DE19956943A1 - Vorrichtung zur Kontrolle der Verdichtung bei Vibrationsverdichtungsgeräten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle, insbesondere von Schwarzdecken im Straßen- und Wegebau, mit einer Vibrationswalze, die mit einer Verdichtungskontrollvorrichtung versehen ist. Bei der Verdichtung von Schwarzdecken können die aus der Erdverdichtung bekannten Meßmethoden der dynamischen Bodensteifigkeit zur Ermittlung des erreichten Verdichtungszustandes nicht eingesetzt werden, da sich die Asphaltsteifigkeit zwischen zwei Messungen mit der Temperatur ändert und außerdem die Untergrundsteifigkeit jeweils anteilig mitgemessen wird. Um diese Probleme zu lösen, wird eine zweite Vibrationswalze vorgesehen, die mit einer zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung versehen ist, wobei die zweite Vibrationswalze mit der ersten Vibrationswalze diese im wesentlichen spurgetreu verfolgend gekoppelt ist. Hierdurch wird für die Gegenüberstellung der ermittelten Meßwerte die Temperaturabhängigkeit der ermittelten Meßwerte elementiert. Des weiteren ist eine Auswerteeinheit vorhanden, die die Meßergebnisse der beiden Verdichtungskontrollvorrichtungen gegenüberstellt. Hierdurch wird die Untergrundsteifigkeit in den Meßwerten eliminiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle insbeson­ dere von Schwarzdecken im Straßen- und Wegebau mit einer Vibrations­ walze, die mit einer Verdichtungskontrollvorrichtung versehen ist.

Es ist altbekannt, daß bei der Bearbeitung von Boden mit Verdichtungsge­ räten durch die Anwendung von ständigen Verdichtungskontrollen eine wirtschaftlichere Bauausführung möglich ist. Üblicherweise basieren solche Verdichtungskontrollvorrichtungen darauf, daß während der Vibrationsver­ dichtung des Bodens die Reflektion der Schwingungen gemessen werden, die vom Verdichtungsgerät übertragen werden: Von einem sehr lockeren Material wird kaum Vibrationsenergie zurückreflektiert, bereits stark ver­ dichteter Boden oder im Extremfall eine massive Betonplatte, gibt dagegen praktisch die volle Schwingungsenergie an eine Vibrationswalze zurück.

Derartige Verdichtungskontrollvorrichtungen können beispielsweise am Walzenrahmen befestigte Impuls-Wandler sein, die zusammen mit einem Beschleunigungs-Meßverfahren mit statistischer Ausführung fungieren.

Es können von einem derartigen Beschleunigungsgeber am Walzenrahmen aber auch die Schlagkräfte registriert werden, die auftreten, wenn die vi­ brierende Bandage einer Vibrationswalze die zu verdichtende Oberfläche bearbeitet.

Wenn sich bei derartigen Verdichtungskontrollvorrichtungen trotz zuneh­ mender Anzahl von Verdichtungsübergängen die Verdichtung nicht mehr ändert, ist die mit diesem bestimmten Verdichtungsgerät erzielbare höch­ ste Dichte erreicht. Diese Dichte ist bereits überschritten, wenn der ermit­ telte Wert wieder absinkt, da eine Auflockerung eintritt.

Derartige Verdichtungskontrollvorrichtungen stoßen aber an ihre Grenzen, wenn es um die Verdichtung von Schwarzdecken geht:
Bei der Ermittlung der dynamischen Bodensteifigkeit mit den oben be­ schriebenen bekannten Methoden auf Asphaltschichten kann die Steifigkeit und damit die Dichtigkeit der Asphaltschicht nicht genau ermittelt werden, da die Steifigkeit der Asphaltschicht in hohem Maße temperaturabhängig ist. Eine genaue Temperaturmessung der Asphaltschicht ist nicht möglich. Insbesondere kann die leicht zu ermittelnde Oberflächentemperatur der Asphaltschicht nicht als Maß genommen werden für die Temperatur der gesamten Schicht, unter anderem auch, da die Temperatur der Oberflä­ chenschicht zu stark von Umgebungseinflüssen wie herrschendem Wind oder Regen abhängig ist, die aber keinen Einfluß auf die Temperatur im Inneren der Asphaltschicht haben.

Letztlich sind somit die bei Überfahrt mit bekannten Verdichtungskontroll­ vorrichtungen ermittelten Werte im Schwarzdeckenbau für die Feststellung der Verdichtung der Asphaltschicht nicht aussagekräftig genug im Hinblick auf die Abhängigkeit der dynamischen Steifigkeit der Asphaltschicht von der in ihr herrschenden Temperatur.

Damit ist insbesondere der bisher bei der Bodenverdichtung beschrittene Weg versperrt, die bei einer ersten Überfahrt mit einer eine Verdichtungs­ kontrollvorrichtung aufweisenden Vibrationswalze ermittelten Werte abzu­ speichern und mit den bei einer zweiten Überfahrt ermittelten Werten zu vergleichen, um von den Unterschieden auf die Verdichtung zu schließen. Die zwischen zwei Übergängen mit einer Maschine auftretenden Tempe­ raturveränderungen in der Asphaltschicht haben einen nicht kompensierba­ ren Einfluß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle dahingehend weiterzubilden, daß sie auch bei Schwarzdecken im Straßen- und Wegebau Meßdaten und Ergebnisse lie­ fert, die die obengenannten Nachteile nicht aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle eine zweite Vibrationswalze aufweist, die mit ei­ ner zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung versehen ist und die mit der ersten Vibrationswalze diese im wesentlichen spurgetreu verfolgend ge­ koppelt ist, wobei eine Auswerteeinheit vorhanden ist, die die Meßergeb­ nisse der beiden Verdichtungskontrollvorrichtungen gegenüberstellt.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die mit der ersten Vibrationswalze gekoppelte zweite Vibrationswalze der zweite Übergang zeitlich so unmit­ telbar folgend zu erreichen ist, daß der zwischen den beiden Übergängen liegende Zeitraum im Hinblick auf eine Temperaturänderung in der Asphaltschicht vernachlässigt werden kann. Desweiteren können durch die vorhandene Auswerteeinheit, die die Meßergebnisse der beiden in der er­ sten bzw. der zweiten Vibrationswalze zugeordneten Verdichtungskontroll­ vorrichtungen gegenüberstellt, auch Einflüsse kompensiert werden, wenn aufgrund der vorhandenen Meßtiefe die Steifigkeit des unter den Asphalt­ schichten liegenden Untergrundes anteilig mitgemessen wird. Dieser Ein­ fluß der Untergrundsteifigkeit kann durch Differenzbildung bei den Meßer­ gebnissen bei der Gegenüberstellung eliminiert werden.

Der Erfindung liegt dabei auch die Erkenntnis zugrunde, daß die Änderung der Asphaltsteifigkeit ein recht guter Referenzwert für die Zunahme des Verdichtungsfortschrittes des Asphaltes ist.

Durch die erfindungsgemäße Kopplung der beiden Vibrationswalzen, durch die eine im wesentlichen spurgetreue Verfolgung der ersten durch die zweite Vibrationswalze ermöglicht wird, wird noch eine Besonderheit im Schwarzdeckenbau berücksichtigt, die einen erheblichen Unterschied zur üblichen Bodenverdichtung mit Vibrationswalzen darstellt: Während bei den üblichen Verdichtungsvorgängen die einzelnen Verdichtungsbahnen Spur an Spur parallel nebeneinanderliegen, wird im Schwarzdeckenbau zur Verhinderung von Rillenbildungen ein schleifen- und meanderförmiger Fahrweg gewählt, der bei einem separaten zweiten Übergang normalerwei­ se nicht reproduzierbar ist.

Durch die spurgetreue Koppelung der beiden Vibrationswalzen ist diese Problematik überwunden.

Am vorteilhaftesten läßt sich diese spurgetreue Kopplung in einer Tan­ demwalze erreichen. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die Vi­ brationswalzen in zwei separaten Walzenzügen vorzusehen, die dann ins­ besondere über ein rechnergestütztes Nachführverfahren miteinander ge­ koppelt sind. Bei diesem rechnergestützten Nachführverfahren kann bei­ spielsweise auf satellitengestützte Global-Positioning-Systeme (GPS) zu­ rückgegriffen werden. Die beiden einander nachgeführten Walzenzüge können aber auch über Radar, Ultraschall, Infrarot etc. miteinander gekop­ pelt sein. Selbstverständlich ist auch eine starre Koppelung über eine Stange möglich.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die zwei vorgesehenen Ver­ dichtungskontrollvorrichtungen kalibrierbar sind, um so Unterschiede in der Meßwertaufnahme ausgleichen zu können. Insbesondere wird für die Kali­ brierung vorgeschlagen, die zwei Vibrationswalzen auf Elemente mit be­ kannten und/oder gleichen dynamischen Steifigkeiten aufzusetzen, bei­ spielsweise Blöcke aus elastischem Material, und dann die sich ergeben­ den Meßwerte abzugleichen.

Für die während des Verdichtungsprozesses ermittelten Werte sollte die Auswerteeinheit vorteilhafterweise noch ein Verzögerungselement enthal­ ten, mit dem die Meßergebnisse der ersten Verdichtungskontrollvorrichtung zwischenzuspeichern sind zum ermittlungsortidentischen Gegenüberstellen mit den Meßergebnissen der zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung.

Es ist einleuchtend, daß die Haltezeit des Verzögerungselementes abhän­ gig ist von der Fahrgeschwindigkeit und dem Abstand der beiden miteinan­ der gekoppelten Vibrationswalzen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Verdichtungsgerätes, bei dem eine er­ findungsgemäße Vorrichtung vorgesehen ist;

Fig. 2 eine schematische Skizze, an der die Verdichtungskontrollvor­ richtungen im Zusammenhang mit der Auswerteeinheit darge­ stellt sind.

In Fig. 1 erkennt man ein Verdichtungsgerät in Form einer bekannten Tandemwalze mit zwei Vibrationswalzen, das äußerlich den herkömmlichen Aufbau aufweist. Das Verdichtungsgerät hat eine vordere Walze 1, die am vorderen Aufbau 2a befestigt ist, an dem sich auch der Führerstand der Tandemwalze befindet, und eine hintere Walze 3, die Bestandteil des hin­ teren Aufbaues 2b ist, das auch den Antriebsmotor des Verdichtungsgerä­ tes enthält. Zur Lenkbarkeit dieser Tandemwalze sind die beiden Aufbau­ ten 2a und 2b über ein Pendelknickgelenk 4 miteinander verbunden.

In der Fig. 2 ist eine Skizze dargestellt, in der man erkennt, daß die vor­ dere Walze 1 mit einer ersten Verdichtungskontrollvorrichtung 5 versehen ist, wie auch die zweite Vibrationswalze 3 mit einer zweiten Verdichtungs­ kontrollvorrichtung 6 versehen ist. Diese Verdichtungskontrollvorrichtungen 5 und 6 arbeiten in der aus der Erdverdichtung bekannten Weise, indem sie die dynamische Bodensteifigkeit ermitteln. Sie ermitteln dabei im hier dargestellten Beispiel die dynamische Gesamtsteifigkeit sowohl der von ih­ nen verdichteten Asphaltschicht 7, als auch anteilig die Steifigkeiten des darunter befindlichen, bereits verdichteten Untergrundes 8.

Die von den beiden Verdichtungskontrollvorrichtungen 5 und 6 ermittelten dynamischen Gesamtsteifigkeiten werden als Meßergebnisse an eine Aus­ werteeinheit 9 weitergeleitet, die die von der vorderen bzw. der hinteren Verdichtungskontrollvorrichtung erhaltenen Meßergebnisse gegenüber­ stellt. Dabei wird durch Vergleich der gemessenen Steifigkeit an der vorde­ ren bzw. hinteren Walze die Zunahme der Steifigkeit resultierend aus den Überfahrten der Walzen ermittelt. Wird die Zunahme gering, kann die Ver­ dichtung der Asphaltschicht 7 als abgeschlossen angenommen werden.

Da die vordere Walze 1 und die hintere Walze 3 über den Aufbau 2 mit ei­ nem relativ kurzen Abstand zwischeneinander gekoppelt sind, vergeht zwi­ schen den Überfahrten der vorderen Walze 1 und der hinteren Walze 2 an der gleichen Stelle nur eine sehr geringe Zeitdauer, so daß sich die Tem­ peratur des Asphaltes, von der die Steifigkeit der Asphaltschicht neben der Verdichtung noch abhängt, nicht ändert. Die mit der ersten und der zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung ermittelten Werte sind somit, da sie bei quasi gleicher Temperatur ermittelt wurden, von dieser unabhängig.

Durch eine Differenzbildung in der Auswerteeinheit 9 wird auch der Einfluß der Untergrundsteifigkeit eliminiert. Das von der Auswerteeinheit 9 an eine Anzeigevorrichtung 10 übermittelte Ergebnis ist somit ein direktes Maß für die erreichte Verdichtung der Asphaltschicht 7.

Bei dieser Anzeigevorrichtung 10 kann es sich beispielsweise um ein den Verdichtungsunterschied anzeigendes Zeigerinstrument handeln aber auch eine Leuchtdiodenanzeige, die ampelartig eine ausreichende oder noch nicht ausreichende Verdichtung signalisiert.

Um die von den Verdichtungskontrollvorrichtungen 5 und 6 gelieferten Meßwerte direkt miteinander vergleichen zu können, sind im hier darge­ stellten Beispiel zum Ausgleich von walzenspezifischen Unterschieden in den Kontrollvorrichtungen noch Kalibrierelemente 11 vorgesehen, mit de­ nen beispielsweise unterschiedliche Walzengewichte ausgleichbar sind. Um im übrigen mit der Anzeigeeinheit 10 den mit den Walzen 1 oder 3 er­ mittelten Meßwert für die gleiche Bodenstelle zu vergleichen, ist in der Auswerteeinheit 9 noch ein Verzögerungselement 12 integriert. Dessen Haltedauer zur verzögerten Weitergabe von der vorderen Walze 1 ermit­ telten Meßwertes ist abhängig von dem Abstand zwischen der vorderen Walze 1 und der hinteren Walze 3 sowie von der Geschwindigkeit entspre­ chend dem Pfeil 13 in den Fig. 1 und 2.

Es sei noch erwähnt, daß die Walze 3 im hier dargestellten Beispiel der Walze 1 aufgrund der mechanischen Kopplung im Aufbau 2 und dem Pen­ delknickgelenk 4 im wesentlichen spurgetreu folgt, so daß es sich bei dem mit den beiden Walzen 1 und 3 ermittelten Werten um Meßwerte jeweils identischer Stellen handelt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle, insbesondere von Schwarzdecken im Straßen- und Wegebau, mit einer Vibrationswalze (1), die mit einer Verdichtungskontrollvorrichtung (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zweite Vibrationswalze (3) aufweist, die mit einer zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung (6) versehen ist und die mit der ersten Vi­ brationswalze (1) diese im wesentlichen spurgetreu verfolgend gekoppelt ist, wobei eine Auswerteeinheit (9) vorhanden ist, die die Meßergebnisse der beiden Verdichtungskontrollvorrichtungen (5, 6) gegenüberstellt.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationswalzen (1, 3) in einer Tandemwalze gekoppelt sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationswalzen in zwei separaten Walzenzügen sind, die über ein rechnergestütztes Nachführverfahren miteinander gekoppelt sind.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Verdichtungskontrollvorrichtungen (5, 6) kalibrierbar (11) sind.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (9) ein Verzögerungselement (12) enthält, mit dem die Meßergebnisse der ersten Verdichtungskontrollvorrichtung (5) zwi­ schenzuspeichern sind, zum ermittlungsortidentischen Gegenüberstellen mit den Meßergebnissen der zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung (6).

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteeinheit (9) eine optische Anzeigeeinheit (10) zugeordnet ist.