EP3960933A1

EP3960933A1 - Verfahren zum einstellen einer temperatur eines glättblechs einer einbaubohle eines strassenfertigers

Info

Publication number: EP3960933A1
Application number: EP20193017.9A
Authority: EP
Inventors: Martin Buschmann; Roman Munz; Ralf Weiser; Dennis Hanfland
Original assignee: Joseph Voegele AG
Current assignee: Joseph Voegele AG
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2022-03-02
Also published as: CN114108426B; JP2022040054A; BR102021016963A2; US20220064874A1; CN114108426A

Abstract

Verfahren zum Einstellen einer Temperatur eines Glättblechs einer Einbaubohle (101) eines Straßenfertigers (100), dadurch gekennzeichnet, dass die Einbaubohle ein Heizelement (113), das das Glättblech (111) beheizt, und einen Temperatur-Sensor (114), der die Temperatur des Glättblechs über eine Zeitspanne misst, umfasst und der Straßenfertiger eine Steuereinheit (130) umfasst, die abhängig von einem zeitlichen Verlauf der Temperatur des Glättblechs eine Soll-Temperatur des Heizelements (113) einstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Temperatur eines Glättblechs einer Einbaubohle eines Straßenfertigers gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Einstellen einer Temperatur eines Glättblechs einer Einbaubohle eines Straßenfertigers gemäß Oberbegriff des Anspruchs 5 und einen Straßenfertiger zum Ausbringen von Material auf einen Untergrund.

Stand der Technik

Straßenfertiger und entsprechende Verfahren auch zum Einstellen der Temperaturen der üblicherweise vorgesehenen Einbaubohlen bzw. der Glättbleche sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Solche Verfahren werden üblicherweise genutzt, um eine Temperatur des Glättblechs zu gewährleisten, die ein zuverlässiges Ausbringen des Materials zum Herstellen der Straße gewährleistet und gleichzeitig verhindert, dass das Material zu stark erwärmt wird.
So ist etwa aus der DE 10 2018 127 353 A1 ein System zum Regeln der Beheizung eines Glättblechs bekannt, bei dem die Temperatur des Materials entlang seines Förderweges von dem Materialbehälter in die Einbaubohle gemessen wird. Anhand dieser Temperatur, die der Ist-Temperatur des Einbaumaterials entspricht, wird durch die Steuereinheit unter Vergleich mit den Temperaturwerten, die ein weiterer Temperatursensor für das Glättblech misst, eine Heizung betrieben, um die Glättblechtemperatur innerhalb eines Temperaturschwankungsbereichs bezüglich einer ansonsten geschätzten Einbaumaterialtemperatur zu halten.
Durch das Vorsehen diverser Sensoren ist es mit dem in diesem Dokument offenbarten Verfahren möglich, die Einbaumaterialtemperatur abzuschätzen und so die Steuerung der Heizung genau zu regeln. Andererseits werden so viele Sensoren notwendig, was die Möglichkeit von Fehlfunktionen beim Ausfall eines oder mehrerer Sensoren erhöht. Da die Sensoren, die die Temperatur des Einbaumaterials messen, unabhängig von den Sensoren sind, die die Glättblechtemperatur messen, und beide Temperaturmessungen für den Betrieb notwendig sind, liegt in diesen Sensoren auch keine Redundanz vor, sodass bereits der Ausfall eines der entsprechenden Sensortypen die Durchführung des Verfahrens behindert.
Außerdem muss die Steuereinheit eine Fülle von Inputs erhalten und verarbeiten, sodass die Anzahl der Schnittstellen hoch und die Steuereinheit damit komplex ist.

Aufgabe

Ausgehend vom bekannten Stand der Technik besteht die zu lösende technische Aufgabe darin, ein Verfahren zum Beheizen eines Glättblechs einer Einbaubohle eines Straßenfertigers anzugeben, das eine reduzierte Fehleranfälligkeit bei gleichzeitig geringerem Komponenteneinsatz erreicht.

Lösung

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, durch das Verfahren gemäß Anspruch 5 bzw. durch den Straßenfertiger gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einstellen einer Temperatur eines Glättblechs einer Einbaubohle eines Straßenfertigers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einbaubohle ein Heizelement, das das Glättblech beheizt, und einen Temperatur-Sensor, der die Temperatur des Glättblechs über eine Zeitspanne misst, umfasst und der Straßenfertiger eine Steuereinheit umfasst, die abhängig von einem zeitlichen Verlauf der Temperatur des Glättblechs eine Soll-Temperatur des Heizelements einstellt.
Dieses Verfahren kommt vorteilhaft ohne einen Sensor zum direkten Messen der Temperatur des Materials, das von der Einbaubohle des Straßenfertigers auf den Untergrund aufgebracht wird (Straßenbelag), aus. Dies bedeutet, es muss kein speziell zum Messen der Temperatur des Materials ausgestalteter Sensor vorgesehen werden. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass aufgrund eines Wärmeaustausches zwischen dem Glättblech und dem Material, das durch dieses Glättblech erwärmt werden soll, der Temperaturverlauf des Glättblechs abhängig von der Materialtemperatur verändert wird und dies einen Rückschluss auf die Materialtemperatur bei ansonsten bekannter Temperatur des Glättblechs erlaubt, womit eine gewünschte Soll-Temperatur des Glättblechs und damit die Heizleistung vorteilhaft eingestellt werden kann, ohne dass hierfür eine exakte Bestimmung der Temperatur des Materials notwendig wäre, was die Anzahl notwendiger Komponenten reduziert.
Es kann vorgesehen sein, dass das Glättblech durch das Heizelement auf eine erste Temperatur erwärmt wird und anschließend das Heizelement abgeschaltet wird und das Glättblech mit Material in Kontakt gebracht wird, das auf einen Untergrund ausgebracht wird, wobei aus dem zeitlichen Verlauf der Temperatur des Glättblechs nach dem Abschalten des Heizelements durch die Steuereinheit eine Material-Temperatur ermittelt wird und abhängig von der Material-Temperatur die Soll-Temperatur bestimmt wird.
Mit dieser Ausführungsform wird ausgenutzt, dass sich das Glättblech bei Kontakt mit dem Material abkühlt, wenn es auf eine hohe Temperatur gebracht wurde. Diese Abkühlung erfolgt nach bekannten physikalischen Gesetzen und erlaubt damit bei Kenntnis der Temperatur des Glättblechs Rückschlüsse auf die Temperatur des Materials, die damit ebenfalls nicht mittels eines Sensors oder anderer Mittel bestimmt werden muss.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Heizelement das Glättblech auf eine Aufwärm-Temperatur erwärmt, die kleiner als eine Material-Temperatur des Materials ist, das auf einen Untergrund ausgebracht wird, und anschließend das Glättblech mit dem Material in Kontakt gebracht wird, während das Heizelement das Glättblech erwärmt, wobei die Material-Temperatur durch die Steuereinheit aus dem zeitlichen Verlauf der Temperatur des Glättblechs, während es durch das Heizelement erwärmt wird und mit dem Material in Kontakt ist, ermittelt wird und abhängig von der Material-Temperatur die Soll-Temperatur bestimmt wird.
In dieser Ausführungsform ist es möglich, im zeitlichen Verlauf der Temperatur des Glättblechs den Punkt zu ermitteln, bei dem ein zusätzlicher Wärmeübertrag vom Material auf das Glättblech nicht mehr erfolgt, weil die Temperatur des Glättblechs über der Temperatur des Materials liegt. Damit kann auf die Temperatur des Materials rückgeschlossen werden, was wiederrum eine Bestimmung der Soll-Temperatur der Heizung ohne genaue Kenntnis der Materialtemperatur erlaubt.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinheit die Soll-Temperatur aus der Material-Temperatur durch Erhöhen der Material-Temperatur um einen Differenzwert ermittelt. Damit ist sichergestellt, dass die Temperatur des Glättblechs immer über der ermittelten Materialtemperatur liegt. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn sich die Bohlenheizung entweder im Taktbetrieb befindet und dadurch das Glättblech zeitweise nicht beheizt wird. Die Steuereinheit wird dabei bei Erreichen der Soll-Temperatur des Glättblechs das Heizelement abschalten und nach Abkühlen des Glättblechs auf Materialtemperatur das Heizelement wieder mit Energie versorgen.
Der Differenzwert kann als "Offset" angesehen werden und kann so beispielsweise dazu dienen, die Temperatur der Bohle möglichst immer oberhalb oder wenigstens gleich der Materialtemperatur zu halten. Ein unerwünschtes Haften von Einbaumaterial wird so vermieden.
Ein alternatives erfindungsgemäßes Verfahren zum Einstellen einer Temperatur eines Glättblechs einer Einbaubohle eines Straßenfertigers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einbaubohle ein Heizelement, das das Glättblech beheizt, umfasst und der Straßenfertiger eine Steuereinheit umfasst, wobei die Steuereinheit die Soll-Temperatur des Glättblechs unter Berücksichtigung eines Betriebsparameters des Straßenfertigers und/oder der Umgebung und/oder des Straßenbelags ermittelt.
Unter dem Begriff des "Betriebsparameters" des Straßenfertigers, der Umgebung oder des Straßenbelags werden solche Werte verstanden, die bereits im gewöhnlichen Betrieb des Straßenfertigers ermittelt werden, etwa die Straßenbelagstemperatur, die Materialtemperatur bei Anlieferung oder ähnliches. So ist es beispielsweise üblich, bei einem Scannen der Straße hinter dem Straßenfertiger die Oberflächentemperatur der Straße mit dem darauf ausgebrachten Material und damit insbesondere die Temperatur des auf den Boden ausgebrachten Materials zu erfassen. Entsprechende Mittel sind üblicherweise unabhängig von den Sensoren der Einbaubohle vorgesehen. Für die Bestimmung einer nötigen Temperatur des Glättblechs kann dann die für das ausgebrachte Material ermittelte Temperatur genutzt werden, indem beispielsweise berücksichtigt wird, dass die Materialtemperatur vor dem Ausbringen und während das Material in Kontakt mit dem Glättblech der Einbaubohle ist, geringfügig höher ist als die während des Scans gemessene Temperatur des bereits ausgebrachten Materials. Hier kann insbesondere zur Vereinfachung der Berechnung angenommen werden, dass die Temperatur des ausgebrachten Materials (die durch den Scan ermittelt wird) gleich der Materialtemperatur T_mat im Bereich der Einbaubohle, insbesondere bei Kontakt mit dem Glättblech ist. Die Soll-Temperatur des Glättblechs der Einbaubohle kann dann als ein Wert T_mat+ΔT festgelegt werden, wobei ΔT>0K ein Temperatur-Offset sein kann, der so gewählt ist, dass ein Anhaften des Materials an der Einbaubohle vermieden wird.
Durch die Anwendung entsprechender Betriebsparameter für die Bestimmung der Soll-Temperatur kann ebenfalls ein hinsichtlich der Hardwareanforderungen kompakteres System bereitgestellt werden, da keine zusätzlichen Sensoren vorgesehen werden müssen.
Die Berücksichtigung der Betriebsparameter ist dabei so zu verstehen, dass, entgegen den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen, es möglich sein kann, auf weitergehende Berechnungen zu verzichten, sondern aus den allgemein als "Betriebsparametern" beschriebenen Werten unmittelbar die Materialtemperatur zu ermitteln und basierend darauf (etwa durch Hinzufügen eines Temperatur-Offsets wie oben beschrieben) die Soll-Temperatur des Glättblechs zu bestimmen.
In einer Ausführungsform umfasst der Betriebsparameter des Straßenbelags eine Oberflächentemperatur des Straßenbelags, die während eines Temperatur-Scans ermittelt wurde. Die Oberflächentemperatur des Straßenbelags kann insbesondere in Fahrtrichtung des Fahrzeugs hinter dem Fahrzeug gemessen werden und kennzeichnet so die bereits oben beschriebene Temperatur des gerade ausgebrachten Materials, womit (in gewissen Grenzen bzw. mit gewisser Genauigkeit) die Materialtemperatur bekannt ist.
Dies realisiert eine bevorzugte Variante dieser Ausführungsform und erlaubt bei Annahme einer zwischen Kontakt mit dem Glättblech und Messung hinter dem Fahrzeug konstant bleibenden Temperatur die unmittelbare und damit mit Hinblick auf die notwendige Rechenleistung sparsame Bestimmung der Materialtemperatur.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Betriebsparameter des Straßenfertigers eine in die Steuereinheit eingegebene Angabe über die Material-Temperatur bei Anlieferung umfasst.
Wird das Material, etwa Asphalt, von einem LKW angeliefert, dann ist dieses Material üblicherweise bereits auf eine gewisse Temperatur erwärmt, die im Umfang der Lieferung mit angegeben wird und etwa von einem Bediener manuell in der Steuereinheit eingegeben werden kann oder durch Einscannen eines Lieferscheins der Steuereinheit zugeführt werden kann. Auch hierbei handelt es sich um einen "Betriebsparameter", da er den Zustand des Materials bei seiner Anlieferung kennzeichnet. Ist diese Temperatur der Steuereinheit bekannt, so kann dann vorteilhaft die Heizleistung des Heizelements so gesteuert werden, dass die Temperatur des Glättbleches etwa in einem Bereich um die Temperatur des Materials liegt bzw. kann mit Kenntnis dieser Temperatur eine Abschätzung erfolgen, welche Temperatur das Material noch besitzen wird, wenn es an dem Glättblech angelangt. Wie oben bereits ausgeführt, kann dieser Materialtemperatur dann ein Offset hinzugefügt werden, also ein ΔT>0K, um ein Anhaften des Materials an dem Glättblech sicher zu verhindern.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Betriebsparameter der Umgebung eine Umgebungstemperatur umfasst.
Die Umgebungstemperatur, also die Temperatur der Luft etwa, kann vorteilhaft Eingang in die Bestimmung der Soll-Temperatur des Glättblechs gewinnen und bedarf keiner zusätzlichen Komponenten, da diese Temperatur bereits üblicherweise von Straßenfertigern ermittelt wird.
In einer Ausführungsform ermittelt die Steuereinheit eine Material-Temperatur des Materials bei Erreichen des Glättblechs aus der Material-Temperatur bei Anlieferung und aus der Umgebungstemperatur und die Steuereinheit stellt die Soll-Temperatur abhängig von der ermittelten Material-Temperatur.
Dies kombiniert vorteilhaft die bereits beschriebenen Ausführungsformen.
Es kann auch angedacht sein, dass die Steuereinheit zur Bestimmung der Soll-Temperatur in einem der Steuereinheit zugeordneten Speicher hinterlegte Informationen verwendet.
Diese Informationen können sich etwa auf für ein bestimmtes Material notwendige Temperaturen beziehen und können von Material zu Material verschieden sein, sodass die Steuereinheit mit den notwendigen Informationen versorgt werden kann.
Der erfindungsgemäße Straßenfertiger zum Ausbringen von Material auf einen Untergrund umfasst einen Materialbehälter, eine Einbaubohle und ein Fördersystem zum Befördern von Material vom Materialbehälter zur Einbaubohle, wobei die Einbaubohle ausgebildet ist, Material auf den Untergrund auszubringen und wobei die Einbaubohle ein Glättblech und ein Heizelement zum Erwärmen des Glättblechs umfasst, wobei der Straßenfertiger einen Temperatur-Sensor zum Messen einer Temperatur des Glättblechs und eine Steuereinheit umfasst, die ausgebildet ist, die Temperatur des Heizelement zu steuern, wobei der Straßenfertiger ausgebildet ist, ein Verfahren nach einer der vorangegangenen Ausführungsformen durchzuführen.
Dieser Straßenfertiger kann die vorteilhaften Eigenschaften der in den vorangegangenen Ausführungsformen beschriebenen Verfahren realisieren.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1: schematische Darstellung eines Straßenfertigers gemäß einer Ausführungsform
Fig. 2: Fließschema eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform
Fig. 3: Fließschema eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform
Fig. 4: Fließschema gemäß einer anderen Ausführungsform

Ausführliche Beschreibung

Fig. 1 zeigt einen Straßenfertiger 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Straßenfertiger ist in dieser Ausführungsform im Wesentlichen als einen Fahrzeugteil (auch Zugmaschine genannt) 102 und eine Einbaubohle 101 umfassend ausgebildet.
In der hier dargestellten Ausführungsform umfasst der Fahrzeugteil 102 unter anderem einen Fahrerstand 124, auf dem beispielsweise der Fahrer des Straßenfertigers 100 Platz nehmen kann. Dort können etwa auch Bedienelemente vorgesehen sein, um dem Fahrer die Bedienung des Straßenfertigers zu ermöglichen.
Der Straßenfertiger 100 verfügt im Fahrzeugteil 102 weiterhin über einen Materialgutbehälter 122, auch Gutbunker genannt. In diesem wird das auf die Straße auszubringende Material 123, wie etwa Asphalt, gelagert, um für den weiteren Transport bzw. Verwendung vorgehalten zu werden.
Hier nicht im Detail dargestellt ist ein Fördersystem, das in dem Fahrzeugteil 102 angeordnet ist und das Material aus dem Materialgutbehälter 122 (bzw. Gutbunker) der Einbaubohle 101 zuführt.
Die Einbaubohle 101 ist mit dem Fahrzeugteil 102 über aus dem Stand der Technik hinreichend bekannte Verbindungen (üblicherweise Zugholme) 125 (diese können beidseitig an dem Fahrzeugteil 102 befestigt sein) verbunden und kann beispielsweise über einen oder mehrere Nivellierzylinder (hier nicht dargestellt) in einer bestimmten Ausrichtung relativ zum Untergrund 103, auf dem der Straßenfertiger fährt, gelagert sein.
Der Fahrzeugteil 102 umfasst üblicherweise weiterhin eine Antriebseinheit 121, die etwa in Form eines Kettenantriebs ausgebildet sein kann, um eine Bewegung des Straßenfertigers 100 auf dem Untergrund 103 zu ermöglichen.
Vor der Einbaubohle 101 umfasst der Straßenfertiger 100 üblicherweise zum einen eine Schnecke 112, mit der das Material auf den Untergrund 103 aufgebracht wird. Diese Schnecke ist Teil des Fahrzeugteils 102, gehört strukturell also nicht zur nachgeordneten Einbaubohle. Zum anderen umfasst die Einbaubohle ein oder mehrere Glättbleche 111, wobei die Einbaubohle durch ihr Eigengewicht eine Glättung bzw. Verdichtung des auf den Untergrund 103 aufgebrachten Materials bewirkt.
Alle bisher beschriebenen Teile des Straßenfertigers 100 können so oder in abgewandelter Form vorliegen, sind also lediglich beispielhaft für die Erfindung zu verstehen. Erfindungsgemäß umfasst der Straßenfertiger 100 wenigstens eine Einbaubohle mit Glättblech und eine Steuereinheit.
Um ein Haften des Materials am Glättblech und damit eine negative Beeinträchtigung des Ausbringergebnisses zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem Glättblech ein Heizelement 113 zugeordnet ist. Dieses Heizelement ist derart angeordnet und ausgebildet, dass es das Glättblech erwärmen kann, insbesondere gezielt durch Zuführung von Wärme auf eine bestimmte Temperatur temperieren kann.
Überdies ist dem Glättblech 111 ein Temperatursensor 114 zugeordnet, der die Temperatur des Glättblechs messen kann.
Da das Heizelement üblicherweise dem Glättblech eine Wärmemenge zuführt, ist allein aufgrund der möglicherweise bekannten Wärmemenge die Temperatur des Glättblechs noch nicht bekannt, da diese etwa auch von der weiteren Wärmeübertragung vom Glättblech auf etwa das auf den Untergrund 103 aufgebrachte Material abhängt. Ist dieses Material etwa durch Kontakt mit dem Untergrund 103 oder mit der Umgebungsluft bereits stark abgekühlt oder zumindest verglichen mit der Temperatur des Glättblechs geringer temperiert, so können bei Zuführen einer bestimmten Wärmemenge verschiedene Temperaturen für das Glättblech erreicht werden, je nach Temperatur des Materials und des damit einhergehenden Wärmeübertrags vom Glättblech auf das Material oder umgekehrt. Um jedoch ein Anhaften des Materials am Glättblech effektiv zu vermeiden, sollte die Temperatur des Glättblechs stets höher oder zumindest gleich der Temperatur des Materials sein.
Aus diesem Grund ist der Temperatursensor 114 vorgesehen, der die Temperatur des Glättblechs misst. Dabei kann es sich beispielsweise um einen elektrisch arbeitenden Sensor oder jeden geeigneten Temperatursensor handeln.
Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Steuereinheit 130 vorgesehen, die hier lediglich zum Zwecke der Anschauung in dem Fahrzeugteil 102 angeordnet ist und sowohl mit dem Sensor 114 als auch mit dem Heizelement zum Zwecke des Datenaustausches (beispielsweise mit Hilfe von Kabeln und/oder mittels drahtloser Kommunikationsmittel) verbunden ist.
Erfindungsgemäß ist in einigen Ausführungsformen vorgesehen, dass der Temperatursensor 114 die Temperatur des Glättblechs über eine gewisse Zeitspanne misst (entweder während das Heizelement 113 angeschaltet ist oder während es ausgeschaltet ist) und abhängig von dem gemessenen zeitlichen Temperaturverlauf des Glättblechs die Steuereinheit 130 im Anschluss (insbesondere nach einer Ermittlung der Temperatur des Materials 131) das Heizelement 113 so steuert, dass das Glättblech auf eine gewünschte Soll-Temperatur erwärmt wird, insbesondere auf der Soll-Temperatur gehalten wird (etwa unter Berücksichtigung eines erlaubten Temperaturfensters, etwa für den Fall eines taktweisen Betriebs der Heizung).
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit einen oder mehrere (weitere) Betriebsparameter berücksichtigt, die bei der Bestimmung der Soll-Temperatur des Glättblechs berücksichtigt werden, wie die Umgebungstemperatur, die Temperatur des Materials 123 bei seiner Anlieferung oder die Oberflächentemperatur des Straßenbelags.
Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen bisherige Straßenfertiger hinsichtlich der verwendeten Sensoren nicht modifiziert werden müssen, um das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer der noch zu beschreibenden Ausführungsformen durchzuführen. Insbesondere ist vorgesehen, dass Straßenfertiger ohne Sensoren zum Messen der Temperatur des Materials selbst durch Bereitstellen geeigneter Steuerungsprogramme für die Steuereinheit 130 umgerüstet werden können, um das erfindungsgemäße Verfahren zu realisieren.
Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Fig. 2 bis 4 als Fließschema dargestellt und sollen im Folgenden näher erläutert werden.
In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der aus dem Abkühlverhalten des Glättblechs auf die Materialtemperatur geschlossen wird.
Das Verfahren beginnt mit dem Aktivieren des Heizelements zum Erwärmen des Glättblechs. Bevorzugt findet dies statt, bevor überhaupt Material auf den Untergrund ausgebracht wird bzw. mit dem Glättblech in Kontakt kommt. Das Glättblech wird im Schritt 202 zunächst auf eine Temperatur T₁ erwärmt, die über der Temperatur des auf den Untergrund auszubringenden Materials liegt. Die Temperatur des Materials T_mat ist im Schritt 202 jedoch noch nicht bekannt. Das Erwärmen des Glättblechs kann daher auf eine Temperatur T₁ erfolgen, die zumindest über der maximalen Mischguttemperatur (Material-Temperatur) von etwa 180°C liegt, also etwa T₁=200°C. Dies stellt dann sicher, dass unabhängig von der tatsächlichen Materialtemperatur die Temperatur T₁ des Glättblechs im Schritt 202 größer ist als die Materialtemperatur T_mat.
Ist die Temperatur T₁ erreicht, wird im Schritt 203 das Heizelement abgeschaltet, sodass vom Heizelement keine Wärmezufuhr mehr an das Glättblech erfolgt und das Glättblech anfängt, sich abzukühlen.
Zu dieser Zeit wird aber bereits Material der Einbaubohle 101 zugeführt, sodass das Material auch mit dem Glättblech in Kontakt kommt das Glättblech Wärme an das Material abgibt. Dabei wird sich das Glättblech abkühlen.
Unter der vereinfachten Annahme, dass die Materialtemperatur T_mat konstant bleibt (das Material also als Wärmereservoir mit konstanter Temperatur angesehen werden kann), gilt für die Änderung der an das Material übertragenden Wärme Q über die Zeit t $\frac{dQ}{dt} = - c \frac{dT}{dt}$
Für den Wärmefluss gilt jedoch für jede beliebige Zeit das $\frac{dQ}{dt} = a (T_{1} - T_{2})$
ist, wobei T ₁ und T ₂ die Temperatur der am Wärmeaustausch beteiligten Gegenstände sind.
Dies führt letztlich dazu, dass für die Temperatur des Glättblechs in Abhängigkeit von der Zeit gilt $T (t) = (T_{0} - T_{mat}) e^{- Bt} + T_{mat}$
Die Konstante B ist dabei unwesentlich aber durch Materialeigenschaften etwa des Glättblechs (insbesondere dessen Größe bzw. Kontaktfläche mit dem Mischgut) und des Materials bzw. Mischguts bedingt.
Hieraus lässt sich zumindest näherungsweise die Temperatur des Materials T_mat bestimmen.
Dazu wird die Temperatur des Glättblechs über eine bestimmte Zeit Δt gemessen. Aus dem Verlauf der Kurve lässt sich dann auf die Materialtemperatur T_mat schließen, die anschließend im Schritt 205 berechnet wird.
Ist diese Temperatur bekannt, so kann in einem nächsten Schritt 206 die gewünschte Soll-Temperatur T_soll des Glättblechs bestimmt werden. Diese Soll-Temperatur wird verwendet werden, um das Heizelement im nachgeschalteten Schritt 207 zu steuern.
Im Schritt 206 kann das Ermitteln der Soll-Temperatur T_soll des Glättblechs so erfolgen, dass das Glättblech zumindest eine geringfügig höhere Temperatur als das Material aufweist, sodass T_soll > T_mat gewählt werden kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Temperatur des Glättblechs etwa 10K über der tatsächlichen Materialtemperatur liegt. Es kann bei der Bestimmung bzw. Ermittlung der Soll-Temperatur des Glättblechs im Schritt 206 auch vorgesehen sein, dass ein Temperaturbereich als "Soll-Temperatur" festgelegt wird. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Temperatur des Glättblechs nicht auf einen bestimmten Temperaturwert eingestellt wird, sondern auf einen Temperaturbereich zwischen einer (maximalen) Soll-Temperatur T_soll und der eigentlichen Materialtemperatur T_mat, sodass sich die Temperatur des Glättblechs in jedem Fall in diesem Bereich bewegen soll.
Im Schritt 207 wird dann die Steuereinheit das Heizelement (etwa durch Zufuhr von mehr oder weniger Leistung oder durch Einschalten und/oder Abschalten) derart steuern, dass die Temperatur des Glättblechs der Soll-Temperatur entspricht bzw. in dem vorgesehenen Bereich der Temperatur für das Glättblech liegt. Damit wird ein Anhaften des Mischguts an dem Glättblech vermieden.
Dies erfolgt bevorzugt im Rahmen eines aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannten Regelzyklus, wobei basierend auf einem gemessenen Temperaturwert des Glättblechs (hierzu kann etwa der Temperatursensor 114 verwendet werden) die Steuereinheit das Heizelement 113 steuert und anschließend erneut die Temperatur mit dem Temperatursensor 114 gemessen wird und eine erneute Steuerung des Heizelements erfolgt und so fort.
So kann insbesondere bei der Randbedingung, die Temperatur in einem bestimmten Temperaturfenster zwischen einer maximalen Soll-Temperatur und der Materialtemperatur zu halten, zuverlässig die Steuerung der Temperatur des Glättblechs erfolgen.
In Fig. 2 wurde eine Ausführungsform beschrieben, bei der die anfängliche Temperatur des Glättblechs über der Temperatur des Materials liegt.
Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die anfängliche Temperatur (bei der mit der Messung der Temperatur des Glättblechs über ein bestimmtes Zeitintervall begonnen wird) niedriger als die Temperatur des Materials ist.
Eine solche Ausführungsform wird nun in Fig. 3 beschrieben.
In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird zunächst analog zum Schritt 201 das Heizelement aktiviert im Schritt 301.
Allerdings wird diese Aufwärmphase des Glättblechs nur bis zu einer Temperatur T₂ < T_mat durchgeführt und anschließend mit der Messung der Temperatur T_G des Glättblechs über ein gewisses Zeitintervall Δt im Schritt 303 begonnen.
In diesem Zusammenhang kann dann das Material als ein Wärmereservoir mit einer höheren Temperatur angesehen werden und das Heizelement als ein Wärmereservoir für das Glättblech mit einer zweiten konstanten Temperatur, wobei die Temperatur des Heizelements bzw. die darüber zur Verfügung gestellte Wärme größer sein sollte als die Temperatur des Materials, insbesondere das Heizelement eine höhere Temperatur aufweisen sollte als das Material.
Analog zu der obigen Rechnung führen die entsprechenden Schritte zum Addieren des Wärmeübertrags, der jeweils sowohl von dem Material als auch von dem Heizelement geleistet wird, zu einer Zeitabhängigkeit der Temperatur. Allerdings kann in diesem Fall bevorzugt ausgenutzt werden, dass in der Beziehung $\frac{dQ}{dt} = a (T_{1} - T_{2})$
ein Vorzeichenwechsel erfolgt, sobald T₁ von einer Temperatur, die kleiner als T₂ ist, auf eine Temperatur größer als T₂ wechselt. Für die hier beschriebene Ausführungsform gilt für die Änderung der Wärme über die Zeit $\frac{dQ}{dt} = a (T_{G} - T_{mat}) + b (T_{G} - T_{H}) T_{mat}$
gibt hier die Materialtemperatur an und T_H gibt die Temperatur des Heizelements an, wobei T die Temperatur des Glättblechs in Abhängigkeit von der Zeit ist. Die Größen a und b sind Konstanten. Die Temperaturen T_mat und T_H können hier als zeitlich konstant angesehen werden.
Da T_mat<T_H ist, wird in dem zeitlichen Verlauf der Wärmemenge (insbesondere deren Ableitung) ein Knick festzustellen sein, sobald die Temperatur T_G des Glättblechs die Temperatur T_mat des Materials übersteigt, da ab diesem Zeitpunkt nicht länger das Material Wärme an das Glättblech abgibt, sondern das Glättblech beginnt, Wärme an das Material abzugeben.
Aus dieser Gleichung kann nun durch Messung der Temperatur des Glättblechs über eine gewisse Zeit bei Auffinden des Sprungs in der Ableitung die Materialtemperatur T_mat bestimmt werden, sodass diese wieder die Ausgangsgröße bilden kann, um in den Schritten 304 bis 306 die Soll-Temperatur T_soll des Glättblechs zu definieren und das Heizelement entsprechend durch die Steuereinheit zu steuern.
Das Vorgehen in den Schritten 304 bis 306 entspricht dabei dem Vorgehen der Schritte 205 bis 207, wobei anstelle der zu Fig. 2 angegebenen Gleichungen dann die entsprechend der Fig. 3 zu lösende Gleichung verwendet wird.
Das übrige Vorgehen ist hier aber analog. Insbesondere kann auch hier vorgesehen sein, dass durch entsprechende Steuerung des Heizelements die Temperatur des Glättblechs auf eine Soll-Temperatur gebracht wird, die über der Materialtemperatur T_mat liegt oder sich zumindest in einem Bereich zwischen einer maximalen Soll-Temperatur und der Materialtemperatur bewegt, sodass ein Anhaften von Material an dem Glättblech vermieden wird.
Auch hier kann ein entsprechender Regelkreis verwendet werden, der eine Regelung der Temperatur durch Steuerung des Heizelements derart bewirkt, dass sich die Temperatur in dem angestrebten Bereich befindet.
Die Ausführungsformen der Figuren 2 und 3 können auch konkurrierend eingesetzt werden. So kann bei unbekannter Materialtemperatur das Glättblech zunächst auf eine Temperatur T₀ erwärmt werden. Fällt die Temperatur bei Ausschalten des Heizelements dann ab, so kann festgestellt werden, dass die Temperatur T₀>T_mat ist und das Verfahren nach Figur 2 kann durchgeführt werden. Stellt sich bei Ausschalten des Heizelements heraus, dass sich das Glättblech weiter erwärmt, so ist T₀<T_mat und das Verfahren nach Fig. 3 kann durchgeführt werden.
In einer weiteren, zu den bisherigen Verfahren alternativen Ausführungsform gemäß der Fig. 4 wird anhand wenigstens eines Betriebsparameters und/oder eines die Umgebung kennzeichnenden Betriebsparameters und/oder eines den Straßenbelags kennzeichnenden Betriebsparameters die Materialtemperatur im Bereich des Glättblechs bestimmt, um eine Steuerung des Heizelements durchzuführen.
Dazu zeigt Fig. 4 zunächst zwei zueinander alternative oder parallel anwendbare Verfahren, wobei im ersten Verfahren ein Abtasten oder Scannen des Straßenbelags im Schritt 401 durchgeführt wird, nachdem das Material ausgebracht wurde. Entsprechende Verfahren sind bereits bekannt und umfassen unter anderem die Messung der Untergrundtemperatur, sodass im Schritt 403 die Straßenbelagstemperatur T_S aus der Abtastung des Straßenbelags 401 hinter dem Straßenfertiger ermittelt werden kann. Diese Straßenbelagstemperatur ist letztlich die Temperatur des ausgebrachten Materials.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit etwa auf üblicherweise vorgesehene Temperatursensoren zum Messen der Umgebungstemperatur zugreifen und so die Umgebungstemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt messen bzw. einen dafür indikativen Wert erlangen.
Die Straßenbelagstemperatur T_S und die Umgebungstemperatur oder eine von beiden kann dann zusammen mit einem im Schritt 404 erlangten Wert der Materialtemperatur T_mat bei der Lieferung des Materials an den Straßenfertiger kombiniert werden, wobei dies nicht notwendig ist und auch lediglich die Materialtemperatur T_mat bei der Lieferung für das weitere Verfahren berücksichtigt werden kann. Alternativ kann auch die Straßenbelagstemperatur T_S als Anhaltspunkt für die Materialtemperatur T_mat genutzt werden, indem angenommen wird, dass die Straßenbelagstemperatur, wie sie in dem Schritt 401 gemessen wurde, als gleich der Materialtemperatur T_mat angesehen wird.
Die Materialtemperatur bei der Lieferung kann beispielsweise in einem Lieferschein eingetragen sein und dann von einem Bediener etwa über eine geeignete Eingabeeinrichtung, wie eine Tastatur, der Steuereinheit zur Verfügung gestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass mittels eines Barcodescanners oder eines QR-Codescanners, der einen entsprechenden Code auf dem Lieferschein erfassen kann, in dem die Temperatur codiert ist, die entsprechende Temperatur (fehlerfrei) ausgelesen und der Steuereinheit zur Verfügung gestellt wird.
Aus dieser Materialtemperatur, die das Material bei Lieferung (an den Gutbunker des Straßenfertigers) aufweist, kann dann die Temperatur des Materials im Bereich des Glättblechs extrapoliert werden. Diese Extrapolation kann bei Verfügbarkeit der Straßenbelagstemperatur T_S aus dem Schritt 403 und/oder der Umgebungstemperatur aus dem Schritt 402 mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, da das Abkühlverhalten des Materials relativ genau bestimmt werden kann. Alternativ kann auch die Liefertemperatur als prinzipiell mit der Temperatur des Materials bei Passieren des Glättblechs übereinstimmend angenommen werden. Damit ist die Materialtemperatur bekannt und es genügt, die Soll-Temperatur entweder gleich oder geringfügig höher als die Materialtemperatur anzusetzen.
Ist die Materialtemperatur bei der Lieferung nicht bekannt, der Schritt 404 also entweder nicht durchführbar, weil die Information nicht zur Verfügung steht oder nicht angedacht, so kann mit einem "Standardwert", der für die Materialtemperatur bei der Lieferung angenommen wird, gerechnet werden, wobei dann unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur aus dem Schritt 402 und/oder der Straßenbelagstemperatur T_S aus dem Schritt 403 dennoch ungefähr auf die Materialtemperatur im Bereich des Glättblechs zurückgeschlossen werden kann.
Mit dieser Materialtemperatur T_mat, die im Schritt 405 entsprechend den eben beschriebenen Ausführungen bestimmt werden kann, wird dann im Schritt 406 die Soll-Temperatur T_soll für das Glättblech bestimmt. Die Soll-Temperatur kann analog zu den obigen Ausführungsformen festgelegt werden, etwa, dass sie über der geschätzten Materialtemperatur liegt (beispielsweise 10K, 15K oder 20K) und/oder dass sich die Temperatur des Glättblechs zwischen einer maximalen Soll-Temperatur und der geschätzten Materialtemperatur bewegt.
Anhand dieser Soll-Temperatur oder des entsprechenden Bereichs für die Temperatur des Glättblechs erfolgt dann im Schritt 407 eine Steuerung des Heizelements durch die Steuereinheit entsprechend dem bereits beschriebenen Regelkreis.
Für sämtliche oben genannten Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass weitere Informationen berücksichtigt werden, um die Soll-Temperatur des Heizelements zu bestimmen. Beispielsweise kann für das Bestimmen der Soll-Temperatur berücksichtigt werden, welche Materialschicht auf den Untergrund aufgebracht wird, etwa eine Binderschicht oder eine Deckschicht, und abhängig davon eine Soll-Temperatur eingestellt werden, da unterschiedliche Materialien unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich der ihnen maximal zugeführten Wärme aufweisen können, bzw. über eine Grenztemperatur hinaus nicht erwärmt werden sollten. Daher wird, um ein Anhaften des Materials am Glättblech einerseits und eine zu starke Erhitzung des Materials andererseits zu vermeiden die Temperatur auch in dieser Ausführungsform bevorzugt so eingestellt, dass sie nur geringfügig höher als die abgeschätzte Materialtemperatur ist. Solche Informationen können der Steuereinheit über einen Speicher, der der Steuereinheit zugeordnet sein kann, zur Verfügung gestellt werden. Sie können in diesem beispielsweise in Form von einer oder mehreren Datenstrukturen, etwa Tabellen, hinterlegt sein und von der Steuereinheit abgerufen werden, wenn die Bestimmung der Soll-Temperatur erfolgen soll.
So können als entsprechende Informationen etwa auch die Rezepturen des einzelnen Mischguts festgelegt sein oder es kann festgelegt sein, in welchem Temperaturbereich die Temperatur des Mischguts im Bereich des Glättbleches maximal schwanken darf, um hieraus die Soll-Temperatur des Glättblechs zu bestimmen.
Während die vorangegangenen Ausführungsformen der Fig. 2 bis 4 im Wesentlichen alternativ zueinander beschrieben werden, kann auch vorgesehen sein, dass zumindest die Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 mit der Ausführungsform der Fig. 4 kombiniert werden.
Die Ausführungsform der Fig. 4 erlaubt letztlich sogar ohne die Messung der Temperatur des Glättblechs die Festlegung einer Soll-Temperatur für das Glättblech und die anschließende Steuerung des Heizelements, um die entsprechende Temperatur zu erreichen.
Fällt der Temperatursensor zum Messen der Temperatur des Glättblechs entsprechend den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 aus, so kann vorgesehen sein, dass das in Fig. 4 beschriebene Verfahren ohne Regelkreis angewendet wird, indem etwa eine in einem Speicher hinterlegte Information über die notwendige Wärmemenge zum Aufheizen des Glättblechs auf eine bestimmte Temperatur ohne einen nachgeschalteten Regelkreis, der eine Überprüfung erlaubt, ob diese Temperatur auch erreicht wird, durch die Steuereinheit verwendet wird, um das Heizelement 113 (siehe Fig. 1) entsprechend zu steuern. Das Heizelement kann dann so gesteuert werden, dass es etwa eine Wärmemenge ausgibt, die üblicherweise ausreicht, die Temperatur des Glättblechs auf beispielsweise 155°C (auch hier kann jeder beliebige andere Wert für die Soll-Temperatur verwendet werden) einzustellen. Damit kann für den Fall, dass der Temperatursensor ausfällt, zumindest grob, also weniger genau als mit den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3, eine Steuerung der Soll-Temperatur des Glättblechs erfolgen, um ein Anhaften des Materials am Glättblech zu vermeiden. Damit kann die Funktionsfähigkeit des Straßenfertigers bei dieser Kombination von Ausführungsformen beibehalten werden, auch wenn ein eventuell vorgesehener Temperatur-sensor ausfällt.

Claims

Verfahren zum Einstellen einer Temperatur eines Glättblechs einer Einbaubohle eines Straßenfertigers, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbaubohle ein Heizelement, das das Glättblech beheizt, und einen Temperatur-Sensor, der die Temperatur des Glättblechs über eine Zeitspanne misst, umfasst und der Straßenfertiger eine Steuereinheit umfasst, die abhängig von einem zeitlichen Verlauf der Temperatur des Glättblechs eine Soll-Temperatur des Heizelements einstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Glättblech durch das Heizelement auf eine erste Temperatur erwärmt wird und anschließend das Heizelement abgeschaltet wird und das Glättblech mit Material in Kontakt gebracht wird, das auf einen Untergrund ausgebracht wird, wobei aus dem zeitlichen Verlauf der Temperatur des Glättblechs nach dem Abschalten des Heizelements durch die Steuereinheit eine Material-Temperatur ermittelt wird und abhängig von der Material-Temperatur die Soll-Temperatur bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das Heizelement das Glättblech auf eine Aufwärm-Temperatur erwärmt wird, die kleiner als eine Material-Temperatur des Materials ist, das auf einen Untergrund ausgebracht wird, und anschließend das Glättblech mit dem Material in Kontakt gebracht wird, während das Heizelement das Glättblech erwärmt, wobei die Material-Temperatur durch die Steuereinheit aus dem zeitlichen Verlauf der Temperatur des Glättblechs, während es durch das Heizelement erwärmt wird und mit dem Material in Kontakt ist, ermittelt wird und abhängig von der Material-Temperatur die Soll-Temperatur bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Steuereinheit die Soll-Temperatur aus der Material-Temperatur durch Erhöhen der Material-Temperatur um einen Differenzwert ermittelt.
Verfahren zum Einstellen einer Temperatur eines Glättblechs einer Einbaubohle eines Straßenfertigers, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbaubohle ein Heizelement, das das Glättblech beheizt, umfasst und der Straßenfertiger eine Steuereinheit umfasst, wobei die Steuereinheit die Soll-Temperatur unter Berücksichtigung eines Betriebsparameters des Straßenfertigers und/oder der Umgebung und/oder des Straßenbelags ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Betriebsparameter des Untergrunds eine Oberflächentemperatur des Straßenbelags umfasst, die während eines Temperatur-Scans ermittelt wurde.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Betriebsparameter des Straßenfertigers eine in die Steuereinheit eingegebene Angabe über die Material-Temperatur bei Anlieferung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Betriebsparameter der Umgebung eine Umgebungstemperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7 und 8, wobei die Steuereinheit eine Material-Temperatur des Materials bei Erreichen des Glättblechs aus der Material-Temperatur bei Anlieferung und aus der Umgebungstemperatur ermittelt und die Steuereinheit die Soll-Temperatur abhängig von der ermittelten Material-Temperatur einstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuereinheit zur Bestimmung der Soll-Temperatur in einem der Steuereinheit zugeordneten Speicher hinterlegte Informationen verwendet.
Straßenfertiger zum Ausbringen von Material auf einen Untergrund, umfassend einen Materialbehälter, eine Einbaubohle und ein Fördersystem zum Befördern von Material vom Materialbehälter zur Einbaubohle, wobei die Einbaubohle ausgebildet ist, Material auf den Untergrund auszubringen und wobei die Einbaubohle en Glättblech und ein Heizelement zum Erwärmen des Glättblechs umfasst, wobei der Straßenfertiger einen Temperatur-Sensor zum Messen einer Temperatur des Glättblechs und eine Steuereinheit umfasst, die ausgebildet ist, die Temperatur des Heizelement zu steuern, wobei der Straßenfertiger ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.