DE3590610C2

DE3590610C2 - Verfahren zum Bestimmen des Verdichtungsgrads beim Verdichten einer Unterlage mit einer Verdichtungsmaschine u. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3590610C2
Application number: DE3590610A
Authority: DE
Inventors: Aake Sandstroem
Original assignee: THURNER GEODYNAMIK AB
Current assignee: THURNER GEODYNAMIK AB
Priority date: 1984-11-19
Filing date: 1985-11-19
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2005-11-20
Also published as: DE3590610T1; SE8405801L; SE445566B; SE8405801D0; US4870601A; WO1986003237A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Verdichtungsgrads beim Verdichten einer Unterlage mit einer Verdichtungsmaschine einer bestimmten Gattung. Das Verfahren und die Vorrichtung sind für solche Verdichtungsmaschinen bestimmt, die eine um ihre Achse drehbar aufgehängte Verdichtungstrommel aufweisen und nach einem Prinzip arbeiten, wie es z. B. in der EP-PS 0053598 beschrieben ist. Nach diesem Prinzip wird um die Achse der Verdichtungstrommel ein Drehmoment aufgebracht. Das Drehmoment ändert seine Richtung zwischen einer Drehung im Uhrzeigersinn und einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn mit einer bestimmten Umkehrfrequenz.

Es bestand seit langer Zeit ein Bedürfnis nach einer einfachen, billigen und zuverlässigen, kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung zum Messen des Verdichtungsgrads, welcher bei der Verdichtung einer Unterlage erreicht wird. In den letzten Jahren sind verschiedene solcher Meßvorrichtungen entwickelt worden, jedoch alle nur für konventionelle Vibrationswalzen. Als Beispiele dafür seien die in der US-PS 4 103 554 und in der EP-PS 0065544 beschriebenen Meßvorrichtungen genannt. Die Verdichtungsmaschine, für die die vorliegende Erfindung vorgesehen ist, arbeitet in einer grundsätzlich anderen Weise als die gewöhnlichen Vibrationswalzen. Die Verdichtungsmeßgeräte, wie sie beispielsweise aus der US-PS 4 103 554 und der EP-PS 0065544 bekannt sind, können deshalb nicht für den Typ einer Verdichtungsmaschine verwendet werden, für den die vorliegende Erfindung von Interesse ist. Soweit bisher bekannt ist, gibt es kein allgemein bekanntes Verfahren und auch keine Vorrichtung zum Bestimmen des Verdichtungsgrads, wie er bei einer Verdichtungsmaschine der eingangs genannten Gattung erhalten wird.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung, mit welchem bzw. mit welcher der erreichte Verdichtungsgrad während der Verdichtungsarbeit mit genau dem vorstehend beschriebenen Typ einer Verdichtungsmaschine kontinuierlich und unmittelbar an der Verdichtungstrommel bestimmt werden kann.

Die Erfindung basiert auf der Erfassung der Bewegung der Verdichtungstrommel, wenn die Verdichtungsmaschine auf der Oberfläche der zu verdichtenden Unterlage vorwärts und rückwärts bewegt wird und dabei auf die Verdichtungstrommel um ihre Achse ein alternierendes Drehmoment aufgebracht wird.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die Beschleunigung der Achse der Trommel in einer Richtung rechtwinklig zur Trommelachse und im wesentlichen parallel zu der zu verdichtenden Unterlage in Beziehung steht zum Verdichtungsgrad dieser Unterlage. Deshalb wird beim Verfahren nach der Erfindung eine Größe erzeugt welche diese Beschleunigung repräsentiert, und ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Organ zur Erzeugung solch einer Größe vorgesehen.

Die Erfindung basiert auch auf der Erkenntnis, daß die maximale Beschleunigung nicht unmittelbar auf den Verdichtungsgrad bezogen sein muß, da die Verdichtungstrommel gegenüber der Unterlage gleiten kann. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Bestimmung des erreichten Verdichtungsgrads mit Hilfe der Beschleunigung zu bestimmten Zeitpunkten oder während bestimmter Zeitintervalle, während denen der Mantel der Trommel sich im Reibschluß mit der zu verdichtenden Unterlage befindet und trotz des aufgebrachten alternierenden Drehmoments nicht merklich gegenüber der Unterlage gleitet, möglich ist. Beim Verfahren nach der Erfindung wird mindestens ein solches Zeitintervall oder ein solcher Zeitpunkt mit Hilfe der erzeugten Größe bestimmt. Außerdem werden die Umkehrfrequenz oder ihre entsprechende Schwingungsperiode oder ein Parameter, welcher von der Frequenz oder der Periode abhängt, und der erreichte Verdichtungsgrad mit Hilfe des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigung zu diesen Zeitpunkten bzw. während dieser Zeitintervalle sowie der Umkehrfrequenz bzw. der Schwingungsperiode bzw. des Parameters bestimmt. Die Vorrichtung nach der Erfindung weist einen Sensor zum erfassen der Bewegung der Trommel und einen Prozessor zum Berechnen einer Größe auf, welche ein Maß für den erreichten Verdichtungsgrad darstellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung bestimmt man die Amplitude der Sinuskurve, deren Frequenz mit der Umkehrfrequenz übereinstimmt und deren zeitlicher Verlauf im wesentlichen mit dem Beschleunigungsverlauf während mindestens der signifikanten Teile von mindestens einem der vorstehend erwähnten Zeitintervalle zusammenfällt. Der erreichte Verdichtungsgrad wird dann mit Hilfe der Amplitude der genannten Sinuskurve bestimmt.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Geschwindigkeit der Beschleunigungsänderung zu den Zeitpunkten bestimmt, zu denen die Beschleunigung gleich Null ist. Die Zeitdifferenz zwischen zwei solchen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten wird ebenfalls bestimmt.

Ein Produkt, welches sowohl zur Änderungsgeschwindigkeit als auch zur Zeitdifferenz im wesentlichen proportional ist, wird bestimmt und der erreichte Verdichtungsgrad wird mit Hilfe dieses Produkts bestimmt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Mittelwertbestimmung benutzt, um den Einfluß von Störungen zu reduzieren. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung nach der Erfindung einen Sensor zum Erfassen der Drehbewegung der Trommel um ihre Achse aufweisen.

Die Erfindung soll nun im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel der allgemein üblichen Konstruktion einer Walze der Gattung, für die die Erfindung vorgesehen ist;

Fig. 2 den prinzipiellen Verlauf der horizontalen Beschleunigung der Trommelachse in dem Fall, in dem zwischen dem Trommelmantel und der zu verdichtenden Unterlage ein gewisses Gleiten stattfindet;

Fig. 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen des Verdichtungsgrads und

Fig. 4 ein Diagramm, in welchem der Verdichtungsgrad als Funktion der Anzahl der Überfahrten der Verdichtungsmaschine über die zu verdichtende Unterlage aufgetragen ist, wobei der Verdichtungsgrad nach dem Verfahren sowie mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung bestimmt worden ist.

Es erleichtert das Verständnis der vorliegenden Erfindung, wenn die Wirkungsweise der speziellen Gattung von Verdichtungsmaschinen, für die die Erfindung vorgesehen ist, bekannt ist. Es erscheint deshalb angebracht, diese spezielle Gattung von Verdichtungsmaschinen in Verbindung mit der Beschreibung der Erfindung zu erläutern.

Das Prinzip der Verdichtungsmaschinen, welche in der EP-PS 0053598 beschrieben sind, besteht darin, daß die Trommel 1 durch ein alternierendes Drehmoment zur Drehung um ihre Achse angeregt wird. Das Drehmoment kann z. B. erzeugt werden durch ein exzentrisches System innerhalb der Trommel 1, welches durch einen Hydraulikmotor 2 angetrieben wird. Das Drehmoment ändert sich vorzugsweise sinusförmig mit der Zeit und ändert seine Richtung zwischen einer Drehung im Uhrzeigersinn und einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn mit einer Umkehrfrequenz in der Größenordnung von 20 bis 50 Hz. Infolge des aufgebrachten Drehmoments wird der Drehbewegung der Trommel 1 eine oszillierende Bewegung überlagert und dadurch eine oszillierende Kraft auf die zu verdichtende Unterlage übertragen. Die oszillierende Kraft wirkt grundsätzlich parallel zur Oberfläche der Unterlage und weist eine Frequenz auf, welche grundsätzlich mit der Umkehrfrequenz des aufgebrachten Drehmoments zusammenfällt.

Die Trommel 1 ist mit dem Rahmen 3 der Walze durch Federn, welche normalerweise aus Gummielementen bestehen und in Fig. 1 nicht dargestellt sind, verbunden. Der Rahmen 3 der Walze besteht oft aus zwei aneinander angelenkten Teilen. Der rückwärtige Teil kann, wie aus Fig. 1 ersichtlich, aus einer Antriebseinheit mit einem Antriebsmotor, Antriebsrädern und einem Fahrersitz bestehen; er kann jedoch auch aus einer zweiten Trommeleinheit bestehen.

Wenn sich die Walze mit konstanter Fahrgeschwindigkeit über die zu verdichtende Unterlage bewegt und die Trommel 1 mit einem alternierenden Drehmoment angeregt wird, erfährt die Trommelachse - in einer Richtung parallel zur Unterlage und senkrecht zur Achse - eine sich mit der Zeit verändernde Beschleunigung, deren Verlauf in Fig. 2 schematisch gezeigt ist. Während gewisser Zeitintervalle befindet sich der Trommelmantel im Reibschluß mit der Unterlage ( ohne jedes merkliche Gleiten ) - vgl. die Intervalle GDE, FA′B, usw . . Während der Intervalle BC, EF, usw. ist die Reibung zwischen dem Trommelmantel und der Unterlage nicht groß genug, um den Reibschluß aufrecht zu erhalten. Der Trommelmantel gleitet dann - mit einer einigermaßen konstanten Kraftübertragung - gegenüber der Unterlage. Dies erscheint dann als eine nahezu konstante Beschleunigung der Trommelachse.

Das Verfahren nach der Erfindung basiert auf einer Abtastung der Bewegung der Verdichtungstrommel 1, z. B. mit einem Sensor 4 gemäß Fig. 1, sowie auf der Erzeugung einer ersten Größe, welche die Beschleunigung der Achse der Trommel 1 in einer Richtung senkrecht zur Trommelachse und im wesentlichen parallel zur Unterlage wiedergibt. Die erste Größe wird zum Zwecke der Erzeugung eines Parameters verarbeitet, welcher proportional der Steifigkeit der Unterlage, d. h. ihres Verdichtungsgrads ist.

Die Verarbeitung der ersten Größe kann höchst einfach beschrieben werden, wenn man von der ihren zeitlichen Verlauf veranschaulichenden Kurve gemäß Fig. 2 ausgeht. Zuerst werden zwei Zeitpunkte bestimmt, zu denen die Kurve dieselbe Phase hat, z. B. A bzw. A′, wonach das Zeitintervall zwischen diesen beiden Punkten, d. h. die Schwingungsperiode, bestimmt wird. Beim nächsten Schritt wird die Neigung der Kurve bei mindestens einem Nulldurchgang bestimmt. Der gewünschte Parameter wird dann als das Produkt aus der Schwingungsperiode und der Neigung berechnet, welches schließlich noch mit einer geeigneten Skalenkonstanten multipliziert wird, bevor es als Maß für den Verdichtungsgrad angegeben wird. Statt dessen können auch Zeitintervalle nahe den Nulldurchgängen oder größere Teile des zeitlichen Verlaufs der ersten Größe, die während Zeitintervallen entstehen, in denen kein merkliches Gleiten der Trommel 1 gegenüber der Unterlage stattfindet, zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Beschleunigungsänderung verwendet werden. In diesen Fällen werden gerade Linien bzw. wird eine Sinusfunktion an die Kurvenstücke angepaßt. Die Anpassung kann nach der Methode der kleinsten Quadrate vorgenommen werden. Wenn eine Sinusfunktion angepaßt wird, wird die Frequenz der Sinusfunktion so gewählt, daß sie mit dem reziproken Wert der Schwingungsperiode zusammenfällt, welche wie vorstehend beschrieben bestimmt wurde. Diese Frequenz korrespondiert mit der Umkehrfrequenz des Drehmoments, durch welches die Verdichtungstrommel 1 angeregt wird. Der gesuchte Parameter, der in Beziehung steht mit dem Verdichtungsgrad (Steifigkeit der Unterlage) entspricht der Amplitude der angepaßten Sinusfunktion.

Statt einer Sinusfunktion kann zur Anpassung auch eine Funktion gewählt werden, die aus einer Anzahl von harmonischen Oberschwingungen der Sinusfunktion besteht. Die Amplituden und Phasen dieser auf die Grundschwingung bezogenen Oberschwingungen haben gewisse vorbestimmte Werte.

Die Schwingungsperiode ( Reziprokwert der Umkehrfrequenz) kann alternativ durch eine direkte Feststellung der Rotation des exzentrischen Systems mit einem geeigneten Sensor bestimmt werden.

Das vorstehend beschriebene Verfahren liefert miteinander vergleichbare Ergebnisse bei Messungen, die mit derselben Umkehrfrequenz durchgeführt werden. Wenn vergleichbare Parameterwerte für verschiedene Umkehrfrequenzen gewünscht werden, wird der Parameter als eine Funktion der Amplitude der angepaßten Sinusfunktion und der Umkehrfrequenz berechnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren gibt auch die Möglichkeit, den Grad des Gleitens der Trommel 1 anzuzeigen. Dies ist von großem Wert für die Wahl der geeigneten Amplitude bzw. Frequenz der Trommel 1 im Hinblick auf den Verdichtungswirkungsgrad. Ein geeignetes Maß ist der Quotient aus der Beschleunigungsamplitude bzw. der Amplitude der ersten Größe und der Amplitude der angepaßten Sinusfunktion, alternativ auch der Wert 1 minus diesem Quotienten.

Um Schwankungen des als Maß für den Verdichtungsgrad berechneten Parameters von einer Periode zur nächsten auszugleichen, kann der Mittelwert über mehrere Schwingungsperioden berechnet werden.

Aufgrund unvollkommenen dynamischen Auswuchtens der Trommel 1 kann es vorkommen, daß der Parameter eine Periodizität zeigt welche von der verbliebenen dynamischen Unwucht herrührt und nicht vom Verdichtungsgrad der Unterlage. Diese Periodizität kann eliminiert werden durch die fortlaufende Bildung eines Parametermittelwerts über die letzte vollständige Umdrehung der Trommel 1. In diesem Falle wird die Trommelrotation durch einen separaten Sensor festgestellt.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausführung des vorstehend beschrieben Verfahrens.

Der Sensor 4 ist senkrecht zur Trommelachse in einer Ebene montiert, welche die Trommelachse enthält und im wesentlichem parallel zu der zu verdichtenden Unterlage liegt. Der Sensor 4 ist vorzugsweise auf dem ungedämpften Lagergehäuse der Trommel 1 montiert. Der Sensor 4 umfaßt einen Beschleunigungsmesser und einen Verstärker.

Das Ausgangssignal des Sensors 4 wird über ein Kabel zu einer Verarbeitungseinheit 5 übertragen, welche auf der Walze angeordnet ist. Das Ergebnis der Signalverarbeitung wird mit einer Anzeigeeinheit 6 sichtbar gemacht, welche gewöhnlich am Instrumentenbrett der Walze angeordnet ist.

Mit der Verarbeitungseinheit 5 ist ein weiterer Sensor 7 verbunden. Dieser kann vom Induktionstyp sein und zeigt die Trommelrotation an, wobei er eine gewisse Anzahl von Impulsen pro vollständiger Trommelumdrehung liefert. Die Anzahl der Impulse pro vollständiger Umdrehung der Trommel 1 liegt in der Größenordnung von acht oder mehr.

In der Verarbeitungseinheit 5 wird das Ausgangssignal des Sensors 4 zuerst einem Bandpaßfilter 8 zugeleitet, das niedrige und hohe Frequenzen dämpft, welche störend wirken und eine Übersteuerung in einem nachfolgenden Verstärker 9 hervorrufen könnten. Hohe Frequenzen, die von den Vibrationen in den Lagerungen und vom Exzentermotor herrühren, Resonanzen usw. werden dann weiter durch ein Tiefpaßfilter 10 gedämpft.

Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 10 stellt die oben erwähnte erste Größe dar und verläuft entsprechend der Kurve nach Fig. 2. Die Zeitpunkte, zu denen der Trommelmantel sich im Reibschluß mit der Unterlage befindet und trotz des aufgebrachten wechselnden Drehmoments nicht merklich gegenüber der Unterlage gleitet, werden durch Übertragung der ersten Größe auf einen Nulldurchgangsdetektor 14 bestimmt. Bei den Nulldurchgängen der ersten Größe tritt kein Gleiten auf (vgl. Fig. 2).

Die Zeitabstände zwischen aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen sind im wesentlichen gleich der halben Schwingungsperiode. Mit Hilfe des Ausgangssignals des Nulldurchgangsdetektors 14 kann ein Prozessor 15 daher eine zweite Größe erzeugen, die die Umkehrfrequenz oder die entsprechende Periode oder einen Parameter, der direkt von dieser Frequenz bzw. Periode abhängt, repräsentiert.

Das Ausgangssignal des Filters 10 wird ferner zu einem differenzierenden Schaltkreis (Differentialquotientbildner) 11 geleitet. Dort wird auch eine Bandpaßfilterung vorgenommen, was bedeutet, daß die Differentialquotientbil dung nur in einem begrenzten Frequenzband durchgeführt wird, das alle praktisch möglichen Umkehrfrequenzen einschließt. Das Ausgangssignal des Schaltkreises 11 erfährt eine Gleichrichtung in einem Block 12 und geht danach zu einem Abtast- und Halteschaltkreis 13. Die dem Schaltkreis 13 zugeführten Abtastimpulse werden vom Prozessor 15, dessen RAM- und ROM-Glieder ein geeignetes Programm enthalten, mit Hilfe des Nulldurchgangsdetektors 14 erzeugt.

Der Nulldurchgangsdetektor 14 weist eine gewisse Hysteresis auf, um zu verhindern, daß durch hochfrequentes Rauschen verursachte, physikalisch irrelevante Nulldurchgänge erfaßt werden. Das Ausgangssignal des Abtast- und Halteschaltkreises 13 entspricht dem absoluten Wert des positiven bzw. negativen Differentialquotienten des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters 10 an jedem Nulldurchgang. Der Wert wird von einem Nulldurchgang zum nächsten konstant gehalten.

Das Ausgangssignal des Schaltkreises 13 wird durch einen A/D-Wandler 16 in digitale Form umgewandelt. Nach Abschluß der Umwandlung wird der Wert in den Prozessor 15 eingelesen. Dort wird dann zum einen die besagte zweite Größe, die die Umkehrfrequenz darstellt, durch Messen der Zeitspanne zwischen zwei Nulldurchgangsimpulsen des Detektors 14, zum anderen der Quotient aus dem größten Differentialquotienten, welcher vom A/D-Wandler 16 geliefert wird, und der Umkehrfrequenz berechnet. Statt dessen können auch die zweite Größe, welche die Schwingungsperiode darstellt, sowie das Produkt aus dem größten Differentialquotienten und der Periode errechnet werden.

Theoretisch sollte der Wert des Produkts bzw. des Quotienten für Variationen der Umkehrfrequenz korrigiert werden. Versuche haben jedoch gezeigt, daß das Produkt bzw. der Quotient innerhalb einer normalen Variationsbreite der Umkehrfrequenz für übliche Walzen konstant genug ist, um Korrekturen überflüssig zu machen. In den Fällen, in denen eine Korrektur erforderlich ist, kann sie durch den Prozessor 15 mit Hilfe einer kurzen Programmsequenz durchgeführt werden.

Nach der Korrektur des Produkts bzw. des Quotienten wird es bzw. er vom Prozessor 15 digital an einen D/A-Wandler 17 abgegeben. Dieser wandelt das korrigierte Produkt bzw. den korrigierten Quotienten in eine analoge Spannung (oder in einen analogen Strom) um, welche (bzw. welcher) dann über ein Kabel zu einem Anzeigeinstrument 18 der Anzeigeeinheit 6 weitergeleitet wird. In entsprechender Weise kann die im Prozessor 15 berechnete Umkehrfrequenz über einen anderen D/A-Wandler 19 einem anderen Anzeigeinstrument 20 zugeführt und dort angezeigt werden.

Eine theoretische Erklärung, warum eine Funktion des Produkts bzw. des Quotienten ein Maß für den Verdichtungsgrad ergibt, besteht darin, daß das Produkt bzw. der Quotient nach einer geeigneten Skalierung der Amplitude desjenigen Sinussignals entspricht, welches die gleiche Frequenz hat wie das gemessene Beschleunigungssignal und welches auch denselben Differential quotienten beim Nulldurchgang aufweist. Dies ist die gewünschte Amplitude, welche relativ genau der Amplitude entspricht, welche gemessen worden wäre, wenn kein Gleiten zwischen dem Trommelmantel und der zu verdichtenden Unterlage stattgefunden hätte, und welche ein Maß für den Verdichtungsgrad der Unterlage ergibt.

Eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, welche mit dieser theoretischen Erklärung in Einklang steht, unterscheidet sich nur dadurch von derjenigen nach Fig. 3, daß der differenzierende Schaltkreis 11 und der Vollweggleichrichter 12 fehlen. Das Ausgangssignal des Filters 10 wird dem Abtast- und Halteschaltkreis 13 und dem Nulldurchgangsdetektor 14 direkt zugeleitet. Die statistische Abtastung und die A/D-Umwandlung des Signals werden kontinuierlich während mindestens einer Schwingungsperiode durchgeführt, wobei digitalisierte Werte aufeinanderfolgend im Informationsspeicher des Prozessors 15 gespeichert werden. Informationen werden auch gespeichert bezüglich der Zeitpunkte für die Impulse vom Nulldurchgangsdetektor 14 im Verhältnis zu den gespeicherten Beschleunigungsdaten. Wenn genügend Werte gespeichert worden sind, führt der Prozessor 15 nach der Methode der kleinsten Quadrate eine Anpassung einer theoretischen Funktion an vorbestimmte Teile des gespeicherten Beschleunigungssignals durch, wie vorstehend beschrieben. Als Maß für den erreichten Verdichtungsgrad berechnet der Prozessor 15 eine digitale Größe, die unmittelbar abhängig ist von der Amplitude der angepaßten Sinusfunktion. Im einfachsten Falle ist die Größe proportional zur Amplitude.

Kompliziertere Beziehungen zwischen der Größe und der Amplitude sind jedoch möglich. Die Größe kann z. B. eine lineare Funktion der Amplitude mit Konstanten und Multiplikationsfaktoren sein, welche selbst Funktionen der Umkehrfrequenz sind. Die berechnete digitale Größe wird an einen D/A-Wandler abgegeben. Daraufhin werden die Abtastung und die A/D-Umwandlung erneut gestartet und wird das Verfahren wiederholt.

Der Sensor 7 hat zwei Hauptaufgaben. Die Impulsfolge, welche von ihm erzeugt wird, wenn die Walze sich bewegt, gibt dem Prozessor 15 die Möglichkeit, die Walzengeschwindigkeit zu berechnen, welche über einen D/A-Wandler 21 an ein Anzeigeinstrument 22 weitergegeben wird. Die Impulse vom Sensor 7 werden außerdem dazu benutzt, eine Mittelwertberechnung im Prozessor 15 zu steuern. Es wird fortlaufend der Mittelwert für eine vollständige Umdrehung der Trommel 1 gebildet. Der Mittelwert wird bei jedem neuen Impuls des Sensors 7 auf den neuesten Stand gebracht. Der Mittelwert wird anstelle des berechneten augenblicklichen Verdichtungsgrades über den D/A-Wandler 17 zum Anzeigeinstrument 18 geführt.

Der Grund für diese Mittelwertberechnung besteht darin, die möglichen Abweichungen des berechneten Verdichtungsgrades, welche durch unvollkommenes Auswuchten des exzentrischen Systems der oszillierenden Trommel 1 entstehen, auszugleichen.

Der Prozessor 15 enthält außerdem ein Teilprogramm für eine Mittelwertberechnung, die durch einen Schalter 23 gesteuert wird. Damit kann der Mittelwert über eine Strecke gewünschter Länge berechnet und angezeigt werden. Die Mittelwertberechnung wird gestartet durch Betätigung des Schalters 23. In der Zeit, während der der Schalter 23 eingeschaltet ist, werden die Werte für den Verdichtungsgrad sukzessiv in einem Register des Prozessors 15 gespeichert. Der normale Verdichtungsgrad wird gleichzeitig in üblicher Weise auf dem Anzeigeinstrument 18 angezeigt. Am Ende der genannten Meßstrecke wird der Schalter 23 erneut betätigt. Dann wird der Mittelwert über die genannte Meßstrecke berechnet und auf dem Anzeigeinstrument 18 angezeigt, bis eine neue Mittelwertberechnung durch eine erneute Betätigung des Schalters 23 gestartet wird.

Ein nach der Erfindung hergestellter Prototyp wurde bei Versuchen auf verschiedenen Arten von zu verdichtenden Unterlagen untersucht. In Fig. 4 ist ein Beispiel für den Anstieg des berechneten Verdichtungsgrades mit der Anzahl der Überfahrten gezeigt, und zwar bei der Verdichtung eines Kiesbetts. Der Verlauf der Kurve stimmt gut mit dem Anstieg der Steifigkeit des Materials mit zunehmender Anzahl von Überfahrten überein, der beim Nachmessen nach konventionellen Punktkontrollverfahren festgestellt wurde.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Verdichtungsgrades beim Verdichten einer Unterlage mittels einer auf deren Oberfläche vor- und zurückbewegbaren Verdichtungsmaschine mit einer Verdichtungstrommel, welche um ihre Achse drehbar gelagert und mit einem seine Wirkungsrichtung mit einer bestimmten Frequenz umkehrenden Drehmoment um die Achse beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die zur Achse der Verdichtungstrommel (1) senkrechte und zur Ober fläche der Unterlage im wesentlichen parallele Beschleunigung der Achse der Verdichtungstrommel (1) erfaßt wird,
b) mindestens ein Zeitpunkt oder Zeitintervall festgestellt wird, zu dem bzw. während dessen der Mantel der Verdichtungstrommel (1) auf der Oberfläche der Unterlage nicht merklich gleitet,
c) die Umkehrfrequenz des auf die Verdichtungstrommel (1) einwirkenden Drehmomentes oder die entsprechende Schwingungsperiode oder ein von der Umkehrfrequenz oder der Schwingungsperiode unmittelbar abhängiger Parameter ermittelt wird und
d) der Verdichtungsgrad der Unterlage mit Hilfe der Umkehrfrequenz bzw. der Schwingungsperiode bzw. des Parameters und des Verlaufs der Be schleunigung der Achse der Verdichtungstrommel (1) zu dem besagten Zeitpunkt bzw. während wenigstens eines Teils des besagten Zeitinter valls bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zur Feststellung des Zeitpunktes bzw. Zeitintervalls, zu dem bzw. während dessen der Mantel der Verdichtungstrommel (1) auf der Oberfläche der Unterlage nicht merklich gleitet, der Zeitpunkt bzw. das Zeitintervall ermittelt wird, zu dem die Beschleunigung der Achse der Verdichtungs trommel (1) im wesentlichen gleich Null ist bzw. während dessen die Beschleunigung der Achse der Verdichtungstrommel (1) im wesentlichen mit ihrem Mittelwert übereinstimmt,
b) die Geschwindigkeit der Änderung der Beschleunigung der Achse der Verdichtungstrommel (1) zu dem besagten Zeitpunkt bzw. der Mittelwert dieser Geschwindigkeit während des besagten Zeitintervalls bestimmt wird und
c) der Quotient aus der Änderungsgeschwindigkeit bzw. dem Mittelwert der Änderungsgeschwindigkeit und der Umkehrfrequenz des auf die Ver dichtungstrommel (1) einwirkenden Drehmomentes oder das Produkt aus der Änderungsgeschwindigkeit bzw. dem Mittelwert der Änderungsge schwindigkeit und der der Umkehrfrequenz entsprechenden Schwingungs periode gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung der Verdichtungstrommel (1) um ihre Achse erfaßt und der Mittelwert des Quotienten bzw. des Produktes während einer oder mehre rer vollständiger Umdrehungen der Verdichtungstrommel (1) bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Sinuskurve, deren Frequenz mit der Umkehrfrequenz des auf die Verdichtungstrommel (1) einwirkenden Drehmomentes übereinstimmt und deren Verlauf mit demjenigen der Beschleunigung der Achse der Ver dichtungstrommel (1) während wenigstens eines signifikanten Teils des Zeit intervalls, während dessen der Mantel der Verdichtungstrommel (1) auf der Oberfläche der Unterlage nicht merklich gleitet, im wesentlichen überein stimmt, ermittelt und der Verdichtungsgrad der Unterlage mit Hilfe der Amplitude bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Ausmaßes, in welchem der Mantel der Verdichtungstrom mel (1) auf der Oberfläche der Unterlage gleitet, die Amplitude der Beschleu nigung der Achse der Verdichtungstrommel (1) festgestellt und eine Funktion des Verhältnisses zwischen der Sinuskurvenamplitude und der Beschleunigungs amplitude als Maß für das Gleiten verwendet wird.

6. Vorrichtung zur Bestimmung des Verdichtungsgrades beim Verdichten einer Unterlage mittels einer auf deren Oberfläche vor- und zurückbeweg baren Verdichtungsmaschine mit einer Verdichtungstrommel, welche um ihre Achse drehbar gelagert und mit einem seine Wirkungsrichtung mit einer bestimmten Frequenz umkehrenden Drehmoment um die Achse beaufschlag bar ist, gekennzeichnet durch

a) einen Sensor (4) zur Erfassung der zur Achse der Verdichtungstrommel (1) senkrechten und zur Oberfläche der Unterlage im wesentlichen paral len Beschleunigung der Achse der Verdichtungstrommel (1) und Abgabe eines entsprechenden Ausgangssignals,
b) einen mit dem Ausgangssignal des Sensors (4) beaufschlagbaren Nulldurch gangsdetektor (14) zur Feststellung mindestens eines Zeitpunktes oder Zeitintervalls, zu dem bzw. während dessen der Mantel der Verdichtungs trommel (1) auf der Oberfläche der Unterlage nicht merklich gleitet, und Abgabe eines entsprechenden Ausgangssignals und
c) einen mit den Ausgangssignalen des Sensors (4) und des Nulldurchgangs detektors (14) beaufschlagbaren Prozessor (15) zur Ermittlung der Umkehr frequenz des auf die Verdichtungstrommel (1) einwirkenden Drehmomentes oder der entsprechenden Schwingungsperiode oder eines von der Umkehr frequenz oder der Schwingungsperiode unmittelbar abhängigen Parameters und zur Bestimmung des Verdichtungsgrades der Unterlage mit Hilfe der Umkehrfrequenz bzw. der Schwingungsperiode bzw. des Parameters und des Verlaufs der Beschleunigung der Achse der Verdichtungstrommel zu dem besagten Zeitpunkt bzw. während wenigstens eines Teils des besagten Zeitintervalls.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (15) zur Ermittlung der Amplitude der Sinuskurve, deren Fre quenz mit der Umkehrfrequenz des auf die Verdichtungstrommel (1) einwir kenden Drehmomentes übereinstimmt und deren Verlauf mit demjenigen der Beschleunigung der Achse der Verdichtungstrommel (1) während wenig stens eines signifikanten Teils des Zeitintervalls, während dessen der Mantel der Verdichtungstrommel (1) auf der Oberfläche der Unterlage nicht merk lich gleitet, im wesentlichen übereinstimmt, und zur Bestimmung des Ver dichtungsgrades der Unterlage mit Hilfe der Amplitude in der Lage ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (7) zur Erfassung der Drehbewegung der Verdichtungstrommel (1) um ihre Achse und Abgabe eines entsprechenden Ausgangssignals vorge sehen und der mit dem Ausgangssignal beaufschlagbare Prozessor (15) zur Bestimmung des Mittelwertes des Verdichtungsgrades der Unterlage während einer oder mehrerer vollständiger Umdrehungen der Verdichtungstrommel (1) in der Lage ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Nulldurchgangsdetektor (14) zur Feststellung des Zeitpunktes bzw. Zeitintervalls, zu dem bzw. während dessen der Mantel der Verdichtungs trommel (1) auf der Oberfläche der Unterlage nicht merklich gleitet, den Zeitpunkt bzw. das Zeitintervall ermittelt, zu dem die Beschleuni gung der Achse der Verdichtungstrommel (1) im wesentlichen gleich Null ist bzw. während dessen die Beschleunigung der Achse der Verdichtungs trommel (1) im wesentlichen mit ihrem Mittelwert übereinstimmt,
b) ein mit dem Ausgangssignal des Sensors (4) beaufschlagbarer differenzie render Schaltkreis (11) zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Änderung der Beschleunigung der Achse der Verdichtungstrommel (1) zu dem besag ten Zeitpunkt bzw. des Mittelwertes dieser Geschwindigkeit während des besagten Zeitintervalls und Abgabe eines entsprechenden Ausgangs signals vorgesehen ist und
c) der mit dem Ausgangssignal des differenzierenden Schaltkreises (11) beaufschlagbare Prozessor (15) zur Bildung des Quotienten aus der Ände rungsgeschwindigkeit bzw. dem Mittelwert der Änderungsgeschwindigkeit und der Umkehrfrequenz des auf die Verdichtungstrommel (1) einwirken den Drehmomentes oder des Produktes aus der Änderungsgeschwindigkeit bzw. dem Mittelwert der Änderungsgeschwindigkeit und der der Umkehr frequenz entsprechenden Schwingungsperiode in der Lage ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem differenzierenden Schaltkreis (11) ein Vollweggleichrichter (12) nachge schaltet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der Sensor (4) zur Erfassung der Beschleunigung der Achse der Verdichtungstrommel (1) über einen Abtast- und Halteschaltkreis (13) und einen A/D-Wandler (16) mit dem digitalen Prozessor (15) verbun den ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Sensor (4) zur Erfassung der Beschleunigung der Achse der Verdichtungstrommel (1) ein Bandpaßfilter (8), ein Verstärker (9) und ein Tiefpaßfilter (10) nachgeschaltet sind.