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BESCHRSIBUNG
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Die Erfindung betrifft das Gebiet des StraSenbaus, und zwar, genauer
genommen, Verfahren und Einrichtungen zur Temeiner peräturmessung / Asphaltbetonstraßendecke.
Besonders vorteilhaft kann sie bei der Errichtung von Straßen mit einer künstlichen
Decke, die vorzugsweise aus heißem oder warmen Asphaltbeton ausgerührt ist, verwendet
werden. Außerdem kann das Verfahren und die Einrichtung auch auf anderen Gebieten
der Nissenschaft und Technik bei der Bestimmung Jon gemittelten Temperaturen im
Innern von Objekten, die aus porösen Materialien ausgeführt sind, Verwendung finden.
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In einer Reihe von Einflußfaktoren, die die Güte der errichteten
Straße mit einer Decke aus Asphaltbeton bestimmen, sind die wichtigsten die Dichte
und die Festigbetons keit des Asphalt / oder, genauer genommen, der aus ihm errichteten
konstruktiven schichten. Während die Festigkeit der Straßendecke durch eine ganze
Reihe technologischer Tatsachen bestimmt wird, die beim Vorbereitungsvorgang des
Asphaltbetons realisiert werden, so ist die Dichte der Straßendecke nur ein Ergebnis
der Bearbeituag des schon fertigen Asphaltbetongemisches direkt auf der Straße,
d.h.
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ein Ergebnis des Vorgangs der mechanischen Verdichtung. Das Ziel der
mechanischen Verdichtung besteht in der Regel in der Erzeugung eines Materials mit
geringem Porositätsgrad, der neben der physikalischen Festigkeit des Materials der
Straßendecke den Hauptkennwert darstellt, der die Beständigkeit der Straßendecke
im Laufe des Betriebs bestimmt.
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Falls die Porosität die zulässige Grenze überschreitet, so führt das
unter Verhältnissen von sich kraß ändernden klimatischen Bedingungen, besonders
auf hohen nördlichen Breiten, zu einer schnellen Zerstörung der Straßendecke und
einen zusätzlichen Aufwand für ihre Reparatur.<erfordert> Die Ursache der
Zerstörung besteht in der Feuchtigkeit, die in die Poren der Straßendecke eindringt
und in Abhängigkeit von der Temperatur ihr Volumen ändert, wodurch sie auf diese
Weise neben den Betriebsspannungen zusätzliche Innenspannungen in der Strabendecke
erzeugt, die oft genus die einzige Ursache für ihre Zerstörung sind.
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beim Erreichen einer minimalen Porosität der Straßendecke und deren
maximaler Festigkeit, die in einem bestimmten Grad auch von der Porisität abhängt,
ist man bestrebt, die Bedingungen der Verdichtung so zu wählen, daß die durch die
Verdichtungsmaschinen in dem auf die Straßensohle aufgelegten Asphaltbetongemisch
hervorgerufenen Spannungen in einer bestimmten Beziehung zur Druckfestigkeit dieses
Gemisches stehen. Diese Beziehung hat den Ausdruck: 6 = 0,94 - 0,98 #d ; hierin
sind # - der laufende Wert der Spannung und #d - die Druckfestigkeit des Deckengemisches
Ein anderer sehr wichtiger Umstand, der bei der Verdichtung des Deckengemisches
berücksichtit wird, besteht darin, daß das Gemisch auf die Straßensohle mit einer
Temperatur von 140 bis 160°C aufgetragen wird, und im Laufe der Verdichtung fällt
diese Temperatur bis auf die umgebende Temperatur ab. Der Temperaturabfall ist exponentiell.
In Anbetracht des oben gesagten ist der Verdichtungsvorgang sehr arbeitsaufwendig,
da Krt ihren Wert in Abhängig keit von der Temperatur ändert, und das bedeutet,
daß man # ständig ändern muß unter Überwachung des Werts #d nach der oben angeführten
Beziehung. Anders gesagt, muß die aa das Deokengemisch im Laufe deren Verdichtung
angelegte Belastung desgleichen nach einem exponentiellen Gesetz geändert werden,
wobei sie ständig erhöht wird. Die vernünftigen Grenzen der Temperatur des Deckengemisches,
in denen die Verdichtung durchgeführt wird, liegen im Bereich von 130°C - 150°C
bis 70°C-60°C.
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Bei der Entwicklung von modernen Mitteln zur Verdichtung von Straßendecken
aus heißem oder warmem Asphaltbeton, d.h. von Straßenwalzen, ist man bestrebt, die
Forderung in bezug auf eine allmähliche Erhöhung der Belastung auf das abkühlende
Gemisch zu erfüllen. In diesem Zusammenhang ist zur Zeit ein Verfahren zur Verdichtung
der Straßendecke akzeptiert worden, das darin besteht, daß die Verdichtung der Reihe
nach mit mehreren Straßenwalzen mit unterschiedlichem Gewicht, zuerst mit leichten
und dann mit immer schwereren Straßenwalzen, d urch6eIührt wird.Unter diesem
Gesichtspunkt
ist es üblich, aämtlichStralSenwalzen in drei Klassen der Masse nach einzuteilen:
leichte Straßenwalzen mit einer Masse bis 5 Mp, mittlere mit einer Masse von 5 bis
10 Mp und schwere mit einer Masse über 10 Mp. Diese Einteilung, obwohl sie allgemein
angenommen ist, trägt trotzdem einen bedingten Charakter. In einer jeden Gewichtsklasse
ist eine noch feinere Einteilung der Masse nach möglich, so z*B. kann die leichte
Klasse Straßenwalzen mit einer Masse von 1,5 Mp, 3 bip und 5 Mp umfassen.
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Zur Realisierung des oben erwähnten Verfahrens sind ca. 3 bis 7 und
mehr Straßenwalzen verschiedener Gewichtsklassen erforderlich. Es soll hervorgehoben
werden, daß zur Zeit schon eine Idee besteht, Stradenwalzen zu entwickeln, die das
exponentielle Gesetz der Belastungsänderung bei der VerdichtungverwirklicEren, doch
haben diese Straßenwalzen praktisch den Stand der Laboruntersuchungen noch nicht
überschritten.
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Die gegenwärtige Verdichtungstechnologie ist an und für sich einfach,
sie erfordert jedoch eine exakte Einhaltung der Zeitintervalle im Betrieb der Straßenwalzen
einer jeden Gewichtsklasse. Zu diesem Zweck wird die Temperatur der Straßendecke
ständig gemessen und im nötigen Moment eine Auswechselun der Straßenwalze mit.dem
einen Gewicht durch eine Straßenwalze mit einem schwereren Gewicht vorgenommen.
Tatsächlich ist die Temperatur der Straßendecke das einzige objektive Kriterium,
das im Laufe der Verdichtung verwendet werden kann, da eine Orientierung auf die
klessung von sd unter Feldbedingungen unmöglich ist, obwohl die Kenntnis gerade
dieses Paranjeters ein objektiveres Urteil über die Notwendigkeit er Auswechselung
-des einen ermöglichen würde Walzentyps durch einen anderen/als die Temperatur es
gestattet.
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Trotzdem ist gerade die Messung der Temperatur wegen ihrer praktischen
Erreichbarkeit das am weitesten verbreitete Verfahren zur Lösung der Prage über
die Auswechselung der Strabenwalzen.
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Es sind verschiedene Verfahren und Einrichtungen bekannt, die eine
Bestimmung der Deckentemperatur im Laufe der Verdichtung ermöglichen. Am einfachsten
unter ihnen
sind Kontaktverfanren und Einrichtungen des Typs, der
im SU-Urheberschein 52094 beschrieben ist. Dieses Verfahren besteht in der Kontaktmessung
der Temperatur an der Oberfläche des erwärmten Körpers. Die dieses Verfahren realisierende
Einrichtung stellt ein Thermoelement dar, das in Form einer elastischen, konischen
Schraubenspirale ausgeführt ist, dessen Grundfläche an einem Druckring befestigt
wird.
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Dieses Verfahren und die Sinrichtung sind sehr einfach. Bei ihrer
Anwendung entstehen jedoch bedeutende Feh-1er in der Messung der Temperatur infolge
eines Warmeauatausches zwischen dem Thermoelement und dem umgebenden Medium sowie
infolge des Wärmebeharrungsvermögens. Die Hauptschwierigkeit trägt einen rein technischen
Charakter und wird in erster Linie durch das Anhaften des Bitumens am empfindlichen
Element, dem Thermoelement, hervorgerufen. Beliebige Maßnahmen zur Beseitigung dieses
Nachteils führen zu einer Herabsetzung der Meßgenauigkeit und zur Verstärkung des
Radiationswärmeaustausches sowie des Beharrunusverhaltens.
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Noch ein Nachteil besteht darin, daß das Kontaktthermometer nur die
Temperatur an der Oberfläche anzeigt, die meistenteils mit der tatsächlicnen, sozusagen
gemittelten Temperatur der Sohicht über den Querschnitt, die eigentlich in der Technologie
der Verdichtung des Asphaltbetons berücksichtigt werden soll, nicht zusammenfällt.
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Es ist auch ein Kontaktverfahren und eine Einrichtung zur Temperaturmessung
des Grunds oder des Asphaltbetons bekannt, die teilweise die Nachteile des oben
betrachteten Verfahrens und der Einrichtung beseitigen (5. SU-Urheberschein 57795).
Dieses Verfahren besteht in der Einführung des empfindlichen Elements des Meßgeräts
ins Innere der Grund- bzw. Asphaltbetonschicht und in der RegistrierunU ihrer Temperatur.
Die dieses Verfahren realisierende Einrichtung stellt einen Ballon mit Flüssigkeit
dar, der mit einem geeichten Rohr versehen ist, das mit dem Ballon kommuniziert
und mit der gleichen Flüssigkeit ausgefüllt ist.
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Das Rohr registriert die Änderungen des Volumens der Flüssigkeit im
Ballon bei Wärrnausdchuncjen und gibt eine
indirekte Information
über die Temperatur in der Schicht des Grunds oder des Asphaltbetons, in die der
Ballon vorerst eingebettet wird.
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Dieses Verfahren und die Einrichtung sind zur AleEsung der gemittelten
Temperatur des Grunds bzw. des Asphaltbetons bestimmt. Bei ihrer Anwendung muß man
jedoch bei der Temperaturmessung den Ballon jedesmal in die Straßendecke neu einbetten,
wodurch die Kontinuierlichkeit der Messung gestört wird, geschweige denn vom Arbeitsaufwand
für den eigentlichen Einbettungsvorgang, der während eines Verdichtungszyklus mit
der Dauer von 40 bis 60 Minuten dutzendemal wiederholt werden muß.
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Es sind auch kontaktlose MeZverfahren an der Oberfläche eines von
Körpern, insbesondere / Asphaltbetons, bekannt. Besonders verbreitet sind insbesondere
pyrometrische Verfahren. Die diese Verfahren realisierenden Einrichtungen werden
als Pyrometer bezeichnet. Beim pyrometrischen Temperaturmeßverfahren wird eine Registrierung
der rbMärmestrahlung erwärmter Objekte durchgeführt. Dem Charakter der Informationserhaltung
nach unterscheidet man Pyrometer für die lokale Temperaturmessung im vorgegebenen
Punkt des Objekts und Pyrometer, die zur Analyse der Temperatur von Feldern bestimmt
sind (Wärmesichtgeräte). Der irkungsweise nach werden Helligkeits-, Farb- und Strahlungspyrometer
unterschieden. Die visuellen Helligkeitspyrometer werden zur Messung von schwarzen
Temperaturen über 60000 verwendet. Ihr Wirkungsprinzip beruht auf der Abhängigkeit
der Spektralhelligkeit erwärmter Körper von der Temperatur, die die Planckschen
und lTienschen Gesetze beschreiben. Die Nirkung der Farbpyrometer beruht auf dem
Vergleich der Strahlungsintensität eines Objektes in zwei Spektralbereichen. Der
Logarithmus ihres Verhältnisses ist umgekehrt proportional der Farbtemperatur des
Objekts.
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Die Nirkung der Strahlungspyrometer beruht auf der Benutzung des
Stefan-Boltzmannschen Gesetzes, das die Abhangigkeit der vom Körper ausgestrlten
iiV'arme von seiner Temperatur ausdrückt. Die Geräte dieses Typs werden zur Messung
niedriger Temperaturen (von 20 bis 100°C) :eft verwendet.
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Als Strahlungsaufnehmer dienen Thermoelemente oder Bolometer. Es werden
oft Thermobatterien /in Reihe geschaltete Thermoelemente/ benutzt.
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Insbesondere ist eine Einrichtung bekannt, die ein Py rometer darstellt,
das als Gerät zur Walzungskontrolle bezeichnet wird und das eine kontinuierliche
Fernmessung der Oberflächentemperatur der Asphaltbetondecke durchzuführen gestattet
/5. das Buch von VXVBadalov u.a. iEinfluss der Technologie und der Mechanisierungsmittel
auf die Baugüte von Asphaltbetonstrassendecken?i, LDNTP, 1977, s.23J . Das aus zwei
Blöcken - dem Registrierungsblock und dem Messblock -- bestehende Gerat wird auf
der Strassenwalze aufgestellt.
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Der Messblock des Gerätes wird am Rahmen der Walze in einem Abstand
von 80 bis 100 cm von der Oberfläche der Asphaltbetondecke befestigt. Der Registrierungsblock
ist auf dem Armaturenbrett in der Kabine des Operators angeordnet. Die elektrische
Speisung des Geräts erfolgt vom Akkumulator der Walze.
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Es soll hervorgchoben werden, dass die beschriebenen kontaktlosen
Temperaturmessverfahren und die für diese Zwecke zur Anwendung kommenden Pyrometer,
insbesondere das Gerät zur Walzungskontrolle, kompliziert sind und hohe Kosten erfordern.
Ausserdem messen sie in allen Fallen die Temperatur der Oberfläche der Körper, einschliesslich
auch des Asphaltbetons. Die Temperatur der Asphaltbetonoberfläche unterscheidet
sich aber stark hunter Betriebsverhältnisse von der Mitteltemperatur der Schicht
bzw. von der Temperatur im Innern der Asphaltbetonschicht. Die Oberfläche der Asphaltbetonschicht
ist im Verlauf der Verdichtung ständig mit Wasserflecken bedeckt,die infolge der
obligatorischen ausgiebigen Befeuchtung der Strassenwalzentrommeln mit Wasser entstehen.
Das wird zwecks Vorbeugung des Anhaftens der Asphaltbetonmasse an den Walzentrommeln
vorgenommen. Dieses Oberflächenwasser verfälscht die Temperaturmessung. Deshalb
müssen wesentliche Korrektaren in die Messergebnisse eingebracht oder Oberflächen
aufgesucht werden, die zeitweilig mit Wasser nicht überzogen sind.
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Eines der kontaktlosen Verfahren, die zur Zeit zur messung der Temperatur
von Objekten verwendet werden, besteht in der Temperaturmessung des gasförmigen
Värmeträgers, mit dem die Oberfläche dieses Objekts angeblasen wird. Ein solches
Verfahren und der Aufbau der entsprechenden Einrichtung sind im SU-Urheberschein
251870 beschrieben.
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In Anwendung zur Temperaturmessung des Asphaltbetons weist das angegebene
Verfahren und die diesbezügliche Einrichtung eine Reihe von negativen Momenten auf,
von denen der wichtigste im Fehlen der erforderlichen Genauigkeit und Sicherheit
besteht. Dieser Umstand ist durch den starken Einfluß des Oberflächenzustands des
Asphaltbetons hervorgerufen, der aus den oben angegebenen Gründen stark angefeuchtet
sein kann, außerdem üben ihren Einfluß auch atmosphärische Bediagungen, d.h. das
Vorhandensein von Xind und Niederschlägen und die Lufttemperatur, aus. Alles das
bringt schwer berücksichtbare Korrekturen in die nach diesem Verfahren ermittelten
Temperaturanzeigen ein.
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Das Verfahren und die Einrichtung, von denen die Erfindung ausgeht,
entbehren in einem gewissen Maß die Nachteile jedes einzelnen der Verfahren und
Einrichtungen zur Strahlungsmessung der Temperatur und zur Messung derselben mittels
Verwendung eines gasförmigen Xärmeträgers. Dieses Verfahren und die dasselbe realisierende
Einrichtung sind im SU-Urheber8chein 51477 beschrieben. Das Wesen des Verfahrens
läuft darauf hinaus, daß die Temperatur der Oberfläche des Grunds und ähnlicher
Materialien nach der Temperatur eines wärmeleitenden Körpers, der einen Indikator
der Strahlungsenergie umfaßt, und der im Körper eingeschlossenen Luft im Gleichgewichtsmoment
des Strahlungswärmeaustausohes zwischen der zu messenden Oberfläche und den Teilen
der Meßeinrichtung bestimmt wird. Die Balance der Strahlungsenergie an den Lötstellen
des Strahlunbsenergieindikators, z.B. einer Thermosäule, die in ein gewisses System
mit anderen Körpern einbezogen ist, muß gleich Null sein, wenn alle zum system gehörenden
Teile ein und dieselbe Temperatur haben, was unmittelbar aus dem Kirchhoffschen
Gesetz folgt. Das Verfahren ist mit Hilfe einer Ein-
richtung realisiert
worden, die aus einem massiven ktetallgehäuse besteht, das von einer Seite offen
ist und mit einer Heizwicklung aus einem Draht mit hohem Widerstand versehen ist.
Das Gehäuse ist mit einer Wärmeisolation über zogen und in sein Innere ist ein Quecksilberthermometer
eingesetzt. Im Innern des Gehäusehohlraums ist ein Strahlungsenergieindikator untergebracht,
der die Strahlung der zu untersuchenden Oberfläche aufnimmt. Dieser Indikator isV
einem Galvanometer elektrisch verbunden und mit einem besonderen Fenster abgeschlossen,
das aus Steinsalz oder aus Fluorit ausgeführt wird, während das Gehäuse im Innern
versilbert ist.
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Das angegebene Verfahren und die Siarichtung zu seiner Realisierung
erhöhen die Meßgenauigkeit der Temperatur im Vergleich zu den oben betrachteten
Verfahren und Einrichtunü-en, da in diesem Fall der Einfluß der äußeren und insbesondere
der atmosphärischen Faktoren ausgeschlossen ist.
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Die Genauigkeit und Sicherheit der Temperaturmessung nach diesem
Verfahren entspricht jedoch nicht den Anforderungen der modernen Technologie der
Verdichtung des Asphaltbetons.
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Tatsächlich werden beim Vorhandensein von Feuchte auf der Oberfläche
der Straßendecke wesentliche Korrekturen in die Ausatrahlung einbebrachb, mit anderen
Worten wird eine ständige änderung der Strahlungsintensität in Abhängigkeit von
der Feuchtigkeitsänderung an der Straßendecke erfolgen, da praktisch keine konstante
Feuchtigkeit derselben garantiert werden kann. Außerdem gibt der Ausgang, desgleichen
wie beinahe alle oben beschriebenen analogen Einrichtungen, keine Vorstellung von
der Temperatur im Innern der Deckenschicht, und gerade das interessiert die sich
mit der Verdichtung befassenden Technologen.
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Die Glaubwürdiskeit der erhaltenen Ergebnisse der Temperaturmessung
ist also gering. Es sei auch die Kompliziertheit der Einrichtung selbst erwähnt,
die solche kapriziöse Elemente wie das Galvanometer, die steuerbare Heizwicklung
und den eisentlichen indikator der
Strahlungsenergie einbezieht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vereiner fahren zur
Messung der Temperatur / Asphaltbetondecke zu entwickeln, das einen Vorgang aufweist,
der gewährleistet, daB die als Wärmeträger verwendete Luft die gemittelte Temperatur
der Asphaltbetondecke wiedergibt, sowie eine solche Einrichtung zur Realisierung
dieses Verfahrens zu schaffen, in dem ein Mittel vorgesehen ist, das die Mitteilung
der Luft der angegebenen Temperatur unter gleichzeitiger Vereinfachung des Verfahrens
und des Aufbaus der ganzen Einrichtung gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim Verfahren einer zur Messung
der Temperatur / Asphaltbetondecke durch Messung der Temperatur der als Märmeträ6rer
verwendeten Luft erfindungsgemäß die Luft vor der messung ihrer Temperatur durch
die Schicht der Straßendecke filtriert wird.
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Diese Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß in der Einrichtung zur
Messung der Temperatur der Asphaltbetondecke, die eine hohle thermoisolierte Kammer
mit 1 in ihrem Innern angeordneten Temperaturmesser enthält, erfindungsgemäß die
Kammer durchgehend ausgeführt ist und an einer ihrer Stirnseiten ein Mittel zur
Gewährleistung der Filtrierung der Luft durch die Schicht der StraSendekke angebracht
ist.
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Infolge einer solchen Lösung wird die Glaubwürdigkeit der brll;ebnisse
der Temperaturmessung an der Asphaltbetondecke sehr stark erhöht. Das erklärt sich
dadurch, darin während der Ffltrierung der Luft durch die Schicht der Asphaltbetondecke
die Luft das poröse System des Asphaltbetons durchdringt und die ganze Stärke der
Schicht bestreicht, weshalb sie im Moment der Temperaturmessung eine integrierte
und gleichzeitig gemittelte Information über die Tempe ratur nicht nur an der Oberfläche
der Straßendecke, sondern in der ganzen Schicht derselben trägt. Dabei sind das
Verfahren und die Einrichtung einfach.
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vorzugsweise erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren die Filtrierung
der Luft durch die Schicht der Asphaltbetonstraßendecke mittels Vakuumierung eines
Pläcllen-
abschnitts der Straßendecke, der vom umgebenden Medium
isoliert wird. unter Eine solche Lösung iss auch / dem Gesichtspunkt der Ausführungsmöglichkeit
besonders einfach.
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Es ist desgleichen vorteilhaft in der Einrichtung zur Messung der
Temperatur der Asphaltbetondecke das Mittel zur Gewährleistung der Luftfiltrierung
durch die Schicht der Straßendecke in Form einens Sauglüfters auszuführen, dessen
Flügelrad sich im Innern der Kammer in unmittelbarer Nähe von der Stirnseite der
Kammer,in die der Lüfter eingebaut wird, befindet.
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Diese Lösung ergibt eine hohe Xirksamkeit, da sie eine Stabilität
des Filtrierunsvorgangs der Luft durch die Schicht der Straßendecke gewährleistet,
was sich positiv auf die Glaubwürdigkeit der Meßergebnisse auswirkt, und dabei ist
sie ziemlich einfach unter konstruktiven Gesichtspunkten.
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Außerdem ist es vorteilhaft in der Einrichtung zur Messung der Temperatur
der Asphaltbetondecke das Mittel zur Gewährleistung der Luftfiltrierung durch die
schicht der Asphaltbetondecke in Form einer Kolbenvakuumpumpe mit einem Sammler
auszuführen, dessen Hohlraum mit dem Hohlraum der Kammer über ein steuerbares Ventil
kommuniziert.
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Dank dieser Lösung ist die Einrichtung kompakt, hat einen einfachen
Aufbau und ist einfach und sicher im Betrieb.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen
unter flezuq auf Zeichnungen näher erläutert.Es zeigt: einer Fig.1 eine schematische
Darstellung / erfindungsgeeiner mäßen Einrichtung zur Messung der Temperatur / Asphaltbetonstraßendecke
im Längsschnitt; Fig. 2 das Steuerschaltbild des Elektromotors zum Äntrieb des -Liifterflügelrads
der in der Fig. 1 dargestellten Einrichtung; Fig. 3 das teuerschaltbild des Temperaturindikators
der in der Fig. 1 dargestellten Einrichtung; Fit,. 4 eine schematische Darstellung
einer anderen Ausführungsform der Einrichtung im Längsachnitt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Temeine peratur /
Asphaltbetonetrabendecke besteht im foluenden: Uber die Temperatur der Asphaltbetondecke
wird nach der Temperatur der Luft, die als Wärmeträger dient, geurteilt. Zum Erhalten
einer glaubwürdigen Information über die Temperatur der Asphaltbetondecke wird die
Luft durch die Schicht der Strabendecke filtriert und danach wird ihre Temperatur
gemessen.
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Bei der Filtrierung oder, mit anderen Worten, Bewegung der Luft durch
die Schicht der Straßendecke durchströmt diese das poröse System des Asphaltbetons,
bestreicht die ganze Stärke der Schicht und enthält deshalb im Moment der Temperaturmessung
eine integrierte und uleichzeitig gemittelte Information über die Temperatur nicht
nur an der Oberfläctle der Straßendecke, sondern in deren ganzen Schicht.
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Die Filtrierung der Luft durch die Schicht der Stra sendecke wird
mittels Vakuumierung eines Flächenabschnitts der Straßendecke, den man vom umgebenden
Medium isoliert, gewährleistet. Dabei wird über diesem Abschnitt der Oberfläche
ein Druck erzeugt, der geringer als der Druck im Innern der Straßendecke und im
umgebenden Medium ist. Infolge der Druckdifferenz beginnt eine Filtrierung der Luft
aus dem Gebiet des höheren Drucks in das Gebiet des niedrigeren Drucks. Die Luft,
die sich im Innern der Straßendecke befand, hatte schon deren Temperatur, und die
die Straßendecke durchströmende Luft erhält desgleichen diese Temperatur. Der gleichmäßige,
sich mit einer niedrigen Gesohwindigkeit bewegende Luftstrom hat eine konstante
Temperatur, die dem gemittelten Wert der Temperatur der Asphaltbetondecke entspricht.
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Es soll hervorgehoben werden, daß die Filtrierung der Luft durch
die Äsphaltbetonschicht auch mittels der Erzeugung eines Überdrucks der Luft über
dem Flächenabsclinitt der Straßendecke oder, mit anderen Worten, mittels einer Zwangsbeförderung
der Luft durch die Straßendecke gewährleistet werden kann.
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Die physikalische Grundlage, die das erfindungsgemade Verfahren verwirklichungsfähig
mit dem erwünschten Effekt
macht, besteht darin, daß der Asphaltbeton
ein poröses lWaterial ist.
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Diesem Merkmal nach werden dichte Gemische, die eine bleibende Porosität
von 3 bis 5% aufweisen, und poröse Gemische mit einer bleibenden Porosität von 5
bis 10% unterschieden. Eine besonders weite Verbreitung hat im Straßen-- und Flughafenbau
heißer Asphaltbeton gefunden, der seine Eizenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur
andert. Der Temperaturbereich von 70°C bis 1600C ist besonders rationell zur Formierung
der erforderlichen ABphaltbetonetrukt ur . Das Wesen des Verdichtungsvorgangs besteht
darin, daß unter dem Einfluß mechanischer Kräfte, die auf das zu verdichtende Asphaltbetongernisch
einwirken, die ineralteilc.hen sich einander nähern, was durch Verminderung der
Porisität begleitet wird. Dabei erfolgt eine eingeschlossenen teilweise Verdrängung
der / Luft sowie eine gerisse Neuverteilung des freien Bitumens, das die Poren des
Asphaltbetons ausfüllt. Die bleibende Porosität des dichten Asphaltbetons muß im
bereich von 3 bis 5% des Volumens liegen. Diese Porosität setzt sich zusammen aus
dem Gesamtvolumen der Zwischenkernräume, die von Bitumen frei bleiben und dem gesamten
Volumen der Poren, die in den X neralmaterialien vorhanden sind. Wenn man von der
Porisität als von einem der Elemente der Asphaltbetonstruktur spricht, muß besonders
der in gegenseitiger Verbindung stehende Teil des Porenraumes beachtet werden. Es
ist ein Teil des gesamten Porositätsraums des Asphaltbetons, der die Bezeichnung
der bleibenden Porosität trägt. Somit wird der Asphaltbeton als ein poröses medium
betrachtet, in dessen Poren sich ein Gas befindet, das die Temperatur des umgebenden
Mediums hat. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Trennung des
Gases vom porösen Medium, um dann außerhalb dieser Schicht die Temperatur zu messen.
Das Porensystem bildet in einem jeden porösen Medium eine sehr komplizierte Oberfläche,
die schwer geometrisch zu charakterisieren und desgleichen schwer mathematisch zu
beschreiben ist. Die Bewegung des Gases im porösen Medium kann jedoch leicht nach
dei Verfahren der elektrohydraulisctien
Analogien verfolgt werden.
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Also wird bei der Erzeugung eines Unterdrucks über einem bestimmten
Gebiet der Oberfläche des Asphaltbetons stets eine Bewegung des Gases aus den inneren
Schichten des Gemisches in das evakuierte Gebiet, d.h. in Richtung zur Oberfläche
der StraBendecke entstehen. Dabei werden die Gase beim Austritt aus der schicht
des Gemisches einen gemittelten Xert der Temperatur des Asphaltbetons besitzen.
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Die das erfindungsgemäße Verfahren realisierende Eineiner richtung
zur Messung der Temperatur Asphaltbetonstrasendecke ist folgenderart aufgebaut:
Die Einrichtung enthält eine hohle Kammer 1 (Fig.l), die in Form eines stumpfen
Kegels gefertigt ist. Die Kammer 1 ist durchgehend ausgeführt. Der innere Hohlraum
2 der aus einem gasdichten Material, insbesondere aus Metall, ausgeführten Kammer
1 ist mittels einer Auskleidung 3 mit Schaumstoff thermoisoliert.
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Im Breftteil der Kammer 1 ist an ihrer Stirnseite 4 ein Stützflansch
5 angeordnet, der an der Stützseite, d.h.
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an der der Straßendecke zugewandten Seite, eine Abdichtunsscheibe
6 mit Ringrillen 7 aufweist, wobei diese Rillen eine La inthdichtung bilden. Als
Material für die Scheiein be 7 ist vorzugsweise last nachgiebig-elastisches Vakuumgummi
zu verwenden. Im Hohlraum 2 der Kammer 1 ist längs ihrer Achee in der Zone des Stützflansches
5 ein Widerstaadathermometer 8 angeordnet, das als Temperaturmesser dient und mit
einer Speisequelle. einem Akkumulator 9, elektrisch verbunden ist. An der Stirnseite
10 der Kammer 1 ist ein Mittel zur Gewshrleistunb der Filtrierung der Luft durch
die Schicht der Straßendecke angeordnet, das in Form eines Sauglüfters 11 ausgeführt
ist. Sein Flügelrad 12 ist im Schmalteil der Kammer 1 in uninittelbarer -Nähe von
ihrer Stirnseite 10 untergebracht. Das Flügelrad 12 ist mittels einer Velle 13 mit
einem Gleichstrommotor 14 verbunden, der seinerseits mit dem Akkumulator 9 elektrisch
verbunden ist. Das Gehäuse des Elektromotors 14 ist in der Fassung 15 einer Konsole
16 anordnet,
die mit der Kammer 1 starr verbunden ist und gleichzeitig
als Handgriff dient, an dem eine Gerätetafel 17 angebracht ist, die die Indikatoren
der Temperatur und den Drehzahlzähler des Elektromotors trägt (die letzteren sind
in der Zeichnung nicht dargestellt).
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Das in der Fig. 2 gezeigte Steuerschaltbild des Elekpromotors 14
enthält außer dem Akkumulator 9 eine parallel zum Elektromotor 14 geschaltete Zener-Diode
18 und einen Trimmerwiderstand 19. Außerdem sind in der Schaltung zwei Schalter
20 vorhanden. Es muß hervorgehoben werden, daß zum Betrieb in der erfindungsgemäßen
Einrichtung als-Antrieb für das Flügelrad 12 ein Reihenschlußmotor bevorzugt werden
soll, der eine weiche Arbeitskennlinie, d.h. eine sich nach einem exponentiellen
Gesetz ändernde Abhängigkeit zwischen der Drehzahl und dem Moment hat.
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Das in der Fig. 3 gezeigte Steuerschaltbild des Temperaturindikators
umfaßt eine Meßbrückenschaltung 21, in deren einen Arm das lliderstandQthermometer
8 eingeschaltet ist, der mit einem linearen Verstärker 22 in Verbindunsteht, zwischen
dessen Ausgang, und dem Niderstandsthermometer 8 ein Abgleichwiderstand 23 eingeführt
ist, der die Anzeigen des Temperaturindikators linearisiert.
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Gemäß einer anderen Ausführuntjsform der Einrichtung einer zur Messung
der Temperatur Asphaltbetonstraßendecke, die das erfindungsgemäße Verfahren realisiert,
ist das Mittel zur Gewährleistung der Filtrierung der Luft durch die Schicht der
Straßendecke in Form einer golbenvakuumpumpe 24 (Fig. 4) mit einem Sammler 25 ausgeführt,
die an der Stirnseite 10 der Kammer 1 angebracht wird. Der Innenhohlraum 26 des
Sammlers 25 ist über ein steuerbares Ventil 27 und ein Rohr 28 mit dem Hohlraum
2 der Kammer 1 verbunden. An der Kammer 1 ist ein Vakuummeter 29 angebracht, das
mit dem Hohlraum 2 der Kammer 1 in Verbindung steht. In der fandunE, der Kammer
1 ist eine Öffnung mit dem druckdicht eingesetzten Quecksilberthermometer 30 vorgesehen,
dessen Quecksilberballon 31 sich in der Achse der Kammer 1 in der Zone ihres Stützflansches
5 befindet.
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Beim Betrieb der ersten der oben beschriebenen Formen der Einrichtung
wird diese auf die Oberfläche der Asphaltbetonstraßendecke so aufgestellt, daß die
Gummidichtungsscheibe 6 (Fig .1) den Innenhohlraum 2 der Kammer 1 von der umgebenden
Atmosphäre isoliert und das Einfließen der Luft ins Innere der Kammer 1 durch die
Spalte zwischen ihr und der Asphaltbetondecke verhindert. Danach wird der Elektromotor
14 eingeschaltet, auf dessen Welle 13 das Flügelrad 12 sitzt. Das letztere beginnt
beim Einschalten des Elektromotors die Luft aus dem Innenvolumen der Kammer 1 zu
evakuieren. Dabei wird im Hohlraum der letzteren ein Druck erzeugt, der nach einer
gewissen Zeit geringer wird als der Druck der sich in der Schicht des Asphaltbetons
befindenden Luft. Dabei beginnt die Filtrierung der. Luft aus dem Gebiet des höheren
Drucks in das Gebiet des niedrigeren Drucks, d.h. ins Innere der Kammer 1. Da die
Luft, die sich im Innern der heißen Asphaltbetonschicht befindet, die Temperatur
dieses kateriaEs so wird sie auch nach ihrem Austritt aus der Schicht eine Temperatur
aufweisen, die der mittleren Temperatur der Asphaltbetonschicht nahe liegt. Diese
Bewegung der Luft geschieht ununterbrochen, und deshalb wird die Temperatur des
Luftstroms in der Nähe der Oberfläche der Straßendecke konstant und gleich der Mitteltelaperatur
der Asphaltbetonschicht sein. Das sich in der Nähe der Straßendeckenoberfläche befindende
Widerstandsthermometer 8 wird vom Gasstrom erwärmt und registriert auf diese Weise
die Mitteltemperatur der Asphaltbetonstraßendecke.
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Die der gemessenen Temperatur proportionale elektrische Spannung
wird vom Ausgang des linearen Verstärkers 22 abgegriffen und über den Ausgleichwiderstand
23 der gicklung des diderstandsthermometers 8 und dem Eingang des Verstärkers 22
zugeleitet, wodurch die Ausgangsspannung praktisch proportional der gemessenen Temperatur
der Straßendecke sein wird. Die Anzeigen des Xiderstandsthermometers U werden vom
Indikator abgelesen, der sloh auf der Gerätetafel 17 befindet.
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Die Einrichtung gemäß der zweiten oben
beschriebenen
Ausführungsform wirkt folgendermaßen: Die Einrichtung wird auf die Oberfläche der
Asphaltbetonstraßendecke so aufgestellt, daß die Gummidichtungsscheibe 6 (Fig. 4)
den Innenhohlraum 2 der Kammer 1 von der umgebenden Atmosphäre isoliert und das
Einfließen von Luft ins Innere der Kammer 1 durch die Spalte zwischen ihr und der
Asphaltbetondecke verhindert. Mit Hilfe der Kolbenvakuumpumpe 24 wird im Sammler
25 ein Unterdruck erzeugt, wonach man den Sammler 25 über das steuerbare Ventil
26 und das Rohr 27 mit dem Hohlraum 2 der Kammer 1 in Verbindung stellt, was einen
Unterdruck im Hohlraum 2 hervorruft. Dabei soll durch das Vakuummeter 2 der Kammer
1 überwacht werden, daß der Druck im Hohlraum 2 der Kammer 1 nicht unter 0,9 ata
abfällt. Infolge der Druckdifferenz beginnt eine Filtrierung der Luft aus dem Gebiet
des höheren Drucks der Asphaltbetondecke in das Gebiet des niedrigeren Drucks, d.h.
in den Hohlraum 2 der Kammer 1. Die Luft, die sich im Innern der Straßendecke befand,
hatte deren schon / Temperatur, und die durch die Straßendecke durchfließende Luft
erhält diese Temperatur.
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Ein leichmäBiger, sich mit niedriger Geschwindibkeit bewegender Luftstrom
hat eine konstante Temperatur, die dem gemittelten Jert der Temperatur der Asphaltbetondecke
entspricht. Die Lufttemperatur wird mittels Thermometers 29 bestimmt. Xenn nach
Verlauf einer gewissen Zeit eine Stabilisierung der Anzeigen des Thermometers 29
eintritt, sobedeutet das die Überwindung dessen IWäraeträgheit Die angezeigte Temperatur
wird der tatsächlichen ermittelten Temperatur der Asphaltbetondecke entsprechen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine erhohte Meßgenauigkeit
der Temperatur der Asphaltbetondecke Verfahren im Vergleich mit bekannten / und
ermöglicht es erstmalig, die tatsächliche Temperatur der Asphaltbetonstraßendecke,
und nicht nur Çllrer Oberfläche, wie früher, zu erhalten.
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Die dieses Verfahren realisierende Einrichtung hat einen einfachen
Aufbau, ist sicher im Betrieb und gev'ährleistet eine hohe Genauigkeit der Temperaturmessung.