EP0964958B1 - Verfahren zum Abfräsen von Verkehrsflächen - Google Patents

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EP0964958B1
EP0964958B1 EP98959818A EP98959818A EP0964958B1 EP 0964958 B1 EP0964958 B1 EP 0964958B1 EP 98959818 A EP98959818 A EP 98959818A EP 98959818 A EP98959818 A EP 98959818A EP 0964958 B1 EP0964958 B1 EP 0964958B1
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EP
European Patent Office
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milling
data
traffic area
profile data
profile
Prior art date
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EP98959818A
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English (en)
French (fr)
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EP0964958A1 (de
Inventor
Günter HÄHN
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Wirtgen GmbH
Original Assignee
Wirtgen GmbH
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/004—Devices for guiding or controlling the machines along a predetermined path

Definitions

  • the invention relates to a method for milling Traffic areas with a milling drum, a milling machine or a device for milling traffic areas according to the preamble of claim 20.
  • Such milling machines are needed to manufacture a new road surface first the old road surface a traffic area.
  • US-A-4473319 describes a generic method for milling Traffic surfaces with a milling drum of a milling machine by detecting the Longitudinal ripple of the traffic area and creation of profile data by assignment the measured profile values to position data of a position determination device.
  • nominal profile data are generated from the measured profile values, wherein the target profile data corrected with respect to the longitudinal ripple of the traffic area should be.
  • the measured relative profile values which are the To represent longitudinal ripple, smoothed by filters, where initially the short wavelengths are filtered out.
  • the measured profile value is filtered again until a simulated Vehicle crossing a certain ride comfort standard is achieved. It It is understood that the result of the simulation only for a particular vehicle and for a certain speed.
  • the smoothing can be for different Spring mass systems and different vehicle speeds repeated become.
  • a measuring method according to US-A-4473319 can not between a dome, which should be preserved in the road surface profile, and an undesirable Lekswellmaschine the traffic area can be distinguished, since the Measurement takes place with respect to an imaginary plane, which may also be an inclined surface may be in the region of a slope or a slope.
  • a vehicle in particular a bulldozer, to be provided with a GPS position determining device.
  • the GPS positioning device can also be used to the three-dimensional To detect terrain condition.
  • the GPS receiver can also do this be arranged on a tool of the bulldozer.
  • the used GPS system has the task, the work progress in the change of the terrain structure to document and display.
  • the invention is the Object to provide a method for milling traffic areas, in a simple way, a correction of the longitudinal ripple of a traffic area allows.
  • the actual profile of the traffic area can be in on-line procedure with the help of a Profilabtast issued measured, the measured actual profile data corresponding position data associated with a relative or absolute position-determining device become.
  • the target profile data unless provided by one on the Milling machine installed calculator can be calculated using data carriers or transmitted by radio to the machine control.
  • the height coordinate z is determined using the position data of the absolute Position determining device based on the profile scanning device or the milling machine determined. This z-coordinate is then using a Depth gauge additionally specified, both on the Profilabtast worn as well as arranged on the milling machine. This z coordinate value of Actual profile data provides an exact position value in the space for the actual profile data.
  • the z-coordinates can be combined with absolute or relative Position data in the plane (x, y coordinates) and or with a route information about the distance traveled relative to a reference point Distance.
  • a significant advantage of the method according to the invention therefore also in that an elaborate position determination with respect to the milling machine may be omitted if the assignment of the desired profile data, e.g. over a Route information is possible.
  • the use of an absolute coordinate system has the advantage that the longitudinal ripple of a road profile against terrain contours, for example a slope or a slope, can be distinguished.
  • the actual value forms the set depth of cut, the disturbance variable, the setpoint value from the target profile data, the reference variable, and the Control signal for the milling depth of the milling drum the controlled variable.
  • profile data may possibly also be archived previous data will be used.
  • the desired profile data may be location vectors for controlling the Milling machine, specifically the position of the milling machine in the plane (x, y, z or x, z coordinates), the Corrected milling depth (z-coordinate) with respect to the longitudinal ripple the inclination and the direction of travel of the milling machine contain.
  • the traffic area After processing the traffic area again measured the actual profile and the actual profile data with stored the assigned position data for documentation. With the help of this documentation can be compared to the Clients are shown how exactly the target profile the traffic area has been respected.
  • the actual profile is first in a first Part of the traffic area added.
  • This section serves as base length for the recorded actual profile data stored in the initial base record become.
  • the actual profile data contained in the initial baseline record serve to generate the desired profile data for the first section.
  • the actual profile becomes continue beyond the first section continuously sampled, with the basic data set continuously through the newly recorded actual profile data is updated.
  • the basic data record refers to this to a predetermined base length of the traffic area. These Base length moves along with the work progress, so that according to the inclusion of new actual profile data, the most recent actual profile data from the basic data set be removed.
  • the milling of further sections the traffic area is then dependent of continuously updated target profile data on the Base of the constantly updated basic data record.
  • the length of the first section corresponds the traffic area of the base length of the continuous updated basic dataset.
  • the basic data record contains the actual profile data of a subsection the traffic area whose length is greater than the largest still to be compensated longitudinal wave of the traffic area.
  • the basic data set for example the actual profile data of a subsection of the Traffic area of approx. 50 to 300 m in length; preferably of about 100 to 200 m in length, contains.
  • the recording of the actual profile of the traffic area in the first sectionabites can also advantageously by the Milling machine done.
  • the milling drum is not in the process Intervention with the traffic area.
  • the milling machine is a profile scanning device and a position determination device arranged.
  • the base length of the traffic area detected by the basic data record for generating the desired profile data be changeable during the work progress. On This way, during the milling process on specifics the structure of the terrain.
  • the separate profile scanner can be pre-selected Distance to the milling machine the actual profile before the Scan the milling machine.
  • the continuously generated nominal profile data are generated from a basic data record, for example, on a relative to the milling machine ahead Part of the traffic area and z.T. on one already passed by the milling machine section refers. In this case, therefore always has a separate profile scanning relative to the milling machine go ahead.
  • This method has the advantage that the base length to which the base dataset relates always a preceding section of the traffic area taken into account during online on-line profile data collection on the milling machine the base length in essential in retrospect, i. on an already overrun Part of the traffic area refers.
  • the method for milling traffic areas 2 is in Fig. 1 explained in more detail. Basically, the procedure exists from three process steps, namely first the actual profile recording with the creation of the actual profile data, then the creation of a desired target profile and finally the milling process. Following the milling process can be a recent actual profile recording for documentation of the Milling result done.
  • the actual profile recording can be done in advance, with a Profilabtast issued 8 the later to be processed traffic area 2 leaves and thereby the actual profile of the traffic area 2 detected at least two-dimensionally.
  • expedient is the use of an absolute position determining device 16a, 16c, with the help of which the actual profile can be created with high accuracy.
  • the Profile scanner 8 is with a relative depth gauge provided so that the depth values (z-coordinate) the absolute position determining device 16a, 16b by the relative depth values of the profile scanner 8 can be corrected. It will be so at least two-dimensional actual profile data by assignment the measured depth values to position data of the relative or absolute position determining means 16a, 16b created.
  • the milling process now consists of the current one Position of the milling machine at least in terms of Wegkoordinate to determine. This is done with, for example a position determining device 16b, which on the Machine frame 12 of the milling machine 6 is arranged.
  • Relative height coordinate between the chassis of a Milling machine 6 or a Profilabtast prepared 8 measured with this relative z-value used to correct the Absolute z-coordinate is used.
  • Position determining device 16b of the milling machine 6 again generates absolute position data.
  • the machine control 10 can with the help of the position determination device 16b directly the depth of the Milling roller 4 depending on the current position data the milling machine 6 and the difference of the actual value and that resulting from the target profile data Control target value for the milling depth.
  • Fig. 2 illustrates the formation of the reference variable z-target for the control circuit of the milling depth control. This will be done first with the aid of the position-determining device 16b the absolute machine position in the plane or on the Straights determined. At the same time the currently set Milling depth z-is the relative distance value of the Machine frame 12 to the removed traffic area. 3 determined, so that then the current position data with the current depth of cut actual value. By comparison with the desired profile data can be in dependence from the machine position, the target value z target for the Take the milling depth from the nominal profile data. The difference of the value z-nominal minus z-actual represents the control deviation representing a height adjustment signal for the landing gear 14,15 is generated, so that a regulation of the desired value the depth of cut takes place.
  • Fig. 3 shows the milling machine 6, the front suspension rests on the still unprocessed traffic area 2, while the rear suspension 15 already worked on the traffic area 3 rests.
  • both suspensions 14,15 are adjusted.
  • a height adjustment of the milling drum 4 itself provided.
  • the old traffic area 2 a considerable longitudinal ripple, with Help of the milling depth control of the machine control 10 can be eliminated.
  • the cleared traffic area 3 can be manufactured with an accuracy in the millimeter range become.
  • the Profilabtast prepared 8 moves to create the Is-profile data before the milling machine 6 on the renewed Traffic Area 2.
  • the same profile scanner 8 can, as shown on the right side of Fig. 3 can be seen is, even over the cleared traffic area 3 drive, a new actual profile data acquisition for the purpose of documentation to enable.
  • FIG 4 shows the milling machine with an absolute position-determining device 16b, 16c (differential GPS).
  • This consists of a stationary Global Positioning System (GPS) 16c, which in addition to the appropriate location editing traffic area 2 is installed and also is needed for the Profilabtast issued 8.
  • GPS Global Positioning System
  • the milling machine 6 has another on the machine frame 12 arranged GPS system 16b.
  • the measured values of the position-determining device 16b, 16c are supplied to the machine controller 10 and can be displayed there by means of a monitor 20 become.
  • the desired profile data for example, as in FIG. 4, created externally to a computer 22 and then with the help a data carrier reading device 24 of the machine control 10 fed.
  • the desired profile data to be transmitted by radio to the machine control 10.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Road Repair (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abfräsen von Verkehrsflächen mit einer Fräswalze, einer Fräsmaschine bzw. einer Vorrichtung zum Abfräsen von Verkehrsflächen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 20.
Derartige Fräsmaschinen werden benötigt, um zur Herstellung eines neuen Straßenbelages zunächst den alten Straßenbelag einer Verkehrsfläche anzutragen.
Bei Straßenfräsarbeiten werden verschiedene Systeme zur automatischen Regelung der Frästiefe der Fräswalze eingesetzt. Allen gemeinsam ist, daß ein konstanter Soll-Wert für die Frästiefe einmalig vorgegeben wird und dieser Wert solange eingehalten wird, bis manuell ein neuer Soll-Wert vorgegeben wird. Dieser Soll-Wert ist somit unabhängig von der Position der Fräsmaschine in der Ebene, so daß Unebenheiten in bestimmten Abschnitten der Verkehrsfläche nicht ausgeglichen werden können. Das Abfräsen einer bestehenden Oberfläche mit einer konstant eingestellten Frästiefe der Fräswalzen führt zu einem Kopierfräsen, da das Profil der alten Oberfläche vermindert um die fest eingestellte Frästiefe auf der neuen Oberfläche abgebildet wird. Zur Verminderung dieser Kopierwirkung wird auf verschiedene Arten die tatsächliche Frästiefe (Ist-Wert) über einen Sensor gemessen und von einem Frästiefenregler mit der gewünschten Frästiefe (Soll-Wert) verglichen. Dieser Vergleich geschieht kontinuierlich und die ermittelte Soll-Wertabweichung wird im Frästiefenregler in ein Steuersignal zur Höhenverstellung der Fräswalze umgewandelt.
Folgende Verfahren zur Messung des Ist-Wertes der Frästiefe werden in Fräsmaschinen eingesetzt:
  • 1. Höhenabtastung mit beliebigem Sensor am Kantenschutz
    Hierbei wird einem Sensor die Änderung des Abstandes zwischen dem das Straßenprofil abtastenden Kantenschutz der Fräsmaschine und einem Fixpunkt am Maschinenrahmen gemessen. Die Abstandsänderung ist das Maß, um das sich der Kantenschutz dem Straßenprofil folgend entsprechend hebt oder senkt, so daß um diesen Betrag die Frästiefe automatisch erhöht bzw. verringert werden kann. Die Länge des Kantenschutzes wird hierbei als Abtastbasis bezeichnet. Längswellen mit einer Wellenlänge kleiner als die Kantenschutzlänge (ca. 1 bis 2 m) werden hierbei ausgeglichen. Trotzdem erfolgt immer noch ein Kopierfräsen des ursprünglichen Istprofils, da der Kantenschutz auf dem bestehenden Profil läuft und Unebenheiten größerer Wellenlänge dennoch in das neue Straßenprofil einkopiert werden.
  • 2. Höhenabtastung mit einem Gleitski oder an einer Meßlatte montierten Meßrädern
    Bei diesem Verfahren gleitet bzw. rollt ein Meßski bzw. Meßrad über die Straßenoberfläche. Der Ski bzw. das Rad ist über einen Schwenkhebel vertikal beweglich an einem Drehwinkelgeber befestigt, der die Änderung des Abstandes zwischen Meßrad bzw. Gleitski und dem Befestigungspunkt des Drehwinkelgebers am Maschinenrahmen mißt. Um diesen Betrag wird die Frästiefe anschließend angehoben oder verringert. Abtastbasis ist hierbei die Länge des Gleitskis bzw. der Meßlatte. Längsunebenheiten mit einer Wellenlänge größer als die Länge des Skis bzw. der Meßlatte werden kopiert, kleinere Längswellen können ausgeglichen werden. Durch Verlängerung der Meßlatte oder des Gleitskis lassen sich auch Längswellen mit einer Wellenlänge im Bereich von 5 bis 10 m ausgleichen.
  • 3. Multiplex-Höhenabtastungen mit mehreren UltraschallSensoren in Reihe
    Bei diesem aus der EP-A-0 547 378 bekannten Verfahren werden auf einer Maschinenseite drei UltraschallSensoren in Längsrichtung der Maschine fest am Maschinenrahmen montiert, d.h. ein Sensor am vorderen Maschinenende, ein Sensor über der Drehachse der Fräswalze und ein Sensor am hinteren Maschinenende. Die Sensoren messen die Abstandsänderung zwischen dem Maschinenrahmen und dem Straßenprofil. Aus diesen Meßwerten wird unter Berücksichtigung der in den Meßwerten des vorderen und hinteren Sensors enthaltenen Längsneigung der Maschine ein Mittelwert berechnet, um dessen Betrag die Frästiefe angehoben oder verringert wird. Durch diese Maßnahme vergrößert sich die Abtastbasis auf die Länge der Fräsmaschine, was einen Ausgleich von Längswellen mit einer Wellenlänge kleiner als die Maschinenlänge ermöglicht. Auch diese Vorgehensweise verbessert die Ebenheit des Straßenprofils, wobei allerdings immer noch ein Kopierfräsen stattfindet, bei dem langwellige Unebenheiten mit einer Wellenlänge über 5 bis 10 m weiterhin auf das neu erstellte Profil übertragen werden.
  • 4. Relatives Abtasten der Höhe gegenüber einer zusätzlich geschaffenen Referenz
  • 4a. Bei diesem Verfahren wird entlang der zu fräsenden Oberfläche ein Nivellierdraht gespannt und eingemessen. Grundlage für eine korrekte Einmessung ist die vorausgegangene Vermessung des vorhandenen Oberflächenprofils. Der Draht wird mittels einer fest am Maschinenrahmen angeordneten Abstandsmesseinrichtung (Drehwinkelgeber, Sonic-Ski u.s.w.) kontinuierlich abgetastet, wobei die Abstandsänderung zwischen dem Maschinenrahmen und dem Draht wiederum ein Maß für die Frästiefenkorrektur der Fräswalze ist. Bei dieser Vorgehensweise wird nicht mehr die Unebenheit der ursprünglichen Straßenoberfläche in die neu erstellte Oberfläche kopiert, sondern eine zum Nivellierdraht parallele Oberfläche. Bei einem korrekt eingemessenen Führungsdraht läßt sich theoretisch dann genau das gewünschte neue Straßenprofil erzielen.
    Bei der Höhenabtastung an einem Nivellierdraht besteht das Problem, daß der Nivellierdraht entsprechend dem zuvor bestimmten Soll-Profil aufgespannt und eingemessen werden muß. Dies erfordert einen hohen Zeitaufwand und ist daher aus Kostengründen nachteilig.
  • 4b. Nivellierung mit einem Laser
    Diese Vorgehensweise beruht darauf, daß ein stationärer Rotationslaser mit seinem Strahl eine künstliche, scheibenförmige Ebene aufspannt. Ein Laserempfänger, der fest auf dem Maschinenrahmen installiert ist, mißt ständig die Entfernungsänderung zwischen dem Maschinenrahmen und der künstlich aufgespannten Ebene. Hierbei muß ebenfalls zuvor eine Vermessung des Straßenprofils erfolgen. Mit diesem Verfahren läßt sich theoretisch eine ebene Fläche ggf. auch eine geneigte Fläche erstellen, allerdings können nicht beliebige Profile erzeugt werden, da der Rotationslaser immer nur eine scheibenförmige Ebene erzeugt.
    Dementsprechend ist auch die Anwendungsmöglichkeit des Lasers beschränkt. Außerdem muß der Laser ebenfalls exakt positioniert und eingerichtet werden, was ebenfalls zeit- und kostenintensiv ist. Ein weiterer Nachteil besteht in der Meßgenauigkeit, die nicht so hoch ist, wie die eines mechanischen Sensors.
    • Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei dem Abtasten der Höhe gegenüber dem Boden nur ein Kopieren des vorhandenen Straßenprofils möglich ist, wobei existierende Längsunebenheiten zwangsläufig übernommen werden. Durch die Verlängerung der Abtastbasis ist zwar ein Ausgleich dieser Längswellen bis zu einem gewissen Grad möglich, jedoch können Wellenlängen über 5 bis 10 m nicht ausgeglichen werden. Gerade diese langwelligen Unebenheiten führen bei Fahrzeugen bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit zu einem Aufschaukeln. Dies vermindert den Fahrkomfort sowie die Fahrsicherheit. Weitere Nachteile der Längsunebenheiten der Straße bestehen in der zusätzlichen Geräuschbildung und in dem erhöhten Kraftstoffverbrauch.
    Die US-A-4473319 beschreibt ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abfräsen von Verkehrsflächen mit einer Fräswalze einer Fräsmaschine durch Erfassen der Längswelligkeit der Verkehrsfläche und Erstellen von Profildaten durch Zuordnung der gemessenen Profilwerte zu Positionsdaten einer Positionsbestimmungseinrichtung.
    Anschließend werden aus den gemessenen Profilwerten Soll-Profildaten erzeugt, wobei die Soll-Profildaten hinsichtlich der Längswelligkeit der Verkehrsfläche korrigiert sein sollen. Durch Bestimmen der aktuellen Position der Fräsmaschine kann die Frästiefe der Fräswalze in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den gemessenen Profilwerten und den Soll-Profildaten geregelt werden.
    Nach der US-A-4473319 werden die gemessenen relativen Profilwerte, die die Längswelligkeit repräsentieren sollen, durch Filter geglättet, wobei zunächst die kurzen Wellenlängen herausgefiltert werden. In einem Simulationsprozess kann der gemessene Profilwert so lange erneut gefiltert werden, bis bei einer simulierten Fahrzeugüberfahrt ein bestimmter Fahrkomfortstandard erreicht wird. Es versteht sich, dass das Ergebnis der Simulation nur für ein bestimmtes Fahrzeug und für eine bestimmte Geschwindigkeit zutrifft. Die Glättung kann für verschiedene Feder-Massesysteme und verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten wiederholt werden. Bei einer Meßmethode gemäß US-A-4473319 kann nicht zwischen einer Kuppe, die im Straßenflächenprofil erhalten bleiben soll, und einer unerwünschten Längswelligkeit der Verkehrsfläche unterschieden werden, da die Messung bezüglich einer imaginären Ebene erfolgt, die unter Umständen auch eine geneigte Fläche im Bereich einer Steigung oder eines Gefälles sein kann.
    Aus der US-A-5526002 ist es bekannt, ein Fahrzeug, insbesondere eine Planierraupe, mit einer GPS-Positionsbestimmungseinrichtung zu versehen. Die GPS-Positionsbestimmungseinrichtung kann auch dazu verwendet werden, den dreidimensionalen Geländezustand zu erfassen. Dabei kann der GPS-Empfänger auch auf einem Werkzeug der Planierraupe angeordnet sein. Das eingesetzte GPS-System hat die Aufgabe, den Arbeitsfortschritt bei der Veränderung der Geländestruktur zu dokumentieren und anzuzeigen.
    Ausgehend von dem gattungsgemäßen Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abfräsen von Verkehrsflächen zu schaffen, das in einfacher Weise eine Korrektur der Längswelligkeit einer Verkehrsfläche ermöglicht.
    Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1.
    Das Ist-Profil der Verkehrfläche kann im On-line-Verfahren mit Hilfe einer Profilabtasteinrichtung gemessen werden, wobei die gemessenen Ist-Profildaten entsprechenden Positionsdaten einer relativen oder absoluten Positionsbestimmungseinrichtung zugeordnet werden. Die Soll-Profildaten werden, sofern sie nicht von einem auf der Fräsmaschine installierten Rechner berechnet werden, mit Hilfe von Datenträgern oder per Funk an die Maschinensteuerung übertragen.
    Die Höhenkoordinate z wird mit Hilfe der Positionsdaten der absoluten Positionsbestimmungseinrichtung bezogen auf die Profilabtasteinrichtung oder die Fräsmaschine ermittelt. Diese z-Koordinate wird dann mit Hilfe einer Tiefenmesseinrichtung zusätzlich präzisiert, die sowohl an der Profilabtasteinrichtung als auch an der Fräsmaschine angeordnet ist. Dieser z-Koordinatenwert der Ist-Profildaten liefert einen exakten Positionswert im Raum für die Ist-Profildaten. Die z-Koordinaten können kombiniert werden mit absoluten oder relativen Positionsdaten in der Ebene (x, y-Koordinaten) und oder mit einer Wegstreckeninformation über die relativ zu einem Bezugspunkt zurückgelegte Wegstrecke.
    Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht demzufolge auch darin, dass eine aufwendige Positionsbestimmung hinsichtlich der Fräsmaschine entfallen kann, wenn die Zuordnung der Soll-Profildaten, z.B. über eine Wegstreckeninformation, möglich ist.
    Die Verwendung eines absoluten Koordinatensystems weist den Vorteil auf, dass die Längswelligkeit eines Straßenprofils gegenüber Geländekonturen, beispielsweise einer Steigung oder eines Gefälles, unterschieden werden kann.
    Hinsichtlich der Regelung der Frästiefe bildet der Ist-Wert der eingestellten Frästiefe die Störgröße, der Soll-Wert aus den Soll-Profildaten die Führungsgröße, und das Stellsignal für die Frästiefe der Fräswalze die Regelgröße.
    Hinsichtlich der Ist-Profildaten kann ggf. auch auf archivierte frühere Daten zurückgegriffen werden.
    Die Soll-Profildaten können Ortsvektoren zur Steuerung der Fräsmaschine, und zwar im einzelnen die Position der Fräsmaschine in der Ebene (x,y,z- oder x, z-Koordinaten), die hinsichtlich der Längswelligkeit korrigierte Frästiefe (z-Koordinate), die Neigung und die Fahrtrichtung der Fräsmaschine enthalten.
    Schließlich kann auch die Lenkung und/oder die Querneigung der Fräsmaschine in Abhängigkeit der Soll-Profildaten und der aktuellen Positionsdaten durch die Maschinensteuerung gesteuert werden.
    Die aus der Messung des Ist-Profils mit einer Profilabtasteinrichtung gewonnenen Ist-Profildaten enthalten insbesondere die Längswelligkeit der Verkehrsfläche. Insofern kommt es auf eine bestimmte Basislänge der Profilabtasteinrichtung nicht an, da die Welligkeit der Profildaten ohnehin bei der Erstellung der Soll-Profildaten ausgeglichen wird.
    Vorzugsweise wird nach der Bearbeitung der Verkehrsfläche erneut das Ist-Profil gemessen und die Ist-Profildaten mit dem zugeordneten Positionsdaten zur Dokumentation gespeichert. Mit Hilfe dieser Dokumentation kann gegenüber dem Auftraggeber nachgewiesen werden, wie exakt das Soll-Profil der Verkehrsfläche eingehalten worden ist.
    Zusätzlich zur Frästiefenregelung kann anhand der Maschinenkoordinaten im Raum auch die Lenkungssteuerung der Fräsmaschine erfolgen. Über eine solche Maschinensteuerung könnte die Fräsmaschine ohne Bedienungspersonal auf einer Baustelle ferngesteuert bedient werden.
    Eine Weiterbildung des Verfahrens erfolgt durch
    • das Aufnehmen des Ist-Profils durch Überfahren eines ersten Teilabschnitts der Verkehrsfläche, dessen Länge größer ist als die größte Länge einer noch auszugleichenden Längswelle.
    • das Erzeugen der Soll-Profildaten aus einem Anfangsbasisdatensatz, der die Ist-Profildaten des ersten. Teilabschnitts der Verkehrsfläche enthält,
    • das Abfräsen des ersten Teilabschnitts der Verkehrsfläche mit einer Frästiefenregelung auf der Basis der sich aus dem Anfangsbasisdatensatz ergebenden Soll-Profildaten des ersten Teilabschnitts,
    • das kontinuierliche Aktualisieren des sich auf eine vorbestimmte Basislänge der Verkehrsfläche beziehenden Basisdatensatzes nach dem Abfräsen des ersten Teilabschnittes entsprechend dem weiteren Arbeitsfortschritt, indem die Ist-Profildaten inkremental aktualisiert werden, und
    • das Abfräsen weiterer Teilabschnitte der Verkehrsfläche in Abhängigkeit von kontinuierlich aktualisierter Soll-Profildaten auf der Basis des ständig aktualisierten Basisdatensatzes.
    Zu Beginn wird zunächst das Ist-Profil in einem ersten Teilabschnitt der Verkehrfläche aufgenommen. Dieser Teilabschnitt dient als Basislänge für die aufgenommenen Ist-Profildaten die in dem Anfangsbasisdatensatz gespeichert werden. Die in dem Anfangsbasisdatensatz enthaltenen Ist-Profildaten dienen zur Erzeugung der Soll-Profildaten für den ersten Teilabschnitt. Anschließend wird der erste Teilabschnitt abgefräst, wobei die Frästiefenregelung in Abhängigkeit des positionsabhängigen Sollwertes der Soll-Profildaten, die sich auf den ersten Teilabschnitt beziehen, erfolgt.
    Nach dem Abfräsen des ersten Teilabschnitts wird das Ist-Profil über den ersten Teilabschnitt hinaus weiterhin kontinuierlich abgetastet, wobei der Basisdatensatz kontinuierlich durch die neu aufgenommenen Ist-Profildaten aktualisiert wird. Der Basisdatensatz bezieht sich dabei auf eine vorbestimmte Basislänge der Verkehrsfläche. Diese Basislänge wandert mit dem Arbeitsfortschritt mit, so daß entsprechend der Aufnahme neuer Ist-Profildaten, die am weitesten zurückliegenden Ist-Profildaten aus dem Basisdatensatz entfernt werden. Das Abfräsen weiterer Teilabschnitte der Verkehrsfläche erfolgt dann in Abhängigkeit von kontinuierlich aktualisierten Soll-Profildaten auf der Basis des ständig aktualisierten Basisdatensatzes.
    Vorzugsweise entspricht die Länge des ersten Teilabschnitts der Verkehrsfläche der Basislänge des fortlaufend aktualisierten Basisdatensatzes.
    Der Basisdatensatz enthält die Ist-Profildaten eines Teilabschnitts der Verkehrsfläche, deren Länge größer ist als die größte noch auszugleichende Längswelle der Verkehrsfläche.
    In der Praxis bedeutet dies, daß der Basisdatensatz beispielsweise die Ist-Profildaten eines Teilabschnitts der Verkehrsfläche von ca. 50 bis 300 m Länge; vorzugsweise von ca. 100 bis 200 m Länge, enthält.
    Das Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche im ersten Teilabschnitt kann in vorteilhafter Weise auch durch die Fräsmaschine erfolgen. Dabei ist die Fräswalze nicht im Eingriff mit der Verkehrsfläche. Am vorderen Maschinenrähmen der Fräsmaschine ist dabei eine Profilabtasteinrichtung sowie eine Positionsbestimmungseinrichtung angeordnet.
    Alternativ kann das Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche im ersten Teilabschnitt mit einer separat verfahrbaren Profilabtasteinrichtung erfolgen.
    Nach dem ersten Teilabschnitt erfolgt das kontinuierliche Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche mit einer an der Fräsmaschine im vorderen Bereich angeordneten Profilabtasteinrichtung.
    Die durch den Basisdatensatz erfaßte Basislänge der Verkehrsfläche für die Erzeugung der Soll-Profildaten kann während des Arbeitsfortschritts veränderbar sein. Auf diese Weise kann während des Fräsprozesses auf Besonderheiten der Geländestruktur Rücksicht genommen werden.
    Die separate Profilabtasteinrichtung kann mit einem vorwählbaren Abstand zur Fräsmaschine das Ist-Profil vor der Fräsmaschine abtasten. Die kontinuierlich erzeugten Soll-Profildaten werden dabei aus einem Basisdatensatz erzeugt, der sich z .T, auf einen relativ zur Fräsmaschine vorausliegenden Teilabschnitt der Verkehrsfläche und z.T. auf einen von der Fräsmaschine bereits überfahrenen Teilabschnitt bezieht. In diesem Fall muß demzufolge stets eine separate Profilabtasteinrichtung relativ zu der Fräsmaschine vorausfahren. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Basislänge, auf den sich der Basisdatensatz bezieht, stets einen vorausliegenden Teilabschnitt der Verkehrsfläche berücksichtigt während bei der On-line-Ist-Profildatenerfassung an der Fräsmaschine die Basislänge im wesentlichen rückschauend, d.h. auf einen bereits überfahrenen Teilabschnitt der Verkehrsfläche bezieht.
    Weitere vorteilhafte Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
    Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
    Es zeigen:
    Fig. 1
    das erfindungsgemäße Verfahren zum Abfräsen von Verkehrsflächen,
    Fig. 2
    die Regelung der Frästiefe während des Fräsprozesses,
    Fig. 3
    die Glättung der Längswelligkeit der Verkehrsfläche mit Hilfe des erfindungsgemäßen Fräsverfahrens, und
    Fig. 4
    eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abfräsen von Verkehrsflächen.
    Das Verfahren zum Abfräsen von Verkehrsflächen 2 ist in Fig. 1 näher erläutert. Grundsätzlich besteht das Verfahren aus drei Prozeßschritten, nämlich zunächst die Ist-Profilaufnahme mit der Erstellung der Ist-Profildaten, dann die Erstellung eines gewünschten Soll-Profils und schließlich der Fräsprozeß. Im Anschluß an den Fräsprozeß kann eine erneute Ist-Profilaufnahme zur Dokumentation des Fräsergebnisses erfolgen.
    Die Ist-Profilaufnahme kann vorab erfolgen, wobei eine Profilabtasteinrichtung 8 die später zu bearbeitende Verkehrsfläche 2 abfährt und dabei das Ist-Profil der Verkehrsfläche 2 zumindest zweidimensional erfaßt. Zweckmäßig ist dabei die Verwendung einer absoluten Positionsbestimmungseinrichtung 16a, 16c, mit deren Hilfe das Ist-Profil mit hoher Genauigkeit erstellt werden kann. Die Profilabtasteinrichtung 8 ist mit einer relativen Tiefenmesseinrichtung versehen, so daß die Tiefenwerte (z-Koordinate) der absoluten Positionsbestimmungseinrichtung 16a,16b durch die relativen Tiefenwerte der Profilabtasteinrichtung 8 korrigiert werden können. Es werden somit zumindest zweidimensionale Ist-Profildaten durch Zuordnen der gemessenen Tiefenwerte zu Positionsdaten der relativen oder absoluten Positionsbestimmungseinrichtung 16a,16b erstellt.
    Vor Beginn des Fräsprozesses werden dann aus den vorhandenen Ist-Profildaten rechnerisch mathematisch-geometrisch oder graphisch am Bildschirm ggf. mit Interventionsmöglichkeiten durch eine Bedienungsperson Soll-Profildaten erstellt, die einerseits von einer vorgegebenen Frästiefe und andererseits von Tiefenkorrekturwerten hinsichtlich der Längswelligkeit der Verkehrsfläche 2 abhängig sind. Die Ist-Profildaten werden somit hinsichtlich der Tiefenwerte geglättet, wodurch auch eine langwellige Längswelligkeit der Verkehrsfläche 2 auskorrigierbar ist. Dabei können die erstellten Soll-Profildaten rein rechnerisch geglättet sein oder auch überwacht, wobei eine Bedienungsperson z.B. bei dem Beginn von Gefällstrecken über eine Korrektur des Tiefenwertes entscheidet.
    Der Fräsprozeß besteht nun darin, zunächst die aktuelle Position der Fräsmaschine zumindest hinsichtlich der Wegkoordinate zu bestimmen. Dies erfolgt beispielsweise mit einer Positionsbestimmungseinrichtung 16b, die an dem Maschinenrahmen 12 der Fräsmaschine 6 angeordnet ist.
    Die Positionsermittlung für die Position der Fräsmaschine 6 kann prinzipiell über drei Verfahren erfolgen:
  • a) bei der absoluten Positionsbestimmung werden die Maschinenkoordinaten in allen drei Raumkoordinaten (x,y,z) absolut gemessen. Dies kann z.B. mit gestützten GPS-System oder mit Laser-Tracking-Stationen mit automatischer Zielverfolgung (Totalstationen) erfolgen.
    Bei dem GPS-System erfolgt die Positionsbestimmung mit Hilfe von Satelliten, wobei zur Positionsbestimmung die Laufzeitunterschiede von Signalen zwischen unterschiedlich positionierten Satelliten und dem Gegenstand verwendet werden. Höhere Genauigkeiten werden mittels des DGPS-Systems erreicht (Differential-GPS), bei dem zusätzlich zu dem mit der Fräsmaschine 6 bewegten GPS-Empfänger 16b ein stationärer GPS-Empfänger 16c im näheren Umfeld aufgestellt wird. Durch die Differenzbildung der Signale beider GPS-Empfänger erhält man eine höhere Genauigkeit. Zur Erzielung noch höherer Genauigkeiten kann die Positionsinformation zusätzlich über Kreiselkompaß, Wegimpuls und Lenkinformationen korrigiert werden (gestütztes DGPS-System).
  • b) Bei Verwendung einer oder mehrerer automatischer Totalstationen wird die Maschine mit.einem Reflektor, nämlich einem aktiven oder passiven Prisma, ausgerüstet, das einen von einer Sender/Empfangseinheit ausgesandten Laserstrahl zu derselben zurückreflektiert. Aus der Laufzeit und/oder der Phasenlage des Signals und den Empfangswinkeln kann die Position der Maschine errechnet werden.
  • c) Den Ist-Profildaten wird zusätzlich eine Wegstreckeninformation hinzugefügt. Die Positionsbestimmung der Fräsmaschine 6 kann dann allein aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke den Ist- bzw. Soll-Profildaten zugeordnet werden.
    • Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit kann zusätzlich die relative Höhenkoordinate zwischen den Fahrwerken einer Fräsmaschine 6 oder einer Profilabtasteinrichtung 8 gemessen werden, wobei dieser relative z-Wert zur Korrektur der absoluten z-Koordinate verwendet wird.
    Es ist demzufolge nicht zwingend erforderlich, daß die Positionsbestimmungseinrichtung 16b der Fräsmaschine 6 wiederum absolute Positionsdaten erzeugt.
    Die Maschinensteuerung 10 kann mit Hilfe der Positionsbestimmungseinrichtung 16b unmittelbar die Frästiefe der Fräswalze 4 in Abhängigkeit von den aktuellen Positionsdaten der Fräsmaschine 6 und von der Differenz des Ist-Wertes und das aus den Soll-Profildaten resultierenden Soll-Wert für die Frästiefe regeln.
    Fig. 2 erläutert die Bildung der Führungsgröße z-Soll für den Regelkreis der Frästiefensteuerung. Hierzu wird zunächst mit Hilfe der Positionsbestimmungseinrichtung 16b die absolute Maschinenposition in der Ebene bzw. auf der Geraden bestimmt. Gleichzeitig wird die aktuell eingestellte Frästiefe z-Ist als relativer Abstandswert des Maschinenrahmens 12 zur abgetragenen Verkehrsfläche 3 festgestellt, so daß dann die aktuellen Positionsdaten mit dem aktuellen Frästiefen-Ist-Wert vorliegen. Durch Vergleich mit den Soll-Profildaten läßt sich in Abhängigkeit von der Maschinenposition der Soll-Wert z-Soll für die Frästiefe den Soll-Profildaten entnehmen. Die Differenz des Wertes z-Soll minus z-Ist stellt die Regelabweichung dar, wodurch ein Höhenverstellungssignal für die Fahrwerke 14,15 erzeugt wird, so daß eine Regelung des Soll-Wertes der Frästiefe erfolgt.
    Fig. 3 zeigt die Fräsmaschine 6, deren vorderes Fahrwerk auf der noch unbearbeiteten Verkehrsfläche 2 aufliegt, während das hintere Fahrwerk 15 bereits auf der abgearbeiteten verkehrsfläche 3 aufliegt. Selbstverständlich können zur Frästiefeneinstellung für die Fräswalze 4 auch beide Fahrwerke 14,15 verstellt werden. Aufwendiger ist dagegen, eine Höhenverstellung der Fräswalze 4 selbst vorzusehen.
    Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist die alte Verkehrsfläche 2 eine erhebliche Längswelligkeit auf, die mit Hilfe der Frästiefenregelung der Maschinensteuerung 10 eliminiert werden kann. Die abgetragene Verkehrsfläche 3 kann mit einer Genauigkeit im Millimeterbereich hergestellt werden.
    Die Profilabtasteinrichtung 8 fährt zur Erstellung der Ist-Profildaten vor der Fräsmaschine 6 über die zu erneuernde Verkehrsfläche 2. Die gleiche Profilabtasteinrichtung 8 kann, wie auf der rechten Seite der Fig. 3 ersichtlich ist, auch über die abgetragene Verkehrsfläche 3 fahren, um eine erneute Ist-Profildatenerfassung zwecks Dokumentation zu ermöglichen.
    Fig. 4 zeigt die Fräsmaschine mit einer absoluten Positionsbestimmungseinrichtung 16b,16c (Differential-GPS).
    Diese besteht aus einem stationären Global Positioning System (GPS) 16c, das an geeigneter Stelle neben der zu bearbeitenden Verkehrsfläche 2 installiert wird und auch für die Profilabtasteinrichtung 8 benötigt wird.
    Die Fräsmaschine 6 weist ein weiteres am Maschinenrahmen 12 angeordnetes GPS-System 16b auf.
    Aus der Differenz der Daten des stationären GPS-Systems 16c und des mobilen GPS-Systems 16b läßt sich die IstPosition der Fräsmaschine 16a bzw. der Profilabtasteinrichtung 8 in Absolutwerten in x-, y- und z-Koordinaten bestimmen. Die Meßwerte der Positionsbestimmungseinrichtung 16b,16c werden der Maschinensteuerung 10 zugeführt und können dort mit Hilfe eines Monitors 20 angezeigt werden.
    Die Soll-Profildaten werden beispielsweise, wie in Fig. 4, extern an einen Rechner 22 erstellt und dann mit Hilfe eines Datenträger-Lesegerätes 24 der Maschinensteuerung 10 zugeführt.
    Dabei kann alternativ auch vorgesehen sein, die Soll-Profildaten per Funk an die Maschinensteuerung 10 zu übertragen.
    Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Soll-Profildaten mit Hilfe eines Rechners der Maschinensteuerung 10 zu erstellen.

    Claims (15)

    1. Verfahren zum Abfräsen von Verkehrsflächen (2) mit einer Fräswalze (4) einer Fräsmaschine (6) durch
      Erfassen der Längswelligkeit der Verkehrsfläche (2) durch Messung des Ist-Profils mit einer fahrbaren Profilabtasteinrichtung (8) unter Verwendung der Höhenkoordinate der Positionsdaten einer Positionsbestimmungseinrichtung (16a, 16c), wobei die Höhenkoordinate der Positionsdaten der Positionsbestimmungseinrichtung (16a, 16c) mit Hilfe einer Tiefenmesseinrichtung durch relative Tiefenmesswerte zwischen der Positionsbestimmungseinrichtung (16a, 16c) und der Verkehrsfläche (2) zur Erstellung zumindest zweidimensionaler Ist-Profildaten korrigiert wird,
      Erstellen der Ist-Profildaten durch Zuordnen der gemessenen Höhenkoordinate der Positionsdaten zu Lagepositionsdaten der Positionsbestimmungseinrichtung (16a, 16c) in der Ebene,
      Erzeugen von Soll-Profildaten aus den gemessenen Ist-Profildaten, wobei die Soll-Profildaten hinsichtlich der Längswelligkeit der Verkehrsflächen korrigiert sind,
      Bestimmen der aktuellen Lageposition der Fräsmaschine (6), und
      Regeln der Frästiefe der Fräswalze (4) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den gemessenen Ist-Profildaten und den Soll-Profildaten,
      gekennzeichnet dadurch,
      dass die Höhenkoordinate der Ist-Profildaten sowie die Lagepositionsdaten der Positionsbestimmungseinrichtung (16a, 16c) in einem absoluten Koordinatensystem bestimmt wird,
      die Soll-Profildaten im gleichen absoluten Koordinatensystem ermittelt werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fräsmaschine lenkbar ist, wobei die Lenkung und/oder die Querneigung der höhenverstellbaren Fräsmaschine (6) in Abhängigkeit der Soll-Profildaten und der aktuellen Positionsdaten gesteuert wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Messen des Ist-Profils der Verkehrsfläche (2) im Online-Verfahren mit Hilfe einer der Fräsmaschine (6) vorausfahrenden Profilabtasteinrichtung (8).
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bearbeitung der Verkehrsfläche (2) erneut das Ist-Profil gemessen wird und die Ist-Profildaten gemeinsam mit den zugeordneten Positionsdaten zur Dokumentation gespeichert werden.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Fräsmaschine in Form von Maschinenkoordinaten im Raum (x, y, z) oder in der Ebene (x, y) mittels einer Laser-Tracking-Station mit automatischer Zielverfolgung ermittelt werden.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Fräsmaschine in Form von Maschinenkoordinaten im Raum (x, y, z) oder in der Ebene (x, y) mittels eines gestützten DGPS-Systems ermittelt werden.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinensteuerung (10) die Verkehrsfläche, einen Führungsdraht oder eine künstliche, mit Laserlicht aufgespannte Ebene als Referenzebene für die Frästiefenregelung verwendet.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Profildaten mit Hilfe von Datenträgern oder per Funk an die Maschinensteuern (10) übertagen werden.
    9. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
      das Aufnehmen des Ist-Profils durch Überfahren eines ersten Teilabschnitts der Verkehrsfläche (2), dessen Länge größer ist als die größte Länge einer noch auszugleichenden Längswelle der Verkehrsfläche (2),
      das Erzeugen der Soll-Profildaten aus einem Anfangsbasisdatensatz, der die Ist-Profildaten des ersten Teilabschnitts der Verkehrsfläche (2) enthält,
      das Abfräsen des ersten Teilabschnitts der Verkehrsfläche (2) mit einer Frästiefenregelung auf der Basis der sich aus dem Anfangsbasisdatensatz ergebenden Soll-Profildaten des ersten Teilabschnitts,
      das kontinuierliche Aktualisieren des sich auf eine vorbestimmte Basislänge der Verkehrsfläche (2) beziehenden Basisdatensatzes nach dem Abfräsen des ersten Teilabschnittes entsprechend dem weiteren Arbeitsfortschritt, indem die Ist-Profildaten inkremental aktualisiert werden, und
      das Abfragen weitere Teilabschnitte der Verkehrsfläche (2) in Abhängigkeit von kontinuierlich aktualisierten Soll-Profildaten auf der Basis des ständig aktualisierten Basisdatensatzes.
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisdatensatz die Ist-Profildaten eines Teilabschnitts von ca. 50 bis 300 m, vorzugsweise von ca. 100 bis 200 m Länge enthält.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, gekennzeichnet durch das Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche (2) im ersten Teilabschnitt mit einer separaten Profilabtasteinrichtung (8).
    12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, gekennzeichnet durch das Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche (2) im ersten Teilabschnitt durch die Fräsmaschine (6) ohne Eingriff der Fräswalze (4).
    13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch das kontinuierliche Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche (2) nach dem ersten Teilabschnitt mit einer an der Fräsmaschine (6) im vorderen Bereich angeordneten Profilabtasteinrichtung (8).
    14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Basisdatensatz erfasste Basislänge der Verkehrsfläche (2) für die Berechnung der Soll-Profildaten während des Arbeitsfortschritts veränderbar ist.
    15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die separat verfahrbare Profilabtasteinrichtung (8) mit einem vorwählbaren Abstand zur Fräsmaschine (6) das Ist-Profil vor der Fräsmaschine abtastet und dass die kontinuierlich erzeugten Soll-Profildaten aus einem Basisdatensatz erzeugt werden, der sich zum Teil auf einen relativ zur Fräsmaschine (6) vorausliegenden Teilabschnitt der Verkehrsfläche und zum Teil auf einen von der Fräsmaschine (6) bereits überfahrenen Teilabschnitt bezieht.
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