JP2019522134A - ローラにセンサ装置を有する地面圧縮ローラ及び地面剛性を算出する方法 - Google Patents

Abstract

マシンフレーム３、駆動ユニット４、マシンフレーム３に回転軸心２０を中心として回動可能に軸支された少なくとも一つのローラドラム５、少なくとも部分的にローラドラム５内に配置された起振装置３０、及び、地面圧縮ローラドラム５の通過によって達成された地面８の圧縮度を測定するためのセンサ装置１９を有し、センサ装置１９はローラドラム５の回転軸心２０の領域に配置されて、地面圧縮ローラ１の運転時にローラドラム５と一緒に回転するように構成された地面圧縮ローラ１、特に、タンデムローラ又はシングドラムルローラに関する。以下のステップ、作動運転時に回転中のローラドラム５において直接行われる加速度の測定３３、測定値からの地面剛性の算出３４、受信装置２４への当該測定値及び／又は地面剛性値の無線伝送３５を有する、地面圧縮ローラ１、特にタンデムローラ又はシングドラムルローラによる地面圧縮の際に地面剛性を算出する方法３２に関する。

Description

本発明は、地面圧縮ローラ、特に、タンデムローラ又はシングドラムルローラに関する。本発明はさらに、地面圧縮ローラ、特にタンデムローラ又はシングドラムルローラによる地面圧縮の際に地面剛性を算出する方法に関する。

この種の地面圧縮ローラは、地盤の強度及びそれと共に、例えば道路又は建物のための地面の支持強さを高め、あるいは当該地盤を所望の強度にまで圧縮するために使用される。そのために、この種の、好ましくは自走式の地面圧縮ローラは、多くの場合、マシンフレーム、駆動ユニット及び少なくとも一つの、当該マシンフレームに、回転軸心を中心として回動可能に軸支されたローラドラムを有する。タンデムローラの場合、地面圧縮ローラは、一般に、二つのローラを有し、これらはそれぞれ例えばターンテーブル継手を介して当該マシンフレームに連結されているか又は関節継手を介して互いに連結された二つのマシンフレーム半体に支持されている。タンデムローラのマシン重量は両ローラに配分されて、地面の圧縮に利用される。他方、シングドラムルローラのシャーシは、一般に、一つのローラしか有していず、他方は一対の車輪によって補われている。地面圧縮ローラの作動運転中、ローラドラムは、通例、圧縮される地盤全体にわたって一作業方向に移動する。地面圧縮ローラは、交互に前進ならびに後進駆動されることが多い。この種の地面圧縮ローラによる地面の圧縮に影響を及ぼし、特にそれを強化すべく、通例、地面圧縮ローラは、少なくとも部分的にローラドラム内に配置された起振装置を有する。この起振装置は起振体又は振動発生器とも称される。これは、一般に、起振モータによって回転させられて、ローラドラムに振動を印加する不平衡体を含んでいる。相応した地面圧縮ローラは、例えば、独国特許出願公開第１０２０１４０１８４５７号明細書から公知である。

一般に、この種の地面圧縮ローラの作動運転時に、地盤は、所望の圧縮度が達成されるまで、複数回にわたって転動走行される。地面が既に十分に圧縮されているか又は地面が既にその最大圧縮度に達しているために、地面圧縮ローラでそれ以上の転動走行を行うことがもはや無意味となる時点を知るために、地面圧縮ローラには、実際の地面圧縮度と相関したパラメータを測定するためのセンサ装置を備えることが知られている。当該センサ装置は、そのため、地面が既にどの程度まで圧縮されているかの尺度として、圧縮される地面材料のいわゆる地面剛性を算出することのできる一つもしくは複数の加速度センサを含んでいる。地面剛性を算出する方法は、例えば、欧州特許２６２７８２６号明細書から公知である。

従来の技術によるセンサ装置は、一般に、マシンフレーム例えば地面圧縮ローラのローラ軸受に配置されている。この種の配置が有する短所は、ローラドラムが、通例、マシンフレーム及び、特に、当該マシンフレームのローラドラム軸受に対して、例えば適切なゴムダンパ等によって振動絶縁ないし振動減衰されていることである。ローラドラムの振動は、当該ローラドラムとマシンフレームとの間の意図的な振動絶縁に加えてさらに、当該ローラドラムを当該マシンフレームと連結している駆動軸受のクリアランスによって同じく減衰される。したがって、地面剛性をそれから算出し得るローラドラムの振動は、マシンフレーム及びそれと共にセンサ装置に完全には伝達されることがない。このことは、地面圧縮ローラの経年増加と共に、駆動軸受の摩耗及びそれに起因するクリアランスの増大によってますます大きくなる。これにより、結果として、従来の技術による地面圧縮ローラにあって、センサ装置による地面剛性の算出は比較的不正確である。これらの問題を回避すべく、既に、独国特許出願公開第１０２０１１０８８５６７号明細書において、ドラム外周部の内部に複数のセンサを全周にわたって均等に分散配置して、ローラドラムの実際の運動に関して、より正確な像を得るようにすることが提案された。ただし、必要なセンサの数が多数に及ぶことそして信号を中央評価ユニットで処理することが不可欠であることにより、この種のシステムの実現はコスト高なものとなる。

独国特許出願公開第１０２０１４０１８４５７号明細書 欧州特許２６２７８２６号明細書 独国特許出願公開第１０２０１１０８８５６７号明細書

そこで、本発明の目的は、製造コストを低下させると同時に、地面圧縮ローラ運転時における地面剛性の算出に際する測定精度を著しく向上させることである。

上記目的の解決は、独立請求項に記載の地面圧縮ローラならびに方法によって達成される。好ましい発展態様は従属請求項に記載したとおりである。

冒頭に述べたタイプの地面圧縮ローラによる上記解決は、具体的に言えば、当該センサ装置が当該ローラドラムの当該回転軸心の領域に配置されて、当該地面圧縮ローラの運転時に当該ローラドラムと一緒に回転することによって達成される。それゆえ、運転時に、当該センサ装置は、当該ローラドラムと共に運動し、当該ローラドラムに対する位置は定置不変であるが、当該マシンフレームに対するその位置は相対的に変化する。それゆえ、当該センサ装置は、当該ローラドラムの当該ローラドラムと一緒に回転する部分に配置されている。当該ローラドラムは地面圧縮ローラの当該シャーシの一部であり、当該作動運転時にその回転軸心を中心にして回転する。該ローラは、駆動軸受例えばローラ軸受を介して、定置非回転マシンフレームに連結されている。ところで、本発明にあっては、従来の配置とは相違して、当該センサ装置は、当該マシンフレームの定置部分例えば当該ローラドラム軸受に配置されているのではなく、当該ローラドラム自体に配置されている。当該センサ装置は、特に、それが当該ローラドラムからまさしく振動絶縁されないようにして、直接に当該ローラドラムに配置されている。したがって、当該センサ装置と当該ローラドラムとの間には、ダンパ要素も、それらのクリアランスのせいで、たとえ部分的であるにせよ、当該センサ装置に対する当該ローラドラムの当該振動の絶縁を結果する駆動軸受又は回り継手も存在していない。それゆえ、当該センサ装置は、減衰されることなく当該ローラドラムと結合されて、当該ローラドラムと共振するように形成されている。当該センサ装置が上記のようにして直接に当該ローラドラムに配置されているために、当該センサ装置は当該地面剛性を、非常に高い精度でかつ減衰による当該ローラドラムの振動の偽化なしに、算出することができる。本発明は、起振装置を具えたローラを有するあらゆる地面圧縮装置に適しており、したがって、例えばハンドガイド式地面圧縮ローラにも適している。本発明によれば、当該センサ装置は、当該ローラドラムの当該回転軸心の領域に配置される。とりわけ、当該センサ装置が直接、当該ローラドラムの当該回転軸心上に配置されているのが好ましい。当該ローラドラムの当該回転軸心は、この位置において、当該センサ装置と交差する。ただし、当該センサ装置は、当該ローラドラムの当該回転軸心のわずかばかり横にずれて配置されていてもよいが、その際、当該配置は当該回転軸心のできるだけ近傍であるのが好ましい。“当該回転軸心の領域”とは、本発明において、特に、当該センサ装置が当該ローラドラムの当該回転軸心から当該半径の三分の一を超えて離間していないこと、好ましくは、当該半径の五分の一を超えて、特に好ましくは、当該半径の十分の一を超えて離間していないことを意味している。当該半径とは、特に、当該ローラドラムの当該回転軸心と当該中空円筒状のドラム外周部の内周面との間の間隔を意味している。当該回転軸心のできるだけ近傍への当該中央配置によって、当該測定信号に対する当該ローラドラムの回転振動の影響は極小化される。

本発明において、当該地面剛性を算出するために、好ましくは、加速度センサが使用される。ただし、別法として、例えば、続いて積分を介して当該ローラドラム回転角を算出することのできる回転速度センサを使用することも可能である。かくて、当該地面剛性は、振動速度センサの評価によって測定することができる。機械式振り子も、当該ローラドラムないし当該センサシステムの当該配向の測定に使用することができる。加速度センサと関連して説明した本発明の特徴は、適用可能な限りで、上述した当該別途システムにも同じく適用することが可能である。当該センサ装置においてほとんどの場合に使用される当該加速度センサは一本の測定軸を有しているために、該センサは、その測定軸が地面に対して所定の角度をなして配向されている場合にのみ、当該地面剛性を測定することができる。したがって、従来の技術にあって、当該センサ装置は、常に、地面圧縮ローラの当該定置マシンフレーム上に、その測定軸を例えば当該重力加速度と平行に固定配向して又は当該マシンフレームに対して所定の定まった角度をなして配置された。本発明は、当該地面剛性の測定は規則的な間隔で点的に行うことも可能であり、実際の当該使用にとって十分な当該運転プロセス時の当該地面剛性の測定にも、こうした点的測定で十分であるとの認識を基礎としている。それゆえ、本発明によるセンサ装置によって、特に、少なくとも、当該センサ装置の当該測定軸が当該重力加速度の方向と平行に配向されていれば、常に、正確な当該地面剛性値を算出することが可能であり、このことは、例えば、求められた当該振動振幅がこの場合に最も高いとのことから認めることができる。したがって、本発明によるセンサ装置は、好ましくは、その測定軸が当該ローラドラムの当該回転軸心に対して垂直にあるいは当該回転軸心に対して半径方向に配向されている。それゆえ、当該センサ装置の当該測定軸は、当該回転軸心に対して垂直な面内で、当該回転軸心と交差している。このように配向されたセンサ装置は、当該ローラドラムが半回転するごとに、当該測定軸が当該重力加速度の方向と平行に配向されている位置に達する。かくて、この位置において点的に、本発明によるセンサ装置によって、当該地面剛性に関する特に正確な値を算出することができる。当該個々の測定点は、地面圧縮ローラの作動方向において、それぞれ当該ローラドラムの半周分だけ互いに離間している。

ただし、本発明はさらに、当該地面剛性の連続的測定も可能にする。そのため、当該センサ装置は、それぞれ一本の特に上述したように当該ローラドラムの当該回転軸心に対して垂直に配向された測定軸を有する少なくとも二つの、とりわけ正確に二つの、加速度センサを有し、かつ、当該測定軸が互いに所定の角度、特に少なくとも６０°、とりわけ特に９０°ずらして配置されていることが好ましい。二つの加速度センサの当該測定軸が所定の角度だけ互いにずらして配置されていることにより、当該双方の測定結果を計算上で組み合わせることにより、当該重力加速度の当該方向を算出することができる。そのために、当該測定結果は、例えば、ローパス・フィルタで濾波されて、当該測定結果から当該ローラドラムの振動運動が取り除かれる。当該ローラドラム回転数を任意の速度で変化させることはできないことから、当該精度をさらに高めるために、例えば、カルマンフィルタを使用することが可能である。これらの計算は、当該二つの加速度センサの当該測定軸がそれぞれ、とりわけ共に、当該ローラドラムの当該回転軸心に対して垂直に配向された一つの面内にあれば、特に正確に行うことができる。この面内で、当該加速度センサの当該測定軸は互いに所定の角度、好ましくは９０°、ずらされている。この種の配置に際して、当該計算は特に容易に行われ、かつ、当該測定は特に精密に行われる。当該測定軸が当該回転軸心の方向にずらされて延びていれば、当該測定軸相互のずれは、当該測定軸が投影される、当該回転軸心に対して垂直なバーチャルな面内で算出される。二つの加速度センサの当該加速度信号から、ベクトル加法によって、当該重力加速度の当該方向を容易かつ正確に算出することができる。既述したように、さまざまなフィルタ法により、当該振動加速度の撹乱的影響を十分に抑止することが可能である。当該重力加速度の当該方向が既知であれば、当該地面剛性の計算に援用することのできる、自由に選択可能な測定方向を定めることができる。こうして、測定された当該加速度を、当該ローラドラムの回転座標系から出発して、空間的に固定された（非回転）座標系に変換することができる。測定方向における当該ローラドラム加速度は、所望の当該方向ベクトルと当該双方の加速度ベクトルとのスカラー積から得られる。当該方向ベクトルは、シンプルな圧縮測定システムでは、垂直方向に向いていることが多い。ただし、多くのアプリケーション向けに、当該垂線とは異なる方向ベクトルを利用する方が有用であるが、それというのも、動的最大接地力は、通例、当該ローラドラムに対して垂直には作用しないからである。当該接地力の角度は変化することから、当該測定方向の当該方向ベクトルは必要に応じて自由に選択し得るのが好適である。したがって、本発明によるセンサ装置はコスト的に見て特に好適であるが、それは、当該ローラドラムに一つのユニットが増備されるだけでよく、それにもかかわらず、自由に選択可能な当該測定方向による精度の向上ならびに望ましくない減衰の影響の回避が達成されるからである。

精密さを確保するために、当該加速度センサの当該測定軸は、当該ローラドラムの当該回転軸心と交差するのが好ましい。とりわけ、特に好ましいのは、当該加速度センサの当該測定軸が当該ローラドラムの当該回転軸心と（当該回転軸心が延びる面内において）直角に交差すると共に、さらに特に（当該回転軸心に対して垂直な面内又は投影面内において）互いに９０°ずれている実施形態である。この実施形態において、最高の測定精度を達成することができる。当該ローラドラムの当該起振装置ないし当該振動発生器又は当該起振体が単軸式回転起振装置であれば、当該装置は、それゆえ、一本の起振軸しか有していないため、当該加速度センサの当該測定軸は、当該ローラドラムの当該回転軸心に加えてさらに、当該起振軸の当該回転軸心とも交差するのが好ましい。加えてさらに、当該加速度センサの当該測定軸は、同じく、当該起振軸の当該回転軸心に対しても垂直に配置されているのが好適である。

一般に、ローラは中空円筒として形成されており、その中空空間は、地面圧縮ローラの当該作動方向を横断する方向に位置する当該端面側領域ないし当該端部領域において、いわゆる円盤板によって閉じられている。これらの円盤板には、一般に、同じく直接又は間接に、当該駆動軸受が取り付けられており、当該ローラドラムは該駆動軸受を介して当該マシンフレームに支持されている。これらの円盤板と当該中空円筒は、通例、溶接接続を介して互いに結合されている。したがって、当該円盤板は当該ローラドラムの一部をなしており、地面圧縮ローラの当該運転時に、その回転軸心を中心として回転する。今や、とりわけスペース上の理由から、当該センサ装置は当該ローラドラムの一方の円盤板上に、特に、当該起振モータを支える円盤板とは反対側に位置する円盤板上、及び／又は、当該ローラドラムをその回転軸心を中心として回転させる回転運動と共に当該走行運動のための駆動モータが配置されている側の円盤板上に、配置されているのが好適である。当該センサ装置はとりわけ、その際、当該円盤板の中心（当該円盤板の円の中心点）に配置されており、したがって、理想的なケースにおいて当該ローラドラムの当該回転軸心は当該センサ装置を貫いて延びている。当該センサ装置はとりわけ、当該ローラドラムの当該円盤板上に直接ないし直かに配置されている。基本的に、当該センサ装置は、当該ローラドラムの両側の当該円盤板のいずれに配置されていてもよいが、ただし、多くの場合、もっぱら当該駆動モータ側の当該円盤板の中心領域に当該センサ用の場所が配されている。他方、反対側にあっては、通例、当該起振体ないし振動発生器の当該起振モータが当該円盤板の中心に配置されている。したがって、当該駆動モータ側の当該円盤板上への当該センサ装置の配置は、公知の当該基本構造において、通例最も容易に実現可能である。

アスファルト築造にあっては、当該地面剛性が、当該作動方向に対して側方両側に位置する、当該ローラドラムの両端で、つまり当該ローラドラムの双方の端面側の領域で、測定されるのが、多くの場合に重要である。したがって、二つのセンサ装置が、特に、上述した本発明による方法で、地面圧縮ローラの作動方向を横断する方向に互いに離間して、当該ローラドラムに配置されているのが好ましく、しかもその際、当該ローラドラムの当該円盤板ごとに配置されているのが好適である。したがって、それぞれの当該センサ装置はそれぞれ、当該ローラドラムの互いに反対側の端面の端部領域に位置している。端部領域と称されるのは、例えば、当該作動方向に対して側方両側に位置し、当該回転軸心に沿った当該ローラドラムの全長の例えば最大１０％、好ましくは最大２０％、特に好ましくは最大３０％を含む当該ローラドラムの端面側区域のことである。当該ローラドラムはその双方の反対側の端面側に、それぞれ一つのこの種の端部領域を有している。したがって、当該二つのセンサ装置のそれぞれ一方は、好ましい実施形態において、当該ローラドラムの、当該作動方向を横断する方向に互いに離間したこれらの領域に配置されている。当該二つのセンサ装置とは、例えば、特に、当該ローラドラムの当該駆動モータ側の一方の円盤板に配された本発明によるセンサ装置と、当該ローラドラムの他方の反対側において、例えば、当該マシンフレーム又は当該ローラドラム軸受に配された従来のセンサ装置であってよい。ただし、当該駆動モータとは反対側に位置する当該円盤板上に、一つのセンサ装置が、本発明による方法で、つまり、特に当該ローラドラムと一緒に回転するようにして、配置されているのも好適である。ただし、当該起振モータが中央に配置されているために、このセンサ装置の当該加速度センサは当該円盤板の中心に正確に配置し得ないことが多い。ただし、このセンサ装置の当該加速度センサが当該起振モータ側の当該円盤板上で、当該円盤板の当該中心ないし当該ローラドラム及び／又は当該起振軸の当該回転軸心からずれて配置されていても十分であることが判明した。また、振動モータ側の当該センサ装置の当該加速度センサが、同じく、互いに９０°だけずらして配置されて、当該ローラドラム及び／又は当該起振軸の当該回転軸心に対して垂直に配置された一つの面内にある測定軸を有しているのも好適である。総じて、当該ローラドラムの互いに背反する端面側に配置された二つの当該センサ装置によって、当該ローラドラムの当該作動方向を横断する方向に離間した双方の側で当該地面剛性を別々に測定することができる。

従来の技術の当該センサ装置は、一般に、ケーブル接続を介して、地面圧縮ローラの搭載配電網から電気エネルギーの供給を受ける。他方、当該マシンフレームから、回転かつ振動する当該ローラドラム内へのケーブル接続は非常に損傷を生じやすく、構造的に高い手間とコストをかけない限り実現困難である。本発明による好適な解決方法の基本は、
当該センサ装置が、地面圧縮ローラの（フレーム側の）搭載配電網から独立した電気エネルギー供給を受ける点にある。例えば、当該センサ装置は、当該センサ装置が電気エネルギーの供給を受けるバッテリーを有していてよい。さらにまた、当該センサ装置の当該電気エネルギー供給を保証するその他の電気エネルギー貯蔵装置が設けられていてもよい。本発明による当該電気エネルギー貯蔵装置は、当該センサ装置と共に直接に当該ローラドラムに取り付けられているために、損傷を生じやすいケーブル接続線の布設は不要である。したがって、とりわけ、当該センサ装置の当該電気エネルギー供給は、当該定置マシンフレームと当該回転ローラとの間のケーブル接続から独立している。たとえ地面圧縮ローラが搭載配電網又はその他の負荷装置用のさらに別の電気エネルギー供給源を有していようとも、当該センサ装置用の本発明による電気エネルギー供給はそれらとは独立して形成されている。

ただし、当該保守コストを引き下げ、例えば、空の電気エネルギー貯蔵装置の交換を不要とするために、当該センサ装置は電気エネルギー発生装置を含むか又は少なくともその種の装置に接続されているのが最適である。特に適しているのは、当該ローラドラムの当該振動及び／又は回転運動から電気エネルギーを発生させる、いわゆる環境発電装置である。したがって、好ましい実施形態において、当該センサ装置は、それを介して当該センサ装置の当該電気エネルギー供給が行われる環境発電装置を含んでいる。この種の装置は、例えば、リニア発電機の原理に基づいて構成されていてよい。加えてさらに、当該センサ装置の当該運転用電気エネルギーを当該ローラドラムで発生させるさらにその他の可能性が存在する。さらに別の好ましい実施形態において、例えば、当該センサ装置の当該電気エネルギー供給は、当該起振装置の起振軸によって駆動される発電機によって行われる。当該起振装置は、通例、起振軸に配された不平衡体を回転させ、それによって振動を発生させる機械駆動又は油圧駆動される回転起振装置である。当該起振軸は、その際、一方の当該円盤板から発して、ほとんどの場合に当該ローラドラムの当該回転軸心内を当該ローラドラムの中心まで、当該作動方向に対して直角をなして延びている。当該起振モータは、一般に、一方の円盤板の外側端面側に位置しているため、当該起振軸は当該円盤板を外側から貫いて、当該ローラドラムの内部に向かって延びている。この回転軸心は、今や直接、当該ローラドラムにおいてエネルギー源として利用することが可能である。そのため、回転する当該起振軸を、それを介して当該センサ装置が電気エネルギーの供給を受ける発電機例えばダイナモの駆動に使用するのが合理的である。したがって、当該発電機は当該起振装置の当該起振軸に接続されて、それによって駆動される。このようにして、当該センサ装置の当該電気エネルギー供給は永続的に確保されている。

当該発電機は、基本的に、直接に当該起振軸に接続されているかもしくは直接に当該起振軸によって駆動されることができよう。ただし、当該発電機の当該駆動を当該起振軸の具体的な当該仕様からできるだけ独立したものとすべく、いわゆる軸貫通駆動部が、当該起振装置の当該起振軸と当該発電機とを相互に連結し、当該発電機が当該起振軸によって、当該軸貫通駆動部を介して駆動されるようにするのが好適である。したがって、当該軸貫通駆動部は、回転運動を当該起振軸から当該発電機へと伝動する、当該起振軸と当該発電機との間の接続手段を表している。このようにして、当該起振軸との関連で、当該発電機の当該配置を変化させることができる。例えば、当該軸貫通駆動部が当該円盤板、特に、当該起振モータとは反対側の当該円盤板、つまり当該駆動モータ側の当該円盤板、を外側に向かって貫通するようにすることが可能である。総じて、当該起振モータは、かくて、当該円盤板の、当該作動方向に対して側方外側の端面側に位置している。当該発電機は、例えば当該センサ装置と共に、当該円盤板、つまり当該起振モータとは反対側の当該ローラドラム側にあって、当該ローラドラムの当該駆動モータが位置している側の当該円盤板の、当該作動方向に対して側方外側の端面側に配置されている。当該起振軸は、当該起振軸の一端で、当該起振モータによって回転させられる。該軸は、その反対側の端部で、当該軸貫通駆動部を介して、当該センサ装置の当該発電機と連結されて、該発電機を駆動する。全体として、このようにして、高信頼度の、当該マシンの当該搭載配電網から独立した、当該センサ装置の電気エネルギー供給を達成することができる。

加えてさらに、好ましい実施形態において、当該発電機は、当該起振軸上に配された不平衡体の回転位置を検知するために形成されている。そのため、当該発電機の当該コイルは、好ましくは、当該起振軸が当該発電機の当該ステータに対して所定の位置に達すると測定可能な電圧パルスが発生するように、形成されている。場合により、当該センサ装置の当該電圧源とは独立した、当該不平衡軸の当該回転角に対応する少なくとも一つのパルスを発生させる誘導コイルが設けられていてもよい。当該起振軸の当該瞬時回転角を測定システムによって検知する利点は、当該地面剛性をより正確に算出し得る点にある。当該地面剛性の算出には、多くの場合、当該不平衡体によって生じた当該加速度を、測定された当該ローラドラム加速度から減算する方式が選択される。これは、正確な結果を得るために、同相で行われなければならない。これにより、当該不平衡体の正しい位相角の測定は、測定された当該ローラドラム加速度からの当該位相角の評価よりも、もっと正確なものとなり得る。

本発明のその他の好適な発展態様は、当該センサ装置によって求められた当該測定値の伝送に関する。この場合にも、上述した理由から、ケーブルによる伝送は不適である。こうした理由から、当該センサ装置は、好ましくは、当該センサ装置の測定結果を無線によって、特に可搬型の、受信装置に伝送する送信装置を含むように、形成されている。そのため、基本的に、従来の技術から既知の電波による一切の無線データ伝送手段、例えば、ＷＬＡＮを利用することが可能である。その際、当該送信装置は、当該センサ装置の当該測定生データもしくは、場合により、既に生データから算出された当該地面剛性値を送信する。後者の場合、当該センサ装置は、適切な電子データ処理装置例えば適切にプログラミングされたマイクロプロセッサを含んでいる。当該受信装置は、例えば、地面圧縮ローラの当該搭載配電網に組み込まれて形成されていてよい。該装置は、当該送信装置によって送信された当該測定データ及び／又は算出された地面剛性値を受信する。当該受信装置は、好ましくは同じく、受信及び／又は算出された値を操作員のために表示するディスプレイ装置を含んでいる。加えてさらに、当該受信装置は、例えば、当該測定データ及び／又は算出された当該地面剛性データが記憶されて、以後に読み出されることのできるデータ記憶装置を含んでいる。このようにして、以後に、特別な運転プロセス、例えば、特定の工事現場又は特定の作業日の当該データ全体の効率的な評価を行うことが可能である。ただし、好ましい実施形態において、当該受信装置は、地面圧縮ローラの当該搭載配電網の一部ではなく、可搬型受信装置である。この種の可搬型受信装置は、互換性のあるデータバスが使用される際には、例えば、従来のタブレット型コンピュータ又はスマートフォンであってよい。その際、これらには、当該送信装置から送信されたデータを受信及び／又は記憶及び／又はディスプレイ及び／又は評価する相応したプログラムないしアプリケーションがインストールされさえすればよい。

冒頭に述べた本発明の目的の達成は、同じく、地面圧縮ローラ、特に、好ましくは上述したような地面圧縮ローラを有するタンデムローラ又はシングドラムルローラによる地面圧縮の際に地面剛性を算出する方法であって、作動運転時に回転中のローラドラムの回転軸心において、及び、当該回転軸心の領域において、直接行われる加速度の測定、当該測定値からの地面剛性の算出、及び、受信装置への当該測定値及び／又は当該地面剛性値の無線伝送を有する方法によって実現される。本発明の中心をなす思想は、この方法にあっても、当該加速度を当該ローラドラムの、減衰されていない当該構成部品・部材にて、当該回転軸心の領域で直接に測定することにより、例えば意図的及び／又は意図せざる振動絶縁による当該信号の減衰に起因するあらゆる測定不正確性を回避することである。その限りで、本発明によるセンサ装置を有する上述した地面圧縮ローラの一切の特徴、効果及び利点は、同じく、本発明による方法にも当てはまる。このことは、とりわけ、本発明による方法が、振動励起されたローラへの使用に向けられていると共に、振動発生器の運転時に使用されることを意味している。繰返しを避けるため、上記の説明を全面的に参照されたい。

本方法についても、当該加速度の当該測定は、それらの測定軸が互いに所定の角度、特に９０°、ずらして配置された二つの加速度センサによって行われるのが好適である。このようにして、単一の加速度センサと単一の測定軸による点的測定に代えて、地面圧縮ローラの当該作動運転時に当該地面剛性の連続的測定を実施することができる。

同じく、当該測定値からの当該地面剛性の当該算出は、当該二つの加速度センサの当該測定値からの重力加速度の方向における算出を含んでいるのが好適である。そのため、既述したように、同じく、ローパス・フィルタ及び、必要に応じ、カルマンフィルタを使用することができる。このようにして、本方法の当該測定精度を高めることが可能である。

以下、図面によって示した一連の実施例を参照して、本発明を詳細に説明する。各図は概略的に以下を示している。

タンデムローラの側面図である。 シングドラムルローラの側面図である。 図１及び２に示された線ＩＩＩに沿ったローラの断面図である。 センサ装置の側面図である。 図４に示された上記センサ装置の加速度センサの別途配置を示す図である。 本発明による方法の流れ図である。 ハンドガイド式タンデム振動ローラの側面図である。

同一及び同一の作用を有する部品・部材は、各図において、同一の符号で表されている。反復される部品・部材は、各図において、個別には符号表示されていない。

図１，２及び７は、本発明による異なったタイプの地面圧縮ローラ１を示しており、正確には、タンデムローラタイプの地面圧縮ローラ（図１）、シングドラムルローラタイプの地面圧縮ローラ（図２）、及び、ハンドガイド式タンデム振動ローラタイプの地面圧縮ローラ（図７）を示している。図１及び２に示された地面圧縮ローラは、運転席２とマシンフレーム３とを有している。当該地面圧縮ローラは、駆動ユニット４、たいていの場合ディーゼルエンジン、によって駆動され、作動運転時に、圧縮される地面８上を作動方向ａに向かって移動する。作動方向ａは、各図において、地面圧縮ローラ１の前進方向として定められている。ただし、地面圧縮ローラ１は、作動運転時に、逆方向に向かって使用することも可能であり、作動方向ａとは反対方向に移動することができる。ただし、説明を分かりやすくするために、作動方向ａは、各図に示された前進方向を表している。図１に示されたタンデムローラは、合計で二つのローラドラム５を有し、一つはタンデムローラの作動方向ａで見て前方に、一つはタンデムローラの作動方向ａで見て後方に配置されている。ローラドラム５は、ローラドラム５と一緒に回転することのないローラ軸受６を介して、マシンフレーム３に連結されている。図１に示されたタンデムローラの両ローラドラム５は、従来の技術において既知のターンテーブル継手を介して操縦される。図２のシングドラムルローラのシャーシは、作動方向ａで見て前方に配置された単一のローラのみを備え、作動方向ａで見て後方には一対の車輪７、例えばゴム車輪を含んでいる。当該シングドラムルローラのローラドラム５も、固定された、したがって一緒に回転することのないローラ軸受６を介してマシンフレーム３に連結されている。当該シングドラムルローラ及び、当該シングドラムルローラの特にローラドラム５は、基本的に運転席２の下に位置する、関節継手を介して操縦可能である。図７に示されたハンドガイド式タンデム振動ローラの場合も、原理的に、同等な構造が認められる。この場合には、運転席に代えて、作動運転時に操作者がそれを介して当該マシンを制御する操作けん引棒２´が設けられている。

地面圧縮ローラ１のローラドラム５の当該構造及び当該機能を、図３を参照して、詳細に説明する。図３は、図１，２及び７の線ＩＩＩに沿った断面図によって、ローラドラム５を示している。説明のため、図３に示された座標系には、垂直方向Ｖ、該方向に対して直角をなして延びる水平な作動方向ａ及び当該作動方向に対して同じく水平かつ直角をなして延びる回転軸心２０が示されている。ローラドラム５は、圧縮される地面８に接する中空円筒の形の外周部９を含んでいる。ローラドラム５は、作動方向ａに対して側方外側に位置する端面側に、当該中空円筒の内部空間全体を覆う円盤板１０を有する。円盤板１０のうち、図３において右側に示された一方の円盤板には、駆動モータ１１、例えば油圧モータが配置されている。駆動モータ１１は、一方で、ローラ軸受６を介して、図中不図示のマシンフレーム３に連結されている。他方で、駆動モータ１１は、回り継手２６を介して、駆動板１２に連結され、当該駆動板は、他方で、ダンパ要素１３、特に弾性ダンパ要素１３、を介して円盤板１０に固定されている。ダンパ要素１３は、駆動板１２と共に回り継手２６及び駆動モータ１１を、ローラドラム５の振動から絶縁する。駆動モータ１１の運転によってローラドラム５は回転軸心２０を中心にして回転し、これによって、地面圧縮ローラは地面８上を作動方向ａに向かって又はその逆に前進移動する。図３において、地面圧縮ローラの作動運転時にローラドラム５と共に回転軸心２０を中心にして回転する構成部品・部材は、それを具体的に示すために、ハッチングを施して表されている。他方、ローラと共に回転しないローラドラム５の構成部品・部材には、ハッチングは施されていない。

ローラドラム５の、駆動モータ１１とは向かい側には、起振装置３０の一部をなす起振モータ１５、例えば油圧モータ、が配されている。起振モータ１５は、当該ローラドラムと共に回転軸心２０を中心として回転せず、駆動軸受１４を介して円盤板１０に連結されている。起振モータ１５から、一本の起振軸１６が、円盤板１０を貫いて、ローラドラム５の内部に延設されている。起振軸１６は、例えばローラドラム５の円盤板１０に配置された軸受１７によって保持されている。起振軸１６には、それ自体公知の方法で、一つの不平衡体１８が配されている。起振モータ１５は、図示実施例において同じく回転軸心２０を中心として、起振軸１６を回転運動させる。起振軸１６の回転運動によって、同じく不平衡体１８が回転軸心２０を中心として回転させられ、その際、地面８の圧縮に利用される、ローラドラム５の振動が発生することとなる。

駆動モータ１１と同じ側に位置する円盤板１０には、センサ装置１９が配置されている。センサ装置１９は、作動運転時に、ローラドラム５と一緒に回転する。とりわけ、センサ装置１９は、直接ないし直かに、円盤板１０上に配置されている。その際、当該センサ装置は、ローラドラム５がそれを中心として回転すると共に、同じくそれと同軸配置された起振軸１６がそれを中心として回転する回転軸心２０がセンサ装置１９を貫いて延びるようにして、円盤板１０の中心に配置されている。一般に、センサ装置１９は、例えば、回転軸心２０とローラドラム５の外周面の内側との間の半径ｒの三分の一を超えて回転軸心２０から離間していない。図３には、例示的に、回転軸心２０から見た、半径ｒならびに半径ｒの三分の一の双方が図示されている。センサ装置１９は、円盤板１０と駆動板１２との間にあって、ダンパ要素１３の伸長によって生み出される自由空間内に位置している。その際、駆動板１２は、特に、駆動板１２がダンパ要素１３の弾性運動によってセンサ装置１９と衝突する危険が生じないようにして、円盤板１０から回転軸心の方向に離間して配置されている。換言すれば、駆動板１２はダンパ要素１３を介して、駆動板１２と円盤板１０との間に、センサ装置１９のための組付け空間もダンパ要素１３の弾性変形に起因する駆動板１２の運動のための安全マージンも存在するようにして、円盤板１０から離間されているということである。センサ装置１９は、作動方向ａを横断する方向に位置する円盤板１０の外側面ないしローラドラム５の外側端面に位置している。したがって、センサ装置１９は、円盤板１０の、不平衡体１８ないし特に起振軸１６とは反対側の面に位置している。それにもかかわらず、起振軸１６を介したセンサ装置１９への電気エネルギー供給を実現すべく、軸貫通駆動部２７が設けられており、これは円盤板１０を貫いて延びて、当該円盤板に回転可能に支持されていると共に、起振軸１６を当該センサ装置の発電機（図４参照）に連結する役割を果たす。それゆえ、軸貫通駆動部２７は、図示実施例において、回転軸心２０に沿った、起振軸１６の軸方向延長部として形成されて、円盤板１０を貫いてセンサ装置１９の発電機を起振軸１６の回転運動と連結することを可能にする。かくて、全体として、センサ装置１９の電気エネルギー供給は、特にもっぱら、地面圧縮マシン１の搭載配電網から自立して、起振モータ１５の運転によって行われることができ、それゆえ、場合によって存在するセンサ装置１９の蓄電装置の交換は不要である。

センサ装置１９は、以下にさらに詳しく説明するように、地面圧縮ローラ１の作動運転時に地面剛性を算出するために形成されている。センサ装置１９が直接にローラドラム５に、しかも、その振動運動がダンパ要素又は駆動継手ないし回り継手の軸受クリアランスによってまだ減衰されていない、ローラドラム５の構成部品・部材に直接に、配置されているために、センサ装置１９は地面剛性を特に正確に算出することができる。これは、特に、円盤板１０の駆動モータ１１側の面の中心にセンサ装置１９が配置されている図示位置において可能であるが、それはここでセンサ装置１９がローラドラム５の回転軸心上に直接に位置しているからである。ただし、センサ装置１９は、それが一方の円盤板１０に配置されているために、円盤板１０が位置しているローラドラム５側の地面剛性のみを検知することになる。しかしながら、まさにアスファルトへのアプリケーションケースにあっては、作動方向ａの側方の、互いに離間した双方のローラドラム５の端面側で別々に地面剛性を測定することが望ましい場合が多い。しかしながら、駆動モータ１１とは反対側に位置するローラドラム５側の円盤板１０の中心は既に起振装置３０、特に、起振モータ１５と起振軸１６によって占有されている。それゆえ、好ましい実施形態において、ローラドラム５の駆動モータ１１側に配された本発明によるセンサ装置１９は、ローラドラム５の反対側に配置された従来のセンサ装置３６と組み合わされることが意図されている。従来のセンサ装置３６は、それがマシンフレーム３又はローラドラム５のローラ軸受６に配置されており、したがって、ローラドラム５と共に回転しないことを特徴としている。そこで、本発明によるセンサ装置１９との組み合わせのために、従来の技術から知られているセンサ装置３６を利用することが可能であるが、センサ装置３６は、センサ装置３６がダンパ要素及び／又は駆動軸受１４ないしそのクリアランスによって既に減衰されたローラドラム５の振動しか検知しないために、センサ装置１９に比較して精度の落ちた測定値を供給する。しかしながら、それにもかかわらず、反対側のローラ面に配置された本発明によるセンサ装置１９との組み合わせによって、二つの在来のセンサ装置３６を使用した従来の技術において通例であるよりももっと正確な、地面剛性に関する測定結果及びそれと共に、より信頼度の高い値を得ることが可能である。

さらに別の本発明の好ましい実施形態において、第一の本発明によるセンサ装置１９は本発明による一つの第二のセンサ装置３７と組み合わされる。第二のセンサ装置３７は、センサ装置１９と同一に形成されているが、ただし、第一のそれと異なる点は、円盤板１０の駆動モータ１１側の面の中心には位置せずに、他方の円盤板１０の起振モータ１５側の面に、円盤板１０の中心から外れて、回転軸心２０に対して半径方向外側にずらして配置されていることである。したがって、換言すれば、センサ装置３７は、起振モータ１５側において、作動方向ａに対して側方外側に位置する円盤板１０の面ないしローラドラム５の起振モータ側の端面に配置されている。起振モータ１５が配置されているために、センサ装置３７は、円盤板１０の中心からずれて、外側のローラドラム５の外周部９の方向へずらして配置されている。ただし、センサ装置３７のこうした異なった、特に、回転軸心２０に対してずらされた配置を別として、センサ装置３７はセンサ装置１９と同一に形成されている。センサ装置３７のこうした異なった配置は、センサ装置３７の測定値から地面剛性を算出する際に顧慮されなければならない。センサ装置３７も、起振軸１６の回転をセンサ装置３７の発電機の駆動軸に伝達するトランスミッションが配置されることによって、起振軸１６を介して電気エネルギーの供給を受けることができる。本発明による二つのセンサ装置１９，３７の組み合わせによって、地面８の圧縮中における、ローラドラム５の両側端面における地面剛性の非常に精密な算出が可能とされ、それゆえに、これはアスファルトへのアプリケーションケースにとっても最適である。

以下に、図４を参照して、センサ装置１９の機能を詳細に説明する。センサ装置１９は、軸貫通駆動部２７を介して起振軸１６によって駆動されて、センサ装置１９に電気エネルギーを供給する発電機２２を含んでいる。加えてさらに、センサ装置１９は、本実施例において、第一の測定軸２８と第二の測定軸２９とを有する、合計二つの加速度センサ２１を含んでいる。加速度センサ２１は、測定軸２８，２９に沿った加速度を算出するために形成されている。その際、加速度センサ２１は、それらの測定軸２８，２９が一つの共通の投影面において互いに垂直をなすようにして、互いに配向されている。同時に、測定軸２８，２９は、ローラドラム５ないし起振軸１６の回転軸心２０に対して垂直をなしている。図４に示された実施例において、二つの測定軸２８，２９は回転軸心２０と直交し、こうして、半径方向に延びている。測定軸２８，２９相互の、及び特にまた、回転軸心２０に対するこうした配向により、加速度センサ２１の測定値から、重力加速度の方向及び、同じく、地面剛性を連続的に算出することができる。センサ装置１９は、加えてさらに、センサ装置１９から受信装置２４へデータを無線伝送するために形成された送信装置２３を含んでいる。加速度センサ２１の測定値からの地面剛性の算出は、直接にセンサ装置１９によって行うか又は受信装置２４によって行うことができる。これを補完してもしくは別法として、そのために、ドラム及びそれと共にセンサ装置の回転位置を算出する回転角センサに依拠することも可能である。

それぞれのケースに応じて、加速度センサ２１の測定値のみ及び／又は算出された地面剛性値が、送信装置２３から受信装置２４へ伝送される。受信装置２４は、測定値及び／又は算出された地面剛性値を操作員のために表示するディスプレイ装置２５と接続されている。加えてさらに、当該受信装置はデータを保存することができるため、当該データは後から又は連続的に読み出すことも可能であり、地面圧縮ローラの運転プロセスの正確な評価を可能とする。当該受信装置は、例えば、携帯端末装置例えばタブレット型コンピュータ又はスマートフォンであってよい。

本発明の好ましい実施形態において、センサ装置１９は、既存の地面圧縮ローラに追加装備可能な追加装備キット３１として形成されている。その際、追加装備キット３１は、本発明によるセンサ装置１９を含み、ローラドラム５の駆動モータ１１側の円盤板１０に組付けるため及び、特に、軸貫通駆動部２７を介して起振軸１６と接続するために形成されている。特に可搬型受信装置２４との組み合わせで、ローラドラム５の既存の構造部材に比較的容易に取り付けることのできる追加装備キット３１が提供可能であり、これによって本発明による利点が利用可能となる。

図５は、本発明によるセンサ装置１９ならびに本発明による第二のセンサ装置３７のいずれにあっても使用可能な加速度センサ２１の別途配置を示している。図示実施例において、加速度センサ２１の測定軸２８，２９は互いに垂直をなしている。図５は、加速度センサ２１は回転軸心２０上には位置していないが、ただし、それにもかかわらず、（バーチャルに延長された）測定軸２８，２９が回転軸心２０と交差するように配向された実施形態を示している。図５に示された実施形態においても、測定軸２８，２９は、回転軸心２０と角度９０°を形成して交差している。加速度センサ２１及び測定軸２８，２９のそれぞれの配向ないし配置は、地面剛性の算出に際して適切に顧慮されなければならない。

図６は、本発明による方法３２の流れ図を示している。当該方法は、加速度センサ２１による加速度の測定３３から開始され、その際、当該測定は、ダンパ要素による意図的な減衰によっても、軸受又はジョイントのクリアランスによる意図されざる減衰によってもその振動が減衰されていない、作動運転時にそれ自体として回転しているローラドラム５の構成部品・部材において直接に行われる。当該方法の、それに続くさらにその他のステップは、当該測定値からの地面剛性の算出３４及び、受信装置２４への当該測定値及び／又は当該地面剛性値の無線伝送３５である。センサ装置１９が当該測定値からの当該地面剛性の算出を既に行っているか否かに応じ、最初に、受信装置２４への測定値の伝送３５のみを行うことも可能であり、その際、当該測定値からの地面剛性の算出３４は、その後に、受信装置２４によって実施される。本方法は、上述したように、センサ装置１９を具備した地面圧縮ローラ１によって実施される。総じて、本発明は、地面圧縮の際における地面剛性の特に正確な算出をもたらすものである。

Claims (14)

1. 地面圧縮ローラ（１）、特に、タンデムローラ又はシングドラムルローラであって、
   マシンフレーム（３）、
   駆動ユニット（４）、
   前記マシンフレーム（３）に回転軸心（２０）を中心として回動可能に軸支された少なくとも一つのローラドラム（５）、
   少なくとも部分的に前記ローラドラム（５）内に配置された起振装置（３０）、及び、
   地面圧縮ローラドラム（５）の通過によって達成された地面（８）の圧縮度を測定するためのセンサ装置（１９）を有する地面圧縮ローラ（１）において、
   前記センサ装置（１９）は前記ローラドラム（５）の前記回転軸心（２０）の領域に配置されて、前記地面圧縮ローラ（１）の運転時に前記ローラドラム（５）と一緒に回転することを特徴とする地面圧縮ローラ（１）。
2. 前記センサ装置（１９）は、前記ローラドラム（５）の前記回転軸心（２０）に対して垂直に配向された、それぞれ一つの測定軸（２８，２９）を有する二つの加速度センサ（２１）を有し、前記測定軸（２８，２９）は互いに所定の角度、特に９０°、ずらして配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の地面圧縮ローラ（１）。
3. 前記加速度センサ（２１）の前記測定軸（２８，２９）は、前記ローラドラム（５）の前記回転軸心（２０）と交差することを特徴とする、請求項２に記載の地面圧縮ローラ（１）。
4. 前記センサ装置（１９）は前記ローラドラム（５）の円盤板（１０）上に、特に、当該起振モータ（１５）を支える円盤板（１０）とは反対側に位置する円盤板（１０）上、及び／又は、前記ローラドラム（５）をその回転軸心（２０）を中心として回転させるための駆動モータ（１１）が配置されている側の円盤板（１０）上に、配置されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の地面圧縮ローラ（１）。
5. 二つのセンサ装置（１９，３６，３７）が前記ローラドラム（５）に、地面圧縮ローラ（１）の作動方向（ａ）を横断する方向に互いに離間して設けられ、特に、前記ローラドラム（５）の前記円盤板（１０）ごとに配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の地面圧縮ローラ（１）。
6. 前記センサ装置（１９）は、地面圧縮ローラ（１）の搭載配電網から独立した電気エネルギー供給を受けることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の地面圧縮ローラ（１）。
7. 前記センサ装置（１９）の前記電気エネルギー供給は、前記起振装置（３０）の起振軸（１６）によって駆動される発電機（２２）によって行われることを特徴とする、請求項６に記載の地面圧縮ローラ（１）。
8. 軸貫通駆動部（２７）が、前記起振装置（３０）の前記起振軸（１６）と前記発電機（２２）とを連結し、前記発電機（２２）は前記起振軸（１６）によって、前記軸貫通駆動部（２７）を介して駆動されることを特徴とする、請求項７に記載の地面圧縮ローラ（１）。
9. 前記発電機（２２）は、前記起振軸（１６）上に配された不平衡体（１８）の回転位置を検知するために形成されていることを特徴とする、請求項７又は８に記載の地面圧縮ローラ（１）。
10. 前記センサ装置（１９）は、前記センサ装置（１９）の測定結果を無線によって、特に可搬型の、受信装置（２４）へ伝送する送信装置（２３）を含んでいることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の地面圧縮ローラ（１）。
11. 地面圧縮ローラ（１）、特に、好ましくは請求項１から１０のいずれか一項に記載の、タンデムローラ又はシングドラムルローラによる地面圧縮の際に地面剛性を算出する方法（３２）であって、以下のステップ、
    ａ）作動運転時に回転中のローラドラム（５）の回転軸心（２０）において、及び、当該回転軸心（２０）の領域において、直接行われる加速度の測定（３３）、
    ｂ）当該測定値からの地面剛性の算出（３４）、
    ｃ）受信装置（２４）への当該測定値及び／又は当該地面剛性値の無線伝送（３５）
    を有する方法（３２）。
12. 前記ステップａ）において、前記加速度の前記測定（３３）は、測定軸（２８，２９）が互いに所定の角度、特に９０°、ずらして配置された二つの加速度センサ（２１）によって行われること特徴とする、請求項１１に記載の方法（３２）。
13. 前記ステップｂ）において、前記二つの加速度センサ（２１）の前記測定値から重力加速度の方向において前記算出（３４）が行われることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法（３２）。
14. 前記ステップｂ）において、前記ローラドラム（５）と一緒に回転することのない座標系への前記加速度の変換が行われることを特徴とする、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法（３２）。

Images