-
Die
Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur automatisierten
Bodenverdichtung.
-
Aus
der
DE 100 53 446
A1 ist eine fahrbare Bodenverdichtungsvorrichtung mit Fahrtrichtungsstabilisierung
bekannt. Die Vorrichtung weist eine Bewegungserfassungseinrichtung
zum Erfassen der tatsächlichen
Fahrbewegung der Bodenverdichtungsvorrichtung auf. Die tatsächliche
Fahrbewegung wird mit einem vom Bediener vorgegebenen Sollwert verglichen.
Eventuelle Abweichungen z. B. aufgrund von Störungen werden automatisch durch eine
Fahrtregelungseinrichtung korrigiert. Dadurch folgt die Bodenverdichtungsvorrichtung,
z. B. eine Vibrationsplatte oder eine Walze, stabil einem vom Bediener
vorgegebenen Fahrweg.
-
Durch
die Fahrtrichtungsstabilisierung kann der Bediener bereits deutlich
bei seiner Arbeit entlastet werden. Insbesondere kurze, stochastische
Störungen
der Fahrt der Bodenverdichtungsvorrichtung (hier: eine Vibrationsplatte)
werden automatisch ausgeregelt, so dass der Bediener keine Gegenmaßnahmen
ergreifen muss, wenn die Bodenverdichtungsvorrichtung kurzzeitig
von dem vorgegebenen Kurs abweicht. Jedoch erfordert insbesondere
das Verdichten größerer Flächen vom
Bediener nach wie vor erhöhte
Konzentration, um die Bodenverdichtungsvorrichtung in einer sinnvollen
Weise zu fahren und um sicherzustellen, dass die Fläche vollständig verdichtet
wird. Aufgrund der relativ langsamen Fortbewegung der Bodenverdichtungsvorrichtung
kann diese Arbeit anstrengend und ermüdend sein. Daher ist es wünschenswert,
den Bedienungskomfort zusätzlich
zu verbessern.
-
Aus
der
US-A-6,113,309 ist
eine aus mehreren Walzenbandagen bestehende Walzvorrichtung bekannt,
die automatisch eine vorgegebene Strecke nachfährt und dadurch den Boden verdichtet.
Die Vorgabe der Verdichtungsstrecke erfolgt entweder durch mechanische
Einrichtungen, z. B. durch Markierungen auf dem zu verdichtenden
Boden, oder durch GPS-Daten, die vorher beim Ausbringen des zu verdichtenden
Asphalts erfasst wurden. Das Ziel der beschriebenen Lösung besteht
darin, die Walzvorrichtung möglichst
exakt an der Seitenkante des Asphalts entlangfahren zu lassen, um
eine gleichmäßige Verdichtung
zu erreichen.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bodenverdichtungssystem
und ein zugehöriges Verfahren
anzugeben, mit dem die Bedienbarkeit und der Bedienungskomfort sowie
die Wirtschaftlichkeit einer Bodenverdichtungsvorrichtung weiter
verbessert werden können.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Bodenverdichtungssystem gemäß Anspruch
1 sowie durch Verfahren zur automatisierten Bodenverdichtung gemäß den Ansprüchen 27
und 28 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
-
Erfindungsgemäß ist das
Bodenverdichtungssystem mit einer fahr- und lenkbaren Bodenverdichtungsvorrichtung,
z. B. einer Vibrationsplatte oder einer Walze, und einer Steuervorrichtung
ausgestattet, wobei die Steuervorrichtung eine Flächendefinitionseinrichtung,
eine Positionserfassungseinrichtung und einen Fahrtgeber aufweist.
Die Flächendefinitionseinrichtung
dient zum Festlegen einer zu verdichtenden Fläche sowie der zugehörigen Flächengrenzen
durch den Bediener. Der Bediener hat somit die Möglichkeit, Angaben zu der zu
verdichtenden Fläche
in das Bodenverdichtungssystem einzugeben, oder dem System die Flächengrenzen
anderweitig mitzuteilen.
-
Die
Positionserfassungseinrichtung dient zum Erfassen der aktuellen
Position der Bodenverdichtungsvorrichtung, wobei es wenigstens möglich sein
muss, die Position der Bodenverdichtungsvorrichtung in der Nähe der Flächengrenzen,
also bei Annäherung
an die jeweiligen Flächengrenzen
zu erfassen.
-
Mit
dem Fahrtgeber schließlich
kann die Fahrtrichtung der Bodenverdichtungsvorrichtung geändert werden.
Dazu wird der Bodenverdichtungsvorrichtung ein Sollwert für eine Fahrbewegung
vom Fahrtgeber derart vorgegeben, dass die Bodenverdichtungsvorrichtung
die jeweilige Flächengrenze nicht überfährt, sondern
innerhalb der Fläche
ihre Fahrt fortsetzt. Wenn somit die Bodenverdichtungsvorrichtung
sich einer jeweiligen Flächengrenze
annähert,
und die Gefahr besteht, dass sie bei unverändert fortgeführter Fahrt
die Flächengrenze überfahren
würde,
kann der Fahrtgeber durch Ändern
der Fahrtrichtung die entsprechenden Maßnahmen einleiten, um ein Überfahren
der Flächengrenze
zu verhindern. Der Fahrtgeber kann dazu verschiedenen Regeln unterworfen
sein, die später
noch erläutert werden.
-
Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die Positionserfassungseinrichtung wenigstens zum Erfassen einer
Annäherung
der Bodenverdichtungsvorrichtung an eine der Flächengrenzen ausgebildet, wobei
die Fahrtrichtung durch den Fahrtgeber änderbar ist, wenn die Positionserfassungseinrichtung
eine Annäherung
an die Flächengrenze
feststellt.
-
Dadurch,
dass die Positionserfassungseinrichtung lediglich eine Annäherung der
Bodenverdichtungsvorrichtung an eine Flächengrenze feststellen muss,
nicht jedoch permanent die tatsächliche Position
der Bodenverdichtungsvorrichtung innerhalb der gesamten Fläche, kann
die Positionserfassungseinrichtung vergleichsweise einfach und damit
preiswert ausgeführt
werden. Nur bei Annäherung
der Bodenverdichtungsvorrichtung an die jeweilige Flächengrenze,
z. B. bei Unterschreiten eines vorgegebenen Abstandswerts von einem
Meter, muss die Positionserfassungseinrichtung dann ein Signal abgeben.
-
Dieses
Signal wird von dem Fahrtgeber empfangen, der daraufhin Maßnahmen
zur Änderung
der Fahrtrichtung einleitet, um ein Überfahren der Flächengrenze
zu vermeiden.
-
Die
Flächendefinitionseinrichtung
kann eine Definition der Flächengrenzen
mit Hilfe von mechanischen, optischen, magnetischen, induktiven
oder kapazitiven Mitteln ermöglichen.
Besonders einfach ist z. B. eine Kennzeichnung der Flächengrenzen
mit Hilfe eines gespannten Drahtes, der von der Bodenverdichtungsvorrichtung
nicht überfahren
werden darf. Eine als Positionserfassungseinrichtung dienende Antenne
oder ein geeigneter Fühler
kann eine Annäherung
der Bodenverdichtungsvorrichtung an den Draht feststellen und das
erforderliche Annäherungssignal
an den Fahrtgeber übermitteln.
-
Alternativ
dazu lassen sich die Flächengrenzen
z. B. auch durch aufgesprühte
Farbmarkierungen oder Laserstrahlen definieren, wobei die Positionserfassungseinrichtung
optische Mittel (Fotodetektoren, Kameras, o. Ä.) aufweist, um die optischen
Signale auszuwerten.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Fahrtgeber eine Änderung der Fahrtrichtung zur
ursprünglichen
Fahrtrichtung mit einem vorgegebenen, während des gesamten Verdichtungsvorgangs
konstanten Winkel bewirkt. Das bedeutet, dass die Vibrationsplatte
bei Erreichen einer Flächengrenze
jeweils mit dem vorgege benen Winkel nach links oder rechts abbiegt
und die Fahrt dann in Geradeausrichtung fortführt. Dabei ist selbstverständlich sicherzustellen, dass
die Abbiegerichtung nicht so gewählt
wird, dass die Bodenverdichtungsvorrichtung nach dem Abbiegen weiterhin
das Bestreben hat, die sich in ihrer Nähe befindliche Flächengrenze
zu überfahren.
Es kann daher besonders vorteilhaft sein, wenn der Änderungswinkel
ein spitzer Winkel kleiner als 90° ist, so
dass die Bodenverdichtungsvorrichtung mit spitzem Winkel von der
Flächengrenze "reflektiert" wird.
-
Alternativ
dazu ist es bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung möglich, dass
sich der "Abbiegewinkel" jeweils ändert und
nach dem Zufallsprinzip – oder
aus einer vorgegebenen Tabelle – durch
den Fahrtgeber ausgewählt
wird.
-
Diese
Maßnahmen
sind geeignet, ein zufälliges Überfahren
der zu verdichtenden Fläche
durch die Bodenverdichtungsvorrichtung zu gewährleisten. Im Laufe der Zeit
ist es dadurch möglich,
nahezu die gesamte Fläche
vollständig
zu überfahren.
Sofern gegen Ende des Verdichtungsprozesses einzelne Bodenbereiche
noch nicht überfahren
und somit verdichtet worden sind, kann der Bediener nachfolgend manuell
eingreifen und diese Flächen
gezielt verdichten.
-
Bei
einer anderen, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
eine Wegplanungseinrichtung zum Festlegen einer Vorgabe für einen
Fahrweg (Kurs) aufgrund der festgelegten Fläche vorgesehen, wobei die Bodenverdichtungsvorrichtung
bei Einhaltung der Fahrwegsvorgabe die zu verdichtende Fläche wenigstens
einmal vollständig überfährt.
-
Das
bedeutet, dass aufgrund der in der Flächendefinitionseinrichtung
gespeicherten Angaben zu der zu verdichtenden Fläche und der zugehörigen Flächengrenzen
ein Fahrweg geplant werden kann, dem die Bodenverdichtungsvorrichtung
folgen muss, um die zu verdichtende Fläche zu überfahren. Die Fahrwegsplanung
kann mit Rechnerunterstützung automatisiert
durchgeführt
werden, wobei auch die Breite der Bodenverdichtungsvorrichtung berücksichtigt
wird. Gerade bei einfach geschnittenen Flächen jedoch ist es auch möglich, die
Fahrwegsplanung dem Bediener zu überlassen.
Er muss lediglich – z.
B. durch Einzeichnen des Fahrwegs in eine auf einem Bildschirm dargestellte
Fläche – die Fahrwegskoordinaten
vorgeben.
-
Vorteilhafterweise
ist die Positionserfassungseinrichtung zum ständigen Erfassen der aktuellen
Position der Bodenverdichtungsvorrichtung innerhalb der Flächengrenzen
ausgebildet. Das bedeutet, dass die Positionserfassungseinrichtung
stets die genaue Position – ggfs.
sogar die Fahrtrichtung – der Bodenverdichtungsvorrichtung
kennt.
-
Bei
dieser Ausführungsform
ist der Fahrtgeber derart ausgebildet, dass er aufgrund eines Vergleichs
der von der Positionserfassungseinrichtung übermittelten aktuellen Position
der Bodenverdichtungsvorrichtung mit der von der Wegplanungseinrichtung
gegebenen Fahrwegsvorgabe einen Sollwert für eine Fahrbewegung der Bodenverdichtungsvorrichtung
bestimmt. Dieser Sollwert wird derart gewählt, dass die Bodenverdichtungsvorrichtung
der Fahrwegsvorgabe folgt.
-
Bei
dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform ist es somit möglich, nach
Eingabe der Koordinaten der zu verdichtenden Fläche einen Fahrweg festzulegen,
dem die Bodenverdichtungsvorrichtung automatisch folgt. Der Fahrtgeber
stellt sicher, dass die Position der Bodenverdichtungsvorrichtung nicht
von dem vorgegebenen Fahrweg abweicht. Vielmehr kann der Fahrtgeber
durch Beeinflussung der Antriebe der Bodenverdichtungsvorrichtung,
insbesondere von Vorschub und Lenkung gewährleisten, dass die Bodenverdichtungsvorrichtung
den vorgegebenen Weg nachfährt.
-
Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist
die Flächendefinitionseinrichtung
eine Koordinatenerfassungseinrichtung zum Bestimmen von absoluten
geografischen Ortskoordinaten ihres jeweiligen Aufenthaltsortes auf.
Weiterhin ist ein Speicher mit geografischen Ortsinformationen zu
dem Bereich der zu verdichtenden Fläche mit der Flächendefinitionseinrichtung
gekoppelt.
-
Damit
ermöglicht
es die Flächendefinitionseinrichtung,
erforderliche Ortsinformationen zu dem Gebiet, in dem sich die zu
verdichtende Fläche befindet,
bereitzustellen und gegebenenfalls dem Bediener zu präsentieren.
Zum Beispiel kann die Flächendefinitionseinrichtung
mit Hilfe eines GPS-Empfängers
ihren Aufenthaltsort bestimmen und aus einem magnetooptischen Speichermedium
(CD-ROM, DVD-ROM) zugehörige
Ortsdaten auslesen und dem Bediener auf einem Display anzeigen.
Für den
Bediener ist es dann einfach möglich,
auf dem Bildschirm die nötigen
Vorgaben zur Definition der zu verdichtenden Fläche ein zugeben. Dazu ist es
vorteilhaft, wenn die Flächengrenzen
durch absolute Ortskoordinaten definierbar sind.
-
Die
Definition der Flächengrenzen
durch absolute Ortskoordinaten ist auch besonders dann zweckmäßig, wenn
auch die Positionserfassungseinrichtung die absoluten Ortskoordinaten
der Bodenverdichtungsvorrichtung bestimmt. Die jeweils vorliegenden
Koordinaten lassen sich dann in geeigneter Weise in Einklang bringen.
-
Die
Fahrwegsvorgabe wiederum kann durch die Wegplanungseinrichtung in
Form von absoluten oder relativen geografischen Ortskoordinaten
definiert werden. Relative geografische Ortskoordinaten haben den
Vorteil, dass – ausgehend
von einem Referenzpunkt – auch
Relativangaben (Winkel, Richtungen, Himmelsrichtungen, Fahrstrecken)
ausreichen, um den Fahrweg zu definieren.
-
Sofern
die Wegplanung automatisiert erfolgen soll, ist es zweckmäßig, wenn
die Wegplanungseinrichtung mathematische Algorithmen zur weg- und/oder
zeitoptimierten Wegplanung aufweist. Aufgrund der Tatsache, dass
bei der Fahrt einer Bodenverdichtungsvorrichtung ohnehin gewisse
Toleranzen auftreten, sind die Anforderungen an die Optimierungsalgorithmen
nicht sehr hoch zu stellen. So kann es für die meisten Fälle ausreichen,
wenn die Algorithmen ein Hin- und Herfahren der Bodenverdichtungsvorrichtung
oder einen mäander-
bzw. spiralförmigen
Fahrweg planen.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn wenigstens ein Teil der Komponenten der
Steuervorrichtung, insbesondere die Flächendefinitionseinrichtung,
der Fahrtgeber oder die Wegplanungseinrichtung räumlich getrennt von der Bodenverdichtungsvorrichtung
angeordnet sind. Die Bodenverdichtungsvorrichtung ist naturgemäß stark
schwingungsbehaftet. Sofern die genannten Komponenten nicht auf
der Bodenverdichtungsvorrichtung selbst, sonder räumlich davon
getrennt aufgestellt werden können, lassen
sich auch empfindlichere elektronische Bauteile verwenden, die beim
Einsatz nahe eines Schwingungserregers der Bodenverdichtungsvorrichtung
schnell Schaden nehmen würden.
-
Zur Übermittlung
der erforderlichen Daten zwischen den Komponenten, insbesondere
zwischen dem Fahrtgeber und der Bodenverdichtungsvorrichtung, kann
vorteilhafterweise eine Funk-, Laser- oder Infrarotstrecke eingesetzt
werden.
-
Darüber sollte
wenigstens der Sollwert vom Fahrtgeber übermittelt werden.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn darüber
hinaus eine Eingabeeinrichtung zum manuellen Verändern des von dem Fahrtgeber
vorgegebenen Sollwerts vorgesehen ist. Damit hat der Bediener die Möglichkeit,
z. B. wenn Gefahr im Verzug ist, die automatische Steuerung der
Bodenverdichtungsvorrichtung durch manuellen Eingriff außer Kraft
zu setzen, so dass die Bodenverdichtungsvorrichtung lediglich den
manuellen Befehlen gehorcht.
-
Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Positionserfassungseinrichtung
mit einem – ggfs.
räumlich
von der Bodenverdichtungsvorrichtung getrennt vorgesehenen – Speicher
gekoppelt, um Daten zu den jeweils von der Bodenverdichtungsvorrichtung
erreichten Positionen zu speichern. Diese Daten können z.
B. absolute geografische Ortskoordinaten sein.
-
Die
gespeicherten Daten lassen sich z. B. an eine Auswerteeinrichtung übergeben,
die unter Berücksichtigung
der Daten der Flächendefinitionseinrichtung
z. B. in grafischer Weise den Verdichtungserfolg darstellt. Dazu
können
durch die Auswerteeinrichtung auf einem Display die vorgegebenen
Flächengrenzen
dargestellt sowie die von der Bodenverdichtungsvorrichtung zum jeweiligen
Zeitpunkt bereits verdichtete Fläche
angezeigt werden. Dadurch ist es für den Bediener sehr einfach
festzustellen, ob die Bodenverdichtungsvorrichtung die vorgegebene Fläche in der
gewünschten
Weise überfahren
und verdichtet hat. Bei der grafischen Anzeige kann selbstverständlich auch
die Breite der Bodenverdichtungsvorrichtung und damit die Breite
der jeweils verdichteten Spur Berücksichtigung finden.
-
Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung nutzt
das Bodenverdichtungssystem eine Bodenverdichtungsvorrichtung, wie
sie z. B. aus der
DE
100 53 446 A1 bekannt ist. Wie bereits oben ausgeführt, weist
eine derartige Bodenverdichtungsvorrichtung eine Fahrtrichtungsstabilisierung
auf, die es ermöglicht,
dass die Bodenverdichtungsvorrichtung exakt dem von einem Bediener vorgegebenen
Weg folgt.
-
Dazu
weist die Bodenverdichtungsvorrichtung einen z. B. einen Schwingungserreger
umfassenden Fahrantrieb zum Erzeugen einer Vortriebsbewegung, eine
Lenkeinrichtung zum Erzeugen eines Giermoments um eine Hochachse
der Bo denverdichtungsvorrichtung sowie eine Bewegungserfassungseinrichtung
zum Erfassen eines Istwerts für
die Fahrbewegung auf. Weiterhin ist eine Fahrtregelungseinrichtung
vorgesehen, die mit dem Istwert und dem vom Fahrtgeber des Bodenverdichtungssystems
vorgegebenen Sollwert beaufschlagbar ist und die Lenkeinrichtung
bzw. den Fahrantrieb derart ansteuert, dass eine Differenz zwischen
Ist- und Sollwert minimal wird.
-
Die
aus der
DE 100 53
446 A1 bekannte Bodenverdichtungsvorrichtung wird somit
durch die Erfindung weiterentwickelt. Während dort nämlich die Sollwertvorgabe
mittels einer Fernsteuerung durch den Bediener erfolgte, wird der
Sollwert erfindungsgemäß von dem
Fahrtgeber vorgegeben, der versucht, die Bodenverdichtungsvorrichtung
innerhalb der zu verdichtenden Fläche zu bewegen. Die aus der
DE 100 53 446 A1 beschriebene
Fahrtrichtungsstabilisierung erleichtert dem Fahrtgeber die Arbeit, weil
Störungen
beim Verfahren der Bodenverdichtungsvorrichtung, z. B. durch unebene
Böden,
Steine, Querkräfte,
etc., sofort durch die Bodenverdichtungsvorrichtung selbst ausgeregelt
werden und nicht eine Abweichung der Bodenverdichtungsvorrichtung
vom vorgegebenen Kurs bewirken.
-
Auf
diese Weise weist das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem
wenigstens zwei Regelkreise auf: Der äußere Regelkreis umfasst den Fahrtgeber
und bewirkt, dass die Bodenverdichtungsvorrichtung einem bestimmten
Weg bzw. Kurs folgt. Der Weg kann entweder ein mehr oder weniger zufällig bestimmter
Weg innerhalb der Grenzen der zu verdichtenden Fläche oder
ein exakt durch die Wegplanungseinrichtung vorgegebener Fahrweg sein.
Der innere Regelkreis hingegen ist direkt mit der Bodenverdichtungsvorrichtung
gekoppelt und erkennt bereits geringfügige Abweichungen von einer durch
den äußeren Regelkreis
vorgegebenen Fahrtrichtung bei einer Geradeaus- oder Kurvenfahrt
der Bodenverdichtungsvorrichtung. Durch Kombination der beiden Regelkreise
ist es möglich,
die Bodenverdichtungsvorrichtung sehr präzise auf der zu verdichtenden
Fläche
zu verfahren.
-
Der
mechanische Aufbau einer als Bodenverdichtungsvorrichtung geeigneten
Vibrationsplatte ist an sich bekannt und in der
DE 100 53 446 A1 ausführlich beschrieben,
so dass sich eine Wiederholung erübrigt. Jedenfalls ist es zweckmäßig, wenn
die Bodenverdichtungsvorrichtung einen Schwingungserreger mit zwei
zueinander parallelen, gegenläufig
formschlüssig
drehbaren Wellen aufweist, die jeweils wenigstens eine Unwuchtmasse
tragen und deren Phasenlage zueinander verstellbar ist. Durch die
Verstellung der Phasenlage ist es möglich, eine Fahrbewegung der
Vibrationsplatte in Vorwärts-
und Rückwärts-Richtung
zu bewirken.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn auf wenigstens einer der Wellen des Schwingungserregers zwei
Unwuchtmassen axial versetzt angeordnet sind, die hinsichtlich ihrer
Phasenlage zueinander verstellbar sind. Dadurch wird eine Lenkeinrichtung
gebildet, mit der es dann möglich
ist, die Phasenlage der Unwuchtmassen zueinander einzustellen und
dadurch ein Giermoment um die Hochachse der Vibrationsplatte zu
erzeugen, was eine Verdrehung der Vibrationsplatte über dem
Boden zur Folge hat.
-
Aufgrund
der hochentwickelten Fahrtregelungseinrichtung ist es nicht nur
möglich,
die Vibrationsplatte hin- und her zu verfahren bzw. im Stand zu verdrehen.
Vielmehr lassen sich auch Kurvenradien durch Überlagerung der Vortriebsbewegung
und des Giermoments präzise
durchfahren. Diesen besonderen Vorteil macht sich das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem
zunutze, um insbesondere in Kombination mit der Wegplanungseinrichtung
optimierte Fahrwege auf der zu verdichtenden Fläche zu realisieren.
-
Bei
einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung sind in der
Vibrationsplatte mehrere Schwingungserregungseinrichtungen vorgesehen, die
nach dem gleichen, oben beschriebenen Zwei-Wellen-Prinzip arbeiten.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Vortriebsrichtung von wenigstens
einer der Schwingungserregungseinrichtung von denen der anderen
abweicht. Durch gezielte individuelle Ansteuerung der einzelnen
Schwingungserregungseinrichtungen ist es dann möglich, die Vibrationsplatte
in verschiedene Richtungen zu bewegen, ohne dass die den Boden berührende Bodenkontaktplatte über dem
Boden verdreht werden muss. Vielmehr bleibt die Relativstellung
der Bodenkontaktplatte zum Boden erhalten, während die Bodenkontaktplatte
und damit die gesamte Vibrationsplatte aufgrund der Wirkung der
jeweiligen Schwingungserregungseinrichtungen in die gewünschte Richtung
bewegt wird. Die jeweils nicht zum Vortrieb oder zur Lenkung genutzten
Schwingungserregungseinrichtungen können dabei derart eingestellt
werden, dass sie lediglich eine Vertikalschwingung erzeugen, die
ausschließlich
zur Bodenverdichtung genutzt werden kann, wie auch in der
DE 100 53 446 A1 beschrieben.
-
Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung dieser Variante weist
die von den Schwingungserregungseinrichtungen beaufschlagte Bodenkontaktplatte
einen im Wesentlichen kreisförmigen Grundriss
auf. Dieser Grundriss ermöglicht
es in besonders einfacher Weise, die Vibrationsplatte gleichmäßig in alle
Himmelsrichtungen zu bewegen.
-
Wie
bereits oben dargelegt, lässt
sich das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem
zur Realisierung von zwei alternativen Verfahren zur automatisierten
Bodenverdichtung nutzen:
Nach einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird
die Bodenverdichtungsvorrichtung automatisch innerhalb der Flächengrenzen,
vorzugsweise in Geradeausrichtung verfahren, wobei eine Annäherung der
Bodenverdichtungsvorrichtung an eine der Flächengrenzen erfasst wird. Bei
Annäherung
an eine Flächengrenze
erfolgt ein automatisches Ändern
der Fahrtrichtung der Bodenverdichtungsvorrichtung derart, das die
Bodenverdichtungsvorrichtung die jeweilige Flächengrenze nicht überfährt, sondern
innerhalb der Fläche
die Fahrt fortsetzt.
-
Gemäß dem zweiten
erfindungsgemäßen Verfahren
ist es ebenfalls möglich,
zunächst
die Flächengrenzen
der zu verdichtenden Fläche
zu definieren, wobei die die Flächengrenzen
repräsentierenden
Daten gespeichert werden können.
Aufgrund dieser Daten wird eine Vorgabe für einen Fahrweg geplant, mit
dem sichergestellt wird, dass die Bodenverdichtungsvorrichtung bei
Einhaltung der Fahrwegsvorgabe die zu verdichtende Fläche wenigstens einmal
vollständig überfährt. Schließlich wird
die Bodenverdichtungsvorrichtung automatisch entlang der Fahrwegsvorgabe
verfahren.
-
Die
bisher beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung zielen im Wesentlichen
auf eine geometrische Vorgabe bzw. Beinflussung des Fahrwegs der
Bodenverdichtungsvorrichtung ab. Bei einer besonders vorteilhaften
Weiterentwicklung der Erfindung ist es alternativ oder ergänzend möglich, den Bodenverdichtungszustand
des Bodens zu erfassen und als Kriterium für die Wegplanung zu nutzen.
Dies ist insbesondere jeweils an der Stelle möglich, die gerade von der Bodenverdichtungsvorrichtung überfahren
wird. So ist es zum Beispiel bekannt, aufgrund der auf eine Bodenkontaktplatte
der Bodenverdichtungsvorrichtung wirkenden Reaktionskräfte des
Bodens oder aufgrund seines Dämpfungsverhaltens Rückschlüsse auf
den Verdichtungszustand zu ziehen. Auch ist es möglich, aufgrund von Änderungen dieses
Verhaltens zu erkennen, inwieweit der Boden bereits verdichtet ist.
In diesem Zusammenhang sei zum Beispiel auf die
DE 100 46 336 A1 , WO-A-98-17865
und WO-A-95-10664 verwiesen, in denen derartige Möglichkeiten
zum Feststellen des Verdichtungszustandes erörtert sind.
-
Die
auf diese Weise gewonnene Information über den Ist-Verdichtungszustand
des Bodens wird mit einem Sollwert verglichen, den der Bediener über ein
geeignetes Eingabemedium, zum Beispiel aber auch per Fernsteuerung
oder über
einen Computer (Laptop) eingeben kann. Wenn erkannt wird, dass der
Ist-Verdichtungszustand den Soll-Verdichtungszustand übersteigt
und somit das gewünschte
Verdichtungsergebnis in diesem Bereich des Bodens erzielt worden
ist, kann die Wegplanungseinrichtung eine Änderung der Fahrwegsvorgabe
derart vornehmen, dass der betreffende Bodenbereich nicht nochmals überfahren
wird. Es ist somit möglich,
durch Kombination der Flächendefinitionsdaten
des zu verdichtenden Bodens und der Positionsdaten der Bodenverdichtungsvorrichtung
einerseits mit den ermittelten Verdichtungsdaten andererseits durch
die Wegplanungseinrichtung eine Strategie festzulegen, um eine weg-
oder zeitoptimierte Wegstrecke für
die Fahrt der Bodenverdichtungsvorrichtung vorzugeben. Dies ist
insbesondere dann hilfreich, wenn mehrere Übergänge der Bodenverdichtungsvorrichtung über den
Boden erforderlich sind.
-
Diese
und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend
unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine schematische Draufsicht
einer zu verdichtenden Fläche
zur Erläuterung
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 in schematischer Darstellung
ein erfindungsgemäßes Bodenverdichtungssystem
in der ersten Ausführungsform;
-
3 eine schematische Darstellung
einer zu verdichtenden Fläche
zur Erläuterung
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
-
4 ein Schema zur Erläuterung
der Fahrtregelung bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
-
5 verschiedene Varianten
einer Bodenverdichtungsvorrichtung für das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem.
-
1 zeigt in schematischer
Draufsicht eine zu verdichtende Fläche 1, die von (in
der Realität
unsichtbaren) Flächengrenzen 2 umschlossen
bzw. definiert ist.
-
Die
Fläche 1 besteht
z. B. aus einem locker aufgeschütteten
Boden aus Kies oder Erde und ist zur Verfestigung durch eine Bodenverdichtungsvorrichtung 3 zu
verdichten. Als Bodenverdichtungsvorrichtung 3 eignet sich
in üblicher
Weise eine an sich bekannte Vibrationswalze oder eine Vibrationsplatte. Die
Bodenverdichtungsvorrichtung 3 weist wenigstens einen Schwingungserreger
auf, mit dem eine Bandagentrommel (bei der Walze) oder eine Bodenkontaktplatte
(bei der Vibrationsplatte bzw. Rüttelplatte)
mit einer vorzugsweise vertikalen Schwingung beaufschlagt wird.
Dieses Bodenverdichtungsprinzip ist seit langem bekannt und bewährt, so
dass sich eine weitergehende Erläuterung
erübrigt.
-
In 1 ist dargestellt, dass
die Bodenverdichtungsvorrichtung 3 innerhalb der Flächengrenzen 2 entlang
eines Fahrwegs 4 bewegt wurde und dadurch bereits einen
Teil der Fläche 1 verdichtet
hat. Der Fahrweg 4 in dem in 1 gezeigten
Beispiel verläuft
im Wesentlichen spiralförmig.
Selbstverständlich
ist es auch möglich,
die Fläche 1 mit
Hilfe von anderen Fahrwegen, z. B. einem mäanderförmigen Weg, einem Hin- und
Herverfahren der Bodenverdichtungsvorrichtung 3, einer
Zickzack-Fahrt oder gar durch völlig
zufälliges Überfahren
der Fläche 1 zu verdichten.
-
Zur
Steuerung der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 ist es unter
anderem bekannt, eine Fernsteuerung 5 vorzusehen, die Steuerbefehle
an die Bodenverdichtungsvorrichtung 3 über Kabel oder kabellos über eine
Funk-, Infrarot- oder Laserstrecke übermittelt und dadurch die
Vorwärts-,
Rückwärts- oder
Lenkbewegung der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 kontrolliert. Üblicherweise
wird die Fernsteuerung 5 von einem Bediener gehalten, der
dadurch die gewünschten
Steuerbefehle vorgeben kann.
-
Erfindungsgemäß jedoch
weist die Fernsteuerung 5 erheblich mehr Komponenten und
Funktionen auf, als aus dem Stand der Technik bekannt. Dies wird
im Zusammenhang mit 2 deutlich.
-
Danach
weist die Fernsteuerung 5 (auch als Steuervorrichtung bezeichnet)
unter anderem eine Flächendefinitionseinrichtung 6,
eine Wegplanungseinrichtung 7, einen Fahrtgeber 8a sowie
eine zusätzliche
Eingabeeinrichtung 9 auf. Insbeson dere die Flächendefinitionseinrichtung 6,
die Wegplanungseinrichtung 7 und der Fahrtgeber 8a können besonders
vorteilhaft softwaremäßig in einem
Computer 10, z. B. einem Laptop, mit einer Eingabeeinrichtung 11 und
einer Anzeige 12 untergebracht werden.
-
Über einen
Sender 13 ist die Fernsteuerung 5 über eine
Funk-, Infrarot- oder Laserstrecke mit einem Empfänger 14 auf
der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 gekoppelt, der die von
der Fernsteuerung 5 erhaltenen Steuersignale an eine Fahrtregelungseinrichtung 15 weitergibt.
-
Die
Fahrtregelungseinrichtung
15 der Bodenverdichtungsvorrichtung
3 dient
zum Ansteuern eines Schwingungserregers
16, der in bekannter Weise
eine Vertikalschwingung zur Bodenverdichtung in eine Bodenkontaktplatte
17 einleitet.
Der Schwingungserreger
16 besteht aus einem sogenannten
Zwei-Wellen-Erreger, wobei die Wellen
25,
26 formschlüssig gegenläufig drehbar
miteinander gekoppelt sind und jeweils wenigstens eine Unwuchtmasse
tragen. Außer
zur Erzeugung der Vertikalschwingung zur Bodenverdichtung dient
der Schwingungserreger
16 auch zum Erzeugen einer Kraftwirkung
in Fahrtrichtung (vorwärts
oder rückwärts) sowie
zum Erzeugen eines Giermoments um die Hochachse der Bodenverdichtungsvorrichtung
3,
um eine Lenkbewegung zu erzeugen. Ein derartiger Schwingungserreger
16 ist
z. B. aus der
DE 100
53 446 A1 sowie der
DE-G
78 18 542.9 bekannt, so dass sich eine weitergehende Beschreibung
erübrigt.
-
An
der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 ist darüber hinaus
eine Positionserfassungseinrichtung 18 zum Erfassen der
aktuellen Position der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 vorgesehen.
Bei der Positionserfassungseinrichtung 18 kann es sich
z. B. um einen GPS-Empfänger
handeln. Alternativ dazu ist es möglich, die Positionserfassungseinrichtung 18 auch
räumlich
getrennt von der Bodenverdichtungsvorrichtung 3, z. B.
an der Fernsteuerung 5, vorzusehen, wobei dann Mittel vorhanden
sein müssen,
mit denen die Positionserfassungseinrichtung 18 relativ präzise den
jeweiligen aktuellen Standort der Bodenverdichtungsvorrichtung feststellen
kann (Laser, Radar).
-
Sofern
die Positionserfassungseinrichtung 18 auf der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 angeordnet
ist, genügt
es, wenn sie zum Bestimmen von absoluten geografischen Ortskoordinaten
ihres jeweiligen eigenen Aufenthaltsortes ausgebildet ist. Wenn aber
die Positionserfassungseinrichtung 18 außerhalb
von der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 aufgebaut wird,
muss sie selbstverständlich
in der Lage sein, die Ortskoordinaten des jeweiligen Aufenthaltsortes
der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 zu bestimmen.
-
Ebenso
ist es möglich,
den Fahrtgeber 8a statt in der Fernsteuerung 5 ebenfalls
an der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 anzuordnen (Bezugszeichen 8b).
Grundsätzlich
ist aber zu beachten, dass jegliche Elektronik möglichst fernab von der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 angeordnet
werden sollte, um eine Beschädigung
durch die starken Schwingungen des Schwingungserregers 16 zu
vermeiden. Sofern also möglich,
sollten die erforderlichen Daten an der Fernsteuerung 5 generiert
und dann nur noch zur Steuerung des Schwingungserregers 16 an
die Bodenverdichtungsvorrichtung 3, über den Empfänger 14 und
die Fahrtregelungseinrichtung 15 übermittelt werden.
-
Nachfolgend
wird das erfindungsgemäße Verfahren
anhand eines ersten Beispiels erläutert. In dem Computer 10 ist
ein nicht dargestellter Speicher, z. B. eine CD-ROM, vorgesehen,
auf der geografische Ortsdaten gespeichert sind, die wenigstens
den Bereich betreffen, in dem sich die zu verdichtende Fläche 1 befindet.
Derartige Speichermedien sind z. B. für Navigationssysteme in Fahrzeugen
erhältlich.
-
Über einen
nicht dargestellten GPS-Empfänger,
der beispielsweise auch in der Positionserfassungseinrichtung 18 vorgesehen
sein kann, erhält die
Flächendefinitionseinrichtung 6 die
erforderlichen Angaben, um aus dem Ortsspeicher die geografischen
Ortsangaben zu ermitteln und auf der Anzeige 12 darzustellen.
Mit Hilfe der Eingabeeinrichtung 11, wozu auch eine bekannte
Maus-Steuerung oder andere grafische Eingabemittel gehören können, definiert
der Bediener auf der Anzeige 12 die Grenzen 2 der
zu verdichtenden Fläche 1.
In der Flächendefinitionseinrichtung 6 werden
die grafischen Eingaben vom Bediener in absolute oder relative Ortskoordinaten
umgesetzt und der Wegplanungseinrichtung 7 zur Verfügung gestellt.
-
Absolute
Ortskoordinaten, z. B. in Form von GPS-Koordinaten, eignen sich
besonders gut für eine
präzise
Bodenverdichtung einer größeren Fläche. Alternativ
dazu ist es auch möglich,
mit relativen Ortskoordinaten zu arbeiten und – ausgehend von einem Referenzpunkt – mit Hilfe
der Flächendefinitionseinrichtung 6 Relativangaben,
wie z. B. Längen, Winkel,
Himmelsrichtungen, einzugeben.
-
Die
Verwendung von relativen Ortskoordinaten kann insbesondere dann
vorteilhaft sein, wenn sich die Bestimmung absoluter Ortskoordinaten
(z. B. GPS-Koordinaten) als schwierig oder zu ungenau erweist. Zur
Bestimmung der relativen Ortskoordinaten kann die Positionserfassungseinrichtung
z. B. einen in der Nähe
der zu verdichtenden Fläche 1 aufgestellten
Sender aufweisen, der die Fläche 1 mit
einem bestimmten Signal überstreicht.
Vorteilhafterweise ist darüber
hinaus ein zweiter Sender von dem ersten Sender räumlich getrennt
aufgebaut, der ebenfalls ein Signal abstrahlt, so dass ein zu der
Positionserfassungseinrichtung 18 gehörender Empfänger auf der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 durch
Auswertung der Signale (z. B. durch Bestimmung von Interferenzen
oder Phasenunterschieden) die genaue Relativstellung sowie gegebenenfalls
die Relativbewegung zu den Sendern ermitteln kann. Der zweite Sender
kann auch durch einen Transponder gebildet werden, dem von außen kein
zweites Signal zugeführt
wird und der lediglich das Singal des ersten Senders zurückgibt,
so dass das aufwändige
Verlegen von Leitungskabeln zu dem zweiten Sender entfällt.
-
Selbstverständlich sind
auch andere Vorrichtungen und Verfahren zur Bestimmung der Position der
Bodenverdichtungsvorrichtung 3 möglich, wie sie z. B. aus der
Seefahrt- und der Flugzeugtechnik oder neuerdings aus der Fahrzeugnavigation
bekannt sind.
-
Die
Wegplanungseinrichtung 7 legt aufgrund von mathematischen
Algorithmen einen Fahrweg fest, auf dem sich die Vibrationsplatte 3 bewegen muss,
um die Fläche 1 vollständig zu
verdichten. Wie bereits beschrieben ist es dabei möglich, als
Zielvorgabe für
die Wegplanung einen spiralförmigen
Weg, einen mäandrierenden
oder streifenförmigen
Verlauf oder eine Zickzack-Bewegung des Wegs vorzugeben. Selbstverständlich sind
hier verschiedene Bewegungsschemata möglich, die vom Bediener ausgewählt werden
können.
Ziel der Wegplanung ist es, die zu verdichtende Fläche 1 wenigstens
einmal vollständig
zu überfahren.
Um eine ausreichende Bodenverdichtung erreichen zu können, wird
es jedoch oftmals erforderlich sein, die Fläche mehrmals zu überfahren.
Diese Anforderung kann ebenfalls bei der Wegplanung berücksichtigt
werden.
-
Die
Bodenverdichtungsvorrichtung 3 wird manuell, z. B. mit
Hilfe der Eingabeeinrichtung 9, vom Bediener in die Nähe oder
auf die zu verdichtende Fläche 1 gefahren.
-
Zu
Beginn der Verdichtungsarbeit erhält der Fahrtgeber 8a in
der Fernsteuerung 5 bzw. der alternative Fahrtgeber 8b auf
der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 einerseits die den vorgegebenen
Fahrweg 4 repräsentierenden
Daten von der Wegplanungseinrichtung 7 und andererseits
Signale von der Positionserfassungseinrichtung 18, die
den Fahrtgeber 8a, 8b über die aktuelle Position der
Bodenverdichtungsvorrichtung 3 informiert. Der Fahrtgeber 8a, 8b leitet dann über die
Fahrtregelungseinrichtung 15 die entsprechenden Maßnahmen
ein, um die Bodenverdichtungsvorrichtung 3 auf dem von
der Wegplanungseinrichtung 7 vorgegebenen Kurs zu bewegen.
Wenn die Bodenverdichtungsvorrichtung 3 vom vorgegebenen
Fahrweg 4 abweicht, regelt der Fahrtgeber 8a/8b entsprechend
gegen, um die Abweichung zu kompensieren.
-
Auf
diese Weise ist eine automatische Verdichtung der Fläche 1 möglich, ohne
dass der Bediener eingreifen und die Fahrt manuell steuern muss.
-
Lediglich
für Notfälle oder
bei besonderen Hindernissen steht ihm die Eingabeeinrichtung 9 zur Verfügung, die – wie eine
klassische Fernsteuerung – über den
Empfänger 14 und
die Fahrtregelungseinrichtung 15 das Fahrverhalten der
Bodenverdichtungsvorrichtung 3 beeinflusst.
-
Alternativ
dazu ist es auch möglich,
durch die Eingabeeinrichtung 9 den vom Fahrtgeber 8a/8b vorgegebenen
Sollwert nachträglich
zu verändern
und dann erst an die Fahrtregelungseinrichtung 15 zur Steuerung
des Schwingungserregers 16 weiterzuleiten.
-
Zur
Sicherheit ist es zweckmäßig, dass
die Eingabeeinrichtung 9 in jedem Fall die automatische Steuerung
der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 überstimmen kann. Auf diese
Weise behält
der Bediener die Kompetenz, die Bodenverdichtungsvorrichtung 3 jederzeit
und unabhängig
von der Automatik steuern zu können.
-
Damit
die Positionserfassungseinrichtung 18 ihre Daten an die
Steuervorrichtung 5 übermitteln kann,
ist es zweckmäßig, wenn
einerseits der Empfänger 14 auch
als Sender und andererseits der Sender 13 auch als Empfänger ausgebildet
ist. Auf diese Weise ist ein ständiger
Austausch der Daten zwischen der Steuervorrichtung 5 und
der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 möglich, wobei auch andere, nicht
die Erfindung betreffende Informationen, wie z. B. Mo tordrehzahl,
Schwingungsfrequenzen, Schwingungsamplituden, Öltemperatur, Daten zur Bestimmung
des aktuellen Verdichtungszustands des Bodens, etc., übertragen
und z. B. auf der Anzeige 12 angezeigt werden können.
-
Die
räumliche
Zuordnung der Komponenten der Steuervorrichtung/Fernsteuerung 5 ist
nicht so streng wie in 2 dargestellt.
So ist es ohne weiteres möglich,
zumindest einzelne Komponenten der Steuervorrichtung 5 auch
direkt auf der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 anzuordnen,
wenn dies zweckmäßig ist.
Auch ist es möglich,
die Steuervorrichtung 5 vollständig, d. h. einschließlich der
Eingabeeinrichtung 11 und der Anzeige 12 direkt
auf der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 anzuordnen. Das kann
besonders dann zweckmäßig sein,
wenn die Flächendefinition
in besonders einfacher Weise, z. B. ohne Zuhilfenahme von GPS-Koordinaten,
erfolgen soll.
-
Besonders
hilfreich ist es, wenn die Daten der Positionserfassungseinrichtung 18 zusätzlich in einem
Speicher abgelegt werden, der mit einer Auswerteeinrichtung gekoppelt
ist. Die Auswerteeinrichtung ist in der Lage, die Daten der Positionserfassungseinrichtung 18 grafisch
z. B. auf der Anzeige 12 darzustellen. Auf diese Weise
hat der Bediener die Möglichkeit,
relativ leicht den bereits zurückgelegten Fahrweg
der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 zu kontrollieren und
z. B. mit der vordefinierten Fläche 1 bzw.
deren Flächengrenzen 2 zu
vergleichen. Ebenfalls kann der von der Wegplanungseinrichtung 7 vorgegebene
Fahrweg 4 auf der Anzeige 12 dargestellt werden,
was die Kontrollmöglichkeit
für den
Bediener verbessert. Jedenfalls hat der Bediener damit die Möglichkeit
zu erkennen, ob die Vibrationsplatte 3 tatsächlich die
Fläche 1 in
der gewünschten
Weise überfahren
hat.
-
Alternativ
zu einer grafischen Darstellung können auch Istwertprotokolle
erstellt werden, die in schriftlicher Form mit den Sollwertvorgaben
verglichen werden können.
-
Anhand
der 3 und 4 wird eine zweite Ausführungsform
der Erfindung erläutert.
-
Diese
Variante ist einfacher gestaltet als die weiter oben beschriebene
erste Ausführungsform. Insbesondere
ist es hierbei nicht erforderlich, permanent die aktuelle Position
der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 zu erfassen. Ebenfalls
ist keine Wegplanungseinrichtung erforderlich. Die Definition der
zu verdichtenden Fläche 1 mit
Hilfe der Flächendefinitionseinrichtung 6 kann
ebenfalls vereinfacht vorgenommen werden.
-
Der
der zweiten Ausführungsform
zugrundeliegende Gedanke der automatischen Bodenverdichtung besteht
darin, dass die zu verdichtende Fläche mehr oder weniger zufällig von
der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 überfahren wird. Die Bodenverdichtungsvorrichtung 3 fährt dabei
vorzugsweise stets geradeaus, bis sie eine der Flächengrenzen 2 erreicht.
Dort angekommen ändert
sie ihre Fahrtrichtung und fährt
innerhalb der Fläche 1 in
eine andere Richtung weiter, bis sie erneut auf eine Flächengrenze 2 stößt. Im Laufe
der Zeit wird auf diese Weise nach dem Zufallsprinzip die gesamte
Fläche 1 automatisch
verdichtet.
-
3 zeigt die Fahrbewegung
der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 in Geradeausrichtung
entlang eines Fahrwegs 20. Bei Erreichen der Flächengrenze 2 ändert die
Bodenverdichtungsvorrichtung 3 ihre Fahrtrichtung und führt die
Fahrt fort. Die Richtungsänderung
bei dem in 3 gezeigten
Beispiel unterliegt folgender Regel: Die Bodenverdichtungsvorrichtung 3 biegt
stets nach rechts ab und ändert ihren
Richtungswinkel um 315°,
so dass der Fahrweg 20 einen spitzen Abbiegewinkel α von 45° einschließt. Selbstverständlich sind
beliebige andere Winkelstellungen, aber auch andere Fahrtregeln denkbar.
-
In 4 wird das Beispiel eines
Abbiegewinkels α von
90° gezeigt.
Ein spitzer Abbiegewinkel α hat
jedoch den Vorteil, dass die Fläche 1 auch
nach dem Zufallsprinzip relativ rasch verdichtet wird, während bei
einem Winkel von 90°,
insbesondere bei rechtwinklig zueinander stehenden Flächengrenzen 2,
die Gefahr besteht, dass stets der gleiche Fahrweg 20 von
der Vibrationsplatte 3 abgefahren wird.
-
Die
Flächendefinitionseinrichtung
kann im Verhältnis
zur ersten Ausführungsform
der Erfindung sehr einfach ausgestaltet werden. So ist es z. B. möglich, die
Flächengrenzen 2 mit
Hilfe eines gespannten Drahtes oder durch auf den Boden aufgesprühte Farbmarkierungen
zu kennzeichnen. Selbstverständlich
sind auch andere Kennzeichnungsmöglichkeiten
denkbar, die nach einem mechanischen, optischen, magnetischen, induktiven
oder kapazitiven Prinzip arbeiten. So ist es insbesondere bei rechteckigen
Flächen
sehr einfach denkbar, die Flächengrenzen 2 mit
Hilfe von Lichtschranken zu definieren.
-
An
der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 ist eine in eine in
den Figuren nicht dargestellte Positionserfassungseinrichtung vorgesehen,
die ebenfalls einfacher als die weiter oben erläuterte Positionserfassungseinrichtung 18 der
ersten Ausführungsform der
Erfindung ausgestaltet sein kann. Es genügt nämlich, wenn die Positionserfassungseinrichtung
lediglich die aktuelle Position der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 in
der Nähe
einer jeweiligen Flächengrenze 2,
also eine Annäherung
der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 an die Flächengrenze 2 detektiert. Nicht
hingegen ist es erforderlich, dass die Positionserfassungseinrichtung
ständig
die aktuelle Position der Bodenverdichtungsvorrichtung 3 erfasst.
-
Dementsprechend
kann die Positionserfassungseinrichtung mit einem geeigneten Detektor ausgestattet
sein, um die oben definierten Flächengrenzen 2 zu
erkennen.
-
Bei
Erreichen der Flächengrenze 2 bewirkt ein
sich ebenfalls von dem oben beschriebenen Fahrtgeber 8a/8b unterscheidender,
einfacherer Fahrtgeber (nicht dargestellt) eine Änderung einer Fahrtrichtung
entsprechend einer vorgegebenen Regel. Wie oben dargelegt, ist es
z. B. möglich,
stets einen Abbiegevorgang in die gleiche Richtung oder mit einem
bestimmten Winkel vorzusehen. Alternativ dazu können auch zufällig gewählte Winkel
abgefahren werden. Es ist lediglich sicherzustellen, dass die Bodenverdichtungsvorrichtung 3 nach Änderung
der Fahrtrichtung nicht weiter das Bestreben hat, über die
Flächengrenze 2 – hinauszufahren.
Sollte dies – z.
B. bei einer fest vorgegebenen Richtungsänderung mit einem konstanten
Winkel bei bestimmten Konstellationen von Flächengrenzen 2 – dennoch
der Fall sein, müsste
der Fahrtgeber umgehend entsprechende weitere Steuerungsmaßnahmen,
also z. B. eine erneute Richtungsänderung gemäß der vorgegebenen Regeln,
ergreifen.
-
In 4 ist gezeigt, dass die
Flächengrenze 2 jeweils
einen Grenzbereich 21 umfassen darf, der eine gewisse Toleranz
zulässt,
innerhalb der die Bodenverdichtungsvorrichtung 3 ihre Fahrtrichtung
zu ändern
hat.
-
Wie
bereits in der Beschreibungseinleitung ausführlich erläutert, weist das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem
vorzugsweise eine Bodenverdichtungsvorrichtung mit einer Fahrtrichtungsstabilisierung
auf, wie z. B. aus der
DE
100 53 446 A1 bekannt. Dabei handelt es sich z. B. um eine
Vibrationsplatte
3 mit dem Schwingungserreger
16,
der die zwei gegenläufig
drehenden Wellen
25,
26 aufweist, auf denen jeweils
wenigstens eine Unwuchtmasse angeordnet ist.
-
Vorteilhafterweise
ist die Bodenverdichtungsvorrichtung mit einer Fahrtrichtungsstabilisierung
entsprechend der
DE
100 35 446 A1 ausgestattet. Dies ist jedoch nicht zwingend
erforderlich. Selbstverständlich
ist es auch möglich,
für das
Bodenverdichtungssystem eine konventionelle Bodenverdichtungsvorrichtung,
insbesondere eine übliche Vibrationsplatte,
zu verwenden, die keine Fahrtrichtungsstabilisierung im Sinne der
DE 100 35 446 A1 aufweist.
Für die
Einhaltung des Fahrwegs sorgt dann der Fahrtgeber, wobei gelegentliche
Abweichungen vom vorgegebenen Kurs akzeptiert werden.
-
In
Anlehnung an die
DE
100 35 446 A1 können
auch Bodenverdichtungsvorrichtungen mit mehr als einem Schwingungserreger
verwendet werden, wie z. B. in
5 gezeigt.
-
5a zeigt schematisch die
Draufsicht auf eine Vibrationsplatte mit der Bodenkontaktplatte 17, auf
der zwei Schwingungserreger 27, 28 versetzt angeordnet
sind. Zwischen den Schwingungserregern 27, 28 ist
eine Hochachse 29 vorgesehen. Es ist erkennbar, dass die
Schwingungserreger 27, 28 bei unterschiedlicher
horizontaler Kraftwirkung ein Giermoment um die Hochachse 29 erzeugen
können.
-
Bei
der Variante in 5b sind
auf der Grundplatte 17 einer Bodenverdichtungsvorrichtung die
Schwingungserreger 27, 28 und zusätzlich ein weiterer
Schwingungserreger 30 angeordnet. Allein aufgrund der Tatsache,
dass alle drei Schwingungserreger Vertikalschwingungen erzeugen,
ist ersichtlich, dass eine derartige Vibrationsplatte hervorragend
zur wirksamen Bodenverdichtung geeignet ist. Durch die unterschiedlich
angeordnete Wirkrichtung der Schwingungserreger – der mittlere Schwingungserreger 30 ist
um 90° gegenüber den
beiden anderen Schwingungserregern 27, 28 verdreht – wird die Lenkbarkeit
der Vibrationsplatte verbessert.
-
Schließlich ist
in 5c eine Vibrationsplatte mit
einer kreisförmigen
Bodenkontaktplatte 31 gezeigt, auf der zwei Schwingungserreger 27, 28 übereinander
und um 90° zueinander
versetzt angeordnet sind. Eine derartige Vibrationsplatte hat keine
Vorzugsrichtung im Sinne einer Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt, sondern ist universell
in jede Richtung einstellbar. Durch das Ansteuern der Phasenlagen
der Unwuchten der einzelnen Schwingungserreger 27, 28 lässt sich
nahezu jede beliebige Bewegungsrichtung der Vibrationsplatte realisieren.
Dies ist insbesondere in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Bodenverdichtungssystem
sehr vorteilhaft, weil die Vibrationsplatte ihre Richtung ändern kann,
ohne dass die Bodenkontaktplatte 31 gegenüber dem
zu verdichtenden Boden verdreht werden müsste.
-
In
der
DE 100 35 446
A1 sind weitere Möglichkeiten
beschrieben, wie eine Bodenverdichtungsvorrichtung aussehen könnte, die
in besonders vorteilhafter Weise bei dem erfindungsgemäßen Bodenverdichtungssystem
Verwendung findet.