DE102015007369A1

DE102015007369A1 - System und verfahren zum bestimmen eines elastizitätsmoduls

Info

Publication number: DE102015007369A1
Application number: DE102015007369.9A
Authority: DE
Inventors: Kristian Stoeckel; Liqun Chi; Paul Corcoran; Nicholas Oetken
Original assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Current assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2015-12-17
Also published as: US9534995B2; CN105203416B; CN105203416A; US20150362414A1

Abstract

Die Offenbarung bezieht sich auf ein System und auf ein Verfahren zur Bestimmung eines Elastizitätsmoduls eines Arbeitsmaterials während eines Verdichtungvorgangs. Das System weist einen Prozessor auf, der konfiguriert ist, um eine Steifigkeit eines Arbeitsmaterials basierend auf einer Kraft, die auf das Arbeitsmaterial aufgebracht wird, und einer Verschiebung des Arbeitsmaterials zu bestimmen. Der Prozessor ist weiter konfiguriert, um den Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials basierend auf einer Beziehung zwischen der Steifigkeit des Arbeitsmaterials und dem Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials zu bestimmen.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf Maschinen, die Material verdichten, und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls eines Bodens während des Bodenverdichtungsvorgangs.
Hintergrund
Verdichtungsmaschinen oder Verdichter werden gewöhnlicher Weise zur Verdichtung von Arbeitsmaterialien (wie beispielsweise Erdboden, Kies, Asphalt) auf eine erwünschte Dichte während des Baus von Gebäuden, Straßen, Parkplätzen und anderen Strukturen verwendet. Oft muss Erdmaterial auf einer Baustelle verdichtet werden, und eine oder mehrere Verdichtungsmaschinen müssen beschäftigt werden, um aufeinander folgend Material zu verdichten, bis das erwünschte Niveau der Verdichtung erreicht ist. Der Vorgang kann viele Durchgänge über das Arbeitsmaterial erfordern, um das erwünschte Niveau zu erreichen. Ein Elastizitätsmodul ist ein Maß, welches verwendet wird, um das Niveau der Verdichtung zu bestimmen.
Es gibt eine Vielzahl von Verfahren zur Bestimmung eines Elastizitätsmoduls eines Bodens oder eines anderen Materials. Gegenwärtige Technologien weisen die Verwendung von Nukleardichtemessgeräten, Plattenbelastungstestsdeflektometer oder Ähnlichen auf, welche die Dichte des Bodens oder die Steifigkeit des Bodens vor und/oder nach einem Verdichtungsvorgang messen. Obwohl dies eine genaue Messung bezüglich der Verdichtung des Erdbodens oder von anderem Material vorsehen kann, müssen diese Messungen getrennt vom Verdichtungsvorgang ausgeführt werden. Systeme zum Messen der Verdichtung bzw. des Verdichtungsgrades während des Verdichtungsvorgangs sind bekannt. Das US-Patent Nr. 8,057,124 B2 , von Wacker Neussen Produktion GmbH & Co, offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Bodenparametern. Es verwendet eine Annäherung des tatsächlichen Gradienten der Kontaktkraft und einen Kontaktoberflächenparameter, um einen dynamischen Verformungsmodul zu berechnen. Jedoch ist dieser Modul dimensionslos.
Gegenwärtige Verfahren können keinen Elastizitätsmodul mit einem Einheitswert für Ingenieure bzw. die Konstruktion liefern, der während des Verdichtungsvorgangs bestimmt werden kann. Ein Nachteil für gegenwärtige Verfahren ist, dass ein Elastizitätsmodul ohne Einheit nicht für andere Zwecke verwendet werden kann, wie beispielsweise von einem Konstruktionsingenieur, der die spezifische Verdichtung des Bodens oder eines anderen Materials wissen muss, um Straßen, Gebäudefundamente usw. zu bauen oder zu konstruieren. Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der dargelegten Probleme zu überwinden oder abzumildern.
Die vorangegangene Besprechung des Hintergrundes ist nur dafür vorgesehen, um dem Leser zu helfen. Sie ist nicht vorgesehen, um die hier beschriebenen Innovationen einzuschränken und auch nicht um den besprochenen Stand der Technik zu erweitern. Somit sollte die vorangegangene Besprechung nicht so aufgefasst werden, dass sie anzeigt, dass irgendein spezielles Element eines früheren Systems nicht zur Anwendung mit den hier beschriebenen Innovationen geeignet ist, und es ist auch nicht beabsichtigt anzuzeigen, dass irgendein Element essentiell ist, um die hier beschriebenen Innovationen auszuführen. Die Ausführungen und die Anwendung der hier beschriebenen Innovationen werden durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Zusammenfassung
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren und ein System zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls eines Arbeitsmaterials auf, welches von einem Verdichtersystem mit einer Rollenwalze verdichtet wird. Das offenbarte Verfahren weist auf, mit zumindest einem Sensor und/oder einem Prozessor eine Kontaktkraft, die durch die Rollenwalze auf das Arbeitsmaterial aufgebracht wird, und eine vertikale Verschiebung der Rollenwalze abzufühlen oder zu berechnen. Das Verfahren weist weiter auf, eine Materialsteifigkeit mit dem Prozessor basierend auf der Kontaktkraft und der vertikalen Verschiebung zu berechnen. Der Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials wird durch den Prozessor basierend auf einer Beziehung zwischen der Steifigkeit des Arbeitsmaterials und dem Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials bestimmt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung weist ein Verdichtersystem zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls eines Arbeitsmaterials während eines Verdichtungsvorgangs auf. Das Verdichtersystem weist zumindest eine Rollenwalze, zumindest einen Sensor und einen Prozessor auf. Die zumindest eine Rollenwalze ist konfiguriert, um das Arbeitsmaterial zu verdichten. Der mindestens eine Sensor ist konfiguriert, um eine vertikale Beschleunigung und/oder eine vertikale Verschiebung und/oder eine Kraft einer Verdichtersystemkomponente abzufühlen. Der Prozessor ist konfiguriert, um eine Kontaktkraft an einer Schnittstelle zwischen der mindestens einen Rollenwalze und dem Arbeitsmaterial ansprechend auf den mindestens einen Sensor zu berechnen, eine Verschiebung der mindestens einen Rollenwalze ansprechend auf den mindestens einen Sensor zu berechnen und die Steifigkeit des Arbeitsmaterials basierend auf der Kontaktkraft und der Verschiebung zu berechnen. Der Prozessor ist weiter konfiguriert, um den Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials basierend auf einer Beziehung zwischen der Steifigkeit des Arbeitsmaterials und dem Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials zu bestimmen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung weist ein Verdichtersystem mit einem Prozessor auf, um einen Elastizitätsmodul eines Arbeitsmaterials während eines Verdichtungsvorgangs zu bestimmen. Der Prozessor ist konfiguriert, um eine Steifigkeit des Arbeitsmaterials basierend auf einer Kraft zu bestimmen, die durch das Verdichtersystem auf das Arbeitsmaterial aufgebracht wurden, und eine vertikale Verschiebung des Verdichtersystems. Der Prozessor ist weiter konfiguriert, um den Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials basierend auf einer Beziehung zwischen der Steifigkeit des Arbeitsmaterials und dem Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials zu bestimmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht eines Verdichtersystems gemäß einem Aspekt der Offenbarung.
2 ist eine Darstellung eines Blockdiagramms eines Ausführungsbeispiels einer Steuervorrichtung.
3 ist eine Kurvendarstellung, welche die Kontaktkraft zwischen einer Walze und dem Boden während einer abwärts gerichteten Verdichtung und einer aufwärts gerichteten Rückzugsbewegung gemäß einem Aspekt der Offenbarung abbildet.
4A und 4B sind Freikörperdiagramme bzw. freigeschnittene Ersatzdiagramme, welche die verschiedenen Kräfte und Bewegungen während der Verdichtung gemäß einem Aspekt der Offenbarung abbilden.
5 ist eine Darstellung einer Rollenwalze auf einem Teil des zu verdichtenden Arbeitsmaterials.
6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls eines Arbeitsmaterials abbildet.
Detaillierte Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsformen.
Die Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein System und auf ein Verfahren zur Bestimmung eines Elastizitätsmoduls eines Arbeitsmaterials mit Einheiten für die Konstruktion bzw. Ingenieure, während das Arbeitsmaterial durch einen Verdichter oder eine Maschine verdichtet wird. Das Verfahren weist auf, dass loses Material auf einer Oberfläche angeordnet ist, welches weiter gepackt oder verdichtet werden kann. Ein Verdichter oder eine Maschine fährt über die Oberfläche des abgelagerten Materials, wobei sie Kräfte erzeugt, die in Zusammenarbeit mit dem Gewicht der Maschine wirken, die auf das Material aufgebracht werden, wobei es zu einem Zustand von größerer Steifigkeit und Dichte zusammengedrückt wird. Der Verdichter kann einen oder mehrere Durchgänge über die Oberfläche ausführen, um ein erwünschtes Niveau einer Verdichtung des Arbeitsmaterials vorzusehen. Das verdichtete Material kann Asphalt, Erde, Kies, Sand, Deponiemüll, Beton oder Ähnliches aufweisen. Im Folgenden kann das verdichtete Material als das Arbeitsmaterial bezeichnet werden.
1 veranschaulicht die Seitenansicht eines Verdichtersystems gemäß einem Aspekt der Offenbarung. In dieser Ansicht ist ein beispielhaftes Verdichtersystem 10 gezeigt, welches über eine Oberfläche S fahren kann, wobei es ein Arbeitsmaterial Z durch seine eigene Leistung verdichtet, und welches Aspekte der Offenbarung ausführen kann. Andere Arten von Verdichtern werden in Betracht gezogen, um das offenbarte Verfahren und die Vorrichtung auszuführen, welche Bodenverdichter, Asphaltverdichter, Utility- bzw. Industrieverdichter, pneumatische Verdichter, Vibrationsverdichter, selbstfahrende zweirädrige und vierrädrige Verdichter und Systeme zum Hinterherziehen einschließen. Das Verdichtersystem 10 weist eine Verdichtermaschine 11 auf, die einen Körper oder Rahmen 12 aufweist, der in zusammenarbeitender Weise die verschiedenen physischen und strukturellen Merkmale verbindet und assoziiert, die es der Verdichtermaschine 11 gestatten zu funktionieren. Diese Merkmale können eine Bedienerkabine 20 aufweisen, die oben auf dem Rahmen 12 montiert ist, von der aus ein Bediener den Betrieb der Verdichtermaschine 11 steuern und anweisen kann. Zusätzlich können ein Lenkmerkmal bzw. eine Lenkeinrichtung 21 und ähnliche Steuerungen in der Bedienerkabine 20 angeordnet sein. Um die Verdichtermaschine 11 über die Oberfläche S anzutreiben, kann ein (nicht gezeigtes) Antriebssystem, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor, ebenfalls an dem Rahmen 12 befestigt sein und kann Leistung erzeugen, die umgewandelt wird, um die Verdichtermaschine 11 physisch zu bewegen. Ein oder mehrere (nicht gezeigte) andere Werkzeuge können mit der Maschine verbunden sein. Solche Werkzeuge können für eine Vielzahl von Aufgaben verwendet werden, beispielsweise zum Laden, Anheben und Fegen, und sie können beispielsweise Löffel, Gabelhubvorrichtungen, Besen, Greifvorrichtungen, Schneidvorrichtungen, Schervorrichtungen, Schilde, Brecher/Hämmer, Schnecken und andere aufweisen.
Um eine physische Bewegung der Verdichtermaschine 11 zu ermöglichen, weist die veranschaulichte Verdichtermaschine 11 eine Stampffußwalze 24 und Gummiräder 22 auf, die in rollendem Kontakt mit der Oberfläche S sind. Es sei bemerkt, dass die Maschine 11 zwei Rollenwalzen zum Verdichten des Arbeitsmaterials Z haben kann, und dass die Walzen (oder die Walze im Fall eines Verdichters mit einer einzelnen Walze) glatt sein können bzw. kann oder mit Verdichtungsfüßen ausgerüstet sein können, wie beispielsweise bei einer Stampffußkonstruktion. Zu Referenzzwecken kann die Verdichtermaschine 11 eine typische Fahrtrichtung haben, so dass man die Stampffußwalze 24 als vordere Walze ansehen kann und die Gummiräder 22 als Hinterteil der Maschine 10 ansehen kann. Die (vordere) Stampffußwalze 24 und die (hinteren) Gummiräder 22 können zylindrische Strukturen sein, die drehbar mit dem Rahmen 12 verbunden sind und sich bezüglich dessen drehen können. Wegen ihren vorderen und hinteren Positionen und Abmessungen tragen die (vordere) Stampffußwalze 24 und die (hinteren) Gummiräder 22 den Rahmen 12 der Verdichtermaschine 11 über der Oberfläche S und gestatten, dass sie über die Oberfläche S fährt. Die (vordere) Stampffußwalze 24 und die (hinteren) Gummiräder 22 sind im Allgemeinen quer oder senkrecht zur Fahrrichtung der Verdichtermaschine 11 orientiert. Es sei bemerkt, dass, weil die Verdichtermaschine 11 lenkbar ist, die Vorwärtsfahrtrichtung sich während des Verlaufs des Betriebsvorgangs ändern kann, jedoch typischerweise durch Bezugnahme auf die Bewegungsrichtung der (vorderen) Stampffußwalze 24 erkannt werden kann. In der veranschaulichten Ausführung kann das Antriebssystem zur Übertragung von Bewegungsleistung vom Antriebssystem auf die Oberfläche S betriebsmäßig die (hinteren) Gummiräder 22 durch einen geeigneten Antriebsstrang in Eingriff bringen und drehen.
Um die Steuerung und Koordination der Verdichtermaschine 11 zu erleichtern, kann die Verdichtermaschine 11 eine Steuervorrichtung 40 aufweisen, wie beispielsweise eine elektronische Steuereinheit. Während die in 1 veranschaulichte Steuervorrichtung 40 als eine einzelne Einheit dargestellt ist, kann die Steuervorrichtung 40 gemäß weiteren Aspekten als eine Vielzahl von getrennten, jedoch zusammenarbeitenden Einheiten verteilt sein, die in einer anderen Komponente vorgesehen sind oder an einer anderen Stelle an Bord oder nicht an Bord der Verdichtermaschine 11 angeordnet sind. 2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels von den Komponenten, welche die Steuervorrichtung 40 aufweisen können. Die Steuervorrichtung 40 kann einen Sensor 32, einen Phasensensor 33, eine Eingabevorrichtung 39, einen Prozessor 42, einen Speicher 44, eine Lagesensor 46, eine Anzeige oder eine Ausgabe 48 und ein (nicht gezeigtes) Schwingungssystem aufweisen. Die Haupteinheit der Steuervorrichtung 40 kann in. der Bedienerkabine 20 für einen Zugriff durch den Bediener angeordnet sein und kann mit dem Lenkmerkmal bzw. der Lenkeinrichtung 21, dem Leistungssystem bzw. Antriebssystem und mit verschiedenen anderen Sensoren und Steuerungen der Verdichtermaschine 11 in Verbindung stehen.
Eine Maschine oder ein Verdichter mit einer Steuervorrichtung sind in der US-Patentanmeldung Nr. 14/163,900 beschrieben, deren Inhalt hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist („die '900-Ameldung”). Die Steuervorrichtung verwendet Werte, die von einem Sensor abgefühlt werden, die in dem Speicher gespeichert sein können für Bodenverdichtungsberechnungen unter Verwendung eines im Speicher gespeicherten Algorithmus. Somit kann ein Ausführungsbeispiel der Verdichtermaschine 11 eine Steuervorrichtungskonfiguration aufweisen, wie von der '900-Ameldung offenbart.
Der Sensor 32 kann konfiguriert sein, um einen Parameter abzufühlen, der die Beschleunigung, die Geschwindigkeit, die Verschiebung und/oder eine Kraft einer Komponente der Verdichtermaschine 11 anzeigt. Die Komponenten können die (vordere) Stampffußwalze 24, die (hinteren) Gummiräder 22, eine (nicht gezeigte) Rollenwalze, den Verdichterrahmen 12 oder Ähnliches aufweisen. Der Sensor 32 kann einen Signalwandler aufweisen, der konfiguriert ist, um ein übertragenes Signal oder eine Komponente eines übertragenen Signals abzufühlen. Das Signal wird beispielsweise von der Oberfläche S reflektiert. Wie in 1 veranschaulicht, ist ein einzelner Sensor 32 mit der (vorderen) Stampffußwalze 24 gekoppelt und ruht darauf. In anderen Ausführungen können zusätzliche Sensoren verwendet werden, wie beispielsweise ein (nicht gezeigter) hinterer Sensor, der mit den (hinteren) Gummirädern 22 oder einer hinteren Rollenwalze assoziiert ist, einzelne Sensoren, die in der Nähe der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder der (hinteren) Gummiräder 22 angeordnet sind, oder getrennte Sensoren zum Messen von Beschleunigung und/oder Verschiebung der (vorderen) Stampffußwalze 24, der (hinteren) Gummiräder 22, einer Rollenwalze und des Verdichterrahmens 12.
In einer anderen Ausführungsform kann der Sensor 32 verschiedene unterschiedliche Sensoren aufweisen. Ein Sensor 32 kann die vertikale Beschleunigung der (vorderen) Stampffußwalze 24 und der (hinteren) Gummiräder 22 abfühlen, und ein zweiter Sensor 32 kann die vertikale Beschleunigung des Verdichterrahmens 12 detektieren. Diese Sensoren 32 können nahe aneinander angeordnet sein, müssen es jedoch nicht. Zusätzlich kann es mehr als einen von jeder Art von Sensor 32 geben, der an der Verdichtermaschine 11 angeordnet ist. Beispielsweise kann es einen Sensor 32 geben, der die vertikale Beschleunigung der (vorderen) Stampffußwalze 24 abfühlt, und einen zweiten Sensor 32, der die vertikale Beschleunigung der (hinteren) Gummiräder 22 oder der hinteren Rollenwalze abfühlt. Während die Beschleunigung der Walze 24, der Gummiräder 22 und des Verdichterrahmens 12 verwendet werden kann, kann nur die Beschleunigung der Walze als das primäre Signal verwendet werden. Das verwendete Beschleunigungsmessgerät kann irgendeine Art eines Beschleunigungsmessgerätes sein. Solche Beschleunigungsmessgeräte weisen unter anderem Laserbeschleunigungsmessgeräte, Niederfrequenz-Beschleunigungsmessgeräte, in Massen mikroskopisch ausgeführte Kapazitätsbeschleunigungsmessgeräte, Dehnungsbeschleunigungsmessgeräte und in Massen in mikroskopischer Größe hergestellte piezoelektrische Beschleunigungsmessgeräte auf, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 32 eine Kraft abfühlen. In diesem Fall kann der Sensor 32 eine Lastzelle, ein Dehnmessstreifen oder Ähnliches sein, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 32 an oder nahe der Achse 30 angeordnet sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Sensor 32 an oder Nahe der Mitte des Rahmens 12 angeordnet sein. Das übertragene Signal kann ein Schallsignal, ein HF- bzw. Hochfrequenzsignal oder ein Lasersignal sein, welches beispielsweise über einen (nicht gezeigten) Sender übertragen wird, der mit dem Sensor 32 montiert ist. Der Sensor 32 kann einen kontaktlosen Sensor aufweisen, wie in den oben erwähnten Beispielen.
Die Verdichtermaschine 11 kann auch einen Phasensensor 33 und einen Lagesensor 46 aufweisen. Der Phasensensor 33 kann konfiguriert sein, um den Phasenwinkel einer Schwingungskraft zu messen, die von der (vorderen) Stampffußwalze 24, von den (hinteren) Gummirädern 22 und/oder von einer (nicht gezeigten) Rollenwalze auf den Boden aufgebracht wird. Die Phase kann in Echtzeit gemessen werden. Der Lagesensor 46, der an der Verdichtermaschine 11 liegt, kann konfiguriert sein, um globale oder lokale Positionsbestimmungsdaten zu empfangen, die beim Bestimmen und Verfolgen einer geographischen Position der Verdichtermaschine 11 in einem Arbeitsbereich verwendet werden.
Die Verdichtermaschine 11 kann auch ein (nicht gezeigtes) Schwingungs- oder Vibrationssystem aufweisen, welches mit der (vorderen) Stampffußwalze 24, den (hinteren) Gummirädern 22 und/oder einer Rollenwalze assoziiert ist, um eine Verdichtungskraft auf das Arbeitsmaterial Z aufzubringen. Genauer gesagt, zusätzlich zu der Kraft der Verdichtermaschine 11, die auf das Arbeitsmaterial Z aufgebracht wird, um Druckkräfte aufzubringen, können das Schwingungssystem in der (vorderen) Stampffußwalze 24, die (hinteren) Gummiräder 22 und/oder eine Rollenwalze dahingehend arbeiten, dass zusätzliche Kräfte auf das Arbeitsmaterial Z aufgebracht werden. Das Schwingungssystem kann irgendeine Art eines Systems aufweisen, welches Schwingungen, Oszillationen oder andere sich wiederholende Kräfte durch die (vordere) Stampffußwalze 24, die (hinteren) Gummiräder 22 und/oder eine Rollenwalze auf das Arbeitsmaterial Z aufbringt.
Wie In 2 veranschaulicht, kann der Datenprozessor 42 mit dem Sensor 32, dem Phasensensor 33 und dem Lagesensor 46 verbunden sein. Der Datenprozessor 42 kann konfiguriert sein, um Signale auszugeben, die auf Eingangsgrößen vom Sensor 32 ansprechen, wie weiter hier beschrieben wird. Eine Anzeige 48 kann auch mit dem Prozessor 42 gekoppelt sein und kann in der Bedienerkabine 20 positioniert sein, um verschiedene Daten für einen Bediener anzuzeigen, die sich auf die Maschinenposition, die Steifigkeit des Bodens, den Elastizitätsmodul oder noch weitere Parameter beziehen. Es kann eine Handlung ansprechend auf den Elastizitätsmodul oder andere Verdichtungsmessgrößen ausgeführt werden, welche das Beginnen des Verdichtungsvorgangs in dem Arbeitsbereich, das Stoppen des Fahrens der Verdichtermaschine 11 oder das Umleiten oder eine sonstige Veränderung eines geplanten Fahrweges oder Abdeckungsmusters des Verdichters aufweisen.
Der Prozessor 42 verwendet die vom Sensor 32 abgefühlten Werte, die in dem computerlesbaren Speicher 44 gespeichert sein können, um einen Elastizitätsmodulwert unter Verwendung von Algorithmen zu bestimmen, die im Speicher 44 gespeichert sind. Der Prozessor 42 kann den bestimmten Elastizitätsmodul mit einem vorbestimmten minimalen Elastizitätsmodulwert vergleichen, der von einer Eingabevorrichtung 39 eingegeben worden sein kann. Wenn der bestimmte Elastizitätsmodul den minimalen Elastizitätsmodulwert erreicht oder überschreitet, kann der Prozessor 42 ein Signal an die Anzeige 48 senden, die übermittelt, dass das Arbeitsmaterial Z ausreichend verdichtet worden ist. Wenn der Elastizitätsmodulwert nicht den minimalen Elastizitätsmodulwert erreicht oder überschreitet, dann kann der Prozessor 42 ein Signal an die Anzeige 48 senden, welches übermittelt, dass eine weitere Verdichtung erforderlich ist. Beispiele von Prozessoren, die Berechnungsvorrichtungen und/oder Hardware bzw. Komponenten aufweisen, wie hier definiert, sind ein oder mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten und Mikroprozessoren, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt.
Der computerlesbare Speicher 44 kann einen Arbeitsspeicher (RAM = Random Access Memory) und/oder eine Lesespeicher (ROM = Read Only Memory) aufweisen. Der Speicher 44 kann computerausführbaren Code speichern, der einen Steueralgorithmus zum Bestimmen eines Elastizitätsmodulwertes für das Arbeitsmaterial Z ansprechend auf Eingangsgrößen vom Sensor 32 aufweist. Der Speicher 44 kann auch verschiedene digitale Dateien speichern, welche die Werte aufweisen, die vom Sensor 32, vom Phasensensor 33 oder vom Lagesensor 46 abgefühlt wurden. Der Speicher 44 kann auch eine Informationseingabe von der Eingabevorrichtung 39 speichern. Die in dem Speicher 44 gespeicherte Information kann an den Prozessor 42 geliefert werden, so dass der Prozessor einen Elastizitätsmodul bestimmen kann.
Die Anzeige 48 kann entweder an der Verdichtermaschine 11 angeordnet sein, kann entfernt angeordnet sein oder kann mehrere Anzeigen aufweisen, die sowohl an der Maschine als auch entfernt angeordnet sind, und sie kann Kathodenstrahlröhren (CRT = Cathode Ray Tubes), LED-Anzeigen (LED = Light Emitting Diode), Flüssigkristall- bzw. LCD-Anzeigen, OLED-Anzeigen (OLED = Organic Light Emitting Diode) oder ein Plasma-Anzeigepaneel (PDP = Plasma Display Panel) aufweisen, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Solche Anzeigen können auch ein berührungsempfindlicher Bildschirm sein und können Aspekte der Eingabevorrichtung 39 verkörpern. Die Anzeige 48 kann auch einen Transceiver bzw. Sender/Empfänger aufweisen. Der Sender/Empfänger kommuniziert über einen Kommunikationskanal wie hier definiert.
3 ist eine Kurvendarstellung 300, welche die Kontaktkraft zwischen der (vorderen) Stampffußwalze 24, den (hinteren) Gummirädern 22 und/oder einer Rollenwalze und dem Boden S während der abwärts gerichteten Verdichtung und der aufwärts gerichteten Rückzugsbewegung gemäß einem Aspekt der Offenbarung abbildet. Insbesondere ist 3 eine Kurvendarstellung, welche die gesamt aufgebrachte Kraft (TAF = Total Applied Force) zeigt, welche die (vordere) Stampffußwalze 24, die (hinteren) Gummirädern 22 und/oder eine Rollenwalze und der Verdichterrahmen 12 auf den Boden S aufbringen, und zwar im Vergleich zu der Verschiebung der (vorderen) Stampffußwalze 24, der (hinteren) Gummiräder 22 und/oder einer Rollenwalze. Insbesondere zeigt die Kurvendarstellung 300 mehrere Zyklen des Walzenbetriebs 302, 304. Beginnend bei der minimalen Verschiebung 308 ist die insgesamt aufgebrachte Kraft ungefähr 40 kN und die Verschiebung ist ungefähr 0,9 mm, und im weiteren Verlauf geht die Kurve zur maximalen Verschiebung 306, wo die gesamt aufgebrachte Kraft ungefähr 75 kN ist und die Verschiebung ungefähr 1,9 mm ist, wobei dies den Belastungsteil des Verdichtungsvorgangs darstellt. Beginnend beim Punkt der maximalen Verschiebung 306 und weiter fortlaufend nach links zu dem Punkt der minimalen Kraft 310 stellt dies den entlastenden Teil des Verdichtungsvorgangs dar. Die Verschiebung zwischen der minimalen Kraft 310 und der minimalen Verschiebung 308 wird als der Rückprall vom Boden S angesehen. Es sei bemerkt, dass die Werte in 3 und diejenigen, die oben beschrieben wurden, nur beispielhaft sind.
Die 4A und 4B zeigen Freikörperdiagramme bzw. Abbildungen von freigeschnittenen Körpern, welche die vorliegenden mechanischen Komponenten und die Newton'schen Kräfte veranschaulichen, während das Verdichtersystem 10 die Oberfläche des Arbeitsbereiches verdichtet. Ein Teil der Masse M_f des Verdichterrahmens 12 und der Masse einer Walze, entweder die (vordere) Stampffußwalze 24 oder die (nicht gezeigte) Rollenwalze M_d, zusammen mit ihren jeweiligen Beschleunigungen wirken zusammen, um eine nach unten gerichtete Kraft F_e auf die Oberfläche S zu bilden, um die Oberfläche S weiter zu verdichten. Die (vordere) Stampffußwalze 24 und/oder die Rollenwalze haben einen Radius R und eine Länge oder Breite L (5). Die Bodenreaktionskraft wird durch F_s dargestellt. Das Feder-Dämpfer-System K_f und η_f stellen die Dämpfungsmechanismuseigenschaften der Verdichtermaschine 11 dar. 4A stellt das Verdichtersystem 10 dar, wenn es den Boden belastet oder zusammendrückt. Belasten kann durch eine Abwärtsbewegung der Walze mit zunehmender Kontaktkraft definiert werden. Dies wird durch die nach unten weisende Kraft F_e veranschaulicht. 4B stellt das Verdichtersystem 10 dar, wenn es den Boden entlastet. Entlasten kann als eine Aufwärtsbewegung der Rollenwalze mit abnehmender Kontaktkraft definiert werden. Dies wird durch die nach oben weisende Kraft F_e dargestellt. Die Verschiebung ist die Differenz der Höhe der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder der Rollenwalze, wenn die (vordere) Stampffußwalze 24 und/oder die Rollenwalze den Boden zusammendrückt, und der Höhe der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder Rollenwalze, wenn die (vordere) Stampffußwalze 24 und/oder Rollenwalze den Boden nicht zusammendrückt.
5 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Volumens des Arbeitsmaterials Z und entweder der (vorderen) Stampffußwalze 24 oder einer Rollenwalze, welche eine Länge oder Breite L und einen Radius R hat. Das Arbeitsmaterial Z hat eine Dicke T, die während des Verdichtungsvorgangs abnehmen kann.
6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls eines Arbeitsmaterials abbildet, welches einer Verdichtung unter Verwendung des offenbarten Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Offenbarung ausgesetzt ist. Der Prozessor 42 kann konfiguriert sein, um während des Verdichtungsvorgangs die Kontaktkraft an der Schnittstelle zwischen Walze und Boden und die Walzenverschiebung in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit zu bestimmen. Unter Verwendung dieser Werte kann die Steifigkeit des Bodens berechnet werden und bei der Bestimmung des Elastizitätsmoduls des Arbeitsmaterials in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit verwendet werden.
Im Schritt 602 werden die physikalischen Eigenschaften des Verdichterrahmens 12, der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder einer (nicht gezeigten) Rollenwalze bestimmt. In einem Ausführungsbeispiel kann dies vor dem Verdichtungsvorgang ausgeführt werden. Die physikalischen Eigenschaften können die Masse der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder einer Rollenwalze aufweisen, weiter die Masse des Verdichterrahmens 12, die auf die (vordere) Stampffußwalze 24 und/oder die Rollenwalze ausgeübt wird, den Radius und die Länge oder die Breite der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder der Rollenwalze usw. Diese Eigenschaften können für eine spezielle Verdichtermaschine konstant sein. Sie können von einer Eingabevorrichtung 39 manuell in den Speicher 44 eingegeben werden oder können aus einer Datenbank von vorgespeicherten Werten ausgewählt werden, die im Speicher 44 gespeichert sind.
Bei 604 wird eine Kontaktkraft an der Schnittstelle zwischen der Rollenwalze und dem Arbeitsmaterial unter Verwendung der physikalischen Eigenschaften berechnet, die im Schritt 602 bestimmt wurden, weiter unter Verwendung der vertikalen Beschleunigung der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder der Rollenwalze und der vertikalen Beschleunigung des Verdichterrahmens 12 und der Schwingungseigenschaften, falls vorhanden, der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder der Rollenwalze. Die Kontaktkraft kann auch unter Verwendung des Sensors 32 bestimmt werden, was ein direktes Abfühlen einschließen kann, wie beispielsweise mit einem Kraftsensor. Der Sensor 32 kann auch die vertikalen Beschleunigungen der Rollenwalzen 24, 22 und des Verdichterrahmens 12 und die Schwingungseigenschaften abfühlen. In einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 32 ein Beschleunigungsmesser sein. Eine Gleichung kann verwendet werden, um die Kontaktkraft an der Schnittstelle zwischen Rollenwalze und Arbeitsmaterial zu berechnen, und zwar wie folgt:
Gleichung 1:

F_s = (M_d + M_f)_g – M_dẍ_d – M_fẍ_f + F_esin(ω₀t + φ₀)

wobei F_s die Kontaktkraft ist, wobei Md die ungefederte Masse der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder der Rollenwalze ist, wobei M_f die ädquivalente Rahmenmasse auf der Walzenachse ist, wobei ẍ_d die vertikale Beschleunigung der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder der Rollenwalze ist, wobei ẍ_f die vertikale Beschleunigung des Rahmens ist, wobei F_e die Amplitude der Schwingungskraft ist, wobei ω₀ die Winkelfrequenz der Schwingungskraft ist, wobei φ₀ der Phasenwinkel der Schwingungskraft ist.
Die Verschiebung der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder der Rollenwalze kann durch Verwendung der Walzenbeschleunigungswerte berechnet werden, die der Sensor 32 abgefühlt hat. Um einen Verschiebungswert aus einem Beschleunigungswert zu berechnen, kann der Beschleunigungswert zweimal integriert werden. Anders gesagt, der Verschiebungswert kann gemäß der folgenden Formel berechnet werden:
Gleichung 2:

x = x₀ + fi₀ + fi₀]dt

wobei x die Verschiebung der Stampffußwalze 24 und/oder der Rollenwalze ist, wobei x₀ die anfängliche vertikale Verschiebung der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder der Rollenwalze am Beginn jedes Aufnahmezyklus ist, wobei ẋ₀ die anfängliche vertikale Geschwindigkeit der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder der Rollenwalze am Beginn von jedem Aufnahmezyklus ist, und wobei ẍ₀ die vertikale Beschleunigung der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder der Rollenwalze ist. Die anfängliche Verschiebung x₀ beeinflusst nicht die Berechnung von Energie und Steifigkeit, so dass sie als Vereinfachung auf null gesetzt werden kann. Jedoch wird die anfängliche Vertikalgeschwindigkeit ẋ₀ die Energie- und Steifigkeitsberechnungen beeinflussen. Eine anfängliche vertikale Walzengeschwindigkeit ẋ₀ wird bestimmt, indem während eines vollständigen Aufnahmezyklus die durchschnittliche Geschwindigkeit null gemacht wird, was normalerweise zwei oder mehr Schwingungszyklen ist. Wenn ein waagerechter Boden verdichtet wird, ist die durchschnittliche vertikale Geschwindigkeit der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder der Rollenwalze nahezu null. Wenn jedoch auf einer geneigten Fläche verdichtet wird, ist die durchschnittliche vertikale Geschwindigkeit nicht null. Das Einstellen der vertikalen Geschwindigkeit auf null wird den von der geneigten Fläche hervorgerufenen Effekt entfernen. Weitere Ansätze zum Bestimmen von x werden in Betracht gezogen, einschließlich eines Sensors 32, der als Distanzsensor ausgeführt ist.
Sobald die Kontaktkraft an der Schnittstelle zwischen Walze und Boden und die Verschiebung der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder der Rollenwalze berechnet ist, kann bei 606 der Bodensteifigkeitswert berechnet werden. Um den Bodensteifigkeitswert zu berechnen, ist die benötigte Information die maximale und minimale gesamt aufgebrachte Kraft bzw. TAF und die maximalen und minimalen Rollenwalzenverschiebungswerte. Der Bodensteifigkeitswert kann gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden: Gleichung 3:
wobei die Einheit der Berechnung Kraft pro Länge ist, was mit dem Steifigkeitsmaß übereinstimmt bzw. ausgerichtet ist. Es sei bemerkt, dass andere Berechnungen verwendet werden können, um einen Bodensteifigkeitswert zu berechnen.
Im Schritt 608 kann die im Schritt 606 bestimmte Bodensteifigkeit bei der Bestimmung eines Elastizitätsmoduls des Arbeitsmaterials verwendet werden. Der Elastizitätsmodul eines Arbeitsmaterials ist die physikalische Eigenschaft des Arbeitsmaterialzustandes bezogen auf die Fähigkeit des Arbeitsmaterials, eine Last zu tragen. Der Modul des Arbeitsmaterials kann bestimmt werden, indem der Modul mit der Bodensteifigkeitseigenschaft in Beziehung gesetzt wird. Die folgende Gleichung ist eine Verkörperung dieser Beziehung: Gleichung 4
Wobei k_dyn der zuvor berechnete Bodensteifigkeitswert aus Gleichung 3 mit der Einheit Kraft pro Länge ist. Diese Gleichung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Beziehung zwischen der Bodensteifigkeit und dem Elastizitätsmodul. Es sei bemerkt, dass andere Gleichungen oder Beziehungen verwendet werden können, die Bodensteifigkeit und Elastizitätsmodul in Beziehung setzen.
In Gleichung 4 ist v die Poissonzahl des verdichteten Arbeitsmaterials, L ist die Länge oder Breite der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder Rollenwalze, Md ist die ungefederte Masse der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder Rollenwalze, M_f ist die äquivalente Rahmenmasse auf der Walzenachse, R ist der Radius der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder Rollenwalze, E stellt den Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials dar, und die Konstante G stellt die Erdbeschleunigung dar. Wie bei der Bestimmung der Kontaktkraft F_s aus Gleichung 1, werden die physikalischen Eigenschaften der Verdichtermaschine 11, wie sie während des Schrittes 602 bestimmt wurden, benötigt. Zusätzlich zu der Rahmenmasse M_f und der ungefederten Masse der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder Rollenwalze Md, werden die Abmessungen der Länge oder Breite L und der Radius R der (vorderen) Stampffußwalze 24 und/oder Rollenwalze zum Bestimmen des Moduls E verwendet. Der resultierende Modul E wird die Einheit Kraft pro Fläche haben. Außerdem wird eine physikalische Eigenschaft des Arbeitsmaterials benötigt, die die Poissonzahl v aufweist. Die Poissonzahl ist das Verhältnis von Querspannung zu Längsspannung des Arbeitsmaterials und wird abhängig von dem verdichteten Arbeitsmaterial variieren. Für gewöhnlicher Weise verwendete Arbeitsmaterialien kann der Bereich der Poissonzahl zwischen 0,20 und 0,50 sein. Das Volumen des Materials kann während der Verdichtung für Materialien am höheren Ende dieses Bereiches (beispielsweise gesättigten Ton) nur geringfügig abnehmen. Für Materialien am unteren Ende des Bereiches (beispielsweise Beton, Sand, Ton), kann eine Volumenänderung deutlicher sein. Es sei bemerkt, dass dieser Bereich von Zahlen nur beispielhaft ist und diese Offenbarung sich auf Materialien mit Poissonzahlen außerhalb dieses Bereiches anwenden lässt.
Bei der Bestimmung des Elastizitätsmoduls E kann der Prozessor 42 konfiguriert sein, um ein iteratives Verfahren zu verwenden, um die Gleichung 4 zu lösen. Dies kann ein mathematisches Verfahren aufweisen, welches eine Sequenz der. Verbesserung von ungefähren Lösungen für eine gegebene Gleichung erzeugt. Vorbedingungen können verwendet werden, wie beispielsweise einen anfänglichen Modulwert, z. B. der Modul des vorherigen Verdichterdurchgangs, der dabei helfen kann, die Konvergenzrate zu steigern.
Die Bestimmung des Elastizitätsmoduls E kann während des Verdichtungsvorgangs durch den Prozessor 42 ausgeführt werden. Sobald der Elastizitätsmodul bestimmt ist, kann der Prozessor 42 beim Schritt 610 den Wert mit einem vorbestimmten Schwellenelastizitätsmodul für den verdichteten Arbeitsbereich vergleichen. Der Schwellenwert kann ein Wert sein, der von einem Anwender über eine Eingabevorrichtung 39 eingegeben wurde oder ein gespeicherter Wert. Wenn der Modul unter der Schwelle ist, kann der Prozessor 42 bei 614 ein Signal an die Anzeige 48 senden, um anzuzeigen, dass eine weitere Verdichtung erforderlich ist. Der Bediener kann das Arbeitsmaterial weiter verdichten, indem er mehrere Durchgänge ausführt, bis der bestimmte Elastizitätsmodul den Schwellenwert erreicht. Die Verfahrensschritte 604, 606, 608 und 610 werden dann für jeden andauernden Verdichterdurchgang wiederholt. Sobald der Elastizitätsmodul den Schwellenelastizitätsmodul erreicht, der für den Arbeitsbereich erforderlich ist, kann der Prozessor 42 dann ein Signal an die Anzeige 48 senden, dass keine weitere Verdichtung nötig ist, und das Verfahren endet bei 612.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Offenbarung sieht ein vorteilhaftes System und ein Verfahren zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls eines Arbeitsmaterials während eines Verdichtungsvorgangs vor. Das System verwendet die physikalischen Eigenschaften der Verdichtermaschine und des Arbeitsmaterials in Verbindung mit Kraft und Beschleunigung der Rollenwalze und des Rahmens, um genau und effizient einen Elastizitätsmodul in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit zu bestimmen. Anstatt ein Verfahren mit vielen Schritten zum Verdichten eines Arbeitsmaterials und des Messens der Elastizität zu erfordern, bestimmt dieses System synthetisch die Verdichtung und die Bestimmung des Elastizitätsmoduls in einem Vorgang.
Das System und das Verfahren gestatten es einem Bediener einer Verdichtermaschine, eine genaue Anzeige des Ansprechens von einem oder mehreren gerade verdichteten Materialien auf die Verdichtung zu erhalten. Insbesondere kann der Bediener fähig sein, genau zu bestimmen, wann das Arbeitsmaterial auf eine erforderliche Schwelle verdichtet worden ist. Da der Elastizitätsmodul Einheiten für Ingenieure bzw. Konstruktionen hat, gestattet dies zusätzlich, einen breiteren Bereich von Anwendungen, was die Anwendung durch Konstruktionsingenieure für Gebäude und Entwicklung (beispielsweise Straßen, Gebäude usw.) mit einschließt, jedoch nicht darauf eingeschränkt ist. Da Konstruktionsanweisungen die Verwendung eines Elastizitätsmoduls als primären Eingabeparameter verwenden können, wenn die Steifigkeit eines Arbeitsmaterials gekennzeichnet wird, können Ingenieure dieses Verdichtungsverfahren verwenden, um eine Übereinstimmung mit Anforderungen bezüglich Spezifikationen sicherzustellen.
Während die Offenbarung hier unter Verwendung einer beschränkten Anzahl von Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, sollen diese speziellen Ausführungsbeispiele nicht den Umfang der Offenbarung einschränken, wie er sonst hier beschrieben und beansprucht wird. Modifikationen und Variationen gegenüber den beschriebenen Ausführungsbeispielen bestehen: Genauer gesagt, sind die Beispiele als spezielle Darstellung von Ausführungsbeispielen der beanspruchten Offenbarung dargelegt. Es sei bemerkt, dass die Erfindung nicht auf die speziellen in den Beispielen dargelegten Details eingeschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8057124 B2 [0003]

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls eines Arbeitsmaterials, welches von einem Verdichtersystem (10) mit einer Rollenwalze (24) verdichtet wird, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Abfühlen oder Berechnen einer Kontaktkraft, die von der Rollenwalze (24) auf das Material aufgebracht wird, mit mindestens einem Sensor (32) und/oder einem Prozessor (42); Abfühlen oder Berechnen einer vertikalen Verschiebung der Rollenwalze (24) mit dem mindestens einen Sensor (32) und/oder dem Prozessor (42); Berechnen einer Steifigkeit des Arbeitsmaterials mit dem Prozessor (42) basierend auf der Kontaktkraft und der vertikalen Verschiebung; und Bestimmen des Elastizitätsmoduls des Arbeitsmaterials mit dem Prozessor (42) basierend auf einer Beziehung zwischen der Steifigkeit des Arbeitsmaterials und dem Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen der Steifigkeit des Arbeitsmaterials weiter aufweist, eine maximale und eine minimale Bodenkontaktkraft der Rollenwalze (24) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen der Steifigkeit des Arbeitsmaterials weiter aufweist, eine maximale und eine minimale vertikale Verschiebung der Rollenwalze (24) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Sensor (32), der die vertikale Verschiebung der Rollenwalze (24) abfühlt, ein Beschleunigungsmesser ist, der eine vertikale Beschleunigung einer Walze (24) abfühlt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiter aufweist, ein Signal durch den Prozessor (42) an eine Anzeige (48) zu senden, welches anzeigt, ob der Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials eine vorbestimmte Schwelle erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Elastizitätsmoduls einen Wert von Kraft pro Fläche zur Folge hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beziehung zwischen der Steifigkeit des Bodens und dem Elastizitätsmodul ein Verhältnis von Querdehnung zu Längsdehnung des Arbeitsmaterials aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beziehung zwischen der Steifigkeit des Bodens und dem Elastizitätsmodul zumindest eine physikalische Eigenschaft der Rollenwalze (24) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Elastizitätsmoduls weiter die Verwendung eines iterativen Verfahrens aufweist.
Verdichtersystem (10) zum Bestimmen eines Elastizitätsmoduls eines Arbeitsmaterials während eines Verdichtungsvorgangs, welches Folgendes aufweist: zumindest eine Rollenwalze (24), die konfiguriert ist, um das Arbeitsmaterial zu verdichten; zumindest einen Sensor (32), der konfiguriert ist, um eine vertikale Beschleunigung und/oder eine vertikale Verschiebung und/oder eine Kraft einer Komponente eines Verdichtersystems (10) abzufühlen; und einen Prozessor (42), der konfiguriert ist, um eine Kontaktkraft an einer Schnittstelle zwischen der mindestens einen Rollenwalze (24) und dem Arbeitsmaterial ansprechend auf den mindestens einen Sensor (32) zu berechnen, und der weiter konfiguriert ist, um eine Verschiebung der mindestens einen Rollenwalze (24) ansprechend auf den mindestens einen Sensor (32) zu berechnen, wobei der Prozessor (42) konfiguriert ist, um die Steifigkeit des Arbeitsmaterials basierend auf der Kontaktkraft und der Verschiebung zu berechnen, und wobei der Prozessor (42) konfiguriert ist, um den Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials basierend auf einer Beziehung zwischen der Steifigkeit des Arbeitsmaterials und dem Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials zu bestimmen.
Verdichtersystem (10) nach Anspruch 10, wobei der Prozessor (42) weiter konfiguriert ist, um ein Signal an eine Anzeige (48) zu senden, welches anzeigt, ob der Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials eine vorbestimmte Schwelle erreicht hat.
Verdichtersystem (10) nach Anspruch 10, wobei die Beziehung zwischen der Steifigkeit des Bodens und dem Elastizitätsmodul ein Verhältnis von Querdehnung zu Längsdehnung des Arbeitsmaterials aufweist.
Verdichtersystem (10) nach Anspruch 10, wobei die Beziehung zwischen der Steifigkeit des Bodens und dem Elastizitätsmodul zumindest eine physikalische Eigenschaft der Rollenwalze (24) aufweist.
Verdichtersystem (10) nach Anspruch 10, wobei der Prozessor (42) weiter konfiguriert ist, um ein iteratives Verfahren zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls zu verwenden.
Verdichtersystem (10) zur Bestimmung eines Elastizitätsmoduls eines Arbeitsmaterials während eines Verdichtungsvorgangs, welches Folgendes aufweist: einen Prozessor (42), der konfiguriert ist, um eine Steifigkeit des Arbeitsmaterials basierend auf einer Kraft, die auf das Arbeitsmaterial durch das Verdichtersystem (10) aufgebracht wird, und einer vertikalen Verschiebung des Verdichtersystems (10) zu bestimmen, und der weiter konfiguriert ist, den Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials basierend auf einer Beziehung zwischen der Steifigkeit des Arbeitsmaterials und dem Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials zu bestimmen.
System nach Anspruch 15, wobei der Prozessor (42) weiter konfiguriert ist, um ein Signal an eine Anzeige (48) zu senden, welches anzeigt, ob der Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials eine vorbestimmte Schwelle erreicht hat.
System nach Anspruch 15, wobei die Beziehung zwischen der Steifigkeit des Bodens und dem Elastizitätsmodul ein Verhältnis von Querdehnung zu Längsdehnung des Arbeitsmaterials aufweist.
System nach Anspruch 15, wobei das System weiter zumindest eine Rollenwalze (24) aufweist.
System nach Anspruch 18, wobei die Beziehung zwischen der Steifigkeit des Bodens und dem Elastizitätsmodul zumindest eine physikalische Eigenschaft der mindestens einen Rollenwalze (24) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Prozessor (42) weiter konfiguriert ist, um ein iteratives Verfahren zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls zu verwenden.