DE19956943B4

DE19956943B4 - Vorrichtung zur Kontrolle der Verdichtung bei Vibrationsverdichtungsgeräten

Info

Publication number: DE19956943B4
Application number: DE19956943.6A
Authority: DE
Inventors: Karl Hermann Mötz; Uwe Blancke
Original assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Current assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2019-11-27
Also published as: EP1103658A3; DE19956943A1; DE50015908D1; US6551019B1; EP1103658A2; JP2001193011A; ATE465300T1; EP1103658B1; JP4012681B2

Abstract

Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle, insbesondere von Schwarzdecken im Straßen- und Wegebau, mit einer ersten Vibrationswalze (1), die mit einer ersten Verdichtungskontrollvorrichtung (5) versehen ist, und mit einer zweiten Vibrationswalze (3), die mit einer zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung (6) versehen ist und die mit der ersten Vibrationswalze (1) diese im wesentlichen spurtreu folgend gekoppelt ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (9) vorhanden ist, die die Messergebnisse der beiden Verdichtungskontrollvorrichtungen (5, 6) gegenüberstellt, um aus dem Vergleich gemessener dynamischer Gesamtsteifigkeiten, umfassend die Gesamtsteifigkeit der von den Vibrationswalzen (1, 3) verdichteten Asphaltschicht (7) als auch anteilig die Steifigkeit des darunter befindlichen, bereits verdichteten Untergrundes (8), an der ersten Vibrationswalze (1) und der zweiten Vibrationswalze (3) die Zunahme der dynamischen Gesamtsteifigkeit resultierend aus den Überfahrten der Vibrationswalzen (1, 3) zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle, insbesondere von Schwarzdecken im Straßen- und Wegebau, mit einer Vibrationswalze, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist altbekannt, dass bei der Bearbeitung von Boden mit Verdichtungsgeräten durch die Anwendung von ständigen Verdichtungskontrollen eine wirtschaftlichere Bauausführung möglich ist. Üblicherweise basieren solche Verdichtungskontrollvorrichtungen darauf, dass während der Vibrationsverdichtung des Bodens die Reflektion der Schwingungen gemessen werden, die vom Verdichtungsgerät übertragen werden: Von einem sehr lockeren Material wird kaum Vibrationsenergie zurückreflektiert, bereits stark verdichteter 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 vibrierende Bandage einer Vibrationswalze die zu verdichtende Oberfläche bearbeitet.
Wenn sich bei derartigen Verdichtungskontrollvorrichtungen trotz zunehmender Anzahl von Verdichtungsübergängen die Verdichtung nicht mehr ändert, ist die mit diesem bestimmten Verdichtungsgerät erzielbare höchste Dichte erreicht. Diese Dichte ist bereits überschritten, wenn der ermittelte 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 beschriebenen 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 Oberflächenschicht 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 Verdichtungskontrollvorrichtungen 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 Verdichtungskontrollvorrichtung aufweisenden Vibrationswalze ermittelten Werte abzuspeichern 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 Temperaturveränderungen in der Asphaltschicht haben einen nicht kompensierbaren Einfluss.
Aus der US 5,952,561 A ist es ferner bekannt, die Belagsdichte vor und hinter den Walzen einer Bodenverdichtungsmaschine durch separat angeordnete Sensoren unmittelbar zu erfassen. Die WO 98/17865 A1 schlägt die Ausstattung der Walzen mit Sensoren vor, um den Zustand des Belags (Bodensteifigkeit und Elastizitätsmodul) zu erfassen und basierend hierauf die Erregungsschwingungen des Vibrationsverdichtungsgerätes mittels eines Recheneinheit zu optimieren.
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 liefert, die die obengenannten Nachteile nicht aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle eine zweite Vibrationswalze auf, die mit einer zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung versehen ist und die mit der ersten Vibrationswalze diese im wesentlichen spurgetreu verfolgend gekoppelt ist, wobei eine Auswerteeinheit vorhanden ist, die die Messergebnisse der beiden Verdichtungskontrollvorrichtungen gegenüberstellt.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die mit der ersten Vibrationswalze gekoppelte zweite Vibrationswalze der zweite Übergang zeitlich so unmittelbar 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 ersten bzw. der zweiten Vibrationswalze zugeordneten Verdichtungskontrollvorrichtungen gegenüberstellt, auch Einflüsse kompensiert werden, wenn aufgrund der vorhandenen Messtiefe die Steifigkeit des unter den Asphaltschichten liegenden Untergrundes anteilig mitgemessen wird. Dieser Einfluss der Untergrundsteifigkeit kann durch Differenzbildung bei den Messergebnissen 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 normalerweise nicht reproduzierbar ist.
Durch die spurgetreue Koppelung der beiden Vibrationswalzen ist diese Problematik überwunden.
Am vorteilhaftesten lässt sich diese spurgetreue Kopplung in einer Tandemwalze erreichen. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die Vibrationswalzen in zwei separaten Walzenzügen vorzusehen, die dann insbesondere über ein rechnergestütztes Nachführverfahren miteinander gekoppelt sind. Bei diesem rechnergestützten Nachführverfahren kann beispielsweise auf satellitengestützte Global-Positioning-Systeme (GPS) zurückgegriffen werden. Die beiden einander nachgeführten Walzenzüge können aber auch über Radar, Ultraschall, Infrarot etc. miteinander gekoppelt sein. Selbstverständlich ist auch eine starre Koppelung über eine Stange möglich.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die zwei vorgesehenen Verdichtungskontrollvorrichtungen kalibrierbar sind, um so Unterschiede in der Messwertaufnahme ausgleichen zu können. Insbesondere wird für die Kalibrierung vorgeschlagen, die zwei Vibrationswalzen auf Elemente mit bekannten und/oder gleichen dynamischen Steifigkeiten aufzusetzen, beispielsweise Blöcke aus elastischem Material, und dann die sich ergebenden Messwerte abzugleichen.
Für die während des Verdichtungsprozesses ermittelten Werte sollte die Auswerteeinheit vorteilhafterweise noch ein Verzögerungselement enthalten, 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 abhängig ist von der Fahrgeschwindigkeit und dem Abstand der beiden miteinander gekoppelten Vibrationswalzen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt

1 eine Seitenansicht eines Verdichtungsgerätes, bei dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen ist;
2 eine schematische Skizze, an der die Verdichtungskontrollvorrichtungen im Zusammenhang mit der Auswerteeinheit dargestellt sind.

In 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 hinteren Aufbaues 2b ist, das auch den Antriebsmotor des Verdichtungsgerätes enthält. Zur Lenkbarkeit dieser Tandemwalze sind die beiden Aufbauten 2a und 2b über ein Pendelknickgelenk 4 miteinander verbunden.
In der 2 ist eine Skizze dargestellt, in der man erkennt, dass die vordere Walze 1 mit einer ersten Verdichtungskontrollvorrichtung 5 versehen ist, wie auch die zweite Vibrationswalze 3 mit einer zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung 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 ihnen 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 Auswerteeinheit 9 weitergeleitet, die die von der vorderen bzw. der hinteren Verdichtungskontrollvorrichtung erhaltenen Messergebnisse gegenüberstellt. Dabei wird durch Vergleich der gemessenen Steifigkeit an der vorderen bzw. hinteren Walze die Zunahme der Steifigkeit resultierend aus den Überfahrten der Walzen ermittelt. Wird die Zunahme gering, kann die Verdichtung der Asphaltschicht 7 als abgeschlossen angenommen werden.
Da die vordere Walze 1 und die hintere Walze 3 über den Aufbau 2 mit einem relativ kurzen Abstand zwischeneinander gekoppelt sind, vergeht zwischen den Überfahrten der vorderen Walze 1 und der hinteren Walze 2 an der gleichen Stelle nur eine sehr geringe Zeitdauer, so dass sich die Temperatur 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 dargestellten Beispiel zum Ausgleich von walzenspezifischen Unterschieden in den Kontrollvorrichtungen noch Kalibrierelemente 11 vorgesehen, mit denen beispielsweise unterschiedliche Walzengewichte ausgleichbar sind. Um im Übrigen mit der Anzeigeeinheit 10 den mit den Walzen 1 oder 3 ermittelten 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 ermittelten Messwertes ist abhängig von dem Abstand zwischen der vorderen Walze 1 und der hinteren Walze 3 sowie von der Geschwindigkeit entsprechend dem Pfeil 13 in den 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 Pendelknickgelenk 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

Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle, insbesondere von Schwarzdecken im Straßen- und Wegebau, mit einer ersten Vibrationswalze (1), die mit einer ersten Verdichtungskontrollvorrichtung (5) versehen ist, und mit einer zweiten Vibrationswalze (3), die mit einer zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung (6) versehen ist und die mit der ersten Vibrationswalze (1) diese im wesentlichen spurtreu folgend gekoppelt ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (9) vorhanden ist, die die Messergebnisse der beiden Verdichtungskontrollvorrichtungen (5, 6) gegenüberstellt, um aus dem Vergleich gemessener dynamischer Gesamtsteifigkeiten, umfassend die Gesamtsteifigkeit der von den Vibrationswalzen (1, 3) verdichteten Asphaltschicht (7) als auch anteilig die Steifigkeit des darunter befindlichen, bereits verdichteten Untergrundes (8), an der ersten Vibrationswalze (1) und der zweiten Vibrationswalze (3) die Zunahme der dynamischen Gesamtsteifigkeit resultierend aus den Überfahrten der Vibrationswalzen (1, 3) zu ermitteln.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationswalzen (1, 3) in einer Tandemwalze gekoppelt sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationswalzen in zwei separaten Walzenzügen sind, die über ein rechnergestütztes Nachführverfahren miteinander gekoppelt sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Verdichtungskontrollvorrichtungen (5, 6) kalibrierbar (11) sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (9) ein Verzögerungselement (12) enthält, mit dem die Messergebnisse der ersten Verdichtungskontrollvorrichtung (5) zwischenzuspeichern sind, zum ermittlungsortidentischen Gegenüberstellen mit den Messergebnissen der zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung (6).
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteeinheit (9) eine optische Anzeigeeinheit (10) zugeordnet ist.