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-VorychtunR zum Verdichten von bindigen und nichtbindigen Böden"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten von bindigen und nichtbindigen
Böden mittels schwingend bewegter Rütteiplatten, Balken, Walzen oder dergleichen.
Beim Verdichten von Böden bzw. Erdschichten ist es bekannt, die schwingend gegen
den zu verdichtenden Untergrund bewegten Verdichtungselemente in Ubereinander angeordneten
Blattfedern zu halten, die den Verdichtungselementen beim Schwingen ein. Parallelftihrung
geben und sie dadurch genau senkrecht gegen einen waagerecht angenommenen Untergrund
führen.
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Dabei geht die den Verdichtungselementen beim Aufschlagen auf den
Untergrund und in der damit verbundenen Erd- oder Totlage innewohnende, kinetische
Energie Jeweils als Verdichtungsarbeit in den Untergrund, während die den Verdichtungselementen
innewohnende kinetische Energie in der anderen End- oder Totlage der Verdichtungselemente
von der sie tragenden Vorrichtung aufgenommen werden muß. Darüber hinaus muß diese
Vorrichtung
auch die beim Beschleunigen der Verdichtungselemente
aus den End- oder Totlagen auftretenden Reaktionskräfte aufnehmen. Infolgedessen
unterliegen diese Vorrichtung und insbesondere deren Lagerstellen einer starken
Belastung, die selbst bei entsprechender Auslegung der Vorrichtung mit einem sehr
starken Verschleiß verbunden ist, so daß sich in der Praxis eine Parallelführung
der Verdichtungselemente bisher nicht bewährt hat.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum
Verdichten von bindigen und nichtbindigen Böden zu schaffen, die bei geringer Belastung
der Lager zugleich die Verdichtungselemente in vorte§5hafter Weise genau senkrechfi
gegen den zu verdichtenden Boden bewegt.
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Nach der Erfindung wird das durch Verwendung zumindest zweier über
Parallellenker gelenkig miteinander verbundener Rüttelplatten, Balken oder Walzen
erreicht, deren Parallellenker heb- und senkbar sowie schwenkbeweglich in der Vorrichtung
angeordnet sind. Durch die gelenkige Verbindung über die in der Vorrichtung schwenkbeweglich
gelagerten Parallellenker befinden sich die die Verdichtungselemente der Vorrichtung
bildenden RUttelplatten, Balken oder Walzen in einem Drehsystem, das ohne Eigenfrequenze
mit einer erzwungenen Schwingung erregt werden kann und in dem sie gleichzeitig
verschiedene Totlagen erreichen. Das heißt, wenn das eine Verdichtungselement auf
den Untergrund aufschlägt,
nimmt das andere die dem Untergrund abgewandte Totlage ein. Dabei wird nicht nur
vorteilhafterweise die von
der Vorrichtung aufzunehmende kinetische
Energie wesentlich verringert, sondern gleichzeitig infolge des hier auftretenden
Schwungmomentes die von dem auf den Untergrund aufschlagenden Verdichtungselement
in den Untergrund gehende Verdichtungsarbeit mit besonderem Vorteil um das Naß vergrößert,
um das sich die von der Vorrichtung aufzunehmende kinetische Energie verringert.
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Außerdem ergibt sich durch die heb- und senkbare Anordnung der Parallellenker
bei bekannter Einstellbarkeit der Frequenz, mit der die Verdichtungselemente schwingen,
zugleich eine einstellbare Amplitude für die Schwingungsbewegung der Verdichtungselemente
und eine universelle Verwendbarkeit der Vorrichtung bei gleichbleibenden Verdichtungselementen
für bindigen und nichtbindigen Boden oder Untergrund.
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Damit vereinigt die erfindungsgemaße Vorrichtung die Vorteile von
Rüttelplatten, vibrierenden Walzen und Stampfern in sich. Ein nichtbindiger Boden
wird ähnlich wie bei Rüttelpiatten und vibrierenden Walzen mit hoher Frequenz und
kleiner Amplitude verdichtet, während ausgesprochen bindiger Boden mit großer Amplitude
und den dazu im Boden erforderlichen großen Druck- und Scherkräften verdichtet wird.
Darüber hinaus wird auch Jeder Mischboden bzw. hinsichtlich seiner Bindigkeit zwischen
bindigem Boden und nichtbindigem Boden liegender Untergrund, dessen Verdichtung
sowohl in dem wirtschaftlichen Grenzbereich von Rüttelplatten und Walzen als auch
im wirtschaftlichen Grenzbereich von Stampfern liegt, nach entsprechender Einstellung
der Frequenz und Amplitude in optimaler Weise durch die erfindungsgemaße Vorrichtung
verdichtet.
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tn weiterer Ausbildung der Erfindung liegen die zu den Parallellenkern
gehörigen Schwenkachsen in der Stellung, in der die Arbeitsflächen der Werkzeuge
in einer Ebene liegen, gegenüber den Jeweils zugehörigen gelenkigen Verbindungsstellen
zwischen den Parallellenkern und den Verdichtungselementen um ein bestimmtes Maß
tiefer. Dieses Maß ist vorzugsweise größer als die größte Amplitude der Elemente
und gewährleistet, daß sich die Verdichtungselemente bei Bodenunebenheiten und dergleichen
eine horizontale Belastung derselben verursachenden Hindernissen leicht über diese
hinwegbewegen.
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Dabei wird nach der Erfindung durch die auftretende Horizontalkraft
in den Parallellenkern ein Moment um die zugehörigen Schwenkachsen erzeugt, das
die Verdichtungselemente über die Hindernisse hebt.
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Gemäß den auftretenden Belastungen sind die Parallellenker als besonders
biege- und verwindungssteife Rahmenkonstruktion ausgebildet. Die Rahmenkonstruktion
der Parallellenker hat dazu eine zumindest der halben lange der Verdichtungselemente
gleiche Breite.
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Außerdem sind zwischen jedem Verdichtungselement und Jedem Parallellenker
mindestens zwei gelenkige Verbindungsstellen vorgesehen, so daß bei einem ausreichenden
Abstand zwischen den Verbindungsstellen Biegebelastungen für die dagegen empfindlichen
Verbindungsstellen verhindert werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Parallellenker
in einem Rahmen gelagert, der in einem Trägerfahrzeug in Vertikalführungen heb-
und senkbar
angeordnet ist. Der heb- und senkbare Rahmen gibt den
Parallellenkern die erforderliche, robuste Lagerung und hat zusätzlich die Funktion,
die VerdichtungAelemente solange mit genügender Bodenfreiheit anzuheben, wie das
Trägerfahrzeug auf dem Weg zur Einsatzstelle ist. Außerdem gestattet der Rahmen,
die Anstellung der Verdichtungselemente in bezug auf den zu verdichtenden Boden
zu verändern. Dabei geben die Verdichtungselemente dem Trägerfahrseug insbesondere
bei einer Anordnung zwischen den Fahrachsen eine sehr gute s.B.
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tiefe Schwerpunktlage.
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In dem Trägerfahrzeug sind wahlweise die Erreger für die Schwingung
der Verdichtungselemente angeordnet, oder es ist bei Unwuchterregern, die unmittelbar
auf den Verdichtungselementen montiert sind, ein gemeinsa-.
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mer Antrieb für die Unwuchterreger in dem Tragersihrzeug'oder Rahmen
angeordnet. Schließlich ist das Trägerfahrzeug auch so ausgebildet, daß es zusätzlich
zu den Verdichtungselementen einen Planierschild und/oder einen Grader und/oder
einen Aufreißer aufnehmen kann.
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In der Zeichnung sind zwei zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt, Es zeigen: Fig. 1 ein Trägerfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in schematischer Darstellung; Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig.
1; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1;
Fig.
4 den gleichen Schnitt wie in Fig. 3 mit einer in Betriebs stellung befindlichen
Vorrichtung nach Fig. 1; Fig. 5 die Vorrichtung nach Fig. 1 in einer schematischen
Einzelansicht; Fig. 6 einen Antrieb für die Vorrichtung nach Fig. 5 in schematischer
Darstellung; Fig. 7 den Antrieb nach Fig. 6 in einer weiteren schematischen Darstellung;
Fig. 8 einen weiteren Antrieb für die Vorrichtwme nach Fig. 6 in schematischer DarstelllDzg;
Fig. 9 den Antrieb nach Fig. 8 in einer weiteren schematischen Darstellung; Fig.
10 mögliche Zusatzeinrichtungen für das Trägerfahrzeug nach Fig. 1 bis 4.
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Das Trägerfahrzeug besteht im wesentlichen aus einem Chassis 1 und
einem Fahrgestell mit zwei Fahrachsen 3.
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Anstelle des Chassis 1 mit den zwei Fahrachsen 3 kann auch ein Chassis
verwendet werden, das in bekannter Weise mit mehr als zwei Fahrachsen versehen ist.
Die Fahrachsen 3 sind vorzugsweise zugleich als Antriebsachsen ausgebildet bzw.
mit einem Einzelantrieb oder gemeinsamen Antrieb versehen, der zusätzlich stufenlos
verstellbar ist, so daß das Trägerfahrzeug in beiden Fahrtrichtungen, also vorwärts
und rückwärts, swischen
der Geschwindigkeit Null und einer oberen
Geschwindigkeit für Jede Fahrtrichtung mit Jeder beliebigen Zwischengeschwindigkeit
gefahren werden kann.
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Das Trägerfahrzeug wird dadurch gelenkt, daß eine der Fahrachsen 3
in der Ausführungsform nach Fig. 1 als übliche Lenkachse ausgebildet ist. In der
AusfUhrungsform mit mehreren Fahrachsen sind dann mehrere Fahrachsen als Lenkachsen
ausgebildet. Außerdem kann das Trägerfahrzeug auch mit einfacher oder doppelter
Knicklenkung verwendet werden.
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Das Trägerfahrzeug läuft auf insgesamt fünf vorzugsweise gummi- und
luftbereiften Rädern 2, die nach Fig. 2 spurversetzt angeordnet sind, so daß sie
eine erhebliche Druck- und Walkwirkung auf den Untergrund ausüben und den Untergrund
dadurch entsprechend verdichten.
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Die Antriebsaggregate und die zugehörigen Steuerungs-und Bedienungselemente
des Trägerfahrzeuges sind in dessen Chassis 1 eingebaut.
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In das Chassis 1 bzw. in dessen Seitenwangen sind nach Fig. 2 bis
4 zwischen den Fahrachsen 3 Vertikalführungen 4 in Form von Nuten eingearbeitet,
in denen ein Rahmen 5 mittels bekannter, nicht dargestellter, hydraulisch oder mechanisch
wirkender Antriebseinrichtungen wie z.B. Gewindespindeln heb- und senkbar angeordnet
ist.
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Der Rahmen 5 ist dabei gleitbeweglich oder mittels Rollen in den Vertikal
führungen 4 gelagert und trägt an seiner
rinterseite ein sogenanntes
dynamisches Verdichtungsgerät, das beispielsweise gegen ein Bodenvermörtelungsge
rät auswechselbar ist. Als dynamisches Verdichtungsgerät können z.B. Rdttelplatten,
Rüttelbalken oder vibrierende Walzbandagen dienen.
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Nach Fig. 1 bis 10 besteht das dynamische Verdichtungsgerät aus zwei
Rüttelplatten 6. Die Rüttelplatten 6 sind nach Fig. 5, 6 und 8 in einem gemeinsamen
Parallelogrammrahmen mit schwenkbeweglich in dem heb- und senkbaren Rahmen 5 angeordneten
Parallellenkern oder Schwenkarmen 7 gehalten. Die Schwenkarme 7 sind dabei Jeweils
zu zweit symmetrisch beiderseits der Mittelachse des Trägerfahrzeuges schwenkbeweglich
und übereinander zwischen Laschen 8 des heb- und senkbaren Rahmen 5 derart gelagert,
daß die mit 9 bezeichneten Schwenkachsen der jeweils oberen Schwenkarme 7 und die
mit 10 bezeichneten Schwenkachsen der Jeweils unteren Schwenkarme 7 Jeweils miteinander
fluchten. Darüber hinaus sind die oberen Schwenkarme 7 über Traversen 11 und die
unteren Schwenkarme 7 über Traversen 12 starr miteinander verbunden, so daß die
oberen Schwenkarme 7 mit den Traversen 11 einen biege- und verwindungssteifen und
schwenkbeweglich in dem heb- und senkbaren Rahmen 5 gelagerten oberen Rahmen mit
Schwenkachse 9 und die unteren Schwenkarme 7 mit den Traversen 12 einen biege- und
verwindungssteifen und schwenkbeweglich in dem heb- und senkbaren Rahmen 5 gelagerten
unteren Rahmen mit der Schwenkachse 10 bilden. Die Lagerung des oberen und einen
Parallellenker des Parallelogranrahmens bildenden Rahmens mit der Schwenkachse 9
und des unteren den anderen Parallellenker des Parallelogranrahmens bildenden Rahmens
mit
der Schwenkachse 10 wird in nicht dargestellter Weise durch einfache Bolzen und
wahlweise mit Wälslagern bewirkt.
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Zur gelenkigen Verbindung der Rüttelplatten 6 mit den Schwenkarmen
7 bzw. den oberen und unteren Rahmen sind die Rüttelplatten 6 bei horizontal verlaufender
Arbeitsfläche jeweils mit vier vertikal stehenden Laschen 13 versehen. Die Laschen
13 sind dabei nach Fig. 6 und 8 derart angeordnet, daß die Schwenkarme 7 jeweils
zwischen zwei Laschen 13 greifen und bei entsprechenden Bohrungen in den Schwenkarmen
7 und den Laschen 13 durch einfache nicht dargestellte Bolzen mit den Laschen 13
gelenkig verbunden sind.
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In diesem Fall wird der Parallelogrammrahmen durch den oberen Rahmen
mit der Schwenkachse 9 sowie den unteren Rahmen mit der Schwenkachse 10 und die
Laschen 13 gebildet. Der Parallelogrammrahmen hat dabei als Gelenkpunkte die mit
14 bezeichneten gelenkigen Verbindungsstellen zwischen den Laschen 13 und den Schwenkarmen
7. Er hat außerdem annähernd eine indifferente Gleichgewichtslage; das heißt bei
einem oberen Rahmen mit der Schwenkachse 9 und einem unteren Rahmen mit der Schwenkachse
10, die zumindest hinsichtlich ihres Gewichtes symmetrisch ausgebildet sind, befinden
sich die Schwenkachsen 9 und 10 genau auf der Mitte zwischen den Verbindungsstellen
14 der zugehörigen Schwenkarme 7 mit den Laschen 159 Dadurch gleichen sich die Gewichte
der Rüttelplatten 6, die einander vorzugsweise genau gleich sind, vorteilhafterweise
gegenseitig aus, d.h. es befindet sich der Gesamtschwerpunkt der schwingend bewegten
Massen vorteilhafterweise
in der Vertikalebene, in der die Schwenkachsen
9 und 10 liegen, so daß sich eine wesentliche Einsparung für den Antrieb der Rüttelplatten
6 ergibt.
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Die Gleichgewichtslage des Parallelogrammrahmens ist nach Fig. 5 lediglich
insoweit labil, als die Schwenkachsen 9 und 10 in der Stellung des Parallelogrammrahmens,
in der die Arbeitsflächen der Rüttelplatten 6 in einer Ebene liegen, gegenüber den
Verbindungsstellen 14 der zugéhörigen Schwenkarme 7 mit den Laschen 13 um ein bestimmtes
Maß tiefer liegen. Dieses Maß ist im vorliegenden Fall größer als der Hub oder die
Amplitude der Rüttelplatten 6. Das hat zur Folge, daß der Parallelogrammrahmen danni
nn die Arbeitsflächen der Rütteiplatten 6 eine unterschiec che Höhe haben, immer
ein Ubergewicht zu der jeweils tieferen Arbeitsfläche hin hat.
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Für die Rüttelplatten 6 ist es wichtig, daß sie genau senkrecht gegen
den kitergrund bewegt werden. Das wird nach Fig. 5 dadurch bewirkt, daß die Schwenkachsen
9 und 10 genau auf einer Vertikalen liegen.
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Als Antrieb für die Rüttelplatten 6 sind nach Fig. 5 bis 9 Unwuchterreger
15 vorgesehen. Die Unwuchterreger 15 sind Jeweils zu zweit unmittelbar auf die RUttelplatten
6 montiert. Die Unwuchterreger werden durch einen angeflanschten Elektro- oder Ölmotor
oder über Zahnräder oder, wiein Fig. 5 und 8 dargestellt, über einen Ketten- oder
Riementrieb angetrieben.
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Nach Fig. 5 und 8 sind die Unwuchterreger 15 einer Jeden
Rüttelplatte
6 mit einer gemeinsamen Antriebswelle 16 versehen, die jeweils ein entsprechendes
Ketten-oder Riemenrad 17 trägt. Außerdem ist in den weiteren Laschen 18 des heb-
und senkbaren Rahmens 5 eine Antriebswelle 19 drehbeweglich gelagert, die ihrerseits
drei Ketten- oder Riemenräder 20 trägt. Von diesen drei Ketten- oder Riemenrädern
20 wirken zwei über entsprechende Ketten oder Riemen 30 mit den Ketten- oder Riemenrädern
17 zusammen, während das dritte Ketten-oder Riemenrad 20 zum Antrieb der Antriebswelle
19 genutzt wird. Die zwei mit den Ketten- oder Riemenrädern 17 zusammenwirkenden
Ketten- oder Riemenräder 20 sind dazu so auf der Antriebswelle 19 angeordnet, daß
sie in einer Drehebene mit dem zugehörigen Ketten- oder Riemenrad 17 liegen. Der
Bewegung des Parallelogrammrahmens wird dabei dadurch Rechnung getragen, daß die
gemeinsamen Antriebswellen 16 der Unwuchterreger einerseits jeweils genau parallel
zu den Gelenkachsen der Verbindungsstellen 14 mit dem Laschen 13 der zugehörigen
Rüttelplatte 6 angeordnet sind und mit diesen Gelenkachsen in einer Ebene liegen,
und andererseits die Achse der Antriebswelle 19 in einer Ebene mit den Schwenkachsen
9 und 10 liegt und zusätzlich parallel und in dem genau gleichen Abstand zu den
Schwenkachsen 9 und 10 bzw. zwischen den Schwenkachsen 9 und 10 angeordnet ist wie
die gemeinsamen Antriebswellen 16 zwischen den Gelenkachsen der zugehörigen Verbindungsstellen
14 angeordnet sind.
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Die beiden Unwuchterreger 15 einer Jeden Rütteiplatte 6 sind nach
Fig. 6 so angeordnet, daß sich, wie in Fig. 7 schematisch dargestellt, bei einem
bleibenden
Phasenunterschied von 1800 die horizontalen Komponenten
ihrer Erregerkraft gegenseitig aufheben. In Fig. 7 sind die Erregerkräfte der Unwuchterreger
15 mit 32, ihre horizontalen Komponenten mit 34 und ihre vertikalen Komponenten
mit 33 bezeichnet. Daneben ist dargestellt, daß die Unwuchterreger 15 mit einander
entgegengesetzten Drehrichtungen 35 und 36 laufen. Dadurch wirken die vertikalen
Komponenten 33 der Erregerkräfte 32 beider Unwuchterreger 15 einer Rüttelplatte
6 immer in gleicher Richtung.
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Außerdem ist in Fig. 7 dargestellt, daß die Unwuchterreger 15 der
einen Rüttelplatte 6 mit einem solchen Phasenunterschied zu den Unwuchterregern
25 der anderen Rüttelplatte 6 laufen, daß die zu dem Unwuchterreger 15 der einen
Rüttelplatte 6 gehörigen vertikalen Eomponenten 33 zu den vertikalen Komponenten
33, die zu der anderen Rüttelplatte 6 gehören, immer die entgegengesetzte Richtung
haben. Der erforderliche Phasenunterschied für diese Riohtungsverschiedenheit ist
dabei dann gegeben, wenn zumindest zwischen einem Unwuchterreger 15 der einen Rüttelplatte
6 und einem Unwuchterreger 15 der anderen Rüttelplatte 6 ein Phasenunterschied von
180° besteht.
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Somit werden die Rüttelplatten 6 schwingend und in vertikaler Richtung
immer entgegengesetzt angetrieben und durch die bewegliche Lagerung in dem Parallelogranrahsen
auch entgegengesetzt schwingend bewegt.
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Eine Doppelvibration ist auch bei einer in Fig. 8 und 9 gezeigten
Anordnung der Unwuchterreger 15 gegeben. Nach
Fig. 8 sind die Unwuchterreger
15 mit zur Längsrichtung der Schwenkarme 7 paralleler Drehebene auf den RUttelplatten
6 montiert. Die Unwuchterreger 15 der einen Rüttelplatte 6 laufen dabei, wie in
Fig0 9 schematisch dargestellt, mit gleicher Drehrichtung 37 und 1800 Phasenunterschied
zu den Unwuchterregern 15 der anderen Rüttelplatte 6. Dadurch liegen hinsichtlich
der zu den Unwuchterregern 15 gehörigen vertikalen Komponenten 33 die gleichen Verhältnisse
wie bei der Anordnung nach Fig. 6 und 7 vor, während sich die zu den Unwuchterregern
15 der einen Rdttelplatte 6 gehdrenden horizontalen Komponenten 34 und die zu den
Unwuchterregern 15 der anderen Rüttelplatte 6 gehörenden horizontalen Komponenten
34 einander über die Parallelogrammrahmen ausgleichen.
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Das infolgedessen an dem heb- und senkbaren Rahmen 5 auftretende Moment
wird durch eine entsprechende Ausbildung der Vertikalfuhrungen 4, die den Rahmen
5 zugleich gegen ein unvorhergesehenes Verschieben oder Verdrehen sichern, in das
Chassis 1 geleitet.
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Im Betrieb wird das Trägerfahrzeug in dem in Fig. 3 gezeigten Betriebs
zustand mit angehobenem Rahmen 5 und angehobenen Rüttelplatten 6 zur Einsatzstelle
gefahren.
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An der Einsatz stelle werden der Rahmen 5 und die Rüt telplatten 6
in die in Fig. 4 dargestellte Lage abgesenkt. Dabei werden die Rüttenplatten 6 gegen
den Untergrund gedrUckt oder gepreßt und über die Unwuchterreger 15 in Schwingung
versetzt. Der heb- und senkbare Rahmen 5 bzw. dessen Antriebseinrichtung ist mit
einem einstellbaren und in dem Bereich, in dem die Rüttelplatten 6 Berührung mit
dem Untergrund haben, vorzugsweise fein einstellbaren Hub versehen und die Frequenz
der Schwingung
der Rüttelpiatten 6 durch Drehzahländerung an den
Unwuchterregern 15 einstellbar, wobei sich die Amplitude der Schwingung der Rüttelplatten
6 aus dem Andruck der Rüttelplatten 6 am Untergrund und der Frequenz der Schwingung
ergibt.
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Gleichzeitig mit oder nach dem Absenken der Rüttelplatten 6 wird das
Trägerfahrzeug' in Bewegung gesetzt und damit der Boden in der gewünschten Weise
einerseits durch Rüttelplatten dynamisch verdichtet und andererseits durch die bekannte
Walkwirkung der gummibereiften und als Verdichtungswalzen wirkenden Räder 2 verdichtet.
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Das ist auch bei einem sehr schwierigen beispielsweise unebenen Untergrund
der Fall, denn eine aus einer Unebenheit im Untergrund oder Hindernis resultierende,
auf die in Fahrtrichtung vordere Rüttelpiatte 6 wirkende und unvorhergesehen große
Horizontalkraft kann nicht zu einer Betriebsstörung fuhren. Infolge der besonderen
Anordnung der Schwenkachsen 9 und 10 zu den gelenkigen Verbindungsstellen 14 zwischen
den Schwenkarmen 7 und den Laschen 13 entsteht aus der Horizontalkraft ein um die
Schwenkachse des Parallelogrammrahmens wirkendes, rechtsdrehendes Moment, das die
vordere Rütteiplatte 6 leicht über die Unebenheit rutschen läßt.
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Nach Fig. 10 ist das Trägerfahrzeug zugleich mit einem sogenannten
Räum- oder Planierschild 38 und/oder mit einem sogenannten Grader 39 und/oder einem
sogenannten Aufreißer 40 versehen. In diesem Fall sind vorteilhafterweise zumindest
ein großer Teil der zur Aufbereitung des Bodens erforderlichen Arbeitsgänge in einer
Maschine bzw. praktisch in einem Arbeltsgang zusammengefaßt.