DE2041086C3 - Vorrichtung zur laufenden Bestimmung penetrometrischer Bodeneigenschafte n - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur laufenden Bestimmung penetrometrischer Bodeneigenschaften mit einem über den Boden bewegbaren Fahrzeug, das einen eine Meßvorrichtung tragenden Fahrzeugrahmen aufweist.

Die Messung penetrometrischer Bodeneigenschaften ist von Bedeutung im Zusammenhang mit der Prüfung und laufenden Kontrolle der Bodenverdichtung, denn die Eindringtiefe eines Körpers unter einer bestimmten Last und die Änderung der F.indringtiefe des Körpers als Funktion der Last sind Eigenschaften, die mit der Dichte des Bodens zusammenhängen. Sie stellen daher Eigenschaften dar, die sich bei verdichtender Bearbeitüng des bjdens mit der Bodenverdichtung in meßbarer Weise ändern.

Es ist bekannt, die Eindringtiefe eines Druckkörpers von definierter Form zu messen, der unter definierten Bedingungen in den Boden eingetrieben wird. Dabei dient die Eindringtiefe des zum Beispiel als Pfahl ausgebildeten Körpers als Maß für die Bodenverdichtung. Die Bestimmung der penetrometrischen Bodeneigen

schaften erfolgt hier an einzelnen diskreten Stellen.

Es ist weiter eine Vorrichtung zur laufenden Bestimmung von Bodeneigenschaften mit einem über den Boden bewegbaren Fahrzeug bekannt, das einen eine Meßvorrichtung tragenden Fahrzeugrahmen aufweisi (DT-OS 1 498 697). Durch dieses Gerät werden jedoch nicht penetrometrische Bodeneigenschaften, d.h. die Eindringtiefe genormter Druckkörper bei definierter Last, gemessea sondern vielmehr wird mit einer nuklearen Dichtefühleinrichtung bzw. Feuchtigkeitsfühleinrichtung die Dichte bzw. Feuchtigkeit des Bodens bestimmt.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zur laufenden Bestimmung des mechanischen Bodenwiderstandes mit einem über den Boden bewegbaren Fahrzeug bekannt das einen eine Meßvorrichtung tragenden Fahrzeugrahmen aufweisi (FR-PS 524 164). Bei diesem Gerät ist ein in seiner Eindringtiefe in den Boden starr einstellbarer Druckkörper vorgesehen, der relativ zu dem Rahmen beweglich ist wenn das Fahrzeug mit dem Fahrzeugrahmen über den Boden bewegt wird. Die an dem Druckkörper angreifenden Kräfte werden mittels eines Dynamometers gemessen. Auch diese Vorrichtung dient nicht zur Bestimmung penetremetrischer Eigenschaften, sondern vielmehr zur Bestimmung der an einem pflugscharartig ausgebildeten Körper bei einer Horizontalbewegung durch den Boden hindurch auftretende Kraft*:. Die Anwendung dieses Gerätes ist daher mit einem Aufbrechen des Bodens verbunden und dient auch nur zur Messung der dabei auftretenden Kräfte Ferner ist es aus der US-PS 3 478 656 bekannt, eine Walze mit in den Boden eindringenden, radial vorsprin genden Druckkörpern zu versehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine laufende Bestimmung der penetrometrischen Bodeneigenschaften über die Messung der Eindringtiefe eines genormten Druckkörpers in den Boden unter de finierten Bedingungen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine definiert belastbare Walze gelöst, die mit in den Boden eindringenden, radial vorspringenden Druckkörpern versehen und relativ zu dem Rahmen entsprechend dem Bodenwiderstand gegen das senkrechte Eindringen der Druckkörper in den Boden in angenähert lotrechter Richtung beweglich ist. sowie einen Weg- oder Winkelgeber, welcher auf diese Bewegung der Walze relativ zu dem Rahmen anspricht.

Eine solche Vorrichtung gestattet es beispielsweise, die Verdichtung einer Bodenfläche über die gesamte Fläche hinweg schnell und einfach zu kontrollieren. Eine Vorrichtung dieser Art kann aber auch benutzt werden, um während des Verdichtungsvorganges selbst eine Kontrolle der erzielten Verdichtung zu ermöglichen und das Bodenverdichtungsgerät entsprechend zu steuern, beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit des Bodenverdichtungsgerätes zu verringern, wenn eine zu geringe Verdichtung festgestellt wird.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung kann die Walze durch einen hydraulischen Zylinder mit veränderbarem Druck belastbar und der Druck relativ zu dem Fahrzeugrahmen in Abhängigkeit von den Signalen des Meßfühlers steuerbar sein.

Eine solche Vorrichtung gestattet es, nicht nur die Eindringtiefe der Druckkörper an der Walze unter konstanter Last zu bestimmen, .sondern ermöglicht darüber hinaus eine Veränderung des auf die Druckkörper ausgeübten Druckes. Es ist daher mit einer solchen

Vorrichtung möglich, die Eindringtiefe bei verschiedenen Belastungen zu messen bzw. die Belastung zu mev ,en, die zur Aufrechterhaltung einer konstanten Ein- tompteie erforderlich ist.

Dabei ist zweckmäßigerweise das Gewicht der Walje sowie der mit dieser beweglichen Teil..· durch eine Feder ausgeglichen, so daß die Beladung der Walze lediglich durch den hydraulischen Zylinder hervorgerufen wird

Eine vorteilhafte Anordnung besteht darin, dal» an der Walze nur ein einziger flanschartiger Druckkörper von längs eifcis Teiles des Umfangs radial zunehmender Breite vorgesehen ist.

Mit einer solchen Ausbildung des Druckkörpers, bei dem im Laufe eine» Umdrehung der Walze die radiale Abmessung des Druckkörpers zunächst laufend zunimmt, um dann relativ rasch wieder auf die radiale Abmessung der Walze zurückzugehen, kann die Belastung gemessen werden, die notwendig ist, um die jeweils vollständige Eindringtiefe des Druclikörpers zu erzielen. Dabei wird der Verlauf des Druckmitfeldrucks mit der Drehung der Walze gemessen, und es ergibt sich so in einfacherer Weise ais bei der anderen Druckkörperkonstruktion ein Maß für die Abhängigkeit der Eindringtiefe von der Belastung, die auf den Druckkörper ausgeübt wird. Man erhält dadurch eine Information über die Veränderung der Dichte des Bodens mit zunehmender Tiefe, die von Bedeutung für die Belastbarkeit des Bodens ist.

Wenn das Fahrzeug als Einachsanhänger ausgebildet ist, kann der Einachsanhänger auf einem Paar Glattwalzen laufen. Die Glattwalzen liefern eine gleichmäßige Bezugslage des Rahmens. An dem Rahmen kann ein Hilfsrahmen schwenkbar gelagert sein, der zwischen den Glattwalzen die Walze mit den Druckkörpern trägt.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g-1 eine Seitenansicht einer Zugvorrichtung mit einer als Einachsanhänger ausgebildeten Vorrichtung zur Bestimmung penetrometrischcr Bodeneigenschaften,

' 1 g.2 eine zugehörige Draufsicht,

1 g. 3a bis 3e verschiedene Ausführuni formen der Walze mit den Druckkörpern,

Fig.4 in Draufsicht und in Seitenansicht eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung zur Bestimmung penetrometrischer Bodeneigenschaften,

F i g. 5 in Seitenansicht und Vorderansicht eine abgewandelte Ausführungsform der Walze mit dem Druckkörper und

F i g. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Walze nach F i g. 5.

In F i g. 1 ist ein bekanntes Verdichtungsgerät 1 konventioneller Bauart, beispielsweise eine Tandem-Vibrationswalze, dargestellt. Dieses Verdichtungsgerät 1 schleppt über eine Zugstange 2 eine penetromeirische Meßvorrichtung nach der Erfindung nach, von dem die F i g. 1 und 2 in Verbindung mit F i g. 3 eine erste Ausführungsform zeigen. Diese bedient sich eines Rahmens 3, an welchem seitlich über je eine Welle 4 eine Glattwalze 5 drehbar befestigt ist. Der Rahmen 3 trägt an einem Drehgelenk 6 des weiteren einen inneren Rahmen 7, der über die Wellenzapfen 8 eine Walze 9 auf dem Boden abrollen läßt. Die Walze 9 trägt in verschiedenen axialen Ebenen radial angeordnete Druckkörper ΙΟ, von denen in F i g. 3a ein Achsschnitt gezeichnet ist.

Diese Einzelebenen können hinsichtlich der Winkelanordnung der Druckköiper 10 azimutal gegeneinander versetzt sein. Die Spitzen dieser Druckkörper 10 können entweder nach F i g. 3b kegelig oder nach F i g. 3c abgerundet ausgeführt sein oder nach F i g. 3d eine kegelige Spitze mit eingezogenem Schaft besitzen. Die Erfindung sieht weiterhin die Möglichkeit vor, die Walze 9 nach F i g. 3e statt mit in mehreren Ebenen angeordneten Einzeldruckkörpern 10 mit zwei an ihren Enden angebrachten scheibenförmigen Druckkörpern 12 auszurüsten, die eine einseitig odei beidseitig überstehende Lauffläche aufweisen. Vor den in einer gemeinsamen vertikalen Ebene liegenden Welle 4 und Wellenzapfen 8 trägt der Rahmen 3 eine Meßvorrichtung 13, welche über einen Fühler 14 mit einer Traverse 15 des Rahmens 7 verbunden ist. Der Fühler 14 ist dabei als Weggeber ausgebildet und liefert em Signal, welches proportional der Eindringtiefe der Druckkörper 10 in den Boden ist. Dieses Signal kann über eine Anzeige zur Kontrolle oder Handsteuerung der von dem Verdichtungsgeräi 1 erzielten Verdichtung benutzt werden oder in steuernder oder regelnder Weise, z. B. auf die Fahrgeschwindigkeit des Verdichtungsgerätes 1 eingreifen.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig.4) ist der um den Drehpunkt 6 an dem Rahmen 3 gelagerte Rahmen la so ausgeführt, daß er hinsichtlich seines Eigengewichtes und des Gewichtes der an ihm drehbar aufgehängten Walze 9 durch eine Feder 16 kompensiert ist. Parallel zu dieser wirkt ein hydraulischer Zylinder 17 in dem Sinne auf den Rahmen 7a ein. daß nach Maßgabe des in dem Zylinder 17 herrschenden Drukkes die Druckkörper 10 der Walze 9 in den Boden gedrückt werden. Die sich hierbei ergebende Eindringtiefe wird über einen Meßfühler 18 als Winkelverstellung zwischen dem Rahmen 3 und dem Rahmen Ta aufgenommen. Je nach den charakteristischen Eigenschaften des Bodens kann diese Vorrichtung in folgender Weise verwendet werden:

a) Über den Zylinder 17 wird eine konstante Andruckkraft der Walze 9 gegen den Boden ausgeübt und der sich unter ihrem Einfluß ergebende Verstellungswinkel des Rahmens 7a mittels des Meßfühlers 18 bestimmt. Dieses Signal kann wie im ersten Ausführungsbeispiel für die Regelung der verdichtungswirksamen Betriebsdaten des Verdichtungsgerätes 1 verwendet werden.

b) tlber den Zylinder 17 wird eine variable Andruckkraft der Walze 9 gegen den Boden ausgeübt, wobei die jeweilige Andruckkraft mittels einer Rege !einrichtung eingestellt wird. Die Regeleinrichtung bewirkt, daß in jedem Augenblick der Druck in dem Zylinder 17 so groß ist, daß an dem Meßfühler 18 ein konstantes Signal vorbestimmter Größe entsteht, welches einer bestimmten Eindringtiefe der Druckkörper 10 an der Walze entspricht. Auf diese Weise wird die zur Erzielung eines bestimmten Eindringtiefe aufzubringende Andruckkraft durch den Druck in dem Zylinder 17 gemessen.

c) Die Walze 9 nach F i g. 5, die vorzugsweise den gleichen Durchmesser wie die Laufwalze 5 besitzt, trägt einen scheibenförmigen Druckkörper, dessen Radius über einen Halbkreis linear mit dem Abrollwinkel zunimmt. Wie im Falle b wird der Druck in dem Zylinder 17 so geregelt, daß das Ausgangssignal des Meßfühlers 18 einem Werte entspricht, wie er sich einstellt, wenn der scheibenförmige Druckkörper den Boden nicht berührt. Verdich-

tungsrelevante Meßgröße ist nunmehr der Zeitverlauf des Druckes im Zylinder 17, wie er beispielsweise in F i g. 6 dargestellt ist. Die ausgezogenen Kurven kennzeichnen dabei einen Boden, bei dem die für konstante Eindringgeschwindigkeit erforderliche Kraft in unmittelbarer Nähe der Bodenoberfläche gering ist, mit zunehmender Tiefe aber stark ansteigt. Ein derartiger Kraftverlauf ist typisch für ein Verdichtungsgerät 1, welches eine an sich ausreichende und gute Verdichtungsleistung erbringt, jedoch die Lagerung unmittelbar in der Oberfläche wieder auflockert. Die gestrichelte Kurve in F i g. 6 zeigt demgegenüber den Zeitverlauf des Regeldruckes im Zylinder 17 für den Fall, daß das Verdichtungsgerät 1 eine ausgesprochene verspannende Wirkung auf die Oberfläche des zu verdichtenden Planums ausübt, unterhalb dieser Schicht jedoch nur eine verminderte Bodenfestigkeit hinterläßt. Durch die Beobachtung dieser Kraftverläufe ergeben sich hierbei besonders aufschlußreiche Informationen für die Verdichtungswirkung des Verdichtungsgerätes 1.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche-

1. Vorrichtung zur laufenden Bestimmung penetfometrischer Bodeneigenschaften mii einem über den Boden bewegbaren fahrzeug, das einen eine Meßvorrichiung tragenden Rahmen aufweist g ν -kennzeichnet durch eine definiert belastbare Walze (9), die mit in den Boden eindringenden, radial vorspringenden Druckkörpern (10.12) versehen und relativ zu dem Rahmen (3) entsprechend dem Bodenwiderstand gegen das Eindringen der Druckkörper in den Boden in angenähert lotrechter Richtung beweglich ist, sowie einer Meßvorrichtung (13. 18) welche auf diese Bewegung der Walze (9) js relativ zu dem Rahmen (3) anspricht

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (9) durch einen hydraulischen Zylinder (17) mit veränderbarem Druck betastbar und der Druck relativ zu dem Rahmen (3) in Abhängigkeit von den Signalen des Meßfühlers (18) steuerbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Gewicht der Walze (9) sowie der mit dieser beweglichen Fahrzeugteile durch eine Feder (16) ausgleichbar ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet daß an der Walze (9) nur ein einziger, flanschartiger Druckkörper von längs eines Teils des Umfangs radial zunehmender Breite vorgesehen ist (F i g. 5).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch an sich bekannte Vorrichtungen zum Anzeigen des Druckverlaufs.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug als Einachsenanhänger ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einachsenanhänger auf einem Glaitwalzenpaar (5) läuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Rahmen (3) ein Rahmen (7,7a) schwenkbar gelagert ist, der zwischen den Glattwalzen (5) die Walze (9) mit den Druckkörpern (10, 12) trägt.