DE102013222122A1

DE102013222122A1 - A method of determining a soil-characterizing size, and soil compaction or compaction tester

Info

Publication number: DE102013222122A1
Application number: DE201310222122
Authority: DE
Inventors: Ulrike Nohlen; Rainer Schrode
Original assignee: MTS Maschinentechnik Schrode AG
Current assignee: MTS Maschinentechnik Schrode AG
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: EP2868806A1; EP2868806B1; DE102013222122B4

Abstract

Ein Verfahren zum Ermitteln einer einen Boden (22) charakterisierenden Größe (G) zeichnet sich dadurch aus, dass es folgende Schritte umfasst: a. Erfassen oder Ermitteln von Parametern (P1, P2) in Form einer Bodeneigenschaft und/oder in Form einer Antwort (38) auf ein in den Boden (22) eingekoppeltes oder auf den Boden (22) aufgebrachtes Signal (36), wobei jeder Parameter (P1, P2) für sich noch nicht typisierend für die zu ermittelnde Größe (G) ist; b. Erstellen einer Kombination (P1|P2) aus mindestens zwei der ermittelten und/oder erfassten Parameter; c. Vergleichen der erstellten Kombination (P1|P2) mit entsprechenden Parameterkombinationen ([P1|P2]i), die in einer Datenbank (44) zusammen mit ihnen zugeordneten und einen Boden (22) charakterisierenden Größen ([G]i) abgespeichert sind, hierdurch Ermitteln jener abgespeicherten Parameterkombination ([P1|P2]i), die am besten mit der erstellten Parameterkombination (P1|P2) übereinstimmt; d. Festlegen der zu ermittelnden den Boden charakterisierenden Größe (G) als jene Größe ([G]i), welche der ermittelten am besten übereinstimmenden abgespeicherten Parameterkombination ([P1|P2)]i zugeordnet ist.A method for determining a variable (G) characterizing a bottom (22) is characterized in that it comprises the following steps: a. Detecting or determining parameters (P1, P2) in the form of a ground characteristic and / or in the form of a response (38) to a signal (36) coupled into the ground (22) or applied to the ground (22), each parameter ( P1, P2) is not itself typifying the size (G) to be determined; b. Creating a combination (P1 | P2) of at least two of the determined and / or detected parameters; c. Comparing the created combination (P1 | P2) with corresponding parameter combinations ([P1 | P2] i) which are stored in a database (44) together with variables ([G] i) which are associated with them and characterize a bottom (22) Determining the stored parameter combination ([P1 | P2] i) that best matches the created parameter combination (P1 | P2); d. Determining the ground-characterizing quantity (G) to be determined as the quantity ([G] i) associated with the determined best-matched stored parameter combination ([P1 | P2)] i.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer einen Boden charakterisierenden Größe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, beispielsweise zum Beurteilen einer durch ein Verdichtungselement erfolgten Verdichtung des Bodens, sowie ein Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruchs.The invention relates to a method for determining a characterizing a soil size according to the preamble of claim 1, for example, for assessing a done by a compression element compaction of the soil, as well as a soil compaction or Verdichtungsprüfgerät according to the preamble of the independent claim.

DE 103 55 172 A1 beschreibt ein Bodenverdichtungsgerät in Form eines Anbauverdichters, das an einen Arm eines Baggers ankuppelbar ist. Der Anbauverdichter umfasst ein Verdichtungselement in Form einer Verdichterplatte, die von dem Bagger auf eine Oberflächenstelle eines zu verdichtenden Bodens gedrückt wird. Die Verdichterplatte ist mit einem Schwingungserzeuger gekoppelt, mittels dem die Verdichterplatte in Schwingungen versetzt wird. Hierdurch wird ein Raumbereich, der unterhalb der Oberflächenstelle liegt, auf der die Verdichterplatte aufliegt, verdichtet. DE 103 55 172 A1 describes a soil compaction device in the form of a mounted compressor, which can be coupled to an arm of an excavator. The attached compactor comprises a compacting element in the form of a compactor plate, which is pressed by the excavator on a surface location of a soil to be compacted. The compressor plate is coupled to a vibration generator, by means of which the compressor plate is set in vibration. As a result, a space region which lies below the surface location on which the compactor plate rests is compressed.

DE 10 2011 078 919 A1 beschreibt ein Verdichtungsprüfgerät, mit dem die Verdichtung eines Bodenbereichs an seiner Oberfläche und auch in der Tiefe bestimmt werden kann. Hierzu verfügt diese Vorrichtung einerseits über eine Sondierstange ("Rammsonde") und andererseits über eine Druckplatte. Mit dieser Vorrichtung wird ein sogenanntes indirektes Bodenprüfverfahren durchgeführt, mit dem die Setzung bzw. ein Verformungsmodul des Bodens ermittelt werden. Mittels der Rammsonde wird ferner ein Eindringwiderstand des Bodens ermittelt. DE 10 2011 078 919 A1 describes a compaction tester with which the compaction of a soil area on its surface and also in depth can be determined. For this purpose, this device has on the one hand a probing rod ("Rammsonde") and on the other hand via a pressure plate. With this device, a so-called indirect soil testing method is performed, with which the settlement or a deformation modulus of the soil are determined. By means of the Rammsonde a penetration resistance of the soil is also determined.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereit zu stellen, bei dessen Anwendung eine Aussage über eine einen Boden charakterisierende Größe, beispielsweise den mittels eines Anbauverdichters erreichten Verdichtungsgrad in einer bestimmten Tiefe im Boden unterhalb von einem Verdichtungselement des Anbauverdichters nach dem Ende der vorgenommenen Verdichtung, getroffen werden kann.Based on this, it is an object of the present invention to provide a method, in its application, a statement about a bottom characterizing size, for example, achieved by means of a cultivation compressor degree of compaction at a certain depth in the ground below a compression element of the add-on compactor after the end of made compaction can be made.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, sowie durch ein Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich darüber hinaus in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung.This object is achieved by a method having the features of claim 1, and by a soil compaction or Verdichtungsprüfgerät with the features of the independent claim. Advantageous developments of the invention are specified in subclaims. For the invention important features can also be found in the following description and in the drawing.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ohne Einschaltung eines Sachverständigen und ohne die Notwendigkeit für den Einsatz eines speziellen Bodenprüfgeräts eine Aussage zu einer den Boden charakterisierenden Größe, wie beispielsweise dem Verdichtungsgrad des Bodens im Raumbereich unterhalb einer Oberflächenstelle, an der ein Verdichtungselement angegriffen hat, zu treffen. Dies gestattet auch beim Einsatz beispielsweise von Anbauverdichtern, welche im Gegensatz zu Walzenzügen jeweils immer nur an einer diskreten Stelle verdichten, eine quasi lückenlose Qualitätssicherung. Denkbar ist das Verfahren aber auch beim Einsatz eines stationär betriebenen Walzenzugs, beim Einsatz eines Prüfgeräts, etc. Insgesamt gestattet es das erfindungsgemäße Verfahren, mit geringen Kosten, geringem Zeitaufwand und gegebenenfalls sogar vollautomatisch eine Dokumentation zu den verdichteten Bodenbereichen zu schaffen. Gleiches gilt für das erfindungsgemäße Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät.With the method according to the invention, it is possible, without the intervention of an expert and without the need for a special Bodenprüfgeräts a statement on a characterizing the soil size, such as the degree of compaction of the soil in the space below a surface point at which a compression element has attacked, hold true. This allows even when using, for example, mounted compressors, which in contrast to compactors always compact only at a discrete point, a quasi-complete quality assurance. However, the method is also conceivable when using a stationary driven roller, the use of a tester, etc. Overall, it allows the inventive method to create low cost, little time and possibly even fully automatic documentation on the compacted floor areas. The same applies to the soil compaction or compaction tester according to the invention.

Grundlage der Erfindung sind verschiedene Erkenntnisse. So wurde beispielsweise erkannt, dass ein einzelner erfasster oder ermittelter Parameter für sich in vielen Fällen die gesuchte und den Boden charakterisierende Größe nicht ausreichend genau zu bestimmen hilft. Erst die Kombination der Werte verschiedener Parameter verhilft zu einer ausreichend eindeutigen und insoweit ausreichend typisierenden Aussage betreffend die gesuchte und zu ermittelnde Größe, die für den untersuchten Boden charakteristisch ist. Die Wertepaare, – tripel, – quadrupel, etc., welche die Werte verschiedener Parameter miteinander verbinden (wobei der Begriff "Wert" nicht zwingend im Sinne eines Skalars zu verstehen ist, sondern beispielsweise auch eine Bodenart oder Bodeneigenschaft etc. sein kann), sind dabei zusammen mit dem jeweiligen Wert der gesuchten und zu ermittelnden Größe in einer Datenbank abgespeichert, die beispielsweise zuvor in Feld- oder Laborversuchen erstellt wurde, aber auch in situ durch manuelle Eingaben einer Bedienperson erweitert und vervollständigt werden kann. Basis of the invention are various findings. Thus, for example, it has been recognized that a single parameter acquired or determined in many cases does not help to accurately determine the sought-after and soil-characterizing quantity. It is the combination of the values of different parameters that makes it possible to obtain a sufficiently unambiguous and to this extent sufficiently typifying statement concerning the sought-after and to be determined variable, which is characteristic of the examined soil. The value pairs, - triples, - quadruples, etc., which combine the values of different parameters (where the term "value" is not necessarily to be understood in terms of a scalar, but for example, a soil type or soil property, etc.) are stored together with the respective value of the sought-after and to be determined size in a database that was previously created for example in field or laboratory experiments, but can also be expanded and completed in situ by manual input by an operator.

Denkbar ist auch, dass die Datenbank an einem entfernt – beispielsweise zentral – angeordneten Rechner vorhanden ist und von einer Mehrzahl von Benutzern beispielsweise über Funk einerseits abgefragt und andererseits mit neuen in situ festgestellten Parameterkombinationen und mit den mit diesen verknüpften Größen gefüttert wird, wodurch eine immer genauere und größere und einer Mehrzahl von Benutzern zur Verfügung stehende Datenbank erzeugt wird.It is also conceivable that the database is present at a remotely located, for example centrally located, computer and is interrogated by a plurality of users, for example via radio, and fed with new parameter combinations determined in situ and with the associated quantities, which always results in a more accurate and larger and a plurality of users available database is generated.

Ganz allgemein ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, dass das in den Boden eingekoppelte oder auf den Boden aufgebrachten Signal mindestens eines aus der folgenden Gruppe umfasst: eine mechanische, akustische oder elektromagnetische Schwingung, wobei die Antwort eine Schwingung mit einer Amplitude oder einem Amplituden- und/oder einem Frequenzspektrum ist; eine Last, wobei die Antwort eine Setzung ist. Alle aufgeführten Signale sind einfach zu erzeugen und führen zu einfach detektierbaren Antworten.More generally, in the method according to the invention, it is possible for the signal coupled into the ground or applied to the ground to comprise at least one of the following group: a mechanical, acoustic or electromagnetic oscillation, the response being an oscillation having an amplitude or an amplitude and amplitude / or a frequency spectrum; a burden, where the answer is a settlement. All listed signals are easy to generate and lead to easily detectable answers.

Ferner kann die erfasste oder ermittelte Bodeneigenschaft mindestens eine aus der folgenden Gruppe umfassen: Farbe; Wassergehalt; elektrische Bodenleitfähigkeit; Scherfestigkeit; Geruch; Korngröße; Elastizität; Kompressibiltät; akustische Impedanz; elektrische Impedanz; Eigenstrahlung; Strahlungsabsorption. Alle genannten Bodeneigenschaften können entweder automatisch mit entsprechenden Sensoren und/oder manuell durch einen Benutzer einfach erfasst oder ermittelt werden.Further, the detected or determined soil property may include at least one of the following group: color; Water content; electrical ground conductivity; Shear strength; Odor; Grain size; Elasticity; compressibility; acoustic impedance; electrical impedance; Natural radiation; Radiation absorption. All mentioned soil properties can either be detected or determined automatically with corresponding sensors and / or manually by a user.

Die zu ermittelnde und den Boden charakterisierende Größe kann mindestens eine aus der folgenden Gruppe sein:
Verdichtungsgrad; Tragfähigkeit; Bodenart; Wassergehalt. Im Hinblick auf die Größe "Bodenart" sei angemerkt, dass deren Kenntnis zumindest derzeit in vielen Fällen eine Voraussetzung für die Ermittlung der anderen genannten Größen ist.The size to be determined and characterizing the soil may be at least one of the following group:
Degree of compaction; Load capacity; Soil; Water content. With regard to the size of the "soil type", it should be noted that, at least for the time being, their knowledge is in many cases a prerequisite for determining the other sizes mentioned.

Wie oben bereits erwähnt, kann die im Schritt c) verwendete Datenbank in Feldversuchen erstellt oder zumindest optimiert worden sein. Hierzu kann sie durch eine manuelle Eingabe während der Ausführung des Verfahrens adaptiert oder erweitert werden, insbesondere durch manuelle Eingabe einer erkannten Bodenart (bspw. Lehm, Sand Kies, Schotter, Split) und dazugehörender Paramater. Somit wird die Erfahrung der Benutzer bei der Erstellung der Datenbank berücksichtigt und im Laufe der Zeit eine immer mächtigere Datenbasis geschaffen.As already mentioned above, the database used in step c) may have been created in field trials or at least optimized. For this purpose, it can be adapted or expanded by a manual input during the execution of the method, in particular by manually entering a recognized soil type (eg. Clay, sand gravel, gravel, split) and associated Paramater. Thus, the experience of the users in the creation of the database is taken into account and created over time an ever more powerful database.

Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Ermittlung der "besten" Übereinstimmung im Schritt c). Diese kann beispielsweise dadurch definiert sein, dass eine Wahrscheinlichkeit, dass die erstellte Parameterkombination die abgespeicherte Parameterkombination ist, größer als oder gleich wie ein Grenzwert ist, oder, noch konkreter, dadurch definiert sein, dass eine relative Abweichung eines jeden Parameters kleiner oder gleich ist wie ein Grenzwert. Dies ist einfach zu programmieren und somit zu automatisieren und gestattet eine auch später nachvollziehbare Plausibilisierung und somit Qualitätskontrolle. Möglich ist dabei auch, dass bei der Ermittlung der besten Übereinstimmung die einzelnen Parameter gewichtet werden, was im Einzelfall zu einem noch zuverlässigeren Verfahrensergebnis führt.An essential aspect of the present invention relates to the determination of the "best" match in step c). This may be defined, for example, by a probability that the created parameter combination is the stored parameter combination is greater than or equal to a limit value, or, more concretely, defined by a relative deviation of each parameter being less than or equal to a limit. This is easy to program and thus to automate and allows a later plausibility and thus quality control. It is also possible that in determining the best match the individual parameters are weighted, resulting in an individual case to an even more reliable process result.

Vorgeschlagen wird ferner, dass dann, wenn die Wahrscheinlichkeit, dass die erstellte Parameterkombination eine abgespeicherte Parameterkombination ist, kleiner als oder gleich wie ein Grenzwert ist, eine Fehlermeldung erzeugt wird. Hierdurch wird der Benutzer vor einem unsicheren Ergebnis gewarnt, so dass er weitere Maßnahmen zur Ermittlung der gesuchten Größe ergreifen kann.It is also proposed that if the probability that the created parameter combination is a stored parameter combination is less than or equal to a limit value, an error message is generated. As a result, the user is warned of an uncertain result, so that he can take further measures to determine the desired size.

In einem konkreten Anwendungsfall hängt die räumliche dreidimensionale Verteilung einer relativen Spannung unterhalb von der Oberflächenstelle, an der das Verdichtungselement ansetzt, vor allem von der Art und der Geometrie des eingesetzten Verdichtungselements, und in gewissem Umfange auch von der Schwingungsfrequenz des Verdichtungselements ab. Unter der relativen Spannung wird dabei die örtliche Spannung an einem Ort im Raumbereich unter der Oberflächenstelle bezogen auf die maximale Spannung direkt unterhalb vom Verdichtungselement verstanden, und zwar bei Verdichtungsende, wenn also eine weitere Verdichtung nicht mehr möglich ist. Oder, mit anderen Worten: unmittelbar unterhalb von dem Verdichtungselement beträgt die relative Spannung beim Verdichtungsende, wenn also eine weitere Verdichtung nicht mehr möglich ist, 100 % (Einheit also beispielsweise [%]). Entfernt man sich jedoch von dieser Oberflächenstelle in Tiefenrichtung und/oder seitlicher Richtung, nimmt die relative Spannung ab. In a specific application, the spatial three-dimensional distribution of a relative stress below the surface point at which the compression element attaches depends, above all, on the type and geometry of the compression element used, and to some extent also on the vibration frequency of the compression element. In this case, the relative stress is understood to be the local stress at a location in the spatial area below the surface location relative to the maximum stress directly below the compression element, specifically at the end of compression, ie if further compression is no longer possible. Or, in other words: immediately below the compaction element, the relative stress at the end of compression, ie when further compaction is no longer possible, is 100% (unity, for example, [%]). However, if one removes from this surface location in the depth direction and / or lateral direction, the relative tension decreases.

Beispielsweise durch einen entsprechenden Vorversuch können dreidimensionale Raumschalen ermittelt werden, auf denen die relative Spannung nur noch 90%, 80%, 70% usw. beträgt. Diese Raumschalen können beispielsweise in Form von Tabellenwerten, von Polynomen, oder aus einer Schar von zweidimensionalen Polynomen dargestellt werden. Möglich ist auch die Darstellung beispielsweise in Form der Werte an Punkten einer gleichmäßigen Gitterstruktur in dem Raumbereich. Im einfachsten Fall wird die Verteilung bzw. der Verlauf einfach entlang einer vertikalen Linie mittig unterhalb von der Oberflächenstelle angegeben. Man erhält so für jeden Verdichtungsvorgang eindimensionale Tiefenwerte, denen jeweilige Verdichtungsgrade zugeordnet sind. Auf diese Weise erhält man für jeden Typ eines Verdichtungselements einen Datensatz oder eine Formel, die für das jeweilige Verdichtungselement, und gegebenenfalls auch noch für eine bestimmte Verdichterfrequenz, die räumliche Verteilung der relativen Spannung angibt. For example, by means of a corresponding preliminary test, three-dimensional spacers can be determined on which the relative tension is only 90%, 80%, 70% and so on. These space shells can be represented, for example, in the form of table values, polynomials, or a family of two-dimensional polynomials. Also possible is the representation, for example in the form of the values at points of a uniform grid structure in the spatial area. In the simplest case, the distribution or the course is simply indicated along a vertical line centrally below the surface location. One obtains for each compaction process one-dimensional depth values to which respective degrees of compaction are assigned. In this way, a data set or a formula is obtained for each type of compression element, which indicates the spatial distribution of the relative stress for the respective compression element, and possibly also for a specific compressor frequency.

Die besagte Verteilung der relativen Spannung gilt wohlgemerkt nur für jenen Zustand, in dem ein weiterer Betrieb des Verdichtungselements den Boden unterhalb von der Bodenstelle nicht oder zumindest nicht signifikant weiter verdichtet. Sie gilt also nur für ein sogenanntes "Verdichtungsende". Dieses kann beispielsweise durch eine Auswertung einer zeitlichen Veränderung des Schwingungsspektrums, insbesondere eines Klirrfaktors, des Verdichtungselements im Betrieb festgestellt werden. Unterschreitet die Änderung des Klirrfaktors pro Zeit einen bestimmten Grenzwert, dann wird das Verdichtungsende angenommen, bei dem die relative Spannung an der Oberflächenstelle unmittelbar unterhalb von dem Verdichtungselement 100% beträgt.The said distribution of the relative tension is, of course, only valid for that state in which a further operation of the compression element does not further or at least not significantly further compact the ground below the ground location. It therefore only applies to a so-called "end of compression". This can be determined, for example, by evaluating a change over time of the oscillation spectrum, in particular of a distortion factor, of the compression element during operation. If the change in the harmonic distortion per unit time falls below a certain limit, then the end of compression is assumed at which the relative stress at the surface location immediately below the compacting element is 100%.

Eine weitere Grundlage der vorliegenden Erfindung ist die Kenntnis von der während der Verdichtung von dem Verdichtungselement auf die Oberflächenstelle aufgebrachte Auflast, also die Kraft, mit der das Verdichtungselement auf die Oberflächenstelle drückt (Einheit beispielsweise [N]). Diese setzt sich beispielsweise bei einem Anbauverdichter zusammen aus einer statischen Last und einer dynamischen Last. Die statische Last ist jene Last bzw. Kraft, mit der beispielsweise ein Bagger, an dem der Anbauverdichter angebracht ist, diesen auf die Oberflächenstelle drückt. Die statische Last kann aber auch einfach eine Gewichtskraft sein. Bei der dynamischen Auflast handelt es sich um jene zusätzliche Kraftkomponente, die aufgrund der beispielsweise durch einen Unwuchterzeuger erzeugten Schwingung von dem Verdichtungselement auf die Oberflächenstelle aufgebracht wird. Sie kann beispielsweise durch einen Schwingungssensor und eine Mehrfachintegration des von diesem erhaltenen Signals erhalten werden.Another basis of the present invention is the knowledge of the imposed on the surface point during the compression of the compression element ballast, so the force with which the compression element presses on the surface surface (unit, for example, [N]). In the case of a mounted compactor, for example, this consists of a static load and a dynamic load. The static load is the load or force with which, for example, an excavator to which the attachment compactor is attached pushes it onto the surface location. But the static load can also simply be a weight force. The dynamic load is that additional force component that is applied to the surface location due to the vibration generated, for example, by an imbalance generator from the compacting element. It can be obtained, for example, by a vibration sensor and multiple integration of the signal obtained therefrom.

Erfindungsgemäß erhält man aus der relativen Spannung, der Auflast und der wirksamen Fläche des Verdichtungselements eine absolute Spannung (Einheit bspw. [N/m²]). Im einfachsten Fall wird hierzu die relative Spannung mit der ermittelten Auflast multipliziert und durch die wirksame Fläche des Verdichtungselements dividiert. Auf diese Weise erhält man eine räumliche dreidimensionale Verteilung der absoluten Spannung im Boden für das Verdichtungselement in einem Raumbereich unterhalb der Oberflächenstelle. Die absolute Spannung kann – abhängig davon, in welcher Form die Daten der relativen Spannung vorliegen – beispielsweise in Form von gleichmäßig verteilten Punkten im Raumbereich unterhalb und seitlich von der Oberflächenstelle berechnet werden. So erhält man beispielsweise ein dreidimensionales Gitter, an dessen Gitterpunkten die jeweilige absolute Spannung bekannt ist. Möglich ist aber auch die Ermittlung der absoluten Spannung als dreidimensionales Polynom oder als Schar von zweidimensionalen Polynomen, etc..According to the invention, an absolute voltage (unit, for example, [N / m ² ]) is obtained from the relative stress, the load and the effective area of the compacting element. In the simplest case, this is the relative voltage multiplied by the determined load and divided by the effective area of the compression element. In this way, one obtains a three-dimensional spatial distribution of the absolute stress in the soil for the compaction element in a spatial region below the surface location. The absolute voltage can be calculated, for example, in the form of evenly distributed points in the spatial area below and laterally of the surface location, depending on the form in which the data of the relative voltage is present. For example, one obtains a three-dimensional grid at whose grid points the respective absolute voltage is known. But it is also possible to determine the absolute stress as a three-dimensional polynomial or as a family of two-dimensional polynomials, etc.

Ein weiteres wichtiges Element der vorliegenden Erfindung ist die Erkenntnis, dass ein Verdichtungsgrad (Einheit dimensionslos oder beispielsweise [%]) an einer bestimmten Stelle im Boden abhängig von der dort erzeugten absoluten Spannung und von der Art des verdichteten Bodens ist. Beispielsweise ist der Verdichtungsgrad bei gleicher absoluter Spannung bei einem scherfesten/nicht-bindigen Boden ein anderer als bei einem gering scherfesten und in der Regel bindigen Boden. Insbesondere bei bindigen Böden sind die jeweiligen Verdichtungsgrade darüber hinaus abhängig vom Wassergehalt. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird dabei beispielsweise in einem Vorversuch eine Datenbank erstellt, in der für typische Böden (bspw. Kies, Lehm, trockener Boden, feuchter Boden, etc.) der Zusammenhang zwischen absoluter Spannung und Verdichtungsgrad abgelegt ist. Another important element of the present invention is the recognition that a degree of compaction (unit dimensionless or, for example, [%]) at a certain point in the soil is dependent on the absolute stress generated there and on the type of compacted soil. For example, the degree of compaction at the same absolute tension in a shear-resistant / non-cohesive soil is different than in a low-shear and usually cohesive soil. In particular, in cohesive soils, the respective degrees of compaction are also dependent on the water content. For example, in a preliminary experiment, a database is created for the method according to the invention in which the relationship between absolute stress and degree of compaction is stored for typical soils (for example gravel, loam, dry soil, moist soil, etc.).

Zur Durchführung des Verfahrens wird daher die Art des Bodens unterhalb der Oberflächenstelle, an der das Verdichtungselement ansetzt, als eine den Boden charakterisierende Größe mit dem oben genannten erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt und dann abhängig von der ermittelten, bzw. bestimmten Art des Bodens aus der zuvor berechneten absoluten Spannung der Verdichtungsgrad ermittelt. Abhängig davon, in welcher Art von Daten die relative Spannung vorliegt, erhält man so beispielsweise an diskreten Gitterpunkten, längs zweidimensionaler Kurven, auf einer dreidimensionalen Raumschale oder einfach entlang einer Tiefenlinie einen Wert für den dort vorhandenen Verdichtungsgrad.To carry out the method, therefore, the type of soil below the surface location at which the compaction element attaches, determined as a characterizing the soil with the above-mentioned inventive method and then depending on the determined, or determined type of soil from the previously calculated Absolute voltage determines the degree of compaction. Depending on the type of data in which the relative voltage is present, one obtains, for example, at discrete grid points, along two-dimensional curves, on a three-dimensional space shell or simply along a contour line, a value for the degree of compaction present there.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein gewünschter minimaler Verdichtungsgrad vorgegeben und dann jener räumliche, also dreidimensionale Bereich unterhalb der Oberflächenstelle, an der das Verdichtungselement angesetzt wurde, ermittelt wird, bis zu dem ausgehend von dem Verdichtungselement der vorgegebene minimale Verdichtungsgrad vorliegt. Man erhält so eine Information über die Lage bzw. die räumliche dreidimensionale Ausdehnung jenes Bereichs, in dem der vorgegebene Verdichtungsgrad gewährleistet ist.It is particularly advantageous if a desired minimum degree of compaction is predetermined and then that spatial, ie three-dimensional area below the surface location at which the compaction element has been applied is determined, up to which the predetermined minimum compaction degree is present starting from the compaction element. This gives information about the position or spatial three-dimensional extent of that region in which the predetermined degree of compaction is ensured.

Die ermittelten Daten können vorzugsweise zusammen mit einer geographischen Position in einer Datenbank abgespeichert werden. Die geographische Position kann beispielsweise eine Referenzposition des Verdichtungselements sein, oder Ähnliches, und diese kann unter zu Hilfenahme eines Satellitenortungssystem bestimmt werden.The determined data can preferably be stored together with a geographical position in a database. The geographical position may be, for example, a reference position of the compression element, or the like, and this may be determined using a satellite positioning system.

Das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem ist dafür ausgebildet, das oben beschriebene Verfahren auszuführen. The soil compaction system according to the invention is designed to carry out the method described above.

Hierzu verfügt das Bodenverdichtungssystem an geeigneter Stelle über entsprechende Erfassungseinrichtungen, beispielsweise in Form von Sensoren, sowie Speicher, Verarbeitungseinrichtungen, Energieversorgungen, Eingabeeinrichtungen zur manuellen Eingabe von Daten, Anzeigeeinrichtungen zur Anzeige ermittelter Daten, etc. For this purpose, the soil compaction system has suitable detection means, for example in the form of sensors, as well as storage, processing facilities, power supplies, input devices for manual input of data, display devices for the display of acquired data, etc., at a suitable location.

Es versteht sich, dass die einzelnen Verarbeitungseinrichtungen, die zur Ausführung des oben erwähnten Verfahrens bei dem Bodenverdichtungssystem vorgesehen sind, als Softwaremodule auf einem Computersystem, beispielsweise einem Notebook oder einem Tablet-PC, ausgebildet sein können. Es versteht sich ferner, dass beispielsweise nur die Erfassungseinrichtungen beim Verdichtungselement angeordnet sein können, wohingegen die Speicher, Verarbeitungseinrichtungen, Eingabeeinrichtungen, oder Ähnliches außerhalb von dem Verdichtungselement, beispielsweise im Führerstand eines Baggers, angeordnet sein können. It will be appreciated that the individual processing devices provided for carrying out the above-mentioned method in the soil compacting system may be formed as software modules on a computer system, such as a notebook or a tablet PC. It is further understood that, for example only the detection means may be disposed on the compaction element, whereas the accumulators, processing means, input means, or the like may be arranged outside of the compaction element, for example in the cab of an excavator.

Die Übertragung der von den Erfassungseinrichtungen erfassten Größen, bzw. der diesen entsprechenden Signale kann drahtgebunden oder drahtlos an die Verarbeitungseinrichtungen, Speicher etc. erfolgen. Ein entsprechender Anbauverdichter kann eine eigene Stromversorgung aufweisen, welche die Erfassungseinrichtungen mit Strom versorgt, und die beispielsweise direkt oder indirekt vom Exzenterantrieb gespeist wird, oder es ist eine Stromversorgung von jenem Gerät möglich, an welches der Anbauverdichter angebaut ist, beispielsweise von einem Bagger.The transmission of the variables detected by the detection devices, or of the signals corresponding to them, can be wired or wireless to the processing devices, memories, etc. A corresponding add-on compactor may have its own power supply, which supplies the detection devices with electricity, and which is supplied for example directly or indirectly from the eccentric drive, or it is a power supply of that device possible, to which the add-on compactor is mounted, for example, an excavator.

Zur Automatisierung des oben genannten Verfahrens verfügt das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem vorteilhafterweise über eine Erfassungseinrichtung, welche mindestens einen eine Art des Bodens an der Oberflächenstelle charakterisierenden Parameter erfasst. Zu diesen Parametern gehört beispielsweise ein Wassergehalt, eine Farbe, ein Frequenzspektrum, eine Reaktionskraft, ein Einsinkweg, ein zeitlicher Verlauf einer Setzung, eine Signallaufzeit, etc.. Denkbar ist auch, dass eine Datenbank vorliegt, in der für bestimmte geographische Punkte die entsprechende Art des Bodens oder zumindest bestimmte zu einer Bodenart gehörende Parameter hinterlegt sind. Ist beispielsweise mit Hilfe eines Ortungssystems die Position des Verdichtungselements bekannt, können aus der besagten Datenbank die entsprechenden Parameter abgerufen werden.To automate the above-mentioned method, the soil compaction system according to the invention advantageously has a detection device which detects at least one parameter characterizing a type of soil at the surface location. These parameters include, for example, a water content, a color, a frequency spectrum, a reaction force, a Einsinkweg, a time course of a settlement, a signal delay, etc. It is also conceivable that a database is present in the geographic points for certain species of the soil or at least certain parameters belonging to a type of soil are stored. If, for example, the position of the compaction element is known with the aid of a location system, the corresponding parameters can be retrieved from said database.

Im einfachsten Fall kann die Art des Bodens von einem Benutzer mittels einer Eingabeeinrichtung manuell eingegeben werden.In the simplest case, the type of floor can be manually entered by a user by means of an input device.

Ebenso ist es möglich, dass das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem einen Speicher umfasst, in dem für mindestens zwei unterschiedliche Arten von Verdichtungselementen jeweils Daten, die eine Verteilung der relativen Spannung im Boden im einem Raumbereich unterhalb von dem Verdichtungselement charakterisieren, abgespeichert sind, und eine Erfassungseinrichtung umfasst, welche die Art des verwendeten Verdichtungselements erfasst, und/oder eine Eingabeeinrichtung, mit der die Art des verwendeten Verdichtungselements manuell eingegeben werden kann. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren an der Baustelle bei ganz unterschiedlichen Verdichtungselementen mit einem sehr guten Aussageergebnis angewendet werden. Nachfolgend wird eine bespielhafte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:Likewise, it is possible for the soil compaction system according to the invention to comprise a reservoir in which, for at least two different types of compaction elements, in each case data which characterize a distribution of the relative stress in the soil in a spatial area underneath the compaction element are stored, and a detection device is included, which detects the type of compaction element used, and / or an input device with which the type of compaction element used can be entered manually. In this way, the inventive method can be applied to the construction site with very different compression elements with a very good statement. Hereinafter, an exemplary embodiment of the invention will be explained with reference to the drawings. In the drawing show:

1 eine schematische Darstellung eines Bodenverdichtungssystems mit einem Anbauverdichter mit einem Verdichtungselement; 1 a schematic representation of a soil compaction system with a cultivation compressor with a compression element;

2 eine schematische Darstellung der Grundprinzipien eines Verfahrens zum Ermitteln einer einen Boden unter dem Verdichtungselement von 1 charakterisierenden Größe; 2 a schematic representation of the basic principles of a method for determining a a bottom under the compression element of 1 characterizing size;

3 einen schematischen Schnitt durch den Boden an einer Oberflächenstelle, an der das Verdichtungselement von 1 angreift; 3 a schematic section through the bottom at a surface location at which the compression element of 1 attacks;

4 ein Blockschaltbild des Bodenverdichtungssystems von 1; und 4 a block diagram of the soil compaction system of 1 ; and

5 ein Flussdiagram eines Verfahrens zum Betreiben des Bodenverdichtungssystems von 1 zum Ermitteln eines Verdichtungsgrads. 5 a flow diagram of a method for operating the soil compaction system of 1 for determining a degree of compaction.

Ein Bodenverdichtungssystem trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Anbauverdichter 16, der an einen Arm 14 eines Baggers 12 montiert ist. Der Anbauverdichter 16 umfasst ein Verdichtungselement in Form einer Verdichterplatte 18, die bei der in 1 dargestellten Betriebssituation an einer in 1 eng gestrichelt gezeichneten Oberflächenstelle 20 eines Bodens 22 angesetzt ist.A soil compaction system contributes in 1 Overall, the reference number 10 , It includes a compactor 16 holding an arm 14 an excavator 12 is mounted. The mounted compactor 16 comprises a compression element in the form of a compressor plate 18 who at the in 1 shown operating situation at an in 1 narrow dashed line surface location 20 a floor 22 is scheduled.

An dem Anbauverdichter 16 sind insgesamt vier Erfassungseinrichtungen in Form von Sensoren 24, 26, 28 und 30 vorhanden. Der Sensor 24 erfasst Schwingungen der Verdichterplatte 18, der Sensor 26 eine Kraft (statische Auflast), mit der die Verdichterplatte 18 vom Bagger 12 auf die Oberflächenstelle 20 gedrückt wird, der Sensor 28 einen oder mehrere Parameter, welche eine Bodeneigenschaft des Bodens 22 an der Oberflächenstelle 20 charakterisieren, und der Sensor 30 den Typ der an dem Anbauverdichter 16 eingesetzten Verdichterplatte 18. Typische Bodeneigenschaften, die von dem Sensor 28 abhängig vom eingesetzten Sensortyp erfasst werden können, sind Farbe, Wassergehalt, elektrische Bodenleitfähigkeit, Scherfestigkeit, Geruch (bzw. chemische Zusammensetzung einer lokalen Ausgasung), Korngröße, Elastizität, Kompressibiltät, akustische Impedanz, elektrische Impedanz, Eigenstrahlung, und/oder Strahlungsabsorption.On the mounted compactor 16 are a total of four detection devices in the form of sensors 24 . 26 . 28 and 30 available. The sensor 24 detects vibrations of the compressor plate 18 , the sensor 26 a force (static load) with which the compressor plate 18 from the excavator 12 on the surface site 20 is pressed, the sensor 28 one or more parameters defining a soil property of the soil 22 at the surface location 20 characterize, and the sensor 30 the type of attached cultivator 16 used compressor plate 18 , Typical soil properties coming from the sensor 28 Depending on the type of sensor used, color, water content, electrical conductivity, shear strength, odor (or chemical composition of a local outgassing), grain size, elasticity, Kompressibiltät, acoustic impedance, electrical impedance, natural radiation, and / or radiation absorption.

Ferner ist an dem Anbauverdichter 16 noch ein satellitengestütztes Positionsbestimmungssystem 32, vorliegend beispielhaft ein GPS-System, vorhanden, welches die aktuelle Position der Verdichterplatte 18 des Anbauverdichters 16 anzeigt. Die Signale der Sensoren 24 bis 30 und des GPS 32 werden drahtlos an ein Computersystem 34 des Bodenverdichtungssystems 10 übermittelt, welches im Bagger 12 angeordnet ist. Bei dem Computersystem 34 kann es sich um einen PC, ein Notebook, einen Tablet-PC oder Ähnliches handeln. Furthermore, on the attachment compactor 16 nor a satellite-based positioning system 32 , in this case exemplarily a GPS system, present, which shows the current position of the compressor plate 18 of the attached compactor 16 displays. The signals of the sensors 24 to 30 and the GPS 32 be wireless to a computer system 34 of the soil compacting system 10 transmitted, which in the excavator 12 is arranged. In the computer system 34 It can be a PC, a notebook, a tablet PC or similar.

Das Computersystem 34 verfügt über einen Datenspeicher (nicht dargestellt) sowie einen Prozessor (nicht dargestellt). Auf dem Speicher ist ein Computerprogramm abgespeichert, welches vom Prozessor ausgeführt wird. Hierdurch werden auf Softwarebasis verschiedene Speicher und Verarbeitungseinrichtungen realisiert, wie weiter unten noch dargelegt werden wird. Das Computersystem 34 verfügt auch über eine Anzeige (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Bildschirms, sowie eine Eingabeeinrichtung (nicht dargestellt), beispielsweise in Form einer Tastatur, einer Spracheingabe, oder Ähnlichem.The computer system 34 has a data memory (not shown) and a processor (not shown). The memory stores a computer program which is executed by the processor. As a result, various memory and processing devices are realized on a software basis, as will be explained below. The computer system 34 also has a display (not shown), for example in the form of a screen, and an input device (not shown), for example in the form of a keyboard, a voice input, or the like.

Anhand der Darstellung von 2 wird nun das Grundprinzip eines Verfahrens erläutert, mit dem eine den Boden 22 unter der Verdichterplatte 18 charakterisierende Größe G ermittelt wird:Based on the presentation of 2 Now the basic principle of a procedure is explained, with which one the ground 22 under the compactor plate 18 characterizing size G is determined:

Mittels der Verdichterplatte 18 wird ein Signal in Form von mechanischen Schwingungen 36 in den Boden 22 eingekoppelt. Alternativ oder zusätzlich könnten durch entsprechende Einrichtungen auch Signale in Form von akustischen oder elektromagnetischen Schwingung und/oder einer Last auf den Boden aufgebracht oder in den Boden eingekoppelt werden.By means of the compressor plate 18 becomes a signal in the form of mechanical vibrations 36 in the ground 22 coupled. Alternatively or additionally, it would also be possible to apply signals in the form of acoustic or electromagnetic oscillation and / or a load to the ground by means of corresponding devices or to couple them into the ground.

Mit dem Sensor 24 wird ein erster Paramater P1 in Form einer Antwort 38 auf die in den Boden eingekoppelten Schwingungen 36 mit einer Amplitude oder einem Amplituden- und/oder einem Frequenzspektrum erfasst. Wäre das aufgebrachte Signal eine Last, wäre die entsprechende Antwort eine Setzung. Mit dem Sensor 28 wird, wie oben bereits erwähnt, ein zweiter Parameter P2 in Form einer Bodeneigenschaft erfasst. In 40 wird eine Kombination P1|P2 in der Art eines Wertepaares aus den zwei ermittelten bzw. erfassten Parametern P1 und P2 erstellt. Es versteht sich, dass zur Ermittlung der beiden Parameter P1 und P2 keineswegs zwingend zwei Sensoren 24 und 28 erforderlich sind. Möglich ist beispielsweise auch, dass nur ein Sensor eingesetzt wird und der erste Parameter die Messgröße selbst ist, wohingegen der zweite Parameter ein zeitlicher Verlauf der Messgröße ist.With the sensor 24 becomes a first parameter P1 in the form of a response 38 on the vibrations coupled into the ground 36 detected with an amplitude or an amplitude and / or a frequency spectrum. If the applied signal were a load, the corresponding answer would be a settling. With the sensor 28 As already mentioned above, a second parameter P2 is recorded in the form of a ground property. In 40 a combination P1 | P2 is created in the manner of a value pair from the two determined parameters P1 and P2. It is understood that for the determination of the two parameters P1 and P2 by no means necessarily two sensors 24 and 28 required are. It is also possible, for example, that only one sensor is used and the first parameter is the measured variable itself, whereas the second parameter is a time profile of the measured variable.

Die erstellte Parameterkombination P1|P2 wird einem Vergleicher 42 zugeführt. Dieser vergleicht die erstellte Parameterkombination P1|P2 mit einer Vielzahl von in einer Datenbank 44 abgespeicherten Parameterkombinationen [P1|P2]_a, [P1|P2]_b, [P1|P2]_c, ..., wobei jeder der abgespeicherten Parameterkombinationen eine den Boden (22) charakterisierende Größe [G]_a, [G]_b, [G]_c, ... zugeordnet und mit der entsprechenden Parameterkombination abgespeichert ist. Die verwendete Datenbank 44 wurde zuvor in Feldversuchen erstellt.The created parameter combination P1 | P2 becomes a comparator 42 fed. This compares the created parameter combination P1 | P2 with a large number of in a database 44 stored parameter combinations [P1 | P2] _a , [P1 | P2] _b , [P1 | P2] _c ,..., wherein each of the stored parameter combinations includes a ground ( 22 ) characterizing size [G] _a , [G] _b , [G] _c , ... assigned and stored with the corresponding parameter combination. The database used 44 was previously created in field trials.

Mit dem Vergleicher 42 wird jene der abgespeicherten Parameterkombinationen [P1|P2]_i ermittelt, die am besten mit der erstellten Parameterkombination P1|P2 übereinstimmt. Die beste Übereinstimmung ist dadurch definiert, dass eine Wahrscheinlichkeit, dass die erstellte Parameterkombination P1|P2 die abgespeicherte Parameterkombination [P1|P2]_i ist, größer als oder gleich wie ein Grenzwert ist. Dies wird vorliegend dann angenommen, wenn eine relative Abweichung eines jeden der Parameter P1 und P2 von dem entsprechenden Parameter P1 und P2 der abgespeicherten Kombination [P1|P2]_i kleiner oder gleich ist wie ein Grenzwert. Zur Verbesserung der Genauigkeit ist es möglich, dass bei der Ermittlung der besten Übereinstimmung die Parameter P1 und P2 gewichtet werden. Ist die Wahrscheinlichkeit, dass die erstellte Parameterkombination P1|P2 eine abgespeicherte Parameterkombination [P1|P2]_i ist, kleiner als oder gleich wie ein Grenzwert, wird eine Fehlermeldung erzeugt.With the comparator 42 is that of the stored parameter combinations [P1 | P2] _i determined that best matches the created parameter combination P1 | P2. The best match is defined by the fact that a probability that the created parameter combination P1 | P2 is the stored parameter combination [P1 | P2] _i is greater than or equal to a limit value. In the present case, this is assumed when a relative deviation of each of the parameters P1 and P2 from the corresponding parameter P1 and P2 of the stored combination [P1 | P2] _{i is} less than or equal to a limit value. In order to improve the accuracy, it is possible that in determining the best match, the parameters P1 and P2 are weighted. If the probability that the created parameter combination P1 | P2 is a stored parameter combination [P1 | P2] _i is less than or equal to a limit value, an error message is generated.

In 46 wird jene Größe [G]_i, welche der ermittelten am besten übereinstimmenden abgespeicherten Parameterkombination [P1|P2]_i zugeordnet ist, als die zu ermittelnde den Boden charakterisierende Größe G festgelegt. Bei der Größe G kann es sich um einen Verdichtungsgrad, eine Tragfähigkeit, eine Bodenart, oder einen Wassergehalt handeln. Vorliegend wird beispielhaft davon ausgegangen, dass die Größe G die Bodenart ist. Mit dem soeben beschriebenen Verfahren wird also die Art des Bodens 22 ( also bspw. Lehm, Sand, Kies, Schotter oder Split, jeweils feucht oder trocken) unterhalb von der Verdichterplatte 18 ermittelt.In 46 the quantity [G] _i which is assigned to the determined best matched stored parameter combination [P1 | P2] _i is determined as the ground-determining variable G to be determined. The size G may be a degree of compaction, a bearing capacity, a soil type, or a water content. In the present case, it is assumed by way of example that the size G is the type of soil. With the method just described so is the type of soil 22 (So for example. Clay, sand, gravel, gravel or split, each wet or dry) below the compactor plate 18 determined.

Die oben verwendete Datenbank 44 kann durch eine manuelle Eingabe während der Ausführung des Verfahrens adaptiert oder erweitert werden, insbesondere durch manuelle Eingabe einer erkannten Bodenart (bspw. Lehm, Sand Kies, Schotter, Split) und einer dazugehörenden Parameterkombination P1|P2.The database used above 44 can be adapted or extended by a manual input during the execution of the method, in particular by manually entering a recognized soil type (eg, clay, sand gravel, gravel, split) and an associated parameter combination P1 | P2.

In 3 sind die Verdichterplatte 18 und die Oberflächenstelle 20 sowie ein unterhalb von der Oberflächenstelle 20 liegender Raumbereich 48 des Bodens 22 vergrößert dargestellt. Ein Pfeil 50 soll die Kraft charakterisieren, mit der die Verdichterplatte 18 auf die Oberflächenstelle 20 drückt. Diese Kraft setzt sich zusammen aus der vom Sensor 26 ermittelten statischen Auflast und einer Kraftkomponente, die durch Schwingungen der Verdichterplatte 18, die durch einen nicht dargestellten Schwingungserzeuger erzeugt werden, hervorgerufen wird. Durch die Kraft 50 wird der Boden 22 im Raumbereich 48 verdichtet. In 3 are the compressor plate 18 and the surface location 20 and one below the surface location 20 lying room area 48 of the soil 22 shown enlarged. An arrow 50 should characterize the force with which the compactor plate 18 on the surface site 20 suppressed. This force is composed of the sensor 26 determined static load and a force component caused by vibrations of the compressor plate 18 , which are generated by a vibrator, not shown, is caused. By the force 50 becomes the ground 22 in the room area 48 compacted.

Dabei wird davon ausgegangen, dass eine weitere Verdichtung des Raumbereichs 48 dann nicht mehr möglich ist, wenn eine zeitliche Änderung eines Klirrfaktors, der mittels des Signals des Sensors 24 ermittelt wird, einen Grenzwert unterschreitet. Wird dies festgestellt, kann davon ausgegangen werden, dass eine relative Spannung an der Oberflächenstelle 20 unmittelbar unterhalb von der Verdichterplatte 18 maximal ist, also bei 100% liegt. Diese dreidimensionale Raumschale oder "relative Isobarenschale" ist in der zweidimensionalen Darstellung der 3 durch eine gestrichelte Linie 52a angedeutet. It is assumed that a further compression of the space area 48 then no longer possible if a temporal change of a harmonic distortion, by means of the signal of the sensor 24 is determined, falls below a threshold. If this is determined, it can be assumed that a relative stress at the surface location 20 immediately below the compactor plate 18 is maximum, that is at 100%. This three-dimensional space shell or "relative isobaric shell" is in the two-dimensional representation of 3 by a dashed line 52a indicated.

Abhängig vom Typ der Verdichterplatte 18 entwickelt sich die relative Spannung mit größer werdendem Abstand von der Verdichterplatte 18 unterschiedlich. Für die hier verwendete Verdichterplatte 18 sind in der zweidimensionalen Darstellung der 3 beispielhaft Linien gleicher relativer Spannung (also "relative Isobaren") gestrichelt dargestellt. Eine Linie 52b steht für eine relative Spannung von 92%, eine Linie 52c für eine relative Spannung von 62%, und eine Linie 52d für eine relative Spannung von 10%. Man erkennt aus der vorliegenden zweidimensionalen Darstellung der 3, dass die Linien gleicher relativer Spannung sich ähnlich den Schalen einer Zwiebel ausgehend von der Oberflächenstelle 20 räumlich dreidimensional in den Boden 22 hinein ausbreiten.Depending on the type of compressor plate 18 The relative stress develops with increasing distance from the compressor plate 18 differently. For the compressor plate used here 18 are in the two-dimensional representation of 3 By way of example, lines of equal relative stress (ie "relative isobars") are shown in dashed lines. A line 52b stands for a relative tension of 92%, a line 52c for a relative tension of 62%, and a line 52d for a relative tension of 10%. It can be seen from the present two-dimensional representation of 3 in that the lines of equal relative stress are similar to the shells of an onion from the surface point 20 spatially three-dimensional in the ground 22 spread out into it.

In Kenntnis der Kraft 50 und der wirksamen Fläche der Verdichterplatte 18 kann aus der bekannten dimensionslosen relativen Spannung 52 eine absolute Spannung (bspw. mit der Dimension N/m²) ermittelt werden. In Kenntnis der ermittelten Art des Bodens 22 – wie oben unter Bezugnahme auf 2 erläutert wurde – kann hieraus wiederum eine räumliche dreidimensionale Verteilung eines Verdichtungsgrads ermittelt werden. Ein Verdichtungsgrad von 0,7 ist bespielhaft in der zweidimensionalen 3 durch eine strichpunktierte Linie mit dem Bezugszeichen 54 angedeutet. Für einen Raumbereich 55, der zwischen der Verdichterplatte 18 und der Linie 54 liegt, und der in 3 gepunktet dargestellt ist, kann somit ein Verdichtungsgrad von mindestens 0,7 gewährleistet werden. In knowledge of the force 50 and the effective area of the compactor plate 18 may be from the known dimensionless relative stress 52 an absolute voltage (eg with the dimension N / m ² ) can be determined. In knowledge of the identified type of soil 22 - as above with reference to 2 has been explained - can be determined from this again a spatial three-dimensional distribution of a degree of compaction. A degree of compaction of 0.7 is exemplary in the two-dimensional 3 by a dot-dash line with the reference numeral 54 indicated. For a room area 55 that is between the compactor plate 18 and the line 54 lies, and the in 3 is shown dotted, thus a degree of compaction of at least 0.7 can be guaranteed.

Zur Bestimmung des Raumbereichs 55 verfügt das Bodenverdichtungssystem 10, wie aus 4 ersichtlich ist, über verschiedene durch Funktionsblöcke dargestellte Einrichtungen, die durch Softwareprogramme des Computersystems 34 realisiert sind. So verfügt das Bodenverdichtungssystem 10 über eine Verarbeitungseinrichtung 56, die auf der Basis der Signale des Sensors 24 einen Verdichtungsfortschritt pro Zeit des Bodens 22 an der Oberflächenstelle 20 ermittelt und dann, wenn dieser Verdichtungsfortschritt pro Zeit einen Grenzwert unterschreitet, mittels einer Einrichtung 58 ein Signal ausgibt, welches ein Verdichtungsende signalisiert. Ist ein solches Verdichtungsende erkannt worden, werden Funktionsblöcke in Gang gesetzt, die in dem Blockschaltbild von 4 durch einen strichpunktierten Block 60 eingegrenzt sind.To determine the room area 55 has the soil compaction system 10 , like out 4 it can be seen, through various devices represented by functional blocks, by software programs of the computer system 34 are realized. So has the soil compaction system 10 via a processing device 56 based on the signals from the sensor 24 a compaction progress per time of the soil 22 at the surface location 20 determined and then, if this compression progress per time falls below a threshold, by means of a device 58 outputs a signal which signals a compression end. If such a compression end has been detected, function blocks are started, which in the block diagram of 4 by a dot-dashed block 60 are limited.

In einem Speicher 62 sind für verschiedene Arten von Verdichterplatten 18 die jeweiligen Verteilungen der relativen Spannung abgelegt. Auf der Basis des Signals des Sensors 30 wird eine der spezifischen Verdichterplatte 30 entsprechende Verteilung der relativen Spannung einer Verarbeitungseinrichtung 64 zugeführt. Diese erhält ebenfalls die Signale der Sensoren 24 und 26, aus denen die Verarbeitungseinrichtung 64 die oben erwähnte Kraft 50 berechnet. In a store 62 are for different types of compressor plates 18 the respective distributions of the relative voltage are filed. On the basis of the signal of the sensor 30 becomes one of the specific compressor plate 30 corresponding distribution of the relative voltage of a processing device 64 fed. This also receives the signals from the sensors 24 and 26 , from which the processing device 64 the above-mentioned force 50 calculated.

Aus der Kraft 50 und aus der aus dem Speicher 62 abgerufenen relativen Spannung wird in der Verarbeitungseinrichtung 64 eine Verteilung einer absoluten Spannung in dem Raumbereich 48 unterhalb von der Verdichterplatte 18 ermittelt. Diese wird einer Verarbeitungseinrichtung 66 zugeführt, welche aus einem Speicher 68, in dem für verschiedene Arten von Boden jeweils ein Zusammenhang zwischen der absoluten Spannung und einem Verdichtungsgrad abgespeichert ist, den der hier spezifischen Bodenart entsprechenden Zusammenhang erhält. Dieser wird durch eine Auswahleinrichtung 70 auf der Basis der ermittelten Bodenart (siehe obige Erläuterungen im Zusammenhang mit 2) ausgewählt.Out of power 50 and out of the store 62 retrieved relative voltage is in the processing device 64 a distribution of an absolute voltage in the space area 48 below the compactor plate 18 determined. This becomes a processing device 66 fed, which from a memory 68 , in which a relationship between the absolute stress and a degree of compaction is stored for different types of soil, which is related to the specific soil type here. This is done by a selector 70 on the basis of the determined soil type (see above explanations in connection with 2 ).

Mittels einer Eingabeeinrichtung 72 (bspw. einer Tastatur des Computersystems 34) kann ein minimal gewünschter Verdichtungsgrad, im obigen Beispiel ein Verdichtungsgrad von 0,7, eingegeben werden. Der gewünschte Verdichtungsgrad wird einer Verarbeitungseinrichtung 74 zugeführt, welche von der Verarbeitungseinrichtung 66 auch die Verteilung des tatsächlichen Verdichtungsgrads erhält. Diese Verarbeitungseinrichtung 74 ermittelt jenen Bereich (Bezugszeichen 55 in 3), bis zu dem ausgehend von der Verdichterplatte 18 der eingegebene minimale Verdichtungsgrad von 0,7 vorliegt. Die diesen Bereich charakterisierenden Daten werden zusammen mit der entsprechenden vom GPS 32 ermittelten geographischen Position in einem Speicher 76 abgespeichert. By means of an input device 72 (For example, a keyboard of the computer system 34 ), a minimum desired degree of compaction, in the above example a degree of compaction of 0.7, can be entered. The desired degree of compaction is a processing device 74 supplied by the processing device 66 also receives the distribution of the actual degree of compaction. This processing device 74 determines that area (reference numeral 55 in 3 ), up to that from the compressor plate 18 the entered minimum degree of compaction is 0.7. The data characterizing this area are combined with the corresponding data from the GPS 32 determined geographical position in a memory 76 stored.

Ein Verfahren zum Betreiben des Bodenverdichtungssystems 10 läuft wie folgt ab (5): Nach einem Start in 78 wird in 80 die Art des Bodens 22 an der Oberflächenstelle 20 ermittelt (wie oben im Zusammenhang mit 2 erläutert), wobei dieser Verfahrensschritt auch später durchgeführt werden kann. In 82 wird die Verdichterplatte 18 des Anbauverdichters 16 an der Oberflächenstelle 20 angesetzt, und in 84 wird der Anbauverdichter 16 betrieben. In 86 wird die Auflast bzw. Kraft 50 ermittelt, und in 88 das Verdichtungsende. In 90 wird der Betrieb des Anbauverdichters 16 beendet. In 92 wird die absolute Spannung im Boden 22 für die spezielle Verdichterplatte 18 in dem Raumbereich 48 unterhalb der Oberflächenstelle 20 ermittelt, und zwar abhängig von der für die spezifische Verdichterplatte 18 vorab bei Verdichtungsende ermittelten relativen Spannung im Boden 22 in dem Raumbereich 48 unterhalb von der Verdichterplatte 18 und abhängig von der ermittelten Auflast 18. In 94 wird eine "Raumschale" ermittelt, welche jenen Bereich begrenzt, bis zu dem ausgehend von der Verdichterplatte 18 der in 72 vorgegebenen minimale Verdichtungsgrad vorliegt. In 96 werden die Daten, die den in 94 ermittelten Bereich charakterisieren, zusammen mit der geographischen Position abgespeichert. Das Verfahren endet in 98.A method of operating the soil compacting system 10 runs as follows ( 5 ): After a start in 78 is in 80 the type of soil 22 at the surface location 20 determined (as above in connection with 2 explained), wherein this method step can also be performed later. In 82 becomes the compressor plate 18 of the attached compactor 16 at the surface location 20 scheduled, and in 84 becomes the cultivation compressor 16 operated. In 86 becomes the load or force 50 determined, and in 88 the end of compression. In 90 becomes the operation of the attachment compactor 16 completed. In 92 becomes the absolute tension in the ground 22 for the special compressor plate 18 in the room area 48 below the surface location 20 determined, depending on the specific for the compressor plate 18 previously determined at the end of compression relative stress in the soil 22 in the room area 48 below the compactor plate 18 and depending on the determined surcharge 18 , In 94 a "space shell" is determined, which limits that area, up to the starting from the compressor plate 18 the in 72 predetermined minimum degree of compaction is present. In 96 the data that is the in 94 characterize the detected area, stored together with the geographical position. The procedure ends in 98 ,

Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beurteilen einer mit einem stationären Verdichtungselement 18 erfolgten Verdichtung eines Bodens 22, welches Verfahren folgende Schritte umfasst: a. Ermitteln einer Art des Bodens 22 an einer Oberflächenstelle 20 des Bodens 22; b. Betreiben des Verdichtungselements an der Oberflächenstelle 18; c. Ermitteln einer eine Auflast 50, mit der das Verdichtungselement 18 während des Betriebs auf die Oberflächenstelle 20 drückt, charakterisierenden Größe; d. Beenden des Betriebs des Verdichtungselements 18 dann, wenn erkannt wird, dass ein Verdichtungsfortschritt pro Zeit des Bodens 22 an der Oberflächenstelle 20 einen Grenzwert unterschreitet Verdichtungsende; e. Ermitteln einer absoluten Spannung im Boden 22 für das Verdichtungselement 18 in einem Raumbereich 48 unterhalb der Oberflächenstelle 20, i abhängig von einer für das Verdichtungselement 18 vorab bei Verdichtungsende ermittelten relativen Spannung im Boden 22 in dem Raumbereich 48 unterhalb von dem Verdichtungselement 18 und ii abhängig von der ermittelten Auflast 50; f. Ermitteln eines Verdichtungsgrads i abhängig von der ermittelten Verteilung der absoluten Spannung und ii abhängig von der Art des Bodens 22.Thus, the invention relates to a method for assessing a stationary compression element 18 done compaction of a soil 22 which method comprises the following steps: a. Determining a type of soil 22 at a surface location 20 of the soil 22 ; b. Operating the compaction element at the surface location 18 ; c. Determining an Overload 50 with which the compression element 18 during operation on the surface site 20 expresses, characterizing size; d. Stop the operation of the compression element 18 then, if it is recognized that a compression progress per time of the soil 22 at the surface location 20 a limit below the end of compression; e. Determining an absolute tension in the ground 22 for the compression element 18 in a room area 48 below the surface location 20 , i depending on one for the compression element 18 previously determined at the end of compression relative stress in the soil 22 in the room area 48 below the compacting element 18 and ii depending on the determined ballast 50 ; f. Determining a degree of compaction i depending on the determined distribution of the absolute voltage and ii depending on the type of soil 22 ,

Sowie ein solches Verfahren welches ferner umfasst: h. Vorgeben eines minimalen Verdichtungsgrads; i. Im Schritt g: Ermitteln eines Bereichs 55 unterhalb der Oberflächenstelle 20, bis zu dem ausgehend von dem Verdichtungselement 18 der vorgegebene minimale Verdichtungsgrad vorliegt.As well as such a method further comprising: h. Specifying a minimum degree of compaction; i. In step g: Determining an area 55 below the surface location 20 , up to that from the compression element 18 the predetermined minimum degree of compaction is present.

Sowie ein solches Verfahren, bei dem die in den Schritten g oder i ermittelten Daten zusammen mit einer geografischen Position in einem Speicher 76 abgespeichert werden.As well as such a method in which the data obtained in steps g or i together with a geographical position in a memory 76 be stored.

Sowie ein Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät 10, umfassend ein Verdichtungselement 18 zum Verdichten eines Bodens 22 in einem Raumbereich 48 unterhalb einer Oberflächenstelle 20, welches ferner umfasst: a eine Erfassungseinrichtung 24 zum Erfassen einer ersten Größe, welche einen Verdichtungsfortschritt pro Zeit des Bodens 22 an der Oberflächenstelle 20 charakterisiert; b. eine Erfassungseinrichtung 26 zum Erfassen einer zweiten Größe, welche eine Auflast 50, mit der das Verdichtungselement 18 während des Betriebs auf die Oberflächenstelle 20 drückt, charakterisiert; c. einen Speicher 62, in dem Daten, welche eine Verteilung der relativen Spannung im Boden 22 in einem Raumbereich 48 unterhalb von dem Verdichtungselement 18 für das Verdichtungselement 18 charakterisieren, abgespeichert sind; d. einen Speicher 68, in dem für mindestens zwei Arten von Boden 22 jeweils ein Zusammenhang zwischen einer absoluten Spannung und einem Verdichtungsgrad abgespeichert ist; e. eine Auswahleinrichtung 70, mit der eine Art von Boden 22 ausgewählt werden kann; f. eine Verarbeitungseinrichtung 56, welche ein Signal ausgibt, wenn ein anhand der ersten Größe ermittelter Verdichtungsfortschritt pro Zeit des Bodens 22 an der Oberflächenstelle 20 einen Grenzwert unterschreitet Verdichtungsende; g. eine Verarbeitungseinrichtung 64, welche Daten, die eine Verteilung einer absoluten Spannung im Boden 22 in dem Raumbereich 48 unterhalb von dem Verdichtungselement 18 charakterisieren, i abhängig von den im Speicher 62 gemäß c abgespeicherten Daten und ii abhängig von der erfassten Auflast 50 ermittelt; und h. eine Verarbeitungseinrichtung 66, welche i abhängig von den im Schritt g ermittelten Daten und ii abhängig von der ausgewählten Art des Bodens 22 Daten ermittelt, die eine Verteilung eines Verdichtungsgrads charakterisieren.As well as a soil compaction or compaction tester 10 comprising a compacting element 18 for compacting a soil 22 in a room area 48 below a surface location 20 , which further comprises: a detection means 24 for detecting a first quantity representing a compaction progress per time of the soil 22 at the surface location 20 characterized; b. a detection device 26 for detecting a second size, which is a surcharge 50 with which the compression element 18 during operation on the surface site 20 expresses, characterizes; c. a memory 62 , in which data showing a distribution of relative stress in the soil 22 in a room area 48 below the compacting element 18 for the compression element 18 characterize, are stored; d. a memory 68 in which for at least two types of soil 22 in each case a relationship between an absolute voltage and a degree of compaction is stored; e. a selection device 70 with which a kind of ground 22 can be selected; f. a processing device 56 which outputs a signal when a compaction rate determined by the first size per time of the soil 22 at the surface location 20 a limit below the end of compression; G. a processing device 64 What data is a distribution of an absolute voltage in the ground 22 in the room area 48 below the compacting element 18 characterize, i depends on those in the store 62 according to c stored data and ii depending on the recorded ballast 50 determined; and h. a processing device 66 which depend on the data obtained in step g and ii depending on the selected type of soil 22 Determines data that characterizes a distribution of a degree of compaction.

Sowie ein solches Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät 10, welches ferner umfasst: i. eine Eingabeeinrichtung 72, mit der ein gewünschter minimaler Verdichtungsgrad eingegeben werden kann; und j. eine Verarbeitungseinrichtung 74, welche Daten ermittelt, die einen Bereich 55, bis zu dem ausgehend von dem Verdichtungselement 18 der eingegebene minimale Verdichtungsgrad vorliegt, charakterisieren.As well as such a soil compaction or compaction tester 10 , which further comprises: i. an input device 72 with which a desired minimum degree of compaction can be entered; and J. a processing device 74 which determines which data is an area 55 , up to that from the compression element 18 the entered minimum degree of compaction is present characterize.

Sowie ein solches Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät 10, welches ferner umfasst: k. ein Positionsbestimmungssystem 32, vorzugsweise ein satellitengestütztes Positionsbestimmungssystem; und l. einen Speicher 76, in dem die in den Schritten h oder j ermittelten Daten zusammen mit der vom Positionsbestimmungssystem 32 bestimmten geografischen Position abgespeichert werden können.As well as such a soil compaction or compaction tester 10 which further comprises: k. a positioning system 32 , preferably a satellite-based positioning system; and l. a memory 76 in which the data obtained in steps h or j together with that of the positioning system 32 certain geographic position.

Sowie ein solches Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät 10, welches ferner umfasst: m. eine Einrichtung 24, 28, welche so ausgebildet ist, dass sie die Ermittlung einer den Boden 22 an der Oberflächenstelle 20 charakterisierenden Größe G ermöglicht, und/oder eine Eingabeeinrichtung, mit der mindestens ein den Boden an der Oberflächenstelle charakterisierende Größe G manuell eingegeben werden kann; wobei die Auswahleinrichtung 70 gemäß obigem Merkmal e anhand der ermittelten oder eingegebenen Größe eine Art des Bodens 22 auswählt, oder bei die den Boden charakterisierende Größe selbst die Art des Bodens ist.As well as such a soil compaction or compaction tester 10 which further comprises: m. An institution 24 . 28 which is designed to help identify a ground 22 at the surface location 20 characterizing size G enables, and / or an input device, with which at least one size G characterizing the soil at the surface location can be entered manually; the selector 70 according to the above feature e on the basis of the determined or input size one type of soil 22 or the size characterizing the soil itself is the type of soil.

Sowie ein solches Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät 10, welches ferner umfasst: n. einen Speicher 62, in dem für eine oder mehrere unterschiedliche Arten von Verdichtungselementen 18 jeweils Daten, die eine Verteilung der relativen Spannung im Boden 22 in einem Raumbereich 48 unterhalb von dem Verdichtungselement 18 charakterisieren, abgespeichert sind; o. eine Erfassungseinrichtung 30, welche die Art des verwendeten Verdichtungselements 18 erfasst, und/oder eine Eingabeeinrichtung, mit der die Art des verwendeten Verdichtungselements manuell eingegeben werden kann; wobei die Verarbeitungseinrichtung 64 gemäß Merkmal g die für die erfasste oder eingegebene Art des Verdichtungselements 18 abgespeicherten und die Verteilung der relativen Spannung charakterisierenden Daten verwendet.As well as such a soil compaction or compaction tester 10 , which further comprises: n. a memory 62 in which for one or more different types of compaction elements 18 each data representing a distribution of relative stress in the soil 22 in a room area 48 below the compacting element 18 characterize, are stored; o. a detection device 30 indicating the type of compaction element used 18 detected, and / or an input device with which the type of compression element used can be entered manually; the processing device 64 according to feature g the for the detected or input type of compression element 18 stored and the distribution of relative voltage characterizing data used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10355172 A1 [0002]
DE 102011078919 A1 [0003]

Claims

Method for determining a ground ( 22 ) characterizing variable (G), characterized in that it comprises the following steps: a. Detecting or determining parameters (P1, P2) in the form of a ground property and / or in the form of a response ( 38 ) on one in the ground ( 22 ) coupled or on the ground ( 22 ) applied signal ( 36 ), wherein each parameter (P1, P2) is not yet indicative of the quantity (G) to be determined; b. Creating a combination (P1 | P2) of at least two of the determined and / or detected parameters; c. Comparing the created combination (P1 | P2) with corresponding parameter combinations ([P1 | P2] _i ) stored in a database ( 44 ) associated with them and a floor ( 22 ) characterizing quantities ([G] _i ), thereby determining that stored parameter combination ([P1 | P2] _i ) that best matches the established parameter combination (P1 | P2); d. Determining the ground-characterizing quantity (G) to be determined as the quantity ([G] _i ) associated with the determined best-matched stored parameter combination ([P1 | P2)] _i .

A method according to claim 1, characterized in that in the soil ( 22 ) coupled or grounded signal ( 36 ) comprises at least one of the following group: a mechanical, acoustic or electromagnetic vibration, the response being a vibration having an amplitude or an amplitude and / or a frequency spectrum; a load, the answer being a settlement.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the detected or determined soil property ( P2 ) comprises at least one of the following group: color; Water content; electrical ground conductivity; Shear strength; Odor; Grain size; Elasticity; compressibility; acoustic impedance; electrical impedance; Natural radiation; Radiation absorption.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the size to be determined (G) is at least one of the following group: degree of compaction, in particular a spatial three-dimensional distribution of the degree of compaction; Load capacity; Soil; Water content.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the database used in step c) ( 44 ) was created in field trials.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the database used in step c) ( 44 ) is adapted or extended by a manual input during the execution of the method, in particular by manual input of a recognized soil type (eg clay, sand gravel, gravel, split) and associated parameter (P1 | P2).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step c) the best match is defined by a probability that the created parameter combination (P1 | P2) is the stored parameter combination ([P1 | P2] _i ) greater than or what a threshold is.

A method according to claim 7, characterized in that in step c) the best match is defined by a relative deviation of each parameter (P1, P2) being less than or equal to a threshold value.

A method according to claim 8, characterized in that in determining the best match, the parameters (P1, P2) are weighted.

Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that when the probability that the created parameter combination (P1 | P2) is a stored parameter combination ([P1 | P2] _i ) is less than or equal to a limit value, an error message is generated.

Soil compaction or compaction tester ( 10 ), characterized in that it has a control and / or regulating device ( 34 ) which is programmed and / or designed to carry out a method according to one of the preceding claims.