salt or fresh water needed for a first conditioning of a specimen can be reused in subsequent conditioning operations.
Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Manipulator wenigstens eine an eine Ozonversorgung angeschlossenen Düsenleiste auf. Das Ozon dient der zeitlichen Beschleunigung der simulierten Langzeitalterung an Straßenbelägen. Dabei beschleunigt das Ozon insbesondere die an Alterungsprozessen beteiligten Oxidationsprozesse.According to a particularly advantageous development of the invention, the manipulator has at least one nozzle strip connected to an ozone supply. The ozone serves to speed up the simulated long-term aging of road surfaces. In particular, the ozone accelerates the oxidation processes involved in aging processes.
Um zum einen eine optimale Ausnutzung des energetisch nur aufwendig herstellbaren Ozons zu gewährleisten und um zum anderen einen unkontrollierten Austritt des gesundheitsschädlichen Ozons in die Atmosphäre zu verhindern, weist der Spritz- und Tropfwasserbehälter wenigstens ein hermetisch abdichtendes Verschlussteil auf. Die dem Verschlussteil am Spritz- und Tropfwasserbehälter zugeordnete Öffnung dient insbesondere der Bestückung der Halteeinrichtung mit zu konditionierenden Probekörpern.In order to ensure optimum utilization of the energetically only expensive to produce ozone and on the other hand to prevent uncontrolled leakage of harmful ozone into the atmosphere, the spray and drip tank on at least one hermetically sealing closure part. The opening associated with the closure part on the injection and drip water container serves in particular for equipping the holding device with specimens to be conditioned.
Für eine besonders naturgetreue Simulation der Langzeitalterung von Straßenbelägen an einem Probekörper wird weiterhin vorgeschlagen, dass der Halteeinrichtung wenigstens ein auf die Arbeitsebene ausgerichteter UV-Strahler zugeordnet ist. Die von dem UV-Strahler ausgehende ultraviolette Strahlung dient der Imitation der durch die Sonnenstrahlung hervorgerufenen Schädigung von Straßenbelägen. Vorzugsweise ist der UV-Strahler als UVA-Strahler ausgebildet, dessen langwellige ultraviolette Strahlung an Straßenbelägen, insbesondere an offenporigen Asphalten, photochemische Reaktionsprozesse in Gang setzen, die zur oberflächlichen Versprödung, Ausbleichung und Rissbildung führen. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, auch UVB-Strahlung und UVC-Strahlung erzeugende UV-Strahler einzusetzen.For a particularly lifelike simulation of the long-term aging of road surfaces on a specimen is further proposed that the holding device is assigned at least one aligned to the working plane UV radiator. The ultraviolet radiation emanating from the UV emitter serves to imitate the damage caused by the solar radiation damage of road surfaces. Preferably, the UV emitter is designed as a UVA emitter whose long-wave ultraviolet radiation on road surfaces, especially on open-pored asphaltene, initiate photochemical reaction processes that lead to superficial embrittlement, fading and cracking. Of course, it is within the scope of the invention to use also UVB radiation and UVC radiation generating UV emitters.
Um die naturgetreue Simulation der Langzeitalterung von Straßenbelägen weiter zu verbessern, ist der Halteeinrichtung wenigstens ein auf die Arbeitsebene ausgerichteter Wärmestrahler zugeordnet. Der Wärmestrahler dient der Simulation der durch Sonneneinstrahlung am Straßenbelag hervorgerufenen Oberflächenerwärmung. Aufgrund des thermoplastischen Verhaltens bitumenhaltiger Straßenbeläge haben Temperaturschwankungen maßgeblichen Einfluss auf das Elastizitätsmodul und das Schubmodul. Der Wärmestrahler ist vorzugsweise als Infrarotstrahlen erzeugender IR-Strahler ausgebildet.In order to further improve the lifelike simulation of the long-term aging of road surfaces, the holding device is assigned at least one heat radiator aligned with the working plane. The heat radiator is used to simulate the surface heating caused by solar radiation on the road surface. Due to the thermoplastic behavior of bituminous road surfaces, temperature fluctuations have a significant influence on the elastic modulus and shear modulus. The heat radiator is preferably designed as an infrared ray-generating IR radiator.
Für eine zeitraffende Simulation von Temperaturschwankungen ist nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Halteeinrichtung wenigstens eine an der Arbeitsebene angeordnete Heiz- und Kühleinrichtung zugeordnet ist. Unter Verwendung eines Kältemittels dient die Heiz- und Kühleinrichtung insbesondere der Simulation der durch Witterungseinflüsse an Straßenbelägen hervorgerufenen Abkühlungsvorgänge. Unter Verwendung eines Wärmemittels oder eines Peltier-Elementes dient die Heiz- und Kühleinrichtung insbesondere der Simulation der durch Witterungseinflüsse an Straßenbelägen hervorgerufenen Erwärmungsvorgänge.For a time-consuming simulation of temperature fluctuations is provided according to a next development of the invention that the holding device is assigned at least one arranged on the working plane heating and cooling device. Using a refrigerant, the heating and cooling device is used in particular to simulate the cooling processes caused by the weathering effects on road surfaces. Using a heating means or a Peltier element, the heating and cooling device is used in particular to simulate the heating processes caused by the weathering effects on road surfaces.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt.An embodiment of the invention, from which further inventive features arise, is shown in the drawing.
Die Figur zeigt eine schematisierte und teilgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Konditionieren eines für einen Straßenbelag geeigneten offenporigen Asphaltes. Die Vorrichtung weist eine Halteeinrichtung
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Effective date: 20120622 |