DE3590610T1 - Verfahren zum Bestimmen des Verdichtungsgrads beim Verdichten einer Unterlage mit einer Verdichtungsmaschine u. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Bestimmen des Verdichtungsgrads beim Verdichten einer Unterlage mit einer Verdichtungsmaschine u. Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Beschreibung
Verfahren zum Bestimmen des Verdichtungsgrads beim Vedichten einer Unterlage mit einer Verdichtungsmaschine
und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
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 befacimmt,
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 0065554 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 0065554 bekannt sind, können deshalb nicht für den Typ einer Verdichtungsma-
schine 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.! wdird.
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 Trommel um ihr Zentrum oder um ihre
Achse in einer Richtung rechtwinklig zur Trommelachse und im wesentlichen parallel zu der zu verdichtenden
Unterlage in Beziehung steht zum Verdichtungsgrad dieser Unterlage. Deshalb wird in einem Verfahren nach der Erfindung
eine Größe erzeugt, welche diese Beschleunigung repräsentiert, wobei in dem Verfahren eine erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Erzeugung solch einer Größe vorgesehen Jst.
Die Erfindung basiert auch auf der Erkenntnis, daß die Beschleunigungsamplitude nicht unmittelbar auf den
Verdichtungsgrad bezogen zu sein braucht, da die Värdichtungstrommel
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 in Kontakt mit der zu verdichtenden Unterlage bleibt, aber
trotz des aufgebrachten alternierenden Drehmoments, nicht merklich gegenüber der Unterlage gleitet, möglich ist.
In einem Verfahren nach der Erfindung wird mindestens ein solches Zeitintervall oder ein solcher Zeitpunkt mit
Hilfe der erzeugten Größe bestimmt. Außerdem wird die Umkehrfrequenz oder ihre entsprechende Schwingungsperiode
oder ein Parameter, welcher eine Funktion von diesen beiden darstellt, mit Hilfe des zeitlichen Verlaufs der
Beschleunigung während dieser Zeitintervalle sowie der Umkehrfrequenz oder deren Schwingungsperiode bestimmt.
Eine Vorrichtung nach der Erfindung weist Baukörper auf, die aus einem Sensor zum Erfassen der Bewegung der Trommel
und einem Prozessor zum Berechnen eines Maßes des erreichten Verdichtungsgrades stehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines 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
beschriebenen Zeitintervalle zusammenfällt.Der erreichte
Verdichtungsgrad-wird dann mit Hilfe der Amplitude der
genannten Sinuskurve bestimmt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Rate der Beschleunigungswechsel
zu den Zeitpunkten bestimmt, in denen die Beschleunigung
gleich Null ist. Die Zeitdifferenz zwischen zwei solchen
aufeinanderfolgenden Zeitpunkten wird ebenfalls bestimmt. Ein Produkt, welches sowohl zur Rate der Wechsel als
auch zur Zeitdifferenz im wesentlichen proportional ist,
wird bestimmt, wobei der erreichte Verdichtungsgrad mit Hilfe dieses Produkts bestimmt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird eine Mittelwertsbestimmung benutzt, um den Einfluß von Störungen zu reduzieren. Für diesen
Zweck kann eine Vorrichtung nach der Erfindung einen Sensor zum Erkennen 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 zwisehen
dem Trommelmantel· und der zu verdichtenden Unterlage ein gewisses Gleiten stattfindet;
Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung
zum Bestimmen des Verdichtungsgrads und 30
Fig. 3 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 einem Verfahren sowie mit einer 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 der Verdichtungsmaschine in Verbindung mit der Beschreibung der Erfindung ebenfalls zu erläutern.
Das Prinzip für 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. er-■eugt
werden durch ei' exzentrisches System i: nerhulb der Trommel, 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. Durch Überlagerung einer Bewegung, die von der Zugkraft der Walze herrührt, erhält
die Trommel, entsprechend der gleichzeitig aufgebrachten Drehbewegung, eine oszillierende Bewegung und überträgt
eine oszillierende Kraft auf die zu verdichtende Unterlage. Die oszillierende Kraft wirkt grundsätzlich parallel
zu der Oberfläche der Unterlage und weist eine dominierende Frequenz auf, welche mit der Umkehrfrequenz
der aufgebrachten Drehbewegung zusammenfällt.
Die Trommel ist mit dem Rahmen 3 der Walze durch Federn, welche normalerweise aus Gummielementen bestehen
(in der Figur nicht dargestellt) verbunden. Der Rahmen der Walze besteht oft auch 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 mit einem alternierenden Drehmoment angeregt wird, erfährt die Trommelachse -in einer Richtung parallel zur
Unterlage und senkrecht zur Achse- einen sich mit der Zeit verändernden Beschleunigungsverlauf, welcher im Prinzip
dem in Fig. 2 gezeigten Verlauf gleicht. Während solcher Zeitintervalle ist der Trommelmantel in Kontakt
mit der Unterlage ohne jedes merkliche Gleiten -vgl. die Intervalle CDE, FA'B' usw. Während der Intervalle BC,
EF usw. ist die Reibung zwischen dem Trommelmantel und der Unterlage nicht groß genug, um einen Kontakt aufrecht
zu erhalten. Der Trommelmantel gleitet dann -mit einer einigermaßen konstanten Kraftübertragunggegen
die Unterlage. Dies erscheint dann als eine nahezu konstante Größe der Beschleunigung der Trommelachse.
Das Verfahren nach der Erfindung basiert auf einer Abtastung der Bewegung der Verdichtungstrommel, z.B.
mit einem Sensor 4 gemäß Fig. 1 sowie auf der Erzeugung
einer ersten Größe, welche den Beschleunigungsverlauf des Zentrums oder der Achse der Trommel in einer Richtung
zu der Trommelachse und im wesentlichen parallel zur Unterlage wiedergibt. Das Signal wird zum Zwecke
der Erzeugung einer Meßgröße behandelt, welche proportional der Steifigkeit der Unterlage, d.h. ihres
Verdichtungsgrads ist.
Diese Behandlung des Signals kann höchst einfach beschrieben werden, wenn man von Fig. 2 ausgeht. Zuerst
werden zwei Zeitpunkte bestimmt, in denen die Kurve dieselbe Phase hat, z.B. A bzw. A", wonach dann das
Zeitintervall zwischen diesen beiden Punkten, d.h. die Schwingungsperiode, bestimmt wird. Im nächsten Schritt
wird die Neigung der Kurve bei mindestens einem Nulldurchgang dieser Kurve bestimmt. Der gewünschte Parameter
wird dann als das Produkt aus der Länge des Zeitintervalls und der Größe der Neigung geschätzt. Der erhaltene Wert
wird schließlich mit einer geeigneten Skalenkonstanten multipliziert, bevor er als Maß für den Verdichtungsgrad
angegeben wird. Als alternative Methoden können die Zeitintervalle nahe den Nulldurchgängen, alternativ auch
der größere Teil von Signalen, die während Zeitphasen entstehen, in denen die Trommel kein merkliches Gleiten
gegenüber der Unterlage aufweist, zur Bestimmung der Rate der Beschleunigungswechsel verwendet werden. In
diesen Fällen sind entweder die geraden Linien oder eine Sinusfunktion an die Kurvenstücke angepaßt. Die
Anpassung kann nach der Fehlerquadrat-Methode vorgenommen werden. In dem Falle, in dem eine Sinusfunktion angepaßt
wird, wird eine Frequenz der Sinusfunktion so gewählt, daß sie mit dem umgekehrten Wert der Länge des
Zeitintervalls (Schwingungsperiode) zusammenfällt, welches wie vorstehend beschrieben abgeschätzt wurde. Diese
Frequenz korrespondiert mit der Umkehrfrequenz des Drehmoments, durch welches die Verdichtungstrommel angeregt
wird. Der gesuchte Parameter, der in Beziehung steht mit dem Verdichtungsgrad ' (Steifigkeit der Unterlage)
ist gleich der Amplitude der angepaßten Sinusfunktion.
Das angepaßte Signal kann auch aus einer Summe von eine Sinusfunktion und einer Anzahl von harmonischen
Oberschwingungen dieser Sinusfunktion bestehen. Die Amplituden und Phasen dieser auf die Grundschwingung
bezogenen Oberschwingungen haben gewisse vorbestimmte Werte.
Die Umkehrfrequenz kann alternativ durch eine direkte
Feststellung der Rotation des exzentrischen Systems mit einem geeigneten Sensor bestimmt werden.
Das vorstehend beschriebene Verfahren liefert Ergebnisse, die bei vergleichenden Messungen bei derselben Anregungsfrequenz
verwendet werden können. Wenn vergleichbare Parameterwerte für verschiedene Anregungsfrequenzen
gewünscht werden, wird der Parameterwert entweder als eine Funktion der Amplitude der angepaßten Sinusfunktion
oder aber der Anregungsfrequenz berechnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren gibt auch eine Möglichkeit, den Grad des Gleitens mit Hilfe der ersten
Größe anzuzeigen. Dies ist von großem Wert für die Abschätzung der geeigne'en Vibrationsamplitude zw. -frequenz
im Hinblick auf den Verdichtungswirkungsgrad. Ein geeignetes Maß ist der Quotient zwischen der Amplitude der ersten
Größe uid der Amplitude der angepaßten Sinusfunktion, alternativ
auch der Wert: 1 minus diesem Quotienten.
Um Schwankungen des geschätzten Verdichtungsgrads von einer Periode zur nächsten auszugleichen, kann eine
Mittelwertberechnung der geschätzten Werte von mehr als einer Schwingungsperiode durchgeführt werden.
Aufgrund eines unvollkommenen dynamischen Ausgleichs der verschiedenen Teile der Trommel kann es vorkommen,
daß der Parameter eine Periodizität zeigt, welche von diesen Ungleichheiten herrührt und nicht vom Verdichtungsgrad
der Unterlage. Diese Periodizitäten können eliminiert werden durch Bildung eines fortlaufenden
Parametermittelwerts über die letzte vollständige Umdrehung der Trommel. In diesem Falle wird die Trommelrotation
durch einen separaten Sensor 7 festgestellt.
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Ausführung des
vorstehend beschriebenen Verfahrens. Mit dem Bezugszei-
•Λθ·
chen 4 ist ein Sensor beschrieben, der in einer Ebene durch die Trommelachse montiert ist, welche Ebene im wesentlichen
parallel zu der zu verdichtenden Unterlage und senkrecht zur Trommelachse liegt. Der Sensor ist
vorzugsweise in Kontakt mit der Lagerung der Trommel montiert. Der Sensor umfaßt einen Beschleunigungsmesser und
einen Verstärker.
Das Signal vom Sensor 4 wird durch ein Kabel zur Berechnungseinheit 5 übertragen, welche in geeigneter
Weise auf der Walze angeordnet ist. Das Ergebnis wird auf eine Anzeigeeinheit 6 aufgezeigt, welche gewöhnlich
am Instrumentenbrett der Walze angeordnet ist.
Mit der Berechnungseinheit 5 ist ein weiterer Sensor 7 verbunden. Dieser kann vom Induktionstyp sein
und zeigt die Trommelrotation an, wobei er eine gewisse Anzahl von Pulsen pro vollständiger Trommeldrehung wiedergibt.
Die Anzahl der Pulse pro vollständiger Umdrehung der Trommel liegt in der Größenordnung von acht
oder mehr.
An der Rechnereinheit wird das Ausgangssignal vom Sensor zuerst einem Bandpaßfilter 8 zugeleitet, das
niedrige und hohe Frequenzen dämpft, welche störend wirken
und eine Übersteuerung im nachfolgenden Verstärker hervorrufen können. Hohe Frequenzen, die von den Vibrationen
in den Lagerungen und vom Exzentermotor herrühren, Resonanzen usw., werden dann reiter durch ein Tiefpaßfilter
10 gedämpft.
Das Ausgangssignal von diesem Tiefpaßfilter 10 ist
die erste Größe. Die Zeitpunkte, in denen der Trommelmantel sich in Kontakt mit der Unterlage befindet, aber
trotz des aufgebrachten wechselnden Drehmoments nicht merklich gegenüber der Unterlage gleitet, werden durch
•Al·
Übertragung der ersten Größe auf einen Null-Durchgangsdetektor 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 Oszillationsperiode. Mit Hilfe des Ausgangssignals vom Nulldurchgangsdetektor
kann der Prozessor auch eine zweite Größe erzeugen, die die Umkehrfrequenz oder einen Parameter,
der direkt von dieser Frequenz abhängt, repräsentieren.
Das Ausgangssignal vom Filter 10 wird auch zu einem diffa^nzierenden Schaltkreis (Differentialquotientenbildner)
11 geleitet. Dort wird auch eine bestimmte Bandpaßfilterung
vorgenommen, was bedeutet, daß die Differentialbildung nur in einem begrenzten Frequenzintervall durchgeführt
wird, das mit den möglichen Walzenanregungsfrequenzen korrespondiert. Das abgeleitete Signal erfährt
eine VoHwellengleichrichtung im Block 12 und geht danach zu einem Abtast- und Halteschaltkreis 13- Die nach
13 geschickten Abtastpulse werden vom Prozessor 15, dessen RAM- und ROM-Glieder ein geeignetes Programm enthalten,
sowie mit Hilfe des Nulldurchgangsdetektors 14 erzeugt.
Der Nulldurchgangsdetektor weist eine gewisse Hysteresis auf, um zu verhindern, daß verbleibende
zusätzliche Nulldurchgänge im Signal wegen des hochfrequenten Lärmgeräuschs aufgezeigt werden. Das Ausgangssignal
vom Abtast- und Halteschaltkreis 13 korrespondiert mit dem absoluten Wert der mathematischen Ableitung des
Signals an einem Nulldurchgang in positiver bzw. negativer Richtung. Der Wert wird von einem Nulldurchgang
zum nächsten konstant gehalten.
Das Signal aus 13 wird durch den A/D-Konverter 16 in eine digitale Form umgewandelt. Nach Abschluß der Umwandlung
wird der Wert in den Prozessor 15 eingelesen, dort wird dann zum einen eine zweite Größe, die die Umkehrfrequenz
darstellt, durch Messen der Zeit zwischen zwei Nulldurchgangspulsen von 14, zum anderen der Quotient
zwischen dem Maximaldifferentialquotienten, welches vom
Konverter 16 geliefert wird, und der vorstehend genannten Umkehrfrequenz berechnet. Alternativ wird ein digitaler
Wert für die zweite Größe, welche die Oszillationsperiode darstellt, sowie das Produkt aus dem erwähnten
Maximum und der Periode errechnet.
Zunächst sollte theoretisch der Wert des Produkts bzw. des Quotienten für die Variation der Umkehrfrequenz
korrigiert werden. Versuche haben jedoch gezeigt, daß das vorstehend erwähnte Produkt bzw. der Quotient innerhalb
einer normaler Variationsbreite der Anregungsfrequenz für übliche Walzen konstant genug sind, daß Korrekturen
sich erübrien. In den Fällen, in denen eine Korrektur für die Frequenz erforderlich ist, kann diese durch den
Prozessor mit Hilfe einer kurzen Programmsequenz durchgeführt werden.
Nach eine Korrektur des Wertes des Produkts bzw. des Quotienten wird dieser Wert in Form einer digitalen Information
vom Prozessor 15 an den D/A-Umwandler 17 abgegeben.
Dieser wandelt den Wert in eine analoge Spannung (oder in einen analogen Strom) um, welche dann durch ein Kabel
an ein Anzeigeinstrument 18 in der Anzeigeeinheit 6 weitergeleitet wird. In entsprechender Weise kann ein Wert der
Grundfrequenz des Signals über einen anderen D/A-Umwandler 19 erzeugt und auf einem Anzeigeinstrument 20 angezeigt
werden.
Eine mögliche 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 Skalendarstellung
in Beziehung steht zur Amplitude des Sinussignals, welche die gleiche Grundfrequenz hat wie das
registrierte Beschleunigungssignal und welches auch dieselbe Differentialableitung beim Nulldurchgang aufweist.
Dies ist die gewünschte Amplitude, welche relativ genau der Amplitude entspricht, welche registriert 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 Vorrichtung nach der Erfindung, welche mit dieser theoretischen Erklärung in Einklang steht, verwendet
die gleiche vorstehend beschriebene und in Fig.3 gezeigte Hardware , jedoch mit dem Unterschied, daß der'
differenzierende Schaltkreis 11 und der Vollwellengleichrichter
12 gelöscht sind. Das Signal vom Filter 10 wird damit direkt zum Abtast- und Halteschaltkreis 13 als auch
zum Nulldurchgangsdetektor 14 geleitet. Die statistische Abtastung und A/D-Umwandlung des Signals wird kontinuierlich
während der Zeitabläufe von mindestens einer Oszillationsperiode (= Schwingungsdauer durchgeführt, während
welcher digitalisierte Werte aufeinanderfolgend im Informationsspeicher
des Prozessors 15 gespeichert werden. Informationen werden auch gespeichert bezüglich der Zeitpunkte
für Pulse vom Nulldurchgangsdetektor 14 im Verhältnis
zu den gespeicherten Beschleunigungsdaten. Wenn genügend Werte gespeichert worden sind, führt der Prozessor
nach dem Verfahren der Fehlerquadrat-Methode eine Anpassung einer theoretischen Funktion an vorbestimmte
Teile des gespeicherten Signals durch, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Als ein Maß für den er-
reichten Verdichtungsgrad berechnet der Prozessor eine digitale Zahl, die unmittelbar abhängig ist von der Amplitude
der Sinusfunktion. Im einfachsten Falle ist diese Zahl proportional zur Amplitude. Kompliziertere
Beziehungen zwischen der Zahl und der Amplitude sind möglich. Die Zahl kann z.B. eine lineare Funktion der
Amplitude mit Konstanten und Faktoren sein, welche Funktionen der Umkehrfrequenz sind. Die berechnete digitale
Zahl wird an einen D/A-Umwandler abgegeben. Daraufhin
wird die Abtastung und die A/D-Umwandlung erneut gestartet und das Verfahren wiederholt.
Der Sensor 7 hat zwei Hauptaufgaben. Die Impulsfolge,
welche von ihm erzeugt wird, wenn die Walze sich bewegt, gibt dem Prozessor eine Möglichkeit, den
Wert der Walzengeschwindigkeit zu berechnen, welcher Wert über einen D/A-Umwandler 21 an ein Anzeigeinstrument
22 weitergegeben wird. Die Impulse vom Sensor 7 werden außerdem dazu benutzt, eine Mittelwertberechnung
im Prozessor 15 zu steuern. Die Mittelwerte werden fortlaufend für eine vollständige Umdrehung der Trommel
gebildet.'Der Mittelwert wird bei jedem neuen Impuls
vom Sensor 7 auf den neuesten Stand gebracht. Diese Mittelwerte werden in diesem Falle anstelle des augenblicklichen
Verdichtungsmesserwerts zum D/A-Umwandler 17 und zum Anzeigejinstrument 18 geführt.
Das Motiv für diese Mittelwertsberechnung besteht darin, die möglichen Abweichungen des Verdichtungsmesserwerts,
welche durch eine unvollkommene Ausbalancierung des exzentrischen Systems der oszillierenden
Trommel entstehen, auszugleichen.
Eine andere Mittelwertfunktion ist ebenfalls programmiert
worden. Diese wird durch einen Schalter 23 gesteuert.Mit Hilfe dieser Funktion kann der Mittelwert
_^_ 3 5906 ΊΟ . AS-
über eine Strecke von geeigneter Länge berechnet und angezeigt werden. Diese Mittelwertsberechnung wird
gestartet durch Betätigung des Schalters 23. Während der Zeit, während der der Schalter" eingeschaltet ist,
werden die Werte für den Verdichtungsgrad sukzessiv in einem Register des Prozessors gespeichert. Der normale
Verdichtungswert wird gleichzeitig in üblicher Weise auf einem Anzeigeinstrument 18 angezeigt.
Am Ende der genannten Meßstrecke wird der Schalter erneut betätigt. Dann wird der Mittelwert über die genannte
Meßstrecke berechnet und auf dem Anzeigeinstrument angezeigt, bis eine neue Mittelwertberechnung
durch eine erneute Betätigung des Schalters 23 gestartet wird.
Ein nach der Erfindung hergestellter Prototyp wurde bei Versuchen auf verschiedenenArten von zu verdichtenden
Unterlagen erprobt, wobei dessen Ergebnisse entsprechend ausgewertet wurden. In Fig. 4 ist ein Beispiel
für den Anstieg des Werts mit der Anzahl der Überfahrten bei der Verdichtung eines Kiesbetts gezeigt.
Der Verlauf der Kurve stimmt gut mit dem Anstieg der Steifigkeit des Materials mit zunehmender
Anzahl von Überfahrten überein, was mit konventionellen Punktkontrollverfahren nachgemessen werden kann.
Claims (9)
1. Verfahren zum Bestimmen des Verdichtungsgrads beim
Verdichten einer Unterlage mit einer Verdichtungsmaschine, welche eine um ihre Achse drehbare Verdichtungstrommel
aufweist und welche auf der Oberfläche einer Unterlage vor- und rückwärts bewegt werden kann, wobei dieser
Verdichtungstrommel zur Verdichtung der Unterlage ein um die Achse der Verdichtungstrommel drehendes Drehmoment
mitgeteilt wird, welches Drehmoment seine Drehrichtung mit einer bestimmten Umkehrfrequenz im Uhrzeigersinn bzw.
im Gegenuhrzeigersinn ändert,
dadurch gekennzeichnet , daß die Drehbewegung der Verdichtungstrommel festgestellt wird;
daß eine erste Größe erzeugt wird, welche den Beschleunigungsverlauf für das Zentrum oder die Achse der Trommel
in einer Richtung senkrecht zur Trommelachse und im wesentlichen parallel zu der zu verdichtenden Unterlage
wiedergibt; daß mit Hilfe dieser ersten Größe mindestens ein Zeitpunkt oder ein Zeitintervall, zu dem der Trommelmantel
sich in Kontakt mit der zu verdichtenden Unterlage
befindet, aber trotz der aufgebrachten alternierenden Drehung nicht merklich gegenüber der Unterlage gleitet,
bestimmt wird; daß die Umkehrfrequenz oder die entsprechende Schwingungsperiode oder ein Parameter, der unmittelbar
von irgendeinem dieser beiden abhängig ist, bestimmt und auch noch eine zweite Größe gebildet wird, die
die Umkehrfrequenz oder deren Schwingungsperiode oder
einen Parameter davon repräsentiert; und daß schließlich der erreichte Verdichtungsgrad mit Hilfe der zweiten
Größe und des Beschleunigungsverlaufs an mindestens einem vorgenannten Zeitpunkt oder während eines Teils von
mindestens einem der genannten Zeitintervalle bestimmt wird .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der mindestens eine Zeitpunkt oder
das mindestens eine Zeitintervall, in dem sich der Trommelmantel in Kontakt mit der zu verdichtenden Unterlage
befindet, aber trotz des aufgebrachten Drehmoments nicht merklich gegenüber dieser Unterlage gleitet, bestimmt
wird durch Bestimmung derjenigen Zeitpunkte, in denen die Beschleunigung im wesentlichen gleich Null ist, oder derjenigen
Zeitintervalle, in denen die Beschleunigung im wesentlichen mit deren Mittelwerten zusammenfällt, sowie
durch Bestimmung der Rate der Beschleunigungswechsel an bestimmten Zeitpunkten oder ihren Mittelwerten während
des bestimmten Zeitintervalls sowie auch durch Bildung eines Produkts, das im wesentlichen proportional ist sowohl
zur Rate der Beschleunigungswechsel bzw. dessen Mittelwert als auch zu der Schwingungsperiode, die mit der
Umkehrfrequenz in Beziehung steht.
3- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Drehbewegung der Verdichtungstrommel
um ihre Achse während ihrer Vor- und Rückwärts-
- AB ■' '
bewegung auf der Oberfläche der zu verdichtenden Unterlage erfaßt wird und auch der Mittelwert des Produkts
während einer Drehbewegung von einer oder mehreren vollständigen Umdrehungen berechnet wird.
5
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Amplitude der Sinuskurve, deren
Frequenz mit der Umkehrfrequenz übereinstimmt und deren
zeitlicher Verlauf im wesentlichen mit dem zeitlichen Verlauf der Beschleunigung während mindestens signifikanter
Teile von mindestens einem bestimmten Zeitintervall übereinstimmt, bestimmt wird und daß der erreichte Verdichtungsgrad mit Hilfe der genannten Amplitude geschätzt
wird.
5. Verfahren mch Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß auch der Grad des Gleitens zwischen
der Trommel und der zu verdichtenden Unterlage bestimmt wird, bei welchem die Beschleunigungsamplitude
bestimmt wird, und eine Funktion des Verhältnisses zwischen der Amplitude der Sinuskurve und der Amplitude der
Beschleunigung als Maß für das Gleiten verwendet wird.
6. Vorrichtung zur Bestimmung des Verdichtungsgrads, wie er bei der Vedichtung einer Unterlage mit einer Verdichtungmaschine
erreicht wird, welche eine Verdichtungstrommel aufweist, die drehbar um ihre Achse aufgehängt
ist und die auf der Oberfläche der zu verdichtenden Unterlage vor- und rückwärts bewegbar ist, und auf welche
Verdichtungstrommel beim Verdichten der Unterlage ein Drehmoment aufgebracht wird, welches seine Richtung zwischen
einer Drehung im Uhrzeigersinn und einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn mit einer gewissen Umkehrfrequenz
ändert, gekennzeichnet
a) durch eine erste Gruppe von Baukörpern (Sensor 4, Bandpaßfilter 8, Verstärker 9, Tiefpaßfilter 10), mit
einem esten Sensor (4) zum Erfassen der Bewegung der Verdichtungstrommel (1) und zum Erzeugen einer ersten
Größe, welche den Verlauf der Beschleunigung für das Zentrum oder die Achse der Trommel in einer Richtung
senkrecht zur Trommelachse und im wesentlichen parallel zu der zu verdichtenden Unterlage repräsentiert, auf
welcher Unterlage die Verdichtungstrommel vor- und rückwärtsbewegbar ist;
b) durch einen zweiten Baukörper (Nulldurchgangsdetektor 14), mit welchem mit Hilfe der ersten Größe die Zeitpunkte
oder Zeitintervalle bestimmbar sind, in denen sich der Trommelmantel in Kontakt mit der zu verdichtenden
Unterlage befindet, abertrotz des aufgebrachten alternierenden
Drehmoments nicht merklich gegenüber dieser Unterlage gleitet; und
c) durch eine dritte Gruppe von Baukörpern (differenzierender
Schaltkreis 11; Vollwellengleichrichter 12; Abtast- und Halteschaltkreis 13; Prozessor 15; A/D-Umwandler
16) mit einem Prozessor (15) zur Erzeugung einer zweiten Größe, welche die Umkehrfrequenz oder deren
entsprechende Schwingungsperiode oder einen von diesen beiden direkt abhängigen Parameter präsentiert, sowie
zur Bestimmung des erreichten Verdichtungsgrads mit Hilfe dieser zweiten Größe und des zeitlichen Verlaufs
der Beschleunigung an mindestens einem bestimmten Zeitpunkt oder während mindestens eines signifikanten Teils
von mindestens einem bestimmten Zeitintervall.
7- Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e nn zeichnet
, daß die dritte Gruppe von Baukörpern so angeordnet ist, daß mit Hilfe z.B. der Fehlerquadrat-
Methode die Amplitude der Sinuskurve bestimmbar ist, deren Frequenz mit der Umkehrfrequenz übereinstimmt und
deren zeitlicher Verlauf im wesentlichen mit dem zeitlichen Verlauf während mindestens signifikanter Teile von :
mindestens einem bestimmten Zeitintervall übereinstimmt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet
durch einen zweiten Sensor (7), der so und zu dem Zwecke angeordnet ist, daß er die Drehbewegung der Verdichtungtrommel
um ihre Achse während der Vor- und Rückwärtsbewegung auf der Oberfläche der zu verdichtenden
Unterlage erfaßt, sowie durch eine dritte Gruppe von Baukörpern, die so und zu dem Zwecke angeordnet sind, daß
mit ihnen eine Mittelwertsberechnung des erreichten Verdichtunggrads während einer Drehbewegung von einer oder
mehreren Umdrehungen durchführbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Baukör'per einen Detektor
zur Bestimmung der Zeitpunkte umfaßt, in denen die Größe der Beschleunigung im wesentlichen gleich Null ist oder
im wesentlichen mit dessen Mittelwert zusammenfällt; daß die dritte Gruppe von Baukörpern differenzierende
Glieder (differenzierender Schaltkreis 11) zur Bestimmung
der Rate der Beschleunigungswechsel umfaßt; und daß der Prozessor (15) so und zu dem Zweck angeordnet ist,
daß zum einen die Zeitdifferenz zwischen zwei bestimmten aufeinanderfolgenden Zeitpunkten bestimmbar ist und zum
anderen ein Produkt proportional sowohl zur Rate der Wechsel als auch zur Zeitdifferenz bildbar ist.
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