DE102017210832B3

DE102017210832B3 - Kopfsteinpflaster-Teststrecke und Betonplatten- und Formen-Sätze sowie Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102017210832B3
Application number: DE102017210832.0A
Authority: DE
Inventors: Eric-Jan Scharlee; Erik Cetinkaya; Hong Zhu
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2037-06-28
Also published as: CN109137669A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kopfsteinpflaster-Teststrecke (1) aus einer Vielzahl von aneinander angrenzend verlegten vorgefertigten Betonplatten (AC; BC), wobei die Teststrecke (1) in unterschiedliche rechteckige Bereiche unterteilt ist, die unterschiedliche Typen von Testprofilen aufweisen, wobei mindestens ein Typ von Testprofil eine regelmäßige Anordnung von Buckeln aufweist. Gemäß der Erfindung enthält die Teststrecke (1) drei unterschiedliche Typen von Testprofilen (A; B; C), welche gemeinsam haben, dass die Buckel jeweils an Gitterpunkten eines Dreiecksgitters angeordnet sind, und welche sich darin unterscheiden, dass erste Testprofile (A) an jedem Gitterpunkt einen Buckel aufweisen, zweite Testprofile (B) nur Buckel aufweisen, die gemeinsam ein hexagonales Gitter bilden, und dritte Testprofile (C) sowohl Gitterpunkt-Reihen, in denen sich an jedem Gitterpunkt ein Buckel befindet, als auch Gitterpunkt-Reihen enthalten, in denen sich nur an jedem zweiten Gitterpunkt ein Buckel befindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kopfsteinpflaster-Teststrecke, Betonplatten- und Formen-Sätze dafür sowie ein Herstellungsverfahren gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Eine Kopfsteinpflaster-Teststrecke gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, nämlich aus einer Vielzahl von aneinander angrenzend verlegten vorgefertigten Betonplatten, wobei die Teststrecke in unterschiedliche rechteckige Bereiche unterteilt ist, die unterschiedliche Typen von Testprofilen aufweisen, ist aus der US 7 950 276 B1 bekannt. Diese Teststrecke und die Betonplatten, aus denen sie zusammengesetzt ist, enthalten nur einen Typ von Testprofil, das eine regelmäßige Anordnung von Erhebungen wie z. B. Kopfsteinpflaster-Buckeln aufweist, und sind in anderen Bereichen eben.
Anders als herkömmliche Kopfsteinpflaster-Teststrecken mit unregelmäßig geformten und verlegten Steinen erlaubt es eine derartige Teststrecke mit ihren genau definierten Unebenheiten, vergleichbare Messungen zu erhalten, insbesondere bei Kraftfahrzeug-Haltbarkeitsprüfungen mit beschleunigter Ermüdung. Die Spitzenbelastungen können genau definiert werden, und beschädigte Betonplatten können einzeln ausgetauscht werden. Weiterhin offenbart die DE 698 08 682 T2 eine Versuchsstrecke für Fahrzeuge mit einer Beregnungsanlage und Zonen, die im nassen Zustand jeweils eine vorgegebene Haftung haben, wobei die Oberfläche der Strecke über ihrer gesamten Breite kontinuierlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte modulare Kopfsteinpflaster-Teststrecke bereitzustellen, die ohne Überlastungsgefahr eine gute Ermüdungswirkung sowohl bei Geradeausfahrt als auch bei Fahrt in Schlangenlinien zeigt. Zudem sollen Testfahrzeuge ähnlich wie bei herkömmlichen Kopfsteinpflaster-Teststrecken vielfrequenten Schwingungen ausgesetzt werden. Weiterhin soll die Teststrecke bei gutem Fahrzeug-Handling mit allen möglichen Fahrzeugtypen und auch bei Regen sicher befahrbar sein und soll Fahrer keinen unzumutbaren Vibrationen aussetzen. Dies alles soll überdies mit einfacher Herstellbarkeit und Wartungsfähigkeit sowie guter Haltbarkeit einhergehen.
Diese Aufgabe wird durch eine Kopfsteinpflaster-Teststrecke, Betonplatten- und Formen-Sätze sowie ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Dies haben vertiefte theoretische und praktische Analysen ergeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält die Teststrecke genau drei unterschiedliche Typen von Testprofilen, welche gemeinsam haben, dass die Buckel jeweils an Gitterpunkten eines Dreiecksgitters angeordnet sind, und welche sich darin unterscheiden, dass erste Testprofile an jedem Gitterpunkt einen Buckel aufweisen, zweite Testprofile nur Buckel aufweisen, die gemeinsam ein hexagonales Gitter bilden; und dritte Testprofile sowohl Gitterpunkt-Reihen, in denen sich an jedem Gitterpunkt ein Buckel befindet, als auch Gitterpunkt-Reihen enthalten, in denen sich nur an jedem zweiten Gitterpunkt ein Buckel befindet.
In bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich Reihen der Gitterpunkte senkrecht zur Längsrichtung der Teststrecke; das Dreiecksgitter wird vorzugsweise durch regelmäßige Dreiecke mit überall gleicher Schenkellänge von z. B. etwas weniger als 20 cm gebildet; und die Buckel sind vorzugsweise identische Kugelabschnitte mit einer Höhe zwischen 1/3 und 1/2 ihres Durchmessers, der z. B. an die 10 cm betragen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt bzw. liegen in dem dritten Testprofil zwischen Reihen, in denen sich nur zwischen 20% bis einschließlich 50% der Gitterpunkte ein Buckel befindet, eine mit eins beginnende und in Längsrichtung der Teststrecke über das Testprofil sukzessive zunehmende Anzahl von Reihen, in denen sich an mehr als 50% der Gitterpunkte ein Buckel befindet.
Besonders bevorzugt liegt bzw. liegen bei dem dritten Testprofil zwischen Reihen, in denen sich nur an jedem zweiten Gitterpunkt ein Buckel befindet, eine mit eins beginnende und in Längsrichtung der Teststrecke sukzessive um eins zunehmende und bei drei endende Anzahl von Reihen, in denen sich an jedem Gitterpunkt ein Buckel befindet.
Die Gesamtflächen, welche die jeweiligen Testprofile eins, zwei und drei auf der Teststrecke einnehmen, stehen vorzugsweise in einem Verhältnis von ungefähr 1:1:2, und die drei Typen von Testprofilen sind vorzugsweise jeweils ungefähr quadratisch und umfassen vorzugsweise ungefähr 10 x 10 Gitterpunkte.
Mit dem Begriff „ungefähr“, wie hierin verwendet, sollen Abweichungen von bis zu +/- 20% eingeschlossen werden. Wenn in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von einem hexagonalem Gitter oder vollständiger Besetzung oder vollständig fehlender Besetzung mit Buckeln die Rede ist, so versteht es sich, dass kleine Abweichungen oder „Störungen“ der Struktur im Bereich z.B. eines Buckels mehr oder weniger eingeschlossen sein sollen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die dritten Testprofile alle in einem zentralen Bereich der Teststrecke angeordnet, insbesondere rechts und links angrenzend an eine Längsmittellinie der Teststrecke, und die ersten und zweiten Testprofile sind vorzugsweise alle in peripheren Bereichen der Teststrecke und einander in Längsrichtung der Teststrecke abwechselnd angeordnet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die dritten Testprofile für sich genommen bzw. eine entsprechend ausgebildete Form zu deren Herstellung. Dadurch, dass in dem dritten Testprofil zwischen Reihen, in denen sich nicht an jedem, nämlich zwischen 20% bis einschließlich 50% der Gitterpunkte, ein Buckel befindet, eine mit eins beginnende und in Längsrichtung der Teststrecke sukzessive vorzugsweise um eins zunehmende Anzahl von Reihen liegen, in denen sich an mehr als 50% - vorzugsweise an jedem - der Gitterpunkte ein Buckel befindet, wird bereits für sich genommen eine besonders vorteilhafte vielfrequente Testanregung bereitgestellt. Besonders bevorzugt sind pro Betonplatte sukzessive eine Reihe, zwei Reihen und drei Reihen vollständig mit Buckeln besetzt.
Ein erfindungsgemäßer Betonplatten-Satz für Kopfsteinpflaster-Teststrecken besteht aus Betonplatten, die alle gleich groß und rechteckig mit einem Seitenverhältnis von ungefähr 2:1 sind und in genau zwei unterschiedlichen Typen vorhanden sind, wobei jede Betonplatte in zwei ungefähr quadratische Flächen unterteilt ist, die zwei unterschiedliche Typen von Testprofilen aufweisen, in denen an Gitterpunkten eines Dreiecksgitters Buckel angeordnet sind und von denen eines ein drittes Testprofil ist, das sowohl Gitterpunkt-Reihen, in denen sich an jedem Gitterpunkt ein Buckel befindet, als auch Gitterpunkt-Reihen aufweist, in denen sich nur an jedem zweiten Gitterpunkt ein Buckel befindet, wobei ein erster Betonplatten-Typ außerdem ein erstes Testprofil aufweist, das an jedem Gitterpunkt einen Buckel aufweist, und ein zweiter Betonplatten-Typ außerdem ein zweites Testprofil aufweist, das nur Buckel aufweist, die gemeinsam ein hexagonales Gitter bilden.
Ein erfindungsgemäßer Formen-Satz zur Herstellung der Betonplatten besteht aus rechteckigen Formen mit einem Seitenverhältnis von ungefähr 2:1, wobei jede Form in zwei ungefähr quadratische Flächen unterteilt ist, die zwei unterschiedliche Typen von Profilen aufweisen, in denen an Gitterpunkten eines Dreiecksgitters Vertiefungen angeordnet sind und von denen eines ein drittes Profil ist, das sowohl Gitterpunkt-Reihen, in denen sich an jedem Gitterpunkt eine Vertiefung befindet, als auch Gitterpunkt-Reihen aufweist, in denen sich nur an jedem zweiten Gitterpunkt eine Vertiefung befindet, wobei ein erster Formen-Typ außerdem ein erstes Profil aufweist, das an jedem Gitterpunkt eine Vertiefung aufweist, und ein zweiter Formen-Typ außerdem ein zweites Profil aufweist, das nur Vertiefungen aufweist, die gemeinsam ein hexagonales Gitter bilden.
Eine besonders vorteilhafte Kopfsteinpflaster-Teststrecke kann vorteilhaft hergestellt werden, indem mittels der Formen viele Betonplatten hergestellt werden und in zwei Reihen und aneinander angrenzend auf einer Tragschicht verlegt werden, derart, dass die dritten Testprofile einen zentralen Bereich der Teststrecke ausbilden und die ersten und zweiten Testprofile periphere Bereiche der Teststrecke ausbilden und einander in Längsrichtung der Teststrecke abwechseln.
Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:

1A - 1C Draufsichten auf drei unterschiedliche Testprofiltypen; und
2 eine Draufsicht auf eine Teststrecke aus profilierten Betonplatten.

1A bis 1C zeigen drei Testprofile A bis C, worin viele Buckel in Form von identischen Kugelabschnitten mit einer Höhe zwischen 1/3 und 1/2 ihres Durchmessers, der z. B. an die 10 cm betragen kann, jeweils an Gitterpunkten eines regelmäßigen Dreiecksgitters angeordnet sind. Die in 1A bis 1C vertikalen Reihen der Gitterpunkte erstrecken sich senkrecht zur Längsrichtung einer in 2 gezeigten Teststrecke 1.
Die ersten Testprofile A weisen an jedem Gitterpunkt einen Buckel auf, und die zweiten Testprofile B weisen nur Buckel auf, die gemeinsam ein hexagonales Gitter bilden, in dem jeder Gitterpunkt, an dem sich kein Buckel befindet, sechs Nachbar-Gitterpunkte hat, an denen sich jeweils ein Buckel befindet.
Die dritten Testprofile C enthalten sowohl Gitterpunkt-Reihen, in denen sich an jedem Gitterpunkt ein Buckel befindet, als auch Gitterpunkt-Reihen, in denen sich nur an jedem zweiten Gitterpunkt ein Buckel befindet, wobei zwischen Reihen, in denen sich nur an jedem zweiten Gitterpunkt ein Buckel befindet, eine mit eins beginnende und in Längsrichtung der Teststrecke sukzessive um eins zunehmende Anzahl von Reihen liegt, in denen sich an jedem Gitterpunkt ein Buckel befindet. Diese Anordnung liefert Harmonische der durch den Reihenabstand gegebenen Grundwellenlänge der Schwingungen, denen ein auf der Teststrecke 1 fahrendes Fahrzeug ausgesetzt wird.
Wie in 2 gezeigt, besteht die Teststrecke 1 aus einer Vielzahl von aneinander angrenzend verlegten vorgefertigten Betonplatten AC und BC, die alle gleich groß und rechteckig sind, z. B. mit einer Länge von 3,5 Meter und einer Höhe von 1,825 Meter, also einem Seitenverhältnis von ungefähr 2:1. Da die Betonplatten AC und BC jeweils rechts oder links von einer Längsmittellinie 2 der Teststrecke 1 angeordnet sind und sich quer dazu erstrecken, ergibt sich mit 3,5 Meter langen Betonplatten AC und BC eine Fahrbahnbreite von 7 Meter. 2 zeigt nur einen Abschnitt der Teststrecke 1, die tatsächlich einige hundert Meter lang sein kann.
Jede Betonplatte AC und BC ist in zwei ungefähr quadratische Flächen unterteilt, die jeweils eines der Testprofile A, B und C aufweisen. Und zwar haben die einen Betonplatten AC jeweils auf einer Hälfte das Testprofil A und auf der anderen Hälfte das Testprofil C, und die anderen Betonplatten BC haben jeweils auf einer Hälfte das Testprofil B und auf der anderen Hälfte das Testprofil C. In der Nähe der Grenzen zwischen den beiden Testprofilen einer jeden Betonplatte können einzelne Buckel hinzugefügt oder weggelassen sein, um den Übergang zwischen den beiden Testprofilen gleichmäßiger zu gestalten.
Wie in 2 veranschaulicht, sind die Betonplatten AC und BC in zwei Reihen und aneinander angrenzend auf einer Tragschicht verlegt, wobei sie so angeordnet sind, dass alle dritten Testprofile C in einem zentralen Bereich der Teststrecke 1 liegen und alle ersten und zweiten Testprofile A und B in peripheren Bereichen der Teststrecke 1 liegen und einander in Längsrichtung der Teststrecke 1 abwechseln. Quer zur Längsrichtung der Teststrecke 1 liegen sich jeweils zwei typgleiche Betonplatten AC oder BC gegenüber und grenzen mit ihren Testprofilen C aneinander und an eine Längsmittellinie 2 der Teststrecke 1 an.
Es ist vorgesehen, dass ein Testfahrzeug 3 zum Beispiel mittig auf der Teststrecke 1 geradeausfährt, oder quer zur Längsmittellinie 2 versetzt geradeaus, oder in einer Schlangenlinie 4, wie in 2 gezeigt.
Die Betonplatten AC und BC lassen sich noch auf viele weitere Arten verlegen, die neben leichter Herstellbarkeit und Wartungsfähigkeit sowie guter Haltbarkeit jeweils ihre eigenen Vorteile haben. Doch hat sich die in 2 gezeigte Anordnung von Testprofilen A bis C bzw. Betonplatten AC oder BC auf der Teststrecke 1 bei Versuchen als optimal hinsichtlich der Kriterien erwiesen, ohne Überlastungsgefahr eine gute Ermüdungswirkung sowohl bei Geradeausfahrt als auch bei Fahrt in Schlangenlinien zu zeigen, Testfahrzeuge vielfrequenten Schwingungen auszusetzen, die Teststrecke bei gutem Fahrzeug-Handling mit den verschiedensten Fahrzeugtypen und auch bei Regen sicher befahren zu können und die Fahrer keinen unzumutbaren Vibrationen aussetzen.

Claims

Kopfsteinpflaster-Teststrecke (1) aus einer Vielzahl von aneinander angrenzend verlegten vorgefertigten Betonplatten (AC; BC), wobei die Teststrecke (1) in unterschiedliche rechteckige Bereiche unterteilt ist, die unterschiedliche Typen von Testprofilen aufweisen, wobei mindestens ein Typ von Testprofil eine regelmäßige Anordnung von Buckeln aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Teststrecke (1) drei unterschiedliche Typen von Testprofilen (A; B; C) aufweist, welche gemeinsam haben, dass die Buckel jeweils an Gitterpunkten eines Dreiecksgitters angeordnet sind, und welche sich wie folgt unterscheiden: erste Testprofile (A) weisen an jedem Gitterpunkt einen Buckel auf; zweite Testprofile (B) weisen nur Buckel auf, die gemeinsam ein hexagonales Gitter bilden; und dritte Testprofile (C) enthalten sowohl Gitterpunkt-Reihen, in denen sich an jedem Gitterpunkt ein Buckel befindet, als auch Gitterpunkt-Reihen, in denen sich nur an jedem zweiten Gitterpunkt ein Buckel befindet.
Teststrecke (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Reihen der Gitterpunkte senkrecht zur Längsrichtung der Teststrecke (1) verlaufen.
Teststrecke (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiecksgitter durch regelmäßige Dreiecke mit überall gleicher Schenkellänge gebildet wird.
Teststrecke (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem dritten Testprofil (C) zwischen Reihen, in denen sich nur zwischen 20% bis einschließlich 50% der Gitterpunkte ein Buckel befindet, eine mit eins beginnende und in Längsrichtung der Teststrecke (1) über das Testprofil sukzessive zunehmende Anzahl von Reihen liegt bzw. liegen, in denen sich an mehr als 50% der Gitterpunkte ein Buckel befindet.
Teststrecke (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem dritten Testprofil (C) zwischen Reihen, in denen sich nur bei jedem zweiten Gitterpunkt ein Buckel befindet, eine mit eins beginnende und in Längsrichtung der Teststrecke (1) über das Testprofil sukzessive um eins zunehmende und bei drei endende Anzahl von Reihen liegt bzw. liegen, in denen sich an allen Gitterpunkten ein Buckel befindet.
Teststrecke (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtflächen, welche die Testprofile eins (A), zwei (B) und drei (C) auf der Teststrecke (1) einnehmen, in einem Verhältnis von ungefähr 1:1:2 stehen.
Teststrecke (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Typen von Testprofilen (A; B; C) jeweils ungefähr quadratisch sind und ungefähr 10 x 10 Gitterpunkte umfassen.
Teststrecke (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Testprofile (C) alle in einem zentralen Bereich der Teststrecke (1) angeordnet sind und die ersten (A) und zweiten Testprofile (B) alle in peripheren Bereichen der Teststrecke (1) und einander in Längsrichtung der Teststrecke (1) abwechselnd angeordnet sind.
Betonplatten-Satz für eine Teststrecke (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Betonplatten (AC; BC) des Satzes gleich groß und rechteckig mit einem Seitenverhältnis von ungefähr 2:1 ausgebildet sind und in zwei unterschiedlichen Typen vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Betonplatte (AC; BC) in zwei ungefähr quadratische Flächen unterteilt ist, die zwei unterschiedliche Typen von Testprofilen (A; B; C) aufweisen, in denen an Gitterpunkten eines Dreiecksgitters Buckel angeordnet sind und von denen eines ein drittes Testprofil (C) ist, das sowohl Gitterpunkt-Reihen, in denen sich an jedem Gitterpunkt ein Buckel befindet, als auch Gitterpunkt-Reihen aufweist, in denen sich nur an jedem zweiten Gitterpunkt ein Buckel befindet, wobei ein erster Betonplatten-Typ (AC) außerdem ein erstes Testprofil (A) aufweist, das an jedem Gitterpunkt einen Buckel aufweist, und ein zweiter Betonplatten-Typ (BC) außerdem ein zweites Testprofil (B) aufweist, das nur Buckel aufweist, die gemeinsam ein hexagonales Gitter bilden.
Betonplatte für eine Kopfsteinpflaster-Teststrecke (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Betonplatte ein drittes Testprofil (C) nach Anspruch 4 oder 5 aufweist.
Teststrecken-Betonplatten-Form, dadurch gekennzeichnet, dass die Form zur Herstellung einer Betonplatte mit einem dritten Testprofil (C) nach Anspruch 4 oder 5 ausgebildet ist.
Ein Paar unterschiedlicher rechteckiger Teststrecken-Betonplatten-Formen mit einem Seitenverhältnis von ungefähr 2:1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Form in zwei ungefähr quadratische Flächen unterteilt ist, die zwei unterschiedliche Typen von Profilen aufweisen, in denen an Gitterpunkten eines Dreiecksgitters Vertiefungen angeordnet sind und von denen eines ein drittes Profil ist, das sowohl Gitterpunkt-Reihen, in denen sich an jedem Gitterpunkt eine Vertiefung befindet, als auch Gitterpunkt-Reihen aufweist, in denen sich nur an jedem zweiten Gitterpunkt eine Vertiefung befindet, wobei ein erster Formen-Typ außerdem ein erstes Profil aufweist, das an jedem Gitterpunkt eine Vertiefung aufweist, und ein zweiter Formen-Typ außerdem ein zweites Profil aufweist, das nur Vertiefungen aufweist, die gemeinsam ein hexagonales Gitter bilden.
Ein Paar Formen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Formen zur Herstellung von Betonplatten (AC; BC) nach Anspruch 9 ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Kopfsteinpflaster-Teststrecke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass viele Betonplatten (AC; BC) nach Anspruch 9 hergestellt werden und in zwei Reihen und aneinander angrenzend auf einer Tragschicht verlegt werden, derart, dass die dritten Testprofile (C) nach Anspruch 10 einen zentralen Bereich der Teststrecke (1) ausbilden und die ersten (A) und zweiten Testprofile (B) periphere Bereiche der Teststrecke (1) ausbilden und einander in Längsrichtung der Teststrecke (1) abwechseln.