-
Vorrichtung zum Aufzeichnen des wahren Profils
-
einer Strasse Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Aufzeichnen des wahren Profils einer Strasse mit einem Messwagen, der ein zweiachsiges
Fahrwerk aufweist und ein an einem um eine Achse dieses Fahrwerks verschwenkbaren
Hebelarm angeordnetes Messrad, sowie einer Registriereinrichtung, deren Vorschub
für das Registriermaterial mit der Fortbewegung des Wagens synchronisiert ist und
mit einer Einrichtung zum Uebertragen des Winkels der Verschwenkung zwischen dem
Hebelarm und der von den beiden in der durch den Hebelarm gelegten senkrechten Ebene
liegenden Achspunkten des Fahrwerks bestimmten Geraden auf die Registriereinrichtung.
-
Im Gegensatz zum projektierten theoretischen Längsprofil einer Strasse
weist deren wahres Profil praktisch immer eine
Folge von quer zur
Längsrichtung verlaufenden Unebenheiten auf. Diese Unebenheiten wiederholen sich
in gleichen oder ungleichen Abständen, so dass das wahre Profil gewöhnlich wellenförmig
ist. Diese Unebenheiten beeinträchtigen die Laufruhe und den Fahrkomfort der Fahrzeuge
und beeinflussen die durch die Fahrzeuge bewirkte Belastung-und den Verschleiss
der Strassendecke. Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Beeinträchtigung
der Fahreigenschaften der Fahrzeuge und die Abnutzung der Strassendecke durch die
Fahrzeuge weniger von der Höhe bzw. Tiefe der Unebenheiten bedingt ist, als von
der Neigung dieser Unebenheiten gegenüber dem theoretischen Profil und dem Winkel
zwischen aufeinanderfolgenden Neigungen, d.h. der Neigungsänderung in Abhängigkeit
vom Weg, dem sogenannten Beschleunigungsprofil. Es sind darum schon Vorrichtungen
entwickelt worden, um das Beschleunigungsprofil zu messen und aufzuzeichnen.
-
Eine bekannte Vorrichtung dieser Art ist in der deutschen Patentschrift
1'773'946 beschrieben. Diese Vorrichtung enthält einen Messwagen mit einem zweiachsigen
Fahrwerk und einem zum Abrollen auf der Strasse vorgesehenen Tastorgan. In der Mitte
der einen Achse des Fahrwerks und an den seitlichen Enden der anderen Achse ist
je ein Laufrad angeordnet.
-
Das Tastorgan ist an einem Hebelarm befestigt, der um die Mitte einer
der beiden Fahrwerkachsen schwenkbar ist. Der
Abstand zwischen den
beiden Achsen des Fahrwerks und der Abstand des Messorgans von der Fahrwerkachse,
um die der ebelarm schwenkbar ist, sind gleich gross. Die Laufräder und das als
Messrad ausgebildete Tastorgan weisen gleiche Durchmesser auf. Mit diesen Massnahmen
soll erreicht werden, dass die Gerade, welche die Mitte der beiden Fahrwerkachsen
verbindet, und der Hebelarm parallel zu den Linien liegen, die die Berührungspunkte
der entsprechenden Räder mit der Strassenoberfläche verbinden. Die Vorrichtung enthält
auch eine Registriereinrichtung, die den Winkel, der von der die Mitte der beiden
Achsen verbindenden Geraden und der Verlängerung des Hebelarms eingeschlossen wird,
in Abhängigkeit von der mit der Vorrichtung gefahrenen Strecke aufzeichnet.
-
Mit dieser Vorrichtung kann das wahre Längsprofil einer Strasse nur
bestimmt werden, wenn das wahre Querprofil dem theoretischen Querprofil entspricht.
Diese Bedingung ist praktisch nie erfüllt. Wenn das Querprofil ebenfalls Unebenheiten
aufweist, werden die beiden auf der gleichen Fahrwerkachse befestigten Laufräder
gegenüber dem theoretischen Längsprofil ungleich angehoben oder abgesenkt. Die Folge
davon der Strassenoberfläche von ist, dass der Abstand der Mitte dieser Achse praktisch
immer grösser oder kleiner als der Radius der Laufräder ist, d.h. die Gerade, welche
die Mitte der beiden Achsen verbindet,und der Hebelarm liegen nicht parallel zu
den entsprechenden
Tangenten des wahren Profils der Strassenoberfläche.
-
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist deren Einrichtung
zum Uebertragen des Winkels der Schwenkung zwischen der die Mitte der beiden Achsen
des Fahrwerks verbindenden Geraden und dem Hebelarm auf die Registriereinrichtung.
Diese Uebertragungseinrichtung ist als liebelsystem ausgebildet, dessen Bewegungsverbindungen
die bei Baumaschinen üblichen grossen Toleranzen aufweisen müssen, was die Genauigkeit
der Uebertragung beeinträchtigt.
-
Schliesslich ist das Verhältnis der zu übertragenden Schwenkung zur
Verschiebung des Registrierschreibers fest eingestellt, was nicht ermöglicht, den
verfügbaren Aufzeichnungsbereich optimal zu nutzen, d.h. kleine Unebenheiten vergrössert
und grosse Unebenheiten verkleinert darzustellen.
-
Noch ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist die unelastische Bereifung
der einzelnen Räder. Diese bewirkt, dass auch durch die Textur der Strassenoberfläche
erzeugte sehr kurze Verschwenkungen des Hebelarms gegenüber dem Messwagen aufgezeichnet
werden und die Auswertung der interessierenden Unebenheiten erschweren.
-
Schliesslich ist die allein verwendete mechanische Registriereinrichtung
nur zum Aufzeichnen der Unebenheiten beim langsamen Abfahren einer relativ kurzen
Strecke, beispielsweise hinter einer Baumaschine, geeignet. Die Vorrichtung kann
darum nicht oder nur sehr beschränkt für die Kontrolle des Strassenzustands verwendet
werden, bei der eine grosse Strecke mit mittlerer Geschwindigkeit abgefahren wird.
-
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die beschriebenen Nachteile
zu beheben, was erfindungsgemäss mit einer Vorrichtung erreicht wird, bei der auf
jeder Fahrwerkachse nur ein Laufrad befestigt ist und die beiden Laufräder und das
Messrad in der gleichen in der Fahrrichtung liegenden Messebene angeordnet sind
und für eine praktisch senkrechte Führung der Laufräder und des Messrads auf der
Strassenoberfläche mindestens ein zusätzliches, ausserhalb der Messebene angeordnetes
Stützrad vorgesehen ist.
-
Die neue Vorrichtung ermöglicht die genaue Bestimmung und Aufzeichnung
des Beschleunigungsprofils, weil die zur Bestimmung dieses Profils verwendeten drei
Messpunkte von den beiden Laufrädern und dem Messrad unabhängig vom Querprofil der
Strasse immer berührt werden. Die senkrechte Führung der Laufräder und des Messrads
auf der Strassenoberfläche ermöglicht weiter, den durch die Neigung.der Laufräder
und des
Messrads bewirkten Messfehler praktisch zu eliminieren.
-
Schliesslich bilden die beiden Laufräder mit dem Stützrad eine "Dreipunktauflage",
welche das seitliche Kippen der Vorrichtung verhindert. (Es sind andere Vorrichtungen
zum Messen der Unebenheit von Strassenbelägen vorgeschlagen worden, welche drei
hintereinander angeordnete Räder aufweisen und für deren Verwendung ein weiteres
Fahrzeug benötigt wird, an dem die Vorrichtung befestigt werden muss, um deren senkrechte
Führung zu gewährleisten.) Mit der neuen Vorrichtung können Längsneigungsänderungen
im Strassenprofil direkt als Funktion des Orts aufgezeichnet werden, was eine einwandfreie
Beurteilung des wahren Profils einer Strassendecke ermöglicht. Die Aufzeichnung
erlaubt aber auch, aufgefundene Unebenheiten nachträglich wieder zu lokalisieren.
Die Aufzeichnung des Strassenprofils mit der Vorrichtung ist unabhängig von der
Geschwindigkeit, mit der die Vorrichtung über die Messstrecke gefahren wird. Dabei
versteht sich, dass der Fahrgeschwindigkeit durch die mechanische Konstruktion der
Vorrichtung eine obere Grenze gesetzt ist. Beim Strassenbau wird die Vorrichtung
vorzugsweise dem Fertiger nachgefahren, was weiter ermöglicht, Korrekturen des Längsprofils
noch während des Einbaus des Oberflächenbelags auszuführen. Es versteht sich, dass
aus dem aufgezeichneten Beschleunigungsprofil durch einfaches Umrechnen auch das
Neigungsprofil oder die lineare Abweichung des wahren vom theoretischen Profil gewonnen
werden können.
-
Im folgenden wird die Erfindung mit IIilfe der Figuren an einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel beschrieben.
-
Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht und Fig. 2 die Draufsicht
auf eine bevorzugte Ausffihrungsform der erfindungsgemussen Vorrichtung.
-
Der deutlicheren Darstellung wegen ist das in Fig. 1 gezeigte wahre
Profil einer Strasse in senkrechter Richtung stark vergrössert gezeichnet.
-
Das in der Figur gezeigte wahre Profil 10 einer Strassenoberfläche
verläuft wellenförmig gegenüber dem praktisch geradlinigen theoretischen Profil
11 und weist gegenüber die sem unterschiedliche Buckelhöhen 12 und Muldentiefen
13 auf.
-
Die gezeigte Vorrichtung ist als Messwagen ausgebildet, an dessen
Plattform 15 zwei Laufräder 16, 17 befestigt sind.
-
Die beiden Laufräder sind in der Längsrichtung der Plattform voneinander
beabstandet und in der Querrichtung gesehen (Fig. 2) in der Mitte der Plattform
angeordnet. An der Achse des einen Laufrads 17 ist ein Elebel 18 schwenkbar befestigt.
-
Das Ende des kürzeren Arms 19 dieses Hebels wirkt mit dem noch zu
beschreibenden Seilzug für die Uebertragung der Verschwenkung zwischen IIebel und
Plattform zusammen. Am Ende des längeren IIebelarms 21 ist ein Messrad 22 drehbar
gelagert.
Die beiden Laufräder und das Messrad weisen eine elastische
Bereifung 23, 24 bzw. 25 auf. An der Plattform 15 ist auch ein Bügelgriff 27 befestigt,
der im gezeigten Beispiel in die dem längeren Hebelarm 21 entgegengesetzte Richtung
geschwenkt ist und mit dem die Vorrichtung gestossen oder gezogen werden kann. An
jeder Seite der Plattform ist ein um einen horizontalen Dorn 29, 30 schwenkbarer
hebel 31 bzw. 32 befestigt. Jeder dieser hebel wird von einer zugeordneten Feder
33 nach unten, d.h. gegen die Strassenoberfläche gedrückt. Am freien Ende jedes
hebels ist ein Stützrad 35 bzw. 36 gelagert, das von der auf den schwenkbaren hebel
wirkenden Feder auf die Strassenoberflciche gedrtickt wird. Auch die beiden Stütz
räder weisen eine elastische Bereifung 37 auf.
-
Die Plattform 15 ist mit einem Gehause 40 abgedeckt. Das Gehäuse weist
eine Ausnehmung 41 auf, in die ein Getriebe 42 eingesetzt ist. Auf dem Getriebe
steht eine Registriereinrichtung 43. Vom freien Ende des kürzeren IIebelarms 19
führt ein Seilzug 45 zum Getriebe. Das im Getriebe befindliche Ende des Seilzugs
ist an einer Zugfeder 44 befestigt. Diese Feder bewirkt, dass das Zugseil immer
straff gespannt istr so dass auch die kleinste Verschwenkung des 1hebels gegenüber
der Plattform des Wagens an das Getriebe übertragen wird. fiit dem Getriebe können
unterschiedliche Upbersetzungsverhältnisse
eingestellt werden,
um die vom Seilzug 45 übertragenen, relativ kleinen Verschwenkungen zwischen dem
Ivebel 18 und der Plattform 15 mit möglichst grosser kuplitude aufzuzeichnen. Zur
Aufzeichnung wird die auf dem Getriebe 42 stehende und mit dem Ausgang dieses Getriebes
bewegungsverbundene Registriereinrichtung 43 verwendet. Der Antrieb für das Registriermaterial
dieser Einrichtung ist über eine Rollenkette 46 mit der Achse des einen Laufrads
16 verbunden. Dadurch ist sichergestellt, dass der Vorschub des Registriermaterials
synchron zur Verschiebung der Vorrichtung erfolgt.
-
Die Regis triereinri ditung enthält ein (nicht gezeigtes) Getriebe
mit einstellbaren Untersetzungsverhältnissen, das zwischen der Rollenkette 46 und
dem Antrieb des Registriermaterials geschaltet ist und ermöglicht für die gleiche
Rollstrecke der Vorrichtung unterschiedliche Vorschübe des Registriermaterials einzustellen.
-
Es wird angenommen, dass Seilzüge zum Uebertragen einer Hin-und Herbewegung,
biegbare Wellen zum Uebertragen einer Drehbewegung, mechanische Getriebe mit mehreren
einstellbaren Uebersetzungsverhältnissen sowie Registriereinrichtungen zum Auftragen
einer veränderlichen Grösse in Abhängigkeit von einer anderen Grösse jedem Fachmann
hinreichend bekannt sind, weshalb auf eine detaillierte Beschreibung dieser Einrichtungen
verzichtet wird.
-
Für die heute gebräuchlichen Fahrzeuge und Raddurchmesser werden die
den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit am stärksten beeinträchtigenden Vertikalschwingungen
von Unebenheiten bewirkt, deren Periodizität etwa 2 m beträgt. Um insbesondere diese
Unebenheiten zu erfassen, beträgt bei einer erprobten Ausführungsform der neuen
Vorrichtung der Abstand zwischen den beiden Laufrädern 16, 17 und zwischen dem einen
Laufrad 17 und dem Messrad 22 je 1 m. Der Durchmesser der beiden Laufräder und des
Messrads sind gleich und betragen 20 cm.
-
Die neue Vorrichtung ist hauptsächlich für die Verwendung auf Baustellen
und zum Messen der Unebenheiten eines frisch eingetragenen Belags vorgesehen. Dazu
kann die Vorrichtung am Bügelgriff 27 über den frischen Strassenbelag gestossen
oder an ein Zugfahrzeug angehängt werden. Beim Fahren wird von der Rollenkette 46
bewirkt, dass das Registriermaterial um einen der abgefahrenen Strecke entsprechenden
Betrag weiter transportiert wird. Wie bereits beschrieben wurde, kann der Betrag
dieses Weitertransports mit Hilfe eines nicht gezeigten Getriebes eingestellt werden.
Für das Ausmessen einer relativ kurzen Baustrecke hat sich z.B. ein Vorschub des
Registriermaterials um 5 mm pro Meter abgefahrener Strecke bewährt. Dieses Verhältnis
ermöglicht, insbesondere die oben erwähnten kritischen Unregelmässigkeiten
mit
einer Periodizität von etwa 2 m deutlich sichtbar aufzuzeichnen. Beim Fahren auf
einer dem geradlinigen, theoretischen Profil 11 entsprechenden Strassenoberfläche
liegen die Achsen der beiden Laufräder 16, 17 und die Achse des Messrads 22 auf
einer geraden Verbindungslinie. Der Seilzug 45, das Getriebe 42 und die Registriereinrichtung
43 sind so eingestellt, dass bei dieser Stellung der Laufräder und des Messrads
der Schreibkopf 48 der Registriereinrichtung praktisch in der Mitte des Registriermaterials
steht. Wird die Vorrichtung über ein Strassenstück gefahren, dessen wahres Profil
dem in Fig. 1 gezeigten Profil 10 entspricht, so wird der Hebel 18 gegenüber der
durch die Achse der beiden Laufräder 16, 17 bestimmten Geraden verschwenkt. Diese
Schwenkung entspricht der Summe der Neigungen der die Achsen der beiden Laufräder
16, 17 verbindenden Geraden und der die Achse des Messrads 22 mit der Achse des
benachbarten Laufrads 17 verbindenden Geraden gegenüber dem theoretischen Profil.
Die Verschwenkung des Hebels wird von dem am freien Ende des kürzeren IIebelarms
19 angeordneten Seilzug 45 auf das Getriebe 42 übertragen, das die entsprechende
Auslenkung des Schreibkopfs 48 steuert. Je nachdem, ob der längere Ilebelarm 21
mit dem Messrad 22 gegenüber der die Achsen der beiden Laufräder verbindenden Geraden
angehoben oder abgesenkt wird, wird der Schreibkopf 48 gegenüber der Mittellinie
des Registriermaterials nach recl1ts bzw. nach links ausgelenkt.
Wie
bereits beschrieben wurde, kann das Verhältnis der Auslenkung des Schreibkopfes
48 zur Verschwenkung des hebels 18 mit Hilfe des Getriebes 42 eingestellt werden.
Ein für Baustellen brauchbares Verhältnis ist eine Auslenkung von 5 mm für eine
Verschwenkung des Hebels um 1 Promille.
-
Wird die Vorrichtung zum Kontrollieren und Ueberwachen des Zustands
grösserer Strassenstrecken verwendet, werden wegen der längeren aufzunehmenden Strecke
der Vorschub des Registriermaterials und wegen der möglicherweise verstärkten Unregelmässigkeiten
auch das Verhältnis der Auslenkung des Schreibkopfs zur Verschwenkung des Hebels
gegenüber den oben angegebenen Werten verringert. In einem solchen Kontrolldiagramm
festgestellte, die zulässige Toleranz überschreitende Unregelmässigkeiten können
dann zur genaueren Analyse mit entsprechend eingestelltem Registriermaterialvorschub
und Verhältnis von Auslenkung zu Verschwenkung nochmals mit langsamer Geschwindigkeit
abgefahren werden.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der neuen Vorrichtung werden
anstelle des oben beschriebenen mechanischen Getriebes 42 ein elektromechanischer
Wandler und anstelle der mechanischen eine elektrische Registriereinrichtung verwendet.
-
Letztere enthält als Registriermaterial vorzugsweise ein Magnetband.
Diese Ausführungsform ist für Baustellen weniger geeignet, weil das Ergebnis der
Messwg ohne zusätzliche
Hilfsmittel nicht sichtbar ist, sie ermöglicht
aber insbesondere bei Kontrollmessungen das Aufnehmen einer grösseren Anzahl von
Messwerten und die nachträgliche maschinelle Auswertung dieser Messwerte.
-
Leerseite