WO2007096118A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen von bodenparametern mittels verdichtungsmaschinen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum messen von bodenparametern mittels verdichtungsmaschinen Download PDF

Info

Publication number
WO2007096118A1
WO2007096118A1 PCT/EP2007/001419 EP2007001419W WO2007096118A1 WO 2007096118 A1 WO2007096118 A1 WO 2007096118A1 EP 2007001419 W EP2007001419 W EP 2007001419W WO 2007096118 A1 WO2007096118 A1 WO 2007096118A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
contact
contact element
force
determined
soil
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/001419
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Otto W. Stenzel
Stefan Wagner
Dittmar Lange
Original Assignee
Wacker Construction Equipment Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Construction Equipment Ag filed Critical Wacker Construction Equipment Ag
Priority to JP2008555682A priority Critical patent/JP5124488B2/ja
Priority to EP07711578A priority patent/EP1987202A1/de
Priority to US12/280,391 priority patent/US8057124B2/en
Publication of WO2007096118A1 publication Critical patent/WO2007096118A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • E01C19/22—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for consolidating or finishing laid-down unset materials
    • E01C19/23—Rollers therefor; Such rollers usable also for compacting soil
    • E01C19/28—Vibrated rollers or rollers subjected to impacts, e.g. hammering blows
    • E01C19/288—Vibrated rollers or rollers subjected to impacts, e.g. hammering blows adapted for monitoring characteristics of the material being compacted, e.g. indicating resonant frequency, measuring degree of compaction, by measuring values, detectable on the roller; using detected values to control operation of the roller, e.g. automatic adjustment of vibration responsive to such measurements
    • 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
    • E01C19/22—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for consolidating or finishing laid-down unset materials
    • E01C19/30—Tamping or vibrating apparatus other than rollers ; Devices for ramming individual paving elements
    • E01C19/34—Power-driven rammers or tampers, e.g. air-hammer impacted shoes for ramming stone-sett paving; Hand-actuated ramming or tamping machines, e.g. tampers with manually hoisted dropping weight
    • E01C19/38—Power-driven rammers or tampers, e.g. air-hammer impacted shoes for ramming stone-sett paving; Hand-actuated ramming or tamping machines, e.g. tampers with manually hoisted dropping weight with means specifically for generating vibrations, e.g. vibrating plate compactors, immersion vibrators
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
    • E02D1/02—Investigation of foundation soil in situ before construction work
    • E02D1/022—Investigation of foundation soil in situ before construction work by investigating mechanical properties of the soil
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/046—Improving by compacting by tamping or vibrating, e.g. with auxiliary watering of the soil
    • E02D3/074—Vibrating apparatus operating with systems involving rotary unbalanced masses

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a soil property by means of a soil compaction device, which has a swinging contact element for soil compaction.
  • Vibratory plates and steamers, but also vibratory rollers, are known in particular as soil compacting devices. They each have at least one ground contact element, which is acted upon swinging by a vibration exciter and initiates the vibration in the soil, thereby achieving a compaction effect.
  • roller bandages move periodically, resulting in a relatively uniform amplitude movement of the roller bandage.
  • the known measuring methods and devices are not suitable. Vibration plates and tampers usually lose contact with the ground during a significant portion of a vibration loading cycle. Here, contact times have been found, which account for only about 10% of the total oscillation period.
  • the measuring methods used in the case of vibrating rollers described above are designed so that the respectively measured signals originate from a largely steady state. Even if the drum bandages should jump, the flight phases are relatively short, so that the influence of the error is small.
  • the invention has for its object to provide a method for determining soil properties, which is also suitable for soil compacting devices, the ground contact element always stands out from the ground and in particular even a longer flight phase - based on a vibration cycle - completed.
  • the method should allow a determination of the soil parameters whenever the soil compaction device has contact with the ground during an excitation cycle, regardless of the specific movement behavior and / or contact behavior.
  • Preferred applications are soil compaction devices with more chaotic movement behavior, in particular vibratory plates and tampers.
  • a method according to the invention is used to determine a soil property by means of a soil compaction device, which vibrates vigorously. has impacted contact element for soil compaction.
  • the contact element touches the ground during a contact phase and is exposed to a contact force F contact exerted by the ground and resets a contact path s contact .
  • the contact force F contact is also referred to simply as the contact force F and the contact path s contact as the contact path s.
  • the soil compaction device may be a vibratory plate or a vibratory rammer. It has a sub-mass comprising the contact element and an upper mass usually comprising a drive.
  • the lower mass is coupled via a spring device with the upper mass.
  • Component of the lower mass can also, for. B. in a vibrating plate, a vibration exciter, which acts on the contact element. In a vibration tamping the vibration exciter by means of a path excitation, z. B. by a crank mechanism which is arranged between the upper mass and the lower mass.
  • the soil property which can be determined by the method according to the invention, is referred to as the dynamic deformation modulus E v dyn thinner and by the relationship
  • ⁇ F C0M ( ⁇ c , / ⁇ s conlacl approximates (averaging) to the actual one
  • ⁇ is a contact surface parameter for taking into account the geometry and shape of the actual contact surface of the contact element with the ground during a certain time period considered for the determination of the actual contact area.
  • a dynamic shear modulus G may optionally taking into account ground-dependent parameter (Querkon Installions- number v) v. dyn Verd i chter be calculated.
  • the contact surface parameter ⁇ which represents the influence of the actual contact surface as a geometry factor, will be explained in more detail below. Since the contact surface acting during a loading cycle as well as the con- If the contact force and the relevant contact path can change from cycle to cycle both in terms of their direction and their size, both the contact surface parameter ⁇ and the contact force and the contact path are determined during each load phase, ie during each load cycle.
  • the factor k dyn represents the dynamic rigidity of the soil and is formed as a gradient of the contact force F and the contact path s. Also, the dynamic stiffness k dyn , which can also change within the loading phase, is determined during each loading phase in order to be able to precisely monitor the rigidity of the soil during the compaction process.
  • the contact force and the contact path traveled by the contact element during the contact phase must first be determined.
  • the components of the contact force F in the three spatial directions are determined from the set of center of gravity with respect to a coordinate system fixed in the center of gravity of the contact element.
  • the components can also be used for a fixed coordinate system, eg. B. are determined with respect to the ground.
  • ⁇ , X and N represent the respective rotational velocities in the pitch direction (about the y-axis), roll direction (about the x-axis) and yaw direction (about the z-axis) and m ⁇ the mass of the contact element.
  • x s , y s , z s represent the respective translation speeds in the center of gravity of the contact element, while x s , y s , z ' s represent the corresponding accelerations.
  • the sum of the attacking forces can therefore be specified for the individual spatial directions as follows
  • F 2 F F + cz ECC, Z + F ⁇ - m u'8- cos ( ⁇ ) • cos (X)
  • F c a contact force of the contact element (1) to the ground
  • F 01 is a cutting force between the contact element (1) and the rest of the machine
  • the total resulting contact force can then be calculated from the individual components F c , by determining the amplitude and direction of the total contact force corresponding vectorially from the subcomponents.
  • the inventive method can be z. B. in a vibrating plate or a Vibrationsstampfer use. Since in such devices, the contact force acts predominantly normal to the contact surface, preferably the contact force component in the contact normal direction, that is determined in the direction of the z-axis by evaluating the momentum balance in this direction.
  • the contact force can then z. B. be determined to simplify
  • the translational acceleration x s y s , z s of the contact element in the center of gravity can, for. B. be measured by a provided on the contact element itself accelerometer. As accelerometer is z. B. a center-mounted triax transducers for measuring all three spatial directions simultaneously. The translational velocity components x s , y s , z s in the three spatial directions can then z. B. be determined by simple integration of the acceleration signals.
  • no transducer can be mounted in the center of gravity - the translational acceleration of the center of gravity in the three spatial directions (x, y, z) and the rotational acceleration about the three axes x, y, z can be determined by at least six accelerometers. These are preferably distributed around the center of gravity of the contact element in such a way that in each case three acceleration pickups are arranged in the direction of a normal (z-direction) to the contact surface with respect to their measuring direction, but if possible are not arranged on a line. Three further accelerometers are arranged so that they are also not mounted on a line, but with respect to their measuring direction in the direction of a tangential to the contact surface.
  • N can now be determined both the sought translational accelerations and the spins.
  • the required rotational angles ⁇ and X can then be determined by double integration of the rotational accelerations ⁇ , X.
  • the acceleration components in the direction of the contact normal can also be determined without contact, for example by optical laser sensors.
  • the sensors are then preferably not provided on the contact element, but on an upper mass connected to the contact element via a spring device.
  • the upper mass can also comprise, in a known manner, a drive motor of the soil compacting device.
  • the speed of the contact element relative to the upper mass z. B. due to the Doppler effect or the distance z. B. can be determined by means of interference radar, which also allows a calculation of the accelerations, as described above.
  • the exciting force F ECC coming from the vibration exciter may be measured by a force measuring device provided between the vibration exciter and the contact element.
  • a force measuring device is for example a load cell, which is mounted under the vibration exciter.
  • the exciting force F ECC can also be calculated from the instantaneous position of the exciter unbalances.
  • the vibration exciter comprises two counter-rotating shafts with equal imbalance masses whose axes of rotation have the same orientation as the Y axis of the contact element and whose phase angle is mutually adjustable
  • calculate the components of the exciting force F ECC coordinate system fixed on the contact element as a function of time t simplified by the following relationship F E cc , x (O EM - Q 2 s ⁇ n ( ⁇ phase / 2) • cos ( ⁇ • t)
  • EM is the resulting mass of a rotating imbalance mass
  • ⁇ is the exciting frequency of the vibrator
  • ⁇ phase represents the phase angle between the two imbalance masses.
  • the stimulating force F ECC can also be calculated with differently designed vibration exciters. As a rule, it is represented as a function of the time t, but it can also be made dependent on the phase position or angular position of the imbalance masses involved.
  • phase angle ⁇ phase ie the relative phase angle of the two imbalance masses to one another, is variable depending on the setting of the operator.
  • the position of the imbalances can be determined, for example, by proximity sensors (inductive, Hall sensors).
  • the angular velocities of the imbalance shafts can then be determined from the positions of the imbalances.
  • the cutting forces F u between the contact element and the rest of the machine can be z. B. by means of load cells, between the contact element and z. B. the upper mass of the soil compacting device are arranged.
  • the contact path s required for the determination of the dynamic stiffness k dyn is determined at the points in time at which the contact element transmits ground contact forces, preferably in the vicinity of the resulting force application point, since the path of the point of application of force on the most likely related to the change in the effective contact force. The determination of the position of the force application point will be described below.
  • the accelerations of the force application point are first determined. By double integration of the accelerations at the point of application of force then amplitude and direction of the path at the point of force application (contact path) can be determined.
  • Force application point SP [SP x , SP Y , SP Z ] (relative to a coordinate system in the center of gravity S), the acceleration in the force application point a p from the kinematic relationships according to
  • the contact path is preferably determined at the point of the force application point in the contact normal direction by evaluating the translational and the rotational motion components.
  • z. B three acceleration sensors arranged on the contact element so that they are not in line, but are mounted with respect to their measuring direction in the direction of a normal to the contact surface.
  • information about the contact force F and the associated contact path s are present in a particularly advantageous manner for different points in time, so that in each case one measuring point pair can be formed from the contact force F and the contact path s for one point in time.
  • those measuring point pairs are determined which occur during a loading phase in which the contact element is increasingly pressed against the ground.
  • measuring point pairs which are excluded from further evaluation during a release phase in which the contact element is relieved of load, or a phase of flight in which the contact element is in the air without touching the ground.
  • a gradient dF con . tact / ds contact corresponding to the then applicable dynamic stiffness k dyn .
  • the gradient dF / ds can also be formed as a ratio of two temporal changes (the force and the path).
  • the resulting gradient for the respective pairs of measurement points are averaged by a statistical method, so that the resulting mean value can be determined as the relevant dynamic stiffness k dyn .
  • a phase diagram can be formed by calculation.
  • a mean gradient dF / ds is formed which represents the dynamic stiffness k dyn .
  • a contact area parameter ⁇ is also required to take account of the actual contact area of the contact element with the ground.
  • the contact surface parameter ⁇ is determined on the basis of a calculated position of a force application point of the contact force F.
  • the contact element in particular a ground contact plate in a vibrating plate or a tamper, has a base surface which is in contact with the ground when the soil compacting device is at a standstill.
  • the entire base area of the contact element will no longer be involved in the transmission of the contact force, but only a partial area, namely the actual contact area.
  • the contact surface need not be flat as in the standard plate printing method, but may be concave or convex in the various directions (axes). Furthermore, there may be areas within the actual actual contact area in which, due to the instantaneous velocity distribution on the contact element, there is little or no transmission of contact forces. These must be taken into account when determining the relevant contact area.
  • the size of the instantaneous actual contact surface has a decisive influence on the size of the transferable contact forces (with a larger contact area, a larger contact force can be transferred with otherwise identical, isotropic soil properties), it must be taken into account for the determination of the deformation moduli. Since the actual contact surface of a considered time step in an exciter oscillation cycle with respect to the base of the contact element will not be arranged symmetrically, but z. B. in a - relative to the main direction of the soil compacting device - rear portion of the contact element, the resulting from the ground contact voltage contact force F does not act on the centroid of the base of the contact element, but at a remote location, namely in particular at or near a centroid of the actual contact area. As a result of this deviation of the two centers of gravity or deviation of the force application point from the center of gravity of the contact element, additional forces and moments, which must be taken into account for detecting the soil properties, act on the contact element.
  • the size and geometry of the contact surface changes during the contact. If z. B. a rectangular contact element at the beginning of a contact phase with a corner (triangular contact surface) touches the ground, the triangular area increases first by the penetration. The inclination of the contact element will then change so that its contact center of gravity (contact surface and force) shifts during penetration. He will initially move to the center of gravity of the contact element. Under certain conditions, however, the contact center of gravity may also shift beyond the center of gravity of the contact element. In extreme cases, the contact element works within an exciter oscillation period to the opposite corner.
  • the contact element experiences through the eccentric force application point an additional rotational acceleration, which counteracts the moment of inertia of the contact element.
  • contact surface parameter ⁇ can advantageously be determined according to the following relationship:
  • ⁇ is a value in a range of 1, 5 to 2, 7, in particular the value 2, 1 and r hd represents the hydraulic comparison radius and according to
  • a centroid of the actual contact surface of the contact element with the ground can be determined, which is determined from a force application point of the contact force F.
  • the contact force F is a surface load acting on the contact surface of the contact element. It can be imaged by a resultant force acting on the resulting force application point.
  • This force application point can be considered in a first approximation as identical to the area-center of gravity of the actual contact surface.
  • a correction factor can be introduced, the z. B. is determined by simulation.
  • the movement of the contact element during ground contact is detected by sensors. Based on the information determined by the sensors as well as on the basis of the contact force F, the position and the dimension of the actual contact surface lying within the base area of the contact element and / or the force application point of the resulting contact force can be determined.
  • the sensors should be sensors that can detect linear and / or rotational movements of the contact element with respect to different degrees of freedom.
  • a sensor can be provided with which a pitch-rotational acceleration of the contact element caused by the contact force F is determined with respect to a pitch axis (y-axis) transverse to the direction of travel of the soil compacting device.
  • the pitch or roll acceleration caused by the contact force must be calculated with knowledge of the exciting exciter torque from the measured spin accelerations.
  • a suitable sensor for detecting a rolling rotational acceleration of the contact element with respect to a rolling axis extending in the direction of travel (x-axis) also be provided a suitable sensor.
  • the pitch axis and the roll axis each extend preferably through the center of gravity of the contact element.
  • each angular momentum balances can be placed about the pitch axis and the roll axis, from which caused by the contact force F contact torques about the pitch axis and the roll axis taking into account stimulating torques z. B. due to an exciter and the cutting moments are determined to the rest of the machine.
  • the lever arms of the contact force F with respect to the pitch axis and the roll axis and thus the position of the point of force application of the contact force F can be determined.
  • the position of the force application point of the contact force can be regarded in a first approximation as the position of the centroid of the contact surface, so that thus the position of the centroid is also known.
  • the contact surface parameter ⁇ can be determined.
  • the relationship between see the contact surface parameter ⁇ and the position of the centroid or the force application point can be determined in advance by the manufacturer of the soil compacting device by means of experiments in order to obtain a meaningful relationship.
  • the specification of this relationship can be stored in the form of a table or even a mathematical relationship.
  • the contact surface parameter ⁇ can be determined during each compression cycle of the contact element and constantly adapted in dependence on the size or position of the contact surface.
  • both the contact surface parameter ⁇ k as well as the dynamic stiffness dyn determined can be determined by the formula given above, the dynamic deformation modulus E v, determine dyn v erd i daughters.
  • a correlation between the thus determined dynamic stiffness modulus E v can be determined with the aid of calibration measurements dyn v erd i chter and the modifiable with the help of conventional measuring deformation modules .
  • tables can be set up which permit transferability of the dynamic stiffness modulus determined by the method according to the invention to other deformation moduli determined by means of standardized measuring methods.
  • a soil compaction device comprising a drive-driven vibration exciter, a contact element acted upon by the vibration exciter, which can continuously contact the soil during a vibration cycle and lift it temporarily from the soil to be compacted, and with a measuring system for determining a soil property , which has at least one sensor for detecting a movement behavior of the contact element.
  • the soil compacting device according to the invention is characterized in that the measuring system is operated according to the method of the invention indicated above.
  • the soil compacting device is a vibrating plate or a rammer.
  • An application on rollers is in principle also possible.
  • Fig. Ia in a schematic side view of a vibration plate with a contact element, a vibration exciter and an accelerometer;
  • FIG. 2 is a perspective view of the contact element of FIG. 1; FIG.
  • FIG. 5a Fig. 5a and b) a contact element in operation, with a large contact surface
  • 6 is a schematic representation of forces and moments on a contact element (simplified);
  • FIG. 8 shows a contact element with a triangular contact surface
  • FIG. 9 shows the contact element of FIG. 8 in plan view
  • FIG. 10 shows a contact element with a quadrangular contact surface
  • FIG. 11 shows the contact element of FIG. 10 in plan view
  • FIG. 12 is a plan view of a contact element with pentagonal contact surface.
  • FIG. 13 is a schematic side view of a soil compaction device serving as a vibratory ramming device.
  • FIG. 1 shows, in a highly simplified schematic representation, a vibration plate serving as a soil compaction device with a contact element 1.
  • the contact element 1 can also be part of a vibration rammer in the same way.
  • the thus serving as a ground contact plate contact element transmits in a known manner vibration forces generated by a vibration exciter 2, in the soil to be compacted.
  • the vibration exciter 2 can consist of two counter-rotating unbalanced shafts 3 in a known manner whose phase position can be changed to achieve steerability or a change in direction of the soil compacting device during travel operation.
  • the contact element 1 is movably coupled via a spring device 4 with an upper mass 5.
  • an upper mass 5 usually a drive for the vibration generator 2 is housed.
  • a sensor 6 is shown, which can be formed for example by an accelerometer.
  • the sensor 6 may be attached to the vibration exciter 2 or directly to the contact element 1.
  • Fig. 2 shows a part of the construction of Fig. I a) in perspective view.
  • the contact element 1 is greatly simplified as a rectangular plate reproduced. Instead of a single sensor 6, six sensors 7 are arranged on the contact element 1, which can also be designed as acceleration sensors.
  • FIG. 2 also shows a pitch axis 8 (y-axis) extending transversely to a direction of travel X, as well as a roulette axis 9 (x-axis) extending in the direction of travel X.
  • the pitch axis 8 and the roll axis 9 intersect at a center of gravity 10 of the contact element 1.
  • the acceleration pickups 7 are arranged at a distance from the pitch axis 8 and the roll axis 9 to detect rotational movements with respect to the pitch axis 8 and the roll axis 9, in particular rotation angles or spin accelerations to be able to.
  • the invention now relates to a measuring method for determining a dynamic deformation modulus of the soil compacted by the soil compacting device.
  • the movement behavior of the contact element 1 is measured and evaluated in a suitable form, as will be described below.
  • the measuring method has already been explained in detail above in the introduction to the description, only the essential aspects of the measuring method are summarized below.
  • the dynamic deformation modulus is determined by the formula
  • K dyn corresponds to the dynamic rigidity of the soil.
  • the contact surface parameter ⁇ takes into account as geometric factor the characteristic size of the contact surface and in particular the deviation of the position of the force application point in relation to the total base area of the contact element. Both the dynamic stiffness k dyn and the contact surface parameter ⁇ can be determined during each load phase, so that an always current evaluation of these parameters and thus of the dynamic deformation module E v . d y n ve rd ic h te r is possible.
  • the contact force F contact is determined from the set of center of gravity with respect to a coordinate system fixed to the contact element 1. For this purpose, in addition to the acceleration of the center of mass and the known mass of the contact element, the direction and magnitude of the exciting forces of the vibration exciter 2, the direction and magnitude of the cutting forces to the rest of the machine, weight forces and the normal acceleration forces resulting from the rotational speeds must be determined.
  • the contact force F contact is simplified in the case of the vibration plate shown in FIG. 1
  • m L is the mass of the contact element 1
  • z ' L is the acceleration of the contact element 1 in the direction of the contact normal
  • F ECC is the exciting force of the vibration element 2 acting on the contact element 1.
  • the translational acceleration z L of the contact element 1 in the contact surface normal direction can be measured, for example, via the measuring sensor 6 (acceleration sensor) in the center of gravity 10 of the contact element 1 (see FIG.
  • the translational and rotational acceleration in the contact normal direction and in the direction of the pitch and roll axis can also be measured with the aid of the six measuring sensors 7 (acceleration sensors), which in the manner shown in FIG. B. are attached to the center of gravity 10 of the Kunststoffele- ment determine.
  • the acceleration in the direction of the contact normal can also be determined without contact, that is to say for example by optical laser sensors or with the aid of the Doppler effect, with corresponding sensors 6a preferably being attached to the upper mass 5 of the soil compacting device.
  • EM is the resulting mass of the rotating unbalanced shafts 3
  • ⁇ is the exciting frequency of the vibrator 2
  • ⁇ phase represents the phase angle between the two unbalanced shafts 3.
  • the phase angle ⁇ phase is variable depending on the setting of the operator. It relates to the relative position of the two unbalanced shafts 3 to each other and can therefore be changed depending on the desired direction of travel (forward, backward) by the operator.
  • a measurement of the phase angle ⁇ PhaSe is possible , for example, by inductive or capacitive proximity switches or Hall sensors.
  • FIG. 3 distinguishes a movement cycle of the contact element 1 in two phases, namely an air phase (also called flight phase) and a contact phase, which has a load phase and a release phase.
  • air phase also called flight phase
  • contact phase which has a load phase and a release phase.
  • the contact element 1 flies over the soil to be compacted, while in the contact phase, an interaction between the contact element 1 and the ground takes place.
  • the contact element 1 Due to the vibration effect, the contact element 1 is lifted from the ground to be compacted and moves - without contact with the ground and thus without contact force - flying over the ground.
  • the oscillation path s in the contact phase is referred to as the contact path s contact . It can be calculated by double integration of the acceleration of the contact element. As explained above, the translational and rotational motion components should be taken into account, ie correspondingly also during the integration.
  • the curve can be approximated by a polynomial with the aid of the least squares.
  • the gradient of the approximated curve can then be calculated quite simply analytically from the polynomial coefficients.
  • the dynamic stiffness k dyn is then determined by averaging the various gradients over the entire range of the stress phase so that finally a k dyn value can be found for a stress cycle as a measure of the dynamic stiffness which is a substantial part of the dynamic strain modulus E v dynVerdlchter according to equation (1) represents.
  • the contact element 1 relative to the bottom surface 1 1 is tilted so that only a rear part of the contact element 1 touches the bottom 1 1 ,
  • a contact surface 12 is shown, which represents the actual contact of the contact element 1 with the bottom 1 1.
  • contact forces 13 act as surface load.
  • the contact forces 13 are combined as the resulting contact force 14, which acts in the contact surface normal direction at a force application point 15 and corresponds to the abovementioned contact force F contact .
  • the force application point 15, on which the contact force 14 acts on the contact element 1, has a distance a from the center of gravity 10 of the contact element.
  • the force application point 15 does not coincide with a centroid of a base of the contact element 1, the would result if the contact element 1 is completely in contact with the ground. Rather, the contact force 14 acts asymmetrically or eccentrically on the centroid of the contact element 1 and also on the overall center of gravity 10 of the contact element. 1
  • Fig. 5 shows in analogy to Fig. 4, a contact element 1, which acts on a bottom 1 1, wherein the contact surface 12 is significantly larger (see Fig. 5a)). This is the case, for example, when the bottom is softer than in FIG. 4a).
  • the force application point 15 of the resulting contact force 14 then shifts closer to the center of gravity 10, so that the distance a is reduced.
  • the position of the force application point 15 of the contact force 14 with respect to the position of the center of gravity 10 of the contact element 1 can now be used, for example.
  • the background to this approach is the consideration that, with almost constant soil stiffness along the compaction path, the centroid of a large contact surface 12 (Figure 5a) is closer to the center of gravity 10 of the contact element 1 than to a small contact surface ( Figure 4a).
  • the rotational accelerations caused by the contact force 14 are determined around the pitch and roll axes (reference numerals 8 and 9 in FIG. 2). From the knowledge of the momentarily resulting contact force 14 and the torques caused thereby, the force application point 15 can be calculated.
  • the translational, the pitching and the rolling movement of the contact element 1 must be determined by means of sensors.
  • the sensors 7 shown in FIG. 2 are suitable.
  • the rotational movements occurring due to the contact can be determined from the rotational impulse balances in pitch and roll direction with knowledge of the a priori known moments of inertia of the contact element on the contact element 1, so that by the contact force 14 caused contact torques about the pitch axis 8 and the roll axis 9 calculate, as will be explained later.
  • the rotational acceleration in the center of gravity of a moving body with respect to a coordinate system fixed in the center of gravity can be determined from the sum of the acting external torques
  • the moments of inertia of the contact element 1, I x , I ⁇ , I z , etc. can be determined from CAD data or possibly also experimentally.
  • the rotational accelerations can be determined by suitably positioned acceleration sensors 7, as described above.
  • the components of the applied torques result from the cutting moments M ⁇ to the rest of the soil compaction device (upper mass), the moments M c caused by the ground contact force and from the moments M ECC exerted by the vibration exciter 2 about the respective axes x, y and z
  • M x M cx + M ECCX + M ⁇
  • M 2 M cz + M ECCZ + M ⁇ z
  • M cj ⁇ F c, z - r c, ⁇ - F c, x - r c, z ( 13 )
  • r c represent the coordinates of the force application point with respect to the center of gravity of the contact element 1.
  • r c are thus the coordinates that define the position of the force application point 15 in relation to the center of gravity of the contact element 1. They can be determined by solving the above system of equations (13) taking into account the systems of equations (1 1) and (12).
  • r cz is the z-coordinate of the underside of the contact element 1 and z.
  • B CAD data known.
  • the vibration generator has two counter-rotating shafts with equal imbalance masses whose axes of rotation have the same orientation as the Y-axis of the contact element 1 and whose phase angle is mutually adjustable, calculate the components of the exciting torque about the Y-axis (pitching moment) M y with respect ECC. of the stationary contact element on the coordinate system in dependence on the time t simplified by the following relationship
  • M ECC Y EM - ⁇ 2 - [e. - (si 'n ⁇ + y s ⁇ n ⁇ H) - r s - (cos v + cos v)] (16)
  • EM is the resulting mass of the rotating unbalanced mass 3
  • ⁇ is the exciting frequency of the vibrator 2.
  • the angles ⁇ v and ⁇ H represent the instantaneous phase angles of the front and rear exciter shaft with respect to the vertical (z-axis) , B. by means The vertical (z-axis) can be determined separately z by means of proximity switch y on each exciter shaft s represents half the distance of the exciter shaft centers and can be taken from CAD data or measured directly e z represents the distance of the exciter center of gravity from the center of gravity Lower mass in Z-direction and can also be determined from CAD data
  • FIG. 8 shows a schematic perspective view of a contact element 1 with the direction of travel in the direction of the x-axis.
  • a triangular contact surface 16 with straight boundary edges is drawn on the contact element 1.
  • the outer boundary lines are known by the known outer geometry of the contact element 1
  • FIG. 10 shows a case in which one of the points of intersection thus calculated according to FIG. 9 travels beyond the actual geometry, that is to say in particular beyond the relevant edge of the contact element 1. Then, the calculation of the inner contact edge 18 is performed again on the assumption that the contact surface 16 is now quadrangular.
  • Fig. 1 1 shows the geometric determination of the centroid 15 of a trapezoidal, quadrangular surface.
  • Fig. 12 shows a case in which due to the superposition of the rotational and translational velocity components in a part 16a (dotted area) of the contact surface 16, a velocity distribution arises at which this part moves away from the ground. Then these surface portions should be taken into account with a lower valence in the calculation of the actual contact surface 16, since there are transferred virtually no or very little ground contact forces.
  • a speed zero line 19 runs between the surface part 16a shown in FIG. 12, which moves away from the ground, and the surface part 16b hatched in FIG. 12, which moves to the ground, that is, transmits ground contact forces.
  • the presence and the position of the velocity zero line 19, in which the contact element velocity in the normal direction reverses its sign, can be calculated from the kinematic relationships with known translational and angular velocity of the center of gravity of the contact element 1. For the total velocity at a point (r x , r y ) of the con- Clock element 1 with pure translational movement in the Z direction and superimposed pitch / roll movement results
  • FIG. 12 shows the resulting contact surface when speed zero line 19 is present in the vicinity of a corner 20. Since the centroid of the triangular surface to be subtracted (dotted surface part 16a) is known, the centroid of the dotted triangular surface 16a plus the hatched, actual contact surface 16b can be the center of gravity - calculate. For the resulting quadrilateral total area (surface parts 16a and 16b), the missing contact edge 17 can now be calculated again according to the method described above.
  • the soil is loaded by a circular, rigid plate with radius r and a constant pressure distribution.
  • F describes the applied force and s the sinking.
  • the above-mentioned value ⁇ is set to 2, 1, which leads to suitable results.
  • the transverse strain number v can vary with different soil qualities. Accordingly, the factor ⁇ may be in a range of 1.5 to 2.7.
  • r hd represents the hydraulic comparison radius and can be according to
  • the method according to the invention or a soil compaction device, such as a rammer or a vibrating plate, which are operated by the method according to the invention make it possible to determine the soil stiffness or the dynamic deformation modulus of the soil during the compaction work.
  • the method is particularly well suited for soil compacting devices in which the contact element performs relatively long flight phases and in which due to significant rotational motion components, the contact force and the contact path often have unpredictable, changing directions.
  • Also well suited is the method for taking into account different contact geometries or effective, actual contact surfaces.
  • soil compaction devices with short or no flight phase can also determine the soil stiffness and the dynamic soil deformation module using the method according to the invention.
  • FIG. 13 shows a side view of a typical vibration tamper, in which the method according to the invention can be used. Even machines in which a substantially constant contact behavior (vibrating roller) can be assumed can use the method described here for determining the soil stiffness and the soil deformation module.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Agronomy & Crop Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Road Paving Machines (AREA)

Abstract

Ein Verfahren eignet sich zur Bestimmung eines dynamischen Verformungs-moduls mittels einer Bodenverdichtungsvorrichtung, die ein schwingend beaufschlagtes Kontaktelement (1) zur Bodenverdichtung aufweist. Das Kontaktelement (1) berührt während einer Kontaktphase den Boden, ist dabei einer durch den Boden ausgeübten Kontaktkraft ausgesetzt und legt einen Kontaktweg zurück. Aus dem Gradienten der Kontaktkraft und dem Kontaktweg wird eine dynamische Steifigkeit des Bodens gebildet. Weiterhin wird ein Kontaktflächenparameter zur Berücksichtigung der tatsächlichen Kontaktfläche (12) des Kontaktelements (1) mit dem Boden (11) bestimmt. Der dynamische Verformungsmodul ist dann das Produkt aus dem Kontaktflächenparameter und der dynamischen Steifigkeit. Das Verfahren erlaubt die Bestimmung des dynamischen Verformungsmoduls und damit der Bodensteifigkeit während der Verdichtungsarbeit mit einer Bodenverdichtungsvorrichtung, deren Kontaktelement (1) insbesondere relativ lange Flugphasen und kurze Kontakt beziehungsweise Verdichtungsphasen sowie unterschiedlich große tatsächliche Kontaktflächen (12) haben kann.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Bodenparametern mittels Verdichtungsmaschinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Bodeneigenschaft mittels einer Bodenverdichtungsvorrichtung, die ein schwingend beaufschlagtes Kontaktelement zur Bodenverdichtung aufweist.
Als Bodenverdichtungsvorrichtungen sind insbesondere Vibrationsplatten und -Stampfer, aber auch Vibrationswalzen bekannt. Sie weisen jeweils wenigstens ein Bodenkontaktelement auf, das von einem Schwingungserreger schwingend beaufschlagt wird und die Schwingung in den Boden einleitet, um dadurch eine Verdichtungswirkung zu erzielen.
Um die Güte einer Verdichtungsarbeit überprüfen zu können, ist es hilfreich, bestimmte Bodeneigenschaften, wie zum Beispiel die Bodensteifigkeit, die Verformbarkeit, die Tragfähigkeit o. Ä. zu ermitteln.
Zum Bestimmen von Bodenparametern sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die getrennt von Bodenverdichtungsgeräten arbeiten. So gibt es ein genormtes Plattendruckverfahren (DIN 18134), bei dem im Rahmen eines statischen Lastplattendruckversuchs ein Verformungsmodul Ev bestimmt wird. Ebenso ist ein dynamischer Lastplattendruckversuch bekannt (Technische Prüfvorschriften für Boden und Fels im Straßenbau TP BF-StB, Teil B 8.3 ( 1997)).
Konventionelle, von den Verdichtungsgeräten getrennte Messverfahren und -Vorrichtungen erfordern einen erheblichen Zusatzaufwand, da jeweils zusätzlich zu dem Verdichtungsgerät Messgeräte zur Verfügung gestellt werden müssen, die meist einen entsprechend geschulten Bediener erfordern . Außerdem ist die Anzahl der Messungen auf einer definierten Fläche durch den zeitlichen Aufwand begrenzt, d. h. es kann nur stichprobenartig gemessen werden.
Andererseits sind auch Verfahren bekannt, bei denen spezielle Bodenverdichtungsgeräte selbst genutzt werden, um insbesondere Bodensteifigkeiten und/ oder Verformungsmoduln des Bodens zu messen, die das zentrale Kriterium für einen Verdichtungserfolg darstellen. Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind zum Beispiel in der DE 27 10 81 1 C2, WO 98 / 1 7865 , DE 29 42 334 C2 sowie EP 1 164 223 A l bekannt. Diese Veröffentlichungen zeigen jeweils Vibrationswalzen, die über den zu verdichtenden Boden verfah- ren werden und aufgrund der Schwingungseigenschaften der Walzentrommel (Walzenbandage) Rückschlüsse auf die Bodensteifigkeit ziehen. Vibrationswalzen werden in der Regel so betrieben, dass die als Bodenkontaktelement dienenden Walzenbandagen auch bei schwingender Beaufschlagung nicht vom Boden abheben. Die Walzenbandagen bewegen sich insgesamt periodisch, woraus sich eine verhältnismäßig gleichmäßige Amplitudenbewe- gung der Walzenbandage ergibt. Für andere Bodenverdichtungsvorrichtungen, insbesondere für Vibrationsplatten oder -Stampfer eignen sich die bekannten Messverfahren und -Vorrichtungen dagegen nicht. Vibrationsplatten und -Stampfer verlieren üblicherweise während eines erheblichen Teils eines Schwingungs-Belastungszyklus den Kontakt zum Boden. Hierbei sind Kon- taktzeiten festgestellt worden, die nur circa 10 % der gesamten Schwingungsperiode ausmachen. Die oben geschilderten, bei Vibrationswalzen zum Einsatz kommenden Messverfahren sind darauf ausgerichtet, dass die jeweils gemessenen Signale aus einem weitgehend stetigen Zustand entstehen. Selbst dann, wenn die Walzenbandagen springen sollten, sind die Flugphasen verhältnis- mäßig kurz, sodass der Fehlereinfluss gering ist.
Bei Stampfern und Vibrationsplatten hingegen ist von langen Flugphasen und kurzen Berührungszeiten auszugehen, sodass die auf ein periodisches Bewegungsverhalten ausgelegten Messverfahren des Standes der Technik ungeeig- net sind. Zudem unterliegen die Bodenkontaktelemente von Vibrationsplatten und -Stampfern einem eher chaotischen Bewegungsverhalten, weil sie durch das Springen beziehungsweise Fliegen immer wieder Bodenkräfte an unterschiedlichen Stellen aufnehmen müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen von Bodeneigenschaften anzugeben, dass sich auch für Bodenverdichtungsvorrichtungen eignet, deren Bodenkontaktelement immer wieder vom Boden abhebt und insbesondere sogar eine längere Flugphase - bezogen auf einen Schwingungszyklus - absolviert. Das Verfahren soll dabei eine Bestimmung der Bo- denparameter immer dann erlauben, wenn unabhängig vom konkreten Bewegungsverhalten und/oder Kontaktverhalten die Bodenverdichtungsvorrichtung während eines Erregerzyklus Kontakt mit dem Boden hat. Bevorzugte Anwendungen sind Bodenverdichtungsvorrichtungen mit eher chaotischem Bewegungsverhalten, wie insbesondere Vibrationsplatten und -Stampfer.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 . Eine das Verfahren nutzende Bodenverdichtungsvorrichtung ist in Anspruch 29 definiert. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Bestimmen einer Bodeneigenschaft mittels einer Bodenverdichtungsvorrichtung, die ein schwingend beauf- schlagtes Kontaktelement zur Bodenverdichtung aufweist. Das Kontaktelement berührt während einer Kontaktphase den Boden und ist dabei einer durch den Boden ausgeübten Kontaktkraft Fcontact ausgesetzt und legt einen Kontaktweg s contact zurück. Im Folgenden wird die Kontaktkraft Fcontact vereinfachend auch als Kontaktkraft F und der Kontaktweg scontact vereinfachend als Kontaktweg s bezeichnet.
Die Bodenverdichtungsvorrichtung kann eine Vibrationsplatte oder ein Vibrationsstampfer sein. Sie weist eine das Kontaktelement umfassende Untermas- se und eine üblicherweise einen Antrieb umfassende Obermasse auf. Die Untermasse ist über eine Federeinrichtung mit der Obermasse gekoppelt. Bestandteil der Untermasse kann auch, z. B. bei einer Vibrationsplatte, ein Schwingungserreger sein, der das Kontaktelement beaufschlagt. Bei einem Vibrationsstampfer erfolgt die Schwingungserreger mittels einer Wegerregung, z. B. durch einen Kurbeltrieb, die zwischen der Obermasse und der Untermasse angeordnet ist.
Die Bodeneigenschaft, die durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt werden kann, wird als dynamischer Verformungsmodul Ev dyn Verdichter bezeich- net und durch die Beziehung
P - ei ΔF conlact
L-1V ,dyn Verdichter ~ "
Figure imgf000005_0001
)
ermittelt.
Dabei stellt ΔFC0M(αc, / Δsconlacl eine Annäherung (Mittelung) an den tatsächlichen
Gradient der Kontaktkraft dFcontacl I dsconlacl dar. α ist ein Kontaktflächenparameter zur Berücksichtigung der Geometrie und Form der tatsächlichen Kontaktfläche des Kontaktelements mit dem Boden während eines bestimmten, für die Bestimmung der tatsächlichen Kontaktfläche betrachteten Zeitabschnitts.
Auf Basis des dynamischen Verformungsmoduls Ev dyn Verdichter kann gegebenenfalls unter Berücksichtigung bodenabhängiger Parameter (Querkontraktions- zahl v ) ein dynamischer Schermodul Gv. dyn Verdichter berechnet werden.
Der Kontaktflächenparameter α, der als Geometriefaktor den Einfluss der tatsächlichen Kontaktfläche wiedergibt, wird unten noch näher erläutert. Da sich die während eines Belastungszyklus wirkende Kontaktfläche als auch die Kon- taktkraft und der relevante Kontaktweg sowohl hinsichtlich ihrer Richtung als auch ihrer Größe von Zyklus zu Zyklus ändern können, werden sowohl der KontaktΩächenparameter α als auch die Kontaktkraft und der Kontaktweg während jeder Belastungsphase, also während jedes Belastungszyklus, be- stimmt.
Der Faktor kdyn stellt die dynamische Steifigkeit des Bodens dar und wird als Gradient der Kontaktkraft F und des Kontaktwegs s gebildet. Auch die dynamische Steifigkeit kdyn, die sich auch innerhalb der Belastungsphase ändern kann, wird während jeder Belastungsphase ermittelt, um die Steifigkeit des Bodens im Laufe des Verdichtungsvorgangs präzise überwachen zu können.
Zur Ermittlung der dynamischen Steifigkeit kdyn muss zunächst die Kontaktkraft und der vom Kontaktelement während der Kontaktphase zurückgelegte Kontaktweg ermittelt werden.
Vorzugsweise werden die Komponenten der Kontaktkraft F in den drei Raumrichtungen aus dem Schwerpunktsatz bezüglich eines im Schwerpunkt des Kontaktelement fixierten Koordinatensystems bestimmt. Alternativ können die Komponenten auch für ein ortsfestes Koordinatensystem, z. B. bezüglich dem Boden ermittelt werden.
Bei einem bewegten Koordinatensystem ergeben sich die resultierenden Beschleunigungskomponenten aus der Summe der äußeren angreifenden Kräfte in Z-Richtung gemäß
m, (xs - ys -N + zs -Φ) = ∑ Fx m. (ys -zs -X + xs -N) = ∑Fγ (2 ) m, (zs -xs -Φ + ys -X) = y Fz
wobei Φ , X und N die entsprechenden Drehgeschwindigkeiten in Nickrich- tung (um die y-Achse), Rollrichtung (um die x-Achse) und Gierrichtung (um die z-Achse) sowie mυ die Masse des Kontaktelements darstellen. xs, ys, zs stellen die jeweiligen Translationsgeschwindigkeiten im Schwerpunkt des Kontaktelementes dar, während xs, ys, z' s die entsprechenden Beschleunigungen darstellen.
Die an der Untermasse angreifenden Kräfte setzen sich (mit i=x,y,z) zusammen aus den jeweiligen Kraftkomponenten aufgrund einer Unwuchtanregung FECC ,, aus der resultierenden Kontaktkraft zum Boden Fc ,, aus den Schnittkräften zur restlichen Maschine (z. B. Obermasse der Bodenverdichtungsvorrichtung) Fu , sowie aus den Komponenten der Gewichtskraft des Kontaktelementes. Die Summe der angreifenden Kräfte lässt sich daher für die einzelnen Raumrich- tungen wie folgt angeben
∑Fx= Fcx + FECC,X + Fu,x ~mυ-8- sin(φ) • C0S(X>
2 FY = FC,Y + FECC,Y + Fu,γ + mu'8' cos(Φ) • sin(X) (3)
2 F2 = Fcz + F ECC,Z + Fυχ -mu'8- cos(Φ) • cos(X)
wobei Fc , eine Kontaktkraft des Kontaktelements (1) zum Boden, F01 eine Schnittkraft zwischen dem Kontaktelement (1) und der restlichen Maschine
(Obermasse), mυ die Masse des Kontaktelements, FECC , die anregende Kraft eines das Kontaktelement anregenden Schwingungserregers ist, und Φ und X den entsprechenden Nick- bzw. Rollwinkel darstellen.
Setzt man die beiden oben genannten Gleichungssysteme (2) und (3) gleich und löst nach der jeweiligen Kontaktkraftkomponente auf, ergibt sich
Fc,x = mu (*s - ys ' N + zs ■ Φ) - FECCX -Fux+mυ-g- sin(Φ) • cos(X)
Fc,γ = mυ (ys ~ is ' x + *s " N) - FECCY - Fυγ -mυ-g- cos(Φ) • sin(X) (4)
Fc,z = mυ &s ~ xs " φ + ΪS " X) - FECC,Z ~ Fu,z +mu'g- cos(φ) * C0S(X)
Die gesamte resultierende Kontaktkraft lässt sich dann aus den einzelnen Komponenten Fc , berechnen, indem Amplitude und Richtung der gesamt wirkenden Kontaktkraft entsprechend vektoriell aus den Teilkomponenten ermittelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich z. B. bei einer Vibrationsplatte oder einem Vibrationsstampfer einsetzen. Da bei derartigen Geräten die Kontaktkraft überwiegend normal zur Kontaktfläche wirkt, wird vorzugsweise der Kontaktkraftanteil in Kontaktnormalenrichtung, also in Richtung der z-Achse durch Auswertung der Impulsbilanz in dieser Richtung bestimmt.
Die Kontaktkraft kann dann z. B. vereinfachend bestimmt werden zu
Fc,z =mu-Zs-FEcc,z (5) wobei mu die Masse des Kontaktelements, zs die Beschleunigung des
Kontaktelements in Richtung der Kontaktnormalen (z-Achse) und FECC z die anregende Kraft eines das Kontaktelement beaufschlagenden Schwingungserregers ist. Zur Bestimmung der translatorischen Beschleunigungen und der Drehbeschleunigungen:
Die translatorische Beschleunigung xs ys,zs des Kontaktelements im Schwerpunkt kann z. B. durch einen an dem Kontaktelement selbst vorgesehenen Beschleunigungsaufnehmer gemessen werden. Als Beschleunigungsaufnehmer eignet sich z. B. ein im Schwerpunkt angebrachter Triax-Aufnehmer zur Messung aller drei Raumrichtungen gleichzeitig. Die translatorischen Geschwindigkeitskomponenten xs, ys, zs in den drei Raumrichtungen können dann z. B. durch einfache Integration der Beschleunigungssignale ermittelt werden.
Alternativ - wenn z. B. konstruktionsbedingt kein Aufnehmer im Schwerpunkt angebracht werden kann - lässt sich die translatorische Beschleunigung des Schwerpunktes in den drei Raumrichtungen (x, y, z) sowie die Drehbeschleunigung um die drei Achsen x, y, z auch durch mindestens sechs Beschleuni- gungsaufnehmer ermitteln. Diese werden bevorzugt um den Schwerpunkt des Kontaktelements so verteilt, dass jeweils drei Beschleunigungsaufnehmer hinsichtlich ihrer Messrichtung in Richtung einer Normalen (z-Richtung) zu der Kontaktfläche anbracht sind, jedoch möglichst nicht auf einer Linie angeordnet sind. Drei weitere Beschleunigungsaufnehmer werden so angeordnet, dass sie ebenfalls nicht auf einer Linie, jedoch hinsichtlich ihrer Messrichtung in Richtung einer Tangentialen zu der Kontaktfläche angebracht sind.
Aus dem kinematischen Zusammenhang zwischen Beschleunigung im Schwerpunkt und der an einem beliebigen Punkt des Körpers gemessenen Beschleu- nigung bei vorhandenen, d.h. gemessenen Drehbeschleunigungen Φ , X und
N lassen sich nun sowohl die gesuchten translatorischen Beschleunigungen als auch die Drehbeschleunigungen ermitteln. Die benötigten Drehwinkel Φ und X lassen sich dann durch doppelte Integration der Drehbeschleunigungen Φ , X ermitteln.
In gewissen Anwendungsfällen kann es hinreichend sein, die Anzahl der erforderlichen Sensoren zu reduzieren, da gewisse Freiheitsgrade konstruktionsbedingt entfallen. So führt das Kontaktelement eines Vibrationsstampfers, also die Bodenkontaktplatte, beispielsweise aufgrund der parallelen Führung des Stampffusses eine Bewegung hauptsächlich in einer translatorischen Richtung aus, nämlich in Richtung der Kontaktnormalen (z-Achse). Für diese Anwendung ist demnach u. U. die Verwendung eines einzelnen Beschleunigungssensors an dem Kontaktelement hinreichend. Weitere Bewegungskomponenten können gegebenenfalls durch Messaufnehmer an der Obermasse bestimmt werden.
Ebenfalls alternativ lassen sich die Beschleunigungskomponenten in Richtung der Kontaktnormalen auch berührungslos, zum Beispiel durch optische Laser- sensoren ermitteln. Die Sensoren sind dann vorzugsweise nicht an dem Kontaktelement, sondern an einer über eine Federeinrichtung mit dem Kontaktelement verbundenen Obermasse vorgesehen. Die Obermasse kann zum Beispiel auch in bekannter Weise einen Antriebsmotor der Bodenverdichtungsvorrichtung umfassen. Mit Hilfe der Sensoren lässt sich beispielsweise eine Ab- Standsänderung zwischen der Obermasse und dem Kontaktelement messen, sodass bei Kenntnis von Lage und Orientierung der Obermasse über eine zweifache Ableitung die Beschleunigungen des Kontaktelementes in Kontaktnormalenrichtung an den entsprechenden Messstellen ermittelt werden kann.
Schließlich kann auch über Radarsensoren die Geschwindigkeit des Kontaktelements relativ zu der Obermasse z. B. aufgrund des Dopplereffekts oder aber der Abstand z. B. mittels Interferenzradar ermittelt werden, was ebenfalls eine Berechnung der Beschleunigungen, wie oben beschrieben, ermöglicht.
Zur Ermittlung der anregenden Kraft FECC:
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die von dem Schwingungserreger kommende anregende Kraft FECC durch eine zwischen dem Schwingungserreger und dem Kontaktelement vorgesehene Kraftmesseinrichtung gemessen werden. Als Kraftmesseinrichtung eignet sich zum Beispiel eine Kraftmessdose, die unter dem Schwingungserreger angebracht ist.
Alternativ dazu kann die anregende Kraft FECC auch aus der momentanen Lage der Erregerunwuchten berechnet werden. Für den Fall, dass der Schwin- gungserreger zwei gegenläufig drehende Wellen mit gleichgroßen Unwuchtmassen aufweist, deren Rotationsachsen die gleiche Orientierung wie die Y- Achse des Kontaktelementes aufweisen und deren Phasenlage zueinander verstellbar ist, errechnen sich die Komponenten der anregenden Kraft FECC bzgl. dem auf dem Kontaktelement ortsfesten Koordinatensystem in Abhängigkeit von der Zeit t vereinfacht durch folgende Beziehung F Ecc, x (O = EM - Q2 s\n(φPhase / 2) • cos(Ω • t)
Figure imgf000010_0001
^rccz (0 = EM • Ω2 ∞s(φPhase /2) • cos(Ω • t)
wobei EM die resultierende Masse einer rotierenden Unwuchtmasse ist, Ω die anregende Frequenz des Schwingungserregers und φPhase den Phasenwinkel zwischen den beiden Unwuchtmassen darstellt.
Es kann also aus der momentanen Position der Unwuchten sowie der Kenntnis der Erregerwellen-Winkelgeschwindigkeit und der Größe der Unwucht die momentan wirkende Unwuchtkraft in Richtung und Größe bestimmt werden.
Die anregende Kraft FECC kann selbstverständlich bei anders gestalteten Schwingungserregern ebenfalls berechnet werden. Sie wird im Regelfall in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt, kann aber auch von der Phasenlage beziehungsweise Winkelstellung der beteiligten Unwuchtmassen abhängig ge- macht werden.
Für den Fall der oben bereits erwähnten Vibrationsplatte oder eines Vibrationsstampfers kann für die Ermittlung der anregenden Kraft FECC z. B. ausschließlich mit der in Kontaktnormalen-Richtung wirkenden Komponente FECC z gerechnet werden, da hierfür lediglich die Anregung in Richtung der z- Achse von Bedeutung ist, also der Normalen zur Kontaktfläche.
Der Phasenwinkel φPhase, also die relative Phasenlage der beiden Unwuchtmassen zueinander, ist in Abhängigkeit von der Einstellung des Bedieners varia- bei. Die Position der Unwuchten kann zum Beispiel durch Näherungssensoren (induktiv, Hall-Sensoren) bestimmt werden. Aus den Positionen der Unwuchten können dann auch die Winkelgeschwindigkeiten der Unwuchtwellen bestimmt werden.
Die Schnittkräfte Fu , zwischen Kontaktelement und Rest der Maschine lassen sich z. B. mittels Kraftmessdosen ermitteln, die zwischen dem Kontaktelement und z. B. der Obermasse der Bodenverdichtungsvorrichtung angeordnet sind.
Zur Bestimmung des Kontaktwegs s:
Der für die Bestimmung der dynamischen Steifigkeit kdyn erforderliche Kontaktweg s wird in den Zeitpunkten, in denen das Kontaktelement Bodenkontaktkräfte überträgt, bestimmt, und zwar vorzugsweise in der Nähe des bzw. am resultierenden Kraftangriffspunkt, da der Weg des Kraftangriffspunkts am ehesten mit der Änderung der wirkenden Kontaktkraft in Verbindung steht. Die Bestimmung der Lage des Kraftangriffspunktes wird weiter unten beschrieben.
Zur Ermittlung des Kontaktwegs werden zunächst die Beschleunigungen des Kraftangriffspunktes ermittelt. Durch doppelte Integration der Beschleunigungen am Kraftangriffspunkt lassen sich dann Amplitude und Richtung des Weges am Kraftangriffspunkt (Kontaktweg) ermitteln.
Es ist demnach erforderlich, zunächst die Lage des Kraftangriffspunktes P zu bestimmen, was weiter unten noch in Zusammenhang mit der Berechnung des Kontaktflächenparameters α erläutert wird. Bei der so ermittelten Lage des
Kraftangriffspunktes SP = [SPx , SPY , SPZ] (bezogen auf ein Koordinatensystem im Schwerpunkt S) lässt sich die Beschleunigung im Kraftangriffspunkt ap aus den kinematischen Beziehungen gemäß
äp = äs + ώ x SP + ώ x (ώ x SP) (7)
berechnen.
Der Vektor der Drehgeschwindigkeiten ώ = [Φ,X,N]r und der Drehbeschleunigungen ö3 = [Φ,X, N]r sowie die Translationsbeschleunigung im
Schwerpunkt as =
Figure imgf000011_0001
ΫS, ZS J lässt sich, wie bereits oben beschrieben, durch geeignete Sensorik, die z. B. auf dem Kontaktelement angeordnet sein kann, ermitteln. Vorzugsweise wird dabei jedoch nur der Kontaktweg in Richtung der resultierenden Kontaktkraft für die Auswertung berücksichtigt.
Wenn z. B. die Kontaktkraft bei einer Vibrationsplatte überwiegend normal zur Kontaktfläche wirkt, wird vorzugsweise der Kontaktweg an der Stelle des Kraftangriffspunktes in Kontaktnormalenrichtung durch Auswertung der translatorischen und der rotatorischen Bewegungsanteile bestimmt. Die Auswertung von Gleichung (7) für die Komponente der Beschleunigung im Punkt P (Kraftangriffspunkt) in z-Richtung ergibt (bei Vernachlässigung der Gierbewegung, d. h. N = N = O ):
aP z = zs + X - SPγ - φ - SPx - iφ2 + X2 ) SP2 (8) Doppelte Integration von ap z liefert dann den gesuchten Kontaktweg s in Kontaktnormalenrichtung.
Für die Bestimmung der translatorischen bzw. rotatorischen Bewegungsanteile werden, wie oben bereits beschrieben, z. B. drei Beschleunigungssensoren auf dem Kontaktelement so angeordnet, das sie nicht auf einer Linie liegen, jedoch hinsichtlich ihrer Messrichtung in Richtung einer Normalen zu der Kontaktfläche angebracht sind.
Auf diese Weise können für verschiedene Messzeitpunkte mehrere Messpunktepaare aus der Kontaktkraft F und dem zugehörigen Kontaktweg s gebildet werden.
Damit liegen in besonders vorteilhafter Weise für verschiedene Zeitpunkte je- weils Informationen über die Kontaktkraft F und den zugehörigen Kontaktweg s vor, sodass jeweils für einen Zeitpunkt ein Messpunktepaar aus der Kontaktkraft F und dem Kontaktweg s gebildet werden kann.
Vorzugsweise werden diejenigen Messpunktepaare bestimmt, die während ei- ner Belastungsphase anfallen in der das Kontaktelement zunehmend gegen den Boden gedrückt wird. In diesem Zusammenhang können Messpunktepaare, die während einer Entlastungsphase, bei der das Kontaktelement entlastet wird, oder einer Flugphase, in der sich das Kontaktelement in der Luft befindet, ohne den Boden zu berühren, von der weiteren Auswertung ausgeschlos- sen werden.
Für die Messpunktepaare der Belastungsphase wird jeweils ein Gradient dFcon. tact/ dscontact gebildet, der der zu diesem Zeitpunkt geltenden dynamischen Steifigkeit kdyn entspricht. Der Gradient dF/ ds kann auch als Verhältnis von zwei zeitlichen Änderungen (der Kraft und des Weges) gebildet werden .
Vorzugsweise werden aber die für die jeweiligen Messpunktepaare anfallenden Gradienten durch ein statistisches Verfahren gemittelt, sodass der sich so ergebende Mittelwert als die maßgebliche dynamische Steifigkeit kdyn bestimmt werden kann.
Alternativ oder ergänzend dazu kann in Abhängigkeit von der Zeit t für die Kontaktkraft F und den Kontaktweg s ein Phasendiagramm rechnerisch gebildet werden. Für den Teil des Phasendiagramms, der eine Belastungsphase repräsentiert, in der das Kontaktelement zunehmend gegen den Boden drückt, wird ein mittlerer Gradient dF/ ds gebildet, der die dynamische Steifigkeit kdyn darstellt. Zur Ermittlung des Kontaktflächenparameters α:
Wie oben bereits ausgeführt, wird zur Bestimmung des dynamischen Verformungsmoduls Ev dynverdichter auch ein Kontaktflächenpar ameter α zur Berück- sichtigung der tatsächlichen Kontaktfläche des Kontaktelements mit dem Boden benötigt. Vorteilhafterweise wird der Kontaktflächenparameter α aufgrund einer berechneten Lage eines Kraftangriffspunktes der Kontaktkraft F bestimmt.
Das Kontaktelement, insbesondere eine Bodenkontaktplatte bei einer Vibrationsplatte oder einem -Stampfer, weist eine Grundfläche auf, die im Stillstand der Bodenverdichtungsvorrichtung mit dem Boden in Kontakt steht. Im Betrieb jedoch, während dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommen soll, wird im Regelfall nicht mehr die gesamte Grundfläche des Kon- taktelements bei der Übertragung der Kontaktkraft beteiligt sein, sondern nur noch eine Teilfläche, nämlich die tatsächliche Kontaktfläche.
Aufgrund der durch zyklische Flugphasen des Kontaktelements geprägten Fortbewegung und der damit verbundenen Schrägstellung des Bodenkontakt- elements bezüglich der Oberfläche des zu verdichtenden Bodens aber auch aufgrund einer Schrägstellung der Oberfläche selbst steht nur ein Teil der Unterseite des Kontaktelements in Kontakt mit dem Boden, während der restliche Teil in die Luft ragt. In der Praxis kann dies bedeuten, dass bei einer Bodenverdichtungsvorrichtung mit einem Kontaktelement, das eine rechteckige Grundfläche aufweist, welche im Stillstand vollständig den Boden berührt, im Betrieb hingegen nur noch eine tatsächliche Kontaktfläche gegeben ist, die weniger als ein Drittel der Grundfläche beträgt. Die tatsächliche Kontaktfläche kann dann zwar ebenfalls rechteckig, dreieckig oder auch von anderer Geometrie, jedoch erheblich kleiner als die Grundfläche sein. Die Kontaktfläche muss auch nicht wie in den genormten Plattendruckverfahren eben sein, sondern kann in den verschiedenen Richtungen (Achsen) konkav oder konvex ausgebildet sein. Weiterhin kann es innerhalb der momentanen tatsächlichen Kontaktfläche Bereiche geben, in denen aufgrund der momentanen Geschwindigkeitsverteilung am Kontaktelement eine geringe bis gar keine Übertragung von Kontaktkräften stattfindet. Diese müssen bei der Ermittlung der relevanten Kontaktfläche berücksichtigt werden.
Da die Größe der momentanen tatsächlichen Kontaktfläche einen entscheidenden Einfluss auf die Größe der übertragbaren Kontaktkräfte hat (bei einer größeren Kontaktfläche kann bei sonst gleichen, isotropen Bodenkennwerten eine größere Kontaktkraft übertragen werden) muss sie für die Bestimmung der Verformungsmoduln berücksichtigt werden. Da die tatsächliche Kontaktfläche eines betrachteten Zeitschrittes in einem Erregerschwingzyklus bezüglich der Grundfläche des Kontaktelements nicht symmetrisch angeordnet sein wird, sondern z. B. in einem - bezogen auf die Hauptfahrtrichtung der Bodenverdichtungsvorrichtung - hinteren Bereich des Kontaktelements, wirkt die aus der Bodenkontaktspannung resultierende Kontaktkraft F nicht am Flächenschwerpunkt der Grundfläche des Kontaktelements, sondern an einer davon entfernten Stelle, nämlich insbesondere an oder in der Nähe eines Flächenschwerpunkts der tatsächlichen Kontaktfläche. Durch diese Abweichung der beiden Schwerpunkte bzw. Abweichung des Kraftangriffspunktes vom Schwerpunkt des Kontaktelementes wirken auf das Kontaktelement zusätzliche Kräfte und Momente, die zur Erfassung der Bodeneigenschaften berücksichtigt werden müssen.
Die Größe und Geometrie der Kontaktfläche ändert sich während des Kontak- tes. Wenn z. B. ein rechteckiges Kontaktelement zu Beginn einer Kontaktphase mit einer Ecke (dreieckförmige Kontaktfläche) den Boden berührt, so vergrößert sich die Dreiecksfläche zunächst durch das Eindringen. Die Neigung des Kontaktelementes wird sich anschließend so verändern, dass sich sein Kontaktschwerpunkt (Kontaktfläche und Kraft) während des Eindringens ver- schiebt. Dabei wird er sich zunächst zum Schwerpunkt des Kontaktelementes hin verschieben. Unter bestimmten Bedingungen kann sich der Kontaktschwerpunkt jedoch auch über den Schwerpunkt des Kontaktelements hinaus verlagern. Im Extremfall klappt das Kontaktelement innerhalb einer Erregerschwingungsperiode zur gegenüberliegenden Ecke.
Das Kontaktelement erfährt durch den exzentrischen Kraftangriffspunkt eine zusätzliche Drehbeschleunigung, der das Massenträgheitsmoment des Kontaktelements entgegenwirkt.
Es hat sich herausgestellt, dass sich der Kontaktflächenparameter α vorteilhaft gemäß folgender Beziehung bestimmen lässt:
a (9)
Y ' rhyd
wobei γ ein Wert in einem Bereich von 1 ,5 bis 2, 7, insbesondere der Wert 2, 1 ist und rh d den hydraulischen Vergleichsradius darstellt und sich gemäß
'hyd ( 10)
Figure imgf000014_0001
aus der tatsächlich wirksamen Kontaktfläche Ac berechnen lässt.
Dabei kann zum Bestimmen des Kontaktflächenparameters α ein Flächenschwerpunkt der tatsächlichen Kontaktfläche des Kontaktelements mit dem Boden bestimmt werden, der aus einem Kraftangriffspunkt der Kontaktkraft F ermittelt wird. Die Kontaktkraft F ist eine Flächenlast, die auf die Kontaktfläche des Kontaktelements einwirkt. Sie kann durch eine resultierende Kraft abgebildet werden, die an dem resultierenden Kraftangriffspunkt angreift. Dieser Kraftangriffspunkt kann in erster Näherung als identisch zu dem Flächen- Schwerpunkt der tatsächlichen Kontaktfläche angesehen werden. Zur Korrektur der Abweichung des tatsächlichen Kraftangriffspunktes vom Flächenschwerpunkt der Kontaktfläche kann ein Korrekturfaktor eingeführt werden, der z. B. mittels Simulation bestimmt wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Bewegung des Kontaktelements während des Bodenkontakts durch Messaufnehmer erfasst. Anhand der von den Messaufnehmern ermittelten Informationen sowie aufgrund der Kontaktkraft F kann die Lage und die Abmessung der innerhalb der Grundfläche des Kontaktelements liegenden tatsächlichen Kontaktfläche und/oder der Kraftangriffspunkt der resultierenden Kontaktkraft bestimmt werden.
Die Messaufnehmer sollten Sensoren sein, die Linear- und/ oder Drehbewegungen des Kontaktelements bezüglich verschiedener Freiheitsgrade erfassen können.
Es kann ein Messaufnehmer vorgesehen sein, mit dem eine durch die Kontaktkraft F hervorgerufene Nick-Drehbeschleunigung des Kontaktelements bezüglich einer quer zur Fahrtrichtung der Bodenverdichtungsvorrichtung stehenden Nickachse (y-Achse) ermittelt wird.
Unter Umständen muss die durch die Kontaktkraft hervorgerufene Nick- bzw. Rollbeschleunigung (um die x-Achse) in Kenntnis des anregenden Erregermomentes aus den gemessenen Drehbeschleunigungen berechnet werden. Analog dazu kann zum Erfassen einer Roll-Drehbeschleunigung des Kontaktelements bezüglich einer sich in Fahrtrichtung erstreckenden Rollachse (x-Achse) ebenfalls ein geeigneter Messaufnehmer vorgesehen sein. Die Nickachse und die Rollachse erstrecken sich jeweils vorzugsweise durch den Schwerpunkt des Kontaktelements. Zum Messen der Nick- und Rolldrehbeschleunigungen können aber auch drei Aufnehmer, die nicht auf einer Linie angebracht sind, je- doch bzgl. ihrer Messrichtung in Richtung der Kontaktnormalen ausgerichtet sind, benutzt werden (wie weiter oben bereits beschrieben). Zusätzlich kann es zweckmäßig sein, wenn zum Messen einer Translationsbewegung des Kontaktelements in Richtung der Kontaktkraft F ein entsprechender Messaufnehmer vorhanden ist.
Aufgrund der durch die Messaufnehmer gemessenen Bewegungen des Kontaktelements, insbesondere aufgrund der Drehbeschleunigungen um die Nick- und Rollachse können jeweils Drehimpulsbilanzen um die Nickachse und die Rollachse aufgestellt werden, aus denen die durch die Kontaktkraft F hervorgerufenen Kontaktdrehmomente um die Nickachse und die Rollachse unter Berücksichtigung der anregenden Drehmomente z. B. aufgrund eines Erregers und der Schnittmomente zum Rest der Maschine bestimmt werden.
Aufgrund der so ermittelten Kontaktdrehmomente und der bereits bekannten Kontaktkraft F lassen sich die Hebelarme der Kontaktkraft F bezüglich der Nickachse und der Rollachse und damit die Lage des Kraftangriffspunkts der Kontaktkraft F bestimmen.
Die Lage des Kraftangriffspunkts der Kontaktkraft kann in erster Näherung als Lage des Flächenschwerpunkts der Kontaktfläche angesehen werden, sodass somit die Lage des Flächenschwerpunkts ebenfalls bekannt ist.
Aufgrund der Lage des Flächenschwerpunkts der Kontaktfläche oder aber auch des Kraftangriffspunkts und eines vorgegebenen Zusammenhangs kann der Kontaktflächenparameter α festgelegt werden. Der Zusammenhang zwi- sehen dem Kontaktflächenparameter α und der Lage des Flächenschwerpunkts beziehungsweise des Kraftangriffspunkts kann im Vorfeld vom Hersteller der Bodenverdichtungsvorrichtung durch Versuche ermittelt werden, um eine aussagekräftige Beziehung zu erhalten. Die Vorgabe dieses Zusammenhangs kann in Form einer Tabelle oder aber auch einer Rechenbeziehung hinterlegt werden.
Auf diese Weise kann der Kontaktflächenparameter α während eines jeden Verdichtungszyklusses des Kontaktelements ermittelt und in Abhängigkeit von der Größe beziehungsweise Lage der Kontaktfläche ständig angepasst werden.
Nachdem auf diese Weise sowohl der Kontaktflächenparameter α als auch die dynamische Steifigkeit kdyn festgestellt worden sind, lässt sich nach der oben angegebenen Formel der dynamische Verformungsmodul Ev, dynverdichter bestimmen.
Soweit erforderlich lässt sich mit Hilfe von Kalibrationsmessungen ein Zusammenhang zwischen dem so ermittelten dynamischen Steifigkeitsmodul Ev dynverdichter und den mit Hilfe von konventionellen Messverfahren bestimmbaren Verformungsmodulen herstellen. So können zum Beispiel in Abhängigkeit von bestimmten Bodenverhältnissen Tabellen aufgestellt werden, die eine Übertragbarkeit des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten dynami- sehen Steifigkeitsmodul auf andere Verformungsmoduln erlaubt, die mit Hilfe von genormten Messverfahren bestimmt worden sind.
Erfindungsgemäß wird auch eine Bodenverdichtungsvorrichtung angegeben, mit einem von einem Antrieb angetriebenen Schwingungserreger, einem von dem Schwingungserreger beaufschlagten Kontaktelement, das während eines Schwingungszyklus den Boden phasenweise der dauernd berührt und kurzzeitig von dem zu verdichtenden Boden abheben kann, und mit einem Messsystem zum Bestimmen einer Bodeneigenschaft, das wenigstens einen Messaufnehmer zum Erfassen eines Bewegungsverhaltens des Kontaktelements auf- weist. Die Bodenverdichtungsvorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem nach dem oben angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.
Vorteilhafterweise ist die Bodenverdichtungsvorrichtung eine Vibrationsplatte oder ein Stampfer. Eine Anwendung auf Walzen ist aber grundsätzlich auch möglich.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren erläu- tert. Es zeigen:
Fig. Ia) in schematischer Seitenansicht eine Vibrationsplatte mit einem Kontaktelement, einem Schwingungserreger und einem Beschleunigungsaufnehmer;
Fig. Ib) das Kontaktelement von Fig. I a) mit schematischer Darstellung der Unwuchtwellen des Schwingungserregers;
Fig. 2 eine Perspektivdarstellung des Kontaktelements von Fig. 1 ;
Fig. 3 ein Phasendiagramm mit der Kontaktkraft Fcontact und dem Schwingweg s über der Zeit;
Fig. 4a) und b) ein Kontaktelement in Betrieb, mit kleiner Kontaktfläche;
Fig. 5a) und b) ein Kontaktelement im Betrieb, mit großer Kontaktfläche; Fig. 6 eine schematische Darstellung von Kräften und Momenten an einem Kontaktelement (vereinfacht);
Fig. 7 geometrische Verhältnisse an einem Kontaktelement mit einem Zweiwellen-Schwingungserreger;
Fig. 8 ein Kontaktelement mit dreieckförmiger Kontaktfläche;
Fig. 9 das Kontaktelement von Fig. 8 in der Draufsicht;
Fig. 10 ein Kontaktelement mit viereckiger Kontaktfläche;
Fig. 11 das Kontaktelement von Fig. 10 in der Draufsicht;
Fig. 12 eine Draufsicht auf ein Kontaktelement mit fünfeckiger Kontaktfläche; und
Fig. 13 in schematischer Seitenansicht einen als Bodenverdichtungsvorrichtung dienenden Vibrationsstampfer.
Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellung eine als Bodenverdichtungsvorrichtung dienende Vibrationsplatte mit einem Kontaktelement 1. Das Kontaktelement 1 kann in gleicher Weise auch Bestandteil eines Vibrationsstampfers sein. Das so als Bodenkontaktplatte dienende Kontaktelement überträgt in bekannter Weise Schwingungskräfte, die von einem Schwingungserreger 2 erzeugt werden, in den zu verdichtenden Boden.
Wie Fig. Ib) zeigt, kann der Schwingungserreger 2 in bekannter Weise aus zwei gegenläufig drehbaren Unwuchtwellen 3 bestehen, deren Phasenlage zu- einander veränderbar ist, um eine Lenkbarkeit beziehungsweise eine Richtungsänderung der Bodenverdichtungsvorrichtung im Fahrtbetrieb zu erreichen.
Das Kontaktelement 1 ist über eine Federeinrichtung 4 mit einer Obermasse 5 beweglich gekoppelt. In der Obermasse 5 ist üblicherweise ein Antrieb für den Schwingungserreger 2 untergebracht.
In Fig. Ia) ist außerdem ein Messaufnehmer 6 gezeigt, der zum Beispiel durch einen Beschleunigungsaufnehmer gebildet werden kann. Der Messaufnehmer 6 kann an dem Schwingungserreger 2 oder auch direkt an dem Kontaktelement 1 angebracht sein. Fig. 2 zeigt einen Teil des Aufbaus von Fig. I a) in Perspektivdarstellung.
Das Kontaktelement 1 ist stark vereinfacht als rechteckige Platte wiedergegeben. An Stelle eines einzelnen Messaufnehmers 6 sind sechs Messaufnehmer 7 auf dem Kontaktelement 1 angeordnet, die ebenfalls als Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet sein können.
In Fig. 2 ist außerdem eine sich quer zu einer Fahrtrichtung X erstreckende Nickachse 8 (y-Achse) sowie eine sich in Fahrtrichtung X erstreckende RoIl- achse 9 (x-Achse) eingezeichnet. Die Nickachse 8 und die Rollachse 9 kreuzen sich in einem Schwerpunkt 10 des Kontaktelements 1. Die Beschleunigungsaufnehmer 7 sind jeweils mit Abstand zu der Nickachse 8 und der Rollachse 9 angeordnet, um Drehbewegungen bezüglich der Nickachse 8 und der Rollachse 9, insbesondere Drehwinkel oder Drehbeschleunigungen erfassen zu können.
Die Erfindung betrifft nun ein Messverfahren zum Bestimmen eines dynamischen Verformungsmoduls des von der Bodenverdichtungsvorrichtung gerade verdichteten Bodens. Zu diesem Zweck wird das Bewegungsverhalten des Kontaktelementes 1 gemessen und in geeigneter Form ausgewertet, wie nachfol- gend beschrieben wird. Da das Messverfahren jedoch auch bereits oben in der Beschreibungseinleitung ausführlich erläutert wurde, werden nachfolgend nur noch die wesentlichen Aspekte des Messverfahrens zusammengefasst.
Der dynamische Verformungsmodul bestimmt sich durch die Formel
1^ V ,dyn Verdichter ~ w
ΔJ„
[ I )
Dabei entspricht kdyn der dynamischen Steifigkeit des Bodens. Der Kontaktflächenparameter α berücksichtigt als Geometriefaktor die charakteristische Größe der Kontaktfläche und insbesondere die Abweichung der Lage des Kraftangriffspunktes im Verhältnis zur gesamten Grundfläche des Kontaktelements. Sowohl die dynamisch Steifigkeit kdyn als auch der Kontaktflächenparameter α können während jeder Belastungsphase bestimmt werden, sodass eine stets aktuelle Auswertung dieser Parameter und damit des dynamischen Verformungsmoduls Ev. dynverdichter möglich ist.
Zur Ermittlung der dynamischen Steifigkeit kdyn muss zunächst die Kontaktkraft Fcontact und der von dem Kontaktelement 1 während der Kontaktphase, also während des Berührens des zu verdichtenden Boden zurückgelegte Weg Scontact ermittelt werden.
Die Kontaktkraft Fcontact bestimmt sich zu aus dem Schwerpunktsatz bzgl. ei- nes am Kontaktelement 1 fixierten Koordinatensystems. Dazu müssen neben der Schwerpunktsbeschleunigung und der bekannten Masse des Kontaktelementes Richtung und Größe der anregenden Kräfte des Schwingungserregers 2, Richtung und Größe der Schnittkräfte zum Rest der Maschine, Gewichtskräfte sowie die aus den Drehgeschwindigkeiten resultierenden Normal- beschleungiungskräften bestimmt werden.
Insbesondere errechnet sich die Kontaktkraft Fcontact vereinfacht für den Fall der in Fig. 1 gezeigten Vibrationsplatte zu
Fcon,ac, = mL - ZL - FECC <5 )
wobei mL die Masse des Kontaktelements 1 , z' L die Beschleunigung des Kontaktelements 1 in Richtung der Kontaktnormalen und FECC die anregende Kraft des das Kontaktelement 1 beaufschlagenden Schwingungserregers 2 ist.
Die translatorische Beschleunigung zL des Kontaktelements 1 in Kontaktflä- chennormalenrichtung lässt sich zum Beispiel über den Messaufnehmer 6 (Beschleunigungssensor) im Schwerpunkt 10 des Kontaktelementes 1 messen (vgl. Fig. Ia).
Alternativ lässt sich die translatorische und rotatorische Beschleunigung in Kontaktnormalenrichtung und in Richtung der Nick- und Rollachse auch mit Hilfe der sechs Messaufnehmer 7 (Beschleunigungsaufnehmer) messen, die in der in Fig. 2 gezeigten Weise z. B. um den Schwerpunkt 10 des Kontaktele- ments angebracht sind, bestimmen.
Weiterhin kann die Beschleunigung in Richtung der Kontaktnormalen auch berührungslos, also zum Beispiel durch optische Lasersensoren oder mit Hilfe des Doppler-Effekts bestimmt werden, wobei entsprechende Messaufnehmer 6a vorzugsweise an der Obermasse 5 der Bodenverdichtungsvorrichtung angebracht sind.
Die für die Berechnung der Kontaktkraft Fcontact in obiger Formel erforderliche anregende Kraft FECC kann vereinfacht durch folgende Beziehung berechnet werden: FECC = EM ■ Ω2 • cos(φ/w / 2) • cos(Ω • 0
wobei EM die resultierende Masse der rotierenden Unwuchtwellen 3 ist, Ω die anregende Frequenz des Schwingungserregers 2 und φPhase den Phasenwinkel zwischen den beiden Unwuchtwellen 3 darstellt.
Der Phasenwinkel φPhase ist in Abhängigkeit von der Einstellung des Bedieners variabel. Er betrifft die Relativlage der beiden Unwuchtwellen 3 zueinander und kann daher je nach gewünschter Fahrtrichtung (vorwärts, rückwärts) durch den Bediener verändert werden. Eine Messung des Phasenwinkels φPhaSe ist zum Beispiel durch induktive oder kapazitive Näherungsschalter oder Hall- Sensoren möglich. Ebenso ist es möglich, die Verstellung der Phasenlage der Unwuchtwellen 3 mit Hilfe eines Regelventils zu erreichen, sodass ebenfalls gesicherte Informationen über den Phasenwinkel φPhase vorliegen.
Trägt man nun für den Zeitverlauf während eines Belastungszyklusses die gemäß Gleichung (5) berechnete Kontaktkraft Fcontact über dem Schwingweg s auf, ergibt sich das in Fig. 3 dargestellte, typische Kontaktkraft/ Schwingweg- Phasendiagramm. Fig. 3 unterscheidet einen Bewegungszyklus des Kontakt- elements 1 in zwei Phasen, nämlich eine Luftphase (auch Flugphase genannt) und eine Kontaktphase, die eine Belastungsphase und eine Entlastungsphase aufweist. Während der Luftphase fliegt das Kontaktelement 1 über den zu verdichtenden Boden, während in der Kontaktphase eine Wechselwirkung zwischen dem Kontaktelement 1 und dem Boden stattfindet.
Als Nulllage wird der Punkt mit dem Schwingweg s = 0 angesehen. Ausgehend von diesem Punkt wird aufgrund der Unwuchtwirkung des Schwingungserregers 2 das Kontaktelement 1 in den Boden gedrückt, sodass sich entsprechend dem ansteigenden Ast (vgl. Pfeilrichtung in Fig. 3) mit zunehmendem Schwingweg eine Erhöhung der Kontaktkraft Fcontact einstellt. Nach Erreichen eines Maximums wird das Kontaktelement 1 aufgrund der Unwuchtwirkung entlastet, sodass der Phasenverlauf den absteigenden Ast der Kontaktphase erreicht, bis schließlich kein Bodenkontakt mehr besteht (in Fig. 3 bei s = 2).
Aufgrund der Schwingungswirkung wird das Kontaktelement 1 vom zu verdichtenden Boden abgehoben und bewegt sich - ohne Bodenkontakt und damit ohne Kontaktkraft - fliegend über den Boden.
Nach einem Wechsel der Schwingungsrichtung erreicht das Kontaktelement 1 in der Luftphase wieder die Nulllage, sodass ein neuer Verdichtungszyklus beginnt. Der Schwingweg s in der Kontaktphase wird als Kontaktweg scontact bezeichnet. Er lässt sich durch doppelte Integration der Beschleunigung des Kontaktelements rechnerisch bestimmen. Wie oben dargelegt sollten dabei die translatorischen und rotatorischen Bewegungsanteile berücksichtigt werden, d.h. ent- sprechend auch bei der Integration.
Für die Ermittlung der dynamischen Steifigkeit des Bodens kdyn lassen sich nun mehrere Messpunktepaare (Kontaktkraft F, Kontaktweg s) in der Belastungsphase ermitteln und deren Gradient dF/ds bestimmen. Dazu kann zum Beispiel der Kurvenverlauf durch ein Polynom mit Hilfe der kleinsten Fehlerquadrate approximiert werden. Der Gradient der approximierten Kurve kann dann recht einfach analytisch aus den Polynomkoeffizienten berechnet werden.
Die dynamische Steifigkeit kdyn wird dann durch Mittlung der verschiedenen Gradienten über den gesamten Bereich der Belastungsphase ermittelt, sodass schließlich für einen Belastungszyklus ein kdyn-Wert als Maß für die dynamische Steifigkeit gefunden werden kann, der einen wesentlichen Teil des dynamischen Verformungsmoduls Ev dynVerdlchter gemäß Gleichung ( 1 ) darstellt.
Zur Bestimmung des Kontaktflächenparameters α wird zunächst auf folgende Problematik hingewiesen:
Fig. 4a) zeigt vereinfacht das Bodenkontaktelement 1 im Betrieb bei der Verdichtung eines Bodens 1 1. Durch die Wirkung des Schwingungserregers 2 ist das Kontaktelement 1 gegenüber der Bodenoberfläche 1 1 schräg gestellt, sodass nur ein hinterer Teil des Kontaktelements 1 den Boden 1 1 berührt.
Dementsprechend ist in Fig. 4a) eine Kontaktfläche 12 eingezeichnet, die die tatsächliche Berührung des Kontaktelements 1 mit dem Boden 1 1 wiedergibt. In der Kontaktfläche 12 wirken Kontaktkräfte 13 als Flächenlast.
In Fig. 4b) werden die Kontaktkräfte 13 als resultierende Kontaktkraft 14 zu- sammengefasst, die in Kontaktflächenormalenrichtung an einem Kraftangriffspunkt 15 wirkt und der oben genannten Kontaktkraft Fcontact entspricht. Der Kraftangriffspunkt 15, an dem die Kontaktkraft 14 an dem Kontaktelement 1 angreift, hat einen Abstand a zu dem Schwerpunkt 10 des Kontaktelements.
Für den Schwerpunkt 10 des Kontaktelements 1 wird die Masse des Kontaktelements 1 und des Schwingungserregers 2 berücksichtigt.
Es ist gut erkennbar, dass der Kraftangriffspunkt 15 nicht mit einem Flächenschwerpunkt einer Grundfläche des Kontaktelements 1 zusammenfällt, die sich ergeben würde, wenn das Kontaktelement 1 vollständig in Kontakt mit dem Boden steht. Vielmehr wirkt die Kontaktkraft 14 unsymmetrisch beziehungsweise exzentrisch auf den Flächenschwerpunkt des Kontaktelements 1 und auch auf den Gesamtschwerpunkt 10 des Kontaktelements 1.
Fig. 5 zeigt in Analogie zu Fig. 4 ein Kontaktelement 1 , das auf einen Boden 1 1 einwirkt, wobei die Kontaktfläche 12 deutlich größer ist (siehe Fig. 5a)). Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn der Boden weicher als bei Fig. 4a) ist.
Wie aus Fig. 5a) ersichtlich, verlagert sich dann der Kraftangriffspunkt 15 der resultierenden Kontaktkraft 14 näher an den Schwerpunkt 10, sodass der Abstand a verringert wird.
Für die Ermittlung des Kontaktflächenparameters α kann nun zum Beispiel die Lage des Kraftangriffspunktes 15 der Kontaktkraft 14 in Bezug auf die Lage des Schwerpunkts 10 des Kontaktelementes 1 herangezogen werden. Hintergrund dieses Ansatzes ist die Überlegung, dass bei nahezu konstanter Bo- densteifigkeit entlang des Verdichtungsweges der Flächenschwerpunkt einer großen Kontaktfläche 12 (Fig. 5a)) näher am Schwerpunkt 10 des Kontaktelementes 1 liegt als bei einer kleinen Kontaktfläche (Fig. 4a)).
Um den Schwerpunkt der tatsächlichen Kontaktfläche 12 zu ermitteln, werden zunächst die durch die Kontaktkraft 14 hervorgerufenen Drehbeschleunigun- gen um die Nick- und Rollachse (Bezugszeichen 8 und 9 in Fig. 2) ermittelt. Aus der Kenntnis der jeweils momentan resultierenden Kontaktkraft 14 und der dadurch hervorgerufenen Drehmomente kann der Kraftangriffspunkt 15 berechnet werden. Zu diesem Zweck muss die Translations-, die Nick- und die Rollbewegung des Kontaktelements 1 mit Hilfe von Messaufnehmern bestimmt werden. Dazu eignen sich zum Beispiel die in Fig. 2 gezeigten Messaufnehmer 7.
Die aufgrund des Kontaktes auftretenden Drehbewegungen, insbesondere also die Nick- und Rollbewegung des Kontaktelements 1 , lassen sich aus den Dreh- impulsbilanzen in Nick- und Rollrichtung bei Kenntnis der a priori bekannten Massenträgheitsmomente des Kontaktelementes am Kontaktelement 1 ermitteln, sodass sich die durch die Kontaktkraft 14 hervorgerufenen Kontaktdrehmomente um die Nickachse 8 und die Rollachse 9 ausrechnen lassen, wie später erläutert wird.
Aus den Kontaktdrehmomenten wiederum können mit Kenntnis der Kontaktkraft 14 beziehungsweise Fcontact entsprechend die Hebelarme der Kontaktkraft 14 in Roll- und Nickrichtung und damit die Lage des Kraftangriffspunktes 15 bestimmt werden. Dabei ist aus der Kenntnis des Schwerpunktes der Kontaktkraft auf die Lage und Geometrie der Kontaktfläche zu schließen. Da der Boden uneben sein kann, ist dies nicht in allen Fällen eindeutig möglich. Es ist jedoch technisch hinreichend, durch geeignete Versuche und statistische Auswertung der Belastungszyklen einen Zusammenhang herzustellen.
Die Verhältnisse sind vereinfacht in Fig.6 für den Anwendungsfall einer Vibrationsplatte gezeigt.
Allgemein muss für die Berechnung des Kontaktflächenparameters α zunächst die Lage des theoretischen Kraftangriffspunktes 13 berechnet werden:
Unter Verwendung des Drallsatzes lässt sich die Drehbeschleunigung im Schwerpunkt eines bewegten Körpers bzgl. eines im Schwerpunkt fixierten Koordinatensystems aus der Summe der wirkenden äußeren Drehmomente gemäß
Iχ-X + (Iz-Iγ)-ΦN-(N + XΦ)-Ixz +(N2-Φ2)-Irz +(XN-Φ)-Ixγ
Figure imgf000024_0001
Iϊ-Φ + (Iχ-Iz)-NX-(X + ΦN)-Ixγ + (X2-N2)-/zγ+(ΦX-N)-/rz = ∑MY lz ■ N + (I γ - Ix ) • XΦ - (φ + XN) • Iγz + (φ 2 - X2 ) ■ I^ + (NΦ - X) • I2x = ^ Mz (11)
berechnen. Die Trägheitsmomente des Kontaktelementes 1, Ix, Iγ, Iz, etc. lassen sich aus CAD-Daten oder ggf. auch experimentell ermitteln. Die Drehbeschleunigungen lassen sich durch geeignet positionierte Beschleunigungssen- soren 7, wie weiter oben beschrieben, ermitteln.
Die Komponenten der angreifenden Drehmomente ergeben sich aus den Schnittmomenten Mυ zum Rest der Bodenverdichtungsvorrichtung (Obermasse), den durch die Bodenkontaktkraft verursachten Momenten Mc sowie aus den vom Schwingungserreger 2 ausgeübten Momenten MECC um die jeweiligen Achsen x, y und z gemäß
Mx = Mcx + MECCX + Mυχ
My = Mcγ + MECCY + Mυγ (12)
M2 = Mcz + MECCZ + Mυz
Für die durch die Bodenkontaktkraftkomponenten Fc , bewirkten Drehmomente Mc , kann man ansetzen i MV1 c,x = 1 FCz - rrc,r - ΓFC,Y - rrc,z
Mcj = ~Fc,z - rc,χ - Fc,x - rc,z ( 13)
M c,z = FC,Y ' rc,x ~ Fc,x ' rc,γ
wobei rc die Koordinaten des Kraftangriffspunktes bezüglich des Schwerpunktes des Kontaktelementes 1 darstellen.
rc sind somit die Koordinaten, die die Lage des Kraftangriffspunktes 15 im Verhältnis zum Schwerpunkt des Kontaktelementes 1 definieren. Sie können durch Auflösen des obigen Gleichungssystems ( 13) unter Berücksichtigung der Gleichungssysteme ( 1 1 ) und ( 12) bestimmt werden.
Damit ergibt sich für die Koordinaten rc des Kraftangriffspunktes 15:
Für den Fall eines Kontaktelementes, dessen Anregungen in der xz-Ebene des Schwerpunktes liegt (d. h. Fc γ = 0) ergibt sich für die Hebelarme:
Figure imgf000025_0001
rc z ist die z-Koordinate der Unterseite des Kontaktelementes 1 und aus z. B. CAD-Daten bekannt.
Für den Fall, dass der Schwingungserreger zwei gegenläufig drehende Wellen mit gleich großen Unwuchtmassen aufweist, deren Rotationsachsen die gleiche Orientierung wie die Y-Achse des Kontaktelementes 1 aufweisen und deren Phasenlage zueinander verstellbar ist, errechnen sich die Komponenten des anregenden Drehmomentes um die Y-Achse (Nickmoment) MECC y bzgl. des auf dem Kontaktelement ortsfesten Koordinatensystems in Abhängigkeit von der Zeit t vereinfacht durch folgende Beziehung
MECC Y = EM - Ω2 - [e. - (si'nφy + s\nφH) - rs - (cosφv + cosφv)] ( 16)
EM ist die resultierende Masse der rotierenden Unwuchtmasse 3, Ω ist die anregende Frequenz des Schwingungserregers 2. Die Winkel ^v und ^H stellen die momentanen Phasenwinkel der vorderen und hinteren Erregerwelle bzgl. der Vertikalen (z-Achse) dar. Sie lassen sich z. B. mittels der Vertikalen (z-Achse) dar Sie lassen sich z B mittels Naherungsschalter y an jeder Erregerwelle separat ermitteln s stellt den halben Abstand der Erregerwellenmittelpunkte dar und kann aus CAD-Daten entnommen oder direkt gemessen werden ez stellt den Abstand des Erregerwellenschwerpunktes vom Gesamtschwerpunkt der Untermasse in Z-Richtung dar und kann ebenfalls aus CAD-Daten ermittelt werden
Die Verhaltnisse sind in Fig 7 gezeigt
Für den Fall, dass der Schwerpunkt der beiden Erregerwellen in X- und Y- Richtung mit dem Schwerpunkt des Kontaktelementes übereinstimmt, entstehen keine zusätzlichen anregenden Drehmomente durch den Erreger um die X-Achse und um die Z-Achse Die Drehmoment-Komponenten MECC x und MEcc Z sind dann Null Für jeden anderen Fall lassen sich die Drehmomente selbstverständlich ebenso rechnerisch aus der momentanen Position der Un- wuchten berechnen
Nachfolgend wird beispielhaft ein Verfahren zur naherungsweisen Bestimmung der tatsächlichen Kontaktflache 16 für den Fall eines rechteckigen und ebenen Kontaktelements 1 erläutert
Durch die Nick- und Rollbewegung des Kontaktelementes wird ein Kontakt immer von einer Ecke bzw Kante des Kontaktelementes ausgehen
Fig 8 zeigt in schematischer Perspektivansicht ein Kontaktelement 1 mit Fahrtrichtung in Richtung der x-Achse Auf dem Kontaktelement 1 ist eine dreiecksformige Kontaktflache 16 mit geraden Begrenzungskanten gestrichelt eingezeichnet Dabei sind die äußeren Begrenzungslinien durch die bekannte Außengeometrie des Kontaktelements 1 bekannt
Die fehlende, im idealisierten Fall gerade innere Begrenzungslmie (Kontaktkante 17) wird nun aus der Bedingung, dass der Kraftangriffspunkt 15 z B im Flachenschwerpunkt des die Kontaktflache 16 bildenden Dreieckes liegt, berechnet
Fig 9 zeigt die Konstruktion der fehlenden, inneren Kante der Kontaktflache 16 beispielhaft für einen Kontakt beginnend an einer Ecke 18 (Schnittpunkt der Kanten I und II des Kontaktelements 1 )
Aus der Kenntnis des Flachenschwerpunktes (soll gleich dem Kraftangriffspunkt 15 sein, daher gelten die oben ermittelten Koordinaten rc) und der Be- dingung, dass die beiden Geraden g, und g2 sich im Flächenschwerpunkt schneiden, lässt sich bei bekannten Koordinaten der beiden Kanten I und II des Kontaktelements 1 ein Gleichungssystem mit zwei Gleichungen aufstellen und nach den gesuchten unbekannten Schnittpunkten (xsi ,ysi) und (xs2.yS2) der Innenkante der dreieckförmigen Kontaktfläche 16 auflösen. Analog verfährt man, wenn der Kontakt an einer anderen Ecke des Kontaktelementes 1 beginnt.
Fig. 10 zeigt einen Fall, in dem einer der so gemäß Fig. 9 berechneten Schnitt- punkte über die tatsächliche Geometrie, also insbesondere über die betreffende Kante des Kontaktelements 1 hinaus wandert. Dann wird die Berechnung der innenliegenden Kontaktkante 18 erneut durchgeführt und zwar unter der Annahme, dass die Kontaktfläche 16 nun viereckig ist.
Für die viereckige Kontaktfläche 16 lässt sich nun ebenfalls aus der bekannten Lage des Flächenschwerpunktes (Koordinaten rc des Kraftangriffspunkts 15) und den geometrischen Konstruktionsvorschriften ein Gleichungssystem für die Bestimmung der unbekannten Schnittpunkte mit den Kontaktelementkanten (Kanten I und II) aufstellen und lösen.
Fig. 1 1 zeigt die geometrische Bestimmung des Flächenschwerpunktes 15 einer trapezförmigen, viereckigen Fläche.
Fig. 12 zeigt einen Fall, bei dem aufgrund der Überlagerung der rotatorischen und translatorischen Geschwindigkeitsanteile in einem Teil 16a (gepunktete Fläche) der Kontaktfläche 16, eine Geschwindigkeitsverteilung entsteht, bei der sich dieser Teil vom Boden wegbewegt. Dann sollten diese Flächenanteile mit einer geringeren Wertigkeit bei der Berechnung der tatsächlichen Kontaktfläche 16 berücksichtig werden, da dort praktisch keine oder nur sehr geringe Bodenkontaktkräfte übertragen werden.
Zwischen dem in Fig. 12 gepunktet dargestellten Flächenteil 16a, der sich vom Boden wegbewegt, und dem in Fig. 12 schraffierten Flächenteil 16b, der sich zum Boden bewegt, also Bodenkontaktkräfte überträgt, verläuft eine Ge- schwindigkeitsnulllinie 19.
Das Vorhandensein und die Lage der Geschwindigkeitsnulllinie 19, bei der die Kontaktelementgeschwindigkeit in Normalenrichtung ihr Vorzeichen umkehrt, lässt sich bei bekannter Translations- und Winkelgeschwindigkeit des Schwer- punktes des Kontaktelementes 1 aus den kinematischen Beziehungen berechnen. Für die Gesamtgeschwindigkeit an einem Punkt (rx, ry) des Kon- taktelements 1 bei reiner Translationsbewegung in Z-Richtung und überlagerter Nick- / Rollbewegung ergibt sich
Nullsetzen der Geschwindigkeit ergibt dann die relevante Geradengleichung für die Geschwindigkeitsnulllinie 19 gemäß
Figure imgf000028_0001
Da die Geschwindigkeitsnulllinie 19 immer eine Gerade ist, ergibt sich im ungünstigsten Fall ein Fünfeck für die relevante Kontaktfläche (schraffierte Fläche 16b), wie Fig. 12 zeigt.
Fig. 12 zeigt die resultierende Kontaktfläche bei vorhandener Geschwindigkeitsnulllinie 19 in der Nähe einer Ecke 20. Da der Flächenschwerpunkt der abzuziehenden Dreiecksfläche (gepunkteter Flächenteil 16a) bekannt ist, lässt sich der Flächenschwerpunkt der gepunkteten Dreiecksfläche 16a plus der schraffierten, eigentlichen Kontaktfläche 16b als Summenschwerpunkt be- rechnen. Für die daraus resultierende viereckige Gesamtfläche (Flächenteile 16a und 16b) lässt sich nun wieder nach dem oben beschriebenen Verfahren die fehlende Kontaktkante 17 berechnen.
Die Definition des eindimensionalen E-Moduls in der Bodenmechanik lautet:
1 AF
E = (I - V2)
2 τ As
dabei wird der Boden über eine kreisförmige, starre Platte mit Radius r und konstanter Druckverteilung belastet. F beschreibt die aufgebrachte Kraft und s die Einsinkung. Die Querdehnzahl v ist für kohäsionslose Böden näherungsweise konstant und wird z. B. bei der Auswertung des statischen Lastplattenversuches immer mit v = 0,212 angesetzt.
Der Gradient ΔF/Δs wurde oben bereits bestimmt, so dass für den Kontaktflä- chenparameter α folgenden Ansatz zu machen ist (mit v = 0, 212 ):
a
2,1 - r h.yd Bei dieser Definition wird der oben bereits genannte Wert γ zu 2, 1 gesetzt, was zu geeigneten Ergebnissen führt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Querdehnzahl v bei unterschiedlichen Bodenqualitäten variieren kann. Dementsprechend kann der Faktor γ in einem Bereich von 1 ,5 bis 2, 7 liegen.
rh d stellt den hydraulischen Vergleichsradius dar und lässt sich gemäß
Figure imgf000029_0001
aus der Kontaktfläche Ac (Bezugszeichen 16) berechnen, deren Bestimmung oben bereits erläutert wurde.
Um den dynamischen Steifigkeitsmodul Ev. dynvermchter mit Verformungsmoduln vergleichen zu können, die durch konventionelle, zum Beispiel genormte Messverfahren ermittelt worden sind, können Kalibrationsmessungen durchge- führt beziehungsweise Kalibrationstabellen ausgewertet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise eine Bodenverdichtungsvorrichtung, wie zum Beispiel ein Stampfer oder eine Vibrationsplatte, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden, ermöglichen es, die Bo- densteife beziehungsweise den dynamischen Verformungsmodul des Bodens während der Verdichtungsarbeit zu bestimmen. Das Verfahren eignet sich besonders gut für Bodenverdichtungsvorrichtungen, bei denen das Kontaktelement relativ lange Flugphasen durchführt und bei denen bedingt durch signifikante Drehbewegungsanteile die Kontaktkraft und der Kontaktweg häufig nicht vorhersagbare, wechselnde Richtungen aufweisen. Ebenfalls gut geeignet ist das Verfahren zur Berücksichtigung unterschiedlicher Kontaktgeometrien beziehungsweise wirksamer, tatsächlicher Kontaktflächen. Hier besteht ein erheblicher Unterschied zu bisher bekannten Messverfahren, die insbesondere bei Bodenverdichtungswalzen eingesetzt wurden, bei welchen jedoch die Kon- taktfläche und auch die Richtung der dominanten Kontaktkraft zum Boden stets im Wesentlichen konstant ist bzw. a priori gut vorhersagbar ist.
Bodenverdichtungsvorrichtungen mit kurzer beziehungsweise keiner Flugphase können unter Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch ebenfalls die Bodensteife und den dynamischen Bodenverformungsmodul bestimmen.
Fig. 13 zeigt in Seitenansicht einen typischen Vibrationsstampfer, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann. Auch Maschinen, bei denen von einem im Wesentlichen gleich bleibenden Kontaktverhalten (Vibrationswalze) auszugehen ist, können das hier beschriebene Verfahren zum Bestimmen der Bodensteife und des Bodenverformungsmoduls nutzen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen einer Bodeneigenschaft mittels einer Bodenverdichtungsvorrichtung, die ein schwingend beaufschlagtes Kontaktelement (1) zur Bodenverdichtung aufweist, wobei das Kontaktelement (1) einer durch den Boden ausgeübten Kontaktkraft Fcontact ausgesetzt ist und einen Kontaktweg scontact zurücklegt; die Bodeneigenschaft als dynamischer Verformungsmodul Ev.dynverdichter bestimmt wird zu
f — n ■ ∞ntaci f-'V ,dynVerώchter ~ U .
*** α ein Kontaktflächenparameter zur Berücksichtigung der tatsächlichen
Kontaktfläche (10) des Kontaktelements (1) mit dem Boden ist; kdyn die dynamische Steifigkeit des Bodens darstellt und als Gradient der Kontaktkraft Fcontact und des Kontaktwegs scontact gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu berechnenden räumlichen Komponenten Fc , (mit i = x,y,z) der Kontaktkraft Fcontact des Kontaktelements (1) zum Boden bestimmt werden zu
Fcj = mυ (x's ~ yS ' N + z s • Φ) - FECCX -Fυx+mυ-g- sin(Φ) • cos(X) Fc,γ =mu(ys -zs-X + xs-N)- FECCY - Fuγ -mυ-g- cos(Φ) • sin(X)
Fc,z = mu (zs ~ xs ' φ + ys * X) - FECC,Z ~ Fu,z +mu'g- cos(Φ) • cos(X) mit mu ist die Masse des Kontaktelements (1); xs,ys,zs sind die Translationsgeschwindigkeiten im Schwerpunkt des Kontaktelementes (1); xs,ys,zs sind die entsprechenden Beschleunigungen; - Φ ist der Nickwinkel um die y-Achse;
X ist der Rollwinkel um die x-Achse;
Φ, X und N sind die entsprechenden Drehgeschwindigkeiten in Nick-, Roll- und Gierrichtung (um die z-Achse);
F1J , ist eine Schnittkraft zwischen dem Kontaktelement (1) und der rest- liehen Bodenverdichtungsvorrichtung;
FEcc .I ist die anregende Kraft eines das Kontaktelement (1) anregenden Schwingungserregers (2); g ist die Gravitationsbeschleunigung.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bestimmenden Beschleunigungen des Kontaktelements ( 1 ) aus der
Gruppe xs , ys, zs durch mehrere an dem Kontaktelement ( 1 ) vorgesehene Beschleunigungsaufnehmer (7) gemessen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungen xs, ys, z'' s des Kontaktelements ( 1 ) durch wenigstens einen Sensor (6a) gemessen werden, der an einer mit dem Kontaktelement
( 1 ) über eine Federeinrichtung (4) verbundenen Obermasse (5) vorgesehen ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
Drehbeschleunigungen Φ , X und N durch wenigstens einen an dem Kontaktelement ( 1 ) vorgesehenen Sensor gemessen werden; - die Drehgeschwindigkeiten Φ , X und N durch einfache Integration der Drehbeschleunigungen Φ , X und N ermittelt werden; und dass der Nickwinkel Φ und der Rollwinkel X des Kontaktelements ( 1 ) durch zweifache Integration der Drehbeschleunigungen Φ , X und N ermittelt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die anregende Kraft FECC durch eine zwischen dem Schwingungserreger
(2) und dem Kontaktelement vorgesehene Kraftmesseinrichtung gemessen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger (2) wenigstens zwei gegenläufig drehbare, gleich große Unwuchtmassen (3) aufweist, deren Phasenlage zueinander verstellbar ist und deren Rotationsachsen parallel zu einer Y-Achse des Kontaktelements ( 1 ) gerichtet sind; und dass die die Komponenten der anregenden Kraft FECC durch folgende Beziehung berechnet wird:
f 7 ECCX (0 = EM Ω2 s\n(φphase 12) ■ cos(Ω • t)
F Ecc, z (O = EM - Q2 cos(φPhase 12) ■ cos(Ω • /) wobei EM die resultierende Masse der rotierenden Unwuchtmassen (3 ) ist, Ω die anregende Frequenz des Schwingungserregers (2) und φPhase den Phasenwinkel zwischen den beiden Unwuchtmassen darstellt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenverdichtungsvorrichtung eine Vibrationsplatte oder ein Vibrationsstampfer ist; und dass die Kontaktkraft Fcontact bestimmt wird zu
^cortlact ~ mU ' 2S ~ ^ ECC, Z
wobei mu die Masse des Kontaktelements ( 1 ), zs die Beschleunigung des Kontaktelements ( 1 ) in Richtung der Kontaktnormalen und FECC z die anregende Kraft eines das Kontaktelement ( 1 ) beaufschlagenden Schwingungserregers (2) ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung zs des Kontaktelements ( 1 ) durch einen an dem Kontaktelement ( 1 ) vorgesehenen Beschleunigungsaufnehmer (4) gemessen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung zs des Kontaktelements ( 1 ) durch einen Sensor ge- messen wird, der an einer mit dem Kontaktelement ( 1 ) über eine Federeinrichtung () verbundene Obermasse () vorgesehen ist.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass - der Schwingungserreger (2) zwei gegenläufig drehbare, gleich große Unwuchtmassen (3) aufweist, deren Phasenlage vorbestimmt und/ oder zueinander verstellbar ist; und dass die anregende Kraft FECC durch folgende Beziehung berechnet wird:
FECC = EM - Ω2 - cos(φPΛaie / 2) • cos(Ω • t)
wobei EM die resultierende Masse der rotierenden Unwuchtmassen (3 ) ist, Ω die anregende Frequenz des Schwingungserregers (2) und φPha3e den Phasenwinkel zwischen den beiden Unwuchtmassen (3) darstellt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktweg scontact wie folgt bestimmt wird:
Bestimmen der Beschleunigung aP z eines Kraftangriffspunkts P ( 15) in z-Richtung
aP z = zs + X ■ SPY - φ ■ SPx - iφ2 + X2 ) SPZ
Berechnen des Kontaktwegs scontact durch doppelte Integration der Beschleunigung aP z.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Zeitpunkte jeweils ein Messpunktepaar aus der Kontaktkraft Fcontact und dem zugehörigen Kontaktweg scontact gebildet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, dass für diejenigen Messpunktepaare, die während einer Belastungsphase, in der das Kontaktelement ( 1 ) zunehmend gegen den Boden drückt, jeweils ein
Gradient dFcontact/dscontact gebildet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die für die jeweiligen Messpunktepaare anfallenden Gradienten durch ein statistisches Verfahren gemittelt werden und dass der sich so ergebende Mit- telwert als die dynamische Steifigkeit kdyn bestimmt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kontaktkraft Fcontact und den Kontaktweg scontact ein von der Zeit t abhängiges Phasendiagramm gebildet wird; und dass für einen Teil des Phasendiagramms, der eine Belastungsphase repräsentiert, in der das Kontaktelement ( 1 ) zunehmend gegen den Boden drückt, ein mittlerer Gradient dFcdntact/ dscontact gebildet wird, der die dynamische Stei- figkeit kdyn darstellt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktflächenparameter α aufgrund einer resultierenden Lage eines
Kraftangriffspunktes ( 15) der Kontaktkraft Fcontact bestimmt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Kontaktflächenparameters α ein Flächenschwerpunkt der tatsächlichen Kontaktfläche ( 12) des Kontaktelements ( 1 ) mit dem
Boden bestimmt wird, der aus einem Kraftangriffspunkt ( 15) der Kontaktkraft
Fcontact ermittelt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftangriffspunkt ( 15) unabhängig von einem Flächenschwerpunkt einer Grundfläche des Kontaktelements ( 1 ) ist und mit diesem nicht zusammenfallen muss.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktflächenparameter α bestimmt wird durch:
1 α =
Figure imgf000035_0001
wobei γ ein Wert in einem Bereich von 1 ,5 bis 2, 7, insbesondere der Wert 2, 1 ist und rhyd den hydraulischen Vergleichsradius darstellt und gemäß
Figure imgf000035_0002
aus einer tatsächlich wirksamen Kontaktfläche Ac des Kontaktelements ( 1 ) mit dem Boden berechnet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der wirksamen Kontaktfläche Ac ein Teil der Kontaktflächengeometrie, insbesondere ein Teil der äußeren Begrenzungskanten der Kontaktflächengeometrie bekannt ist und der fehlende Teil der Kontaktfläche Ac aus der
Kenntnis des Flächenschwerpunkts berechnet wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass durch Messaufnehmer (7) die Bewegung des Kontaktelements ( 1 ) beim
Berühren des Bodens erfasst wird; und dass aufgrund der von den Messaufnehmern (7) ermittelten Informationen sowie der Kontaktkraft Fcontac, die Lage und Abmessung der innerhalb der Grundfläche des Kontaktelements ( 1 ) liegenden tatsächlichen Kontaktfläche ( 10) und/oder der Kraftangriffspunkt ( 15) bestimmt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeich- net, dass zum Bestimmen des Kraftangriffspunkts ( 15) der Kontaktkraft Fcontact eine durch die Kontaktkraft Fcontact hervorgerufene Nick- Drehbeschleunigung des Kontaktelements ( 1 ) bezüglich einer quer zur der
Fahrtrichtung der Bodenverdichtungsvorrichtung stehenden Nickachse (8), sowie eine Roll-Drehbeschleunigung des Kontaktelements ( 1 ) bezüglich einer sich in Fahrtrichtung erstreckenden Rollachse (9) durch die Messaufnehmer (7) bestimmt werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Translationsbewegung des Kontaktelements ( 1 ) in Richtung der Kontaktkraft Fcontact durch die Messaufnehmer (4, 5) bestimmt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der durch die Messaufnehmer (7) gemessenen Bewegungen des Kontaktelements ( 1 ) und einer Auswertung des Drehimpulssatzes um die Nickachse (8) und um die Rollachse (9) die durch die Kontaktkraft Fcontcact hervorgerufenen Kontaktdrehmomente um die Nickachse (8) und die Rollachse (9) bestimmt werden.
26. Verfahren nach Anspruch 25 , dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Kontaktdrehmomente und der bereits ermittelten resultierenden Kontaktkraft Fcontcact die Hebelarme bezüglich der Nickachse (8) und der Rollachse (9) und damit die Lage des Kraftangriffspunkts ( 15) der Kontaktkraft Fcontact bestimmt werden.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Lage des Kraftangriffspunkt ( 15) der Kontaktkraft Fcontact die
Lage des Flächenschwerpunkts der Kontaktfläche ( 12) bestimmt wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Lage des Flächenschwerpunkts oder des Kraftangriffs - punkts ( 15) und eines vorgegebenen Zusammenhangs der Kontaktflächenparameter α festgelegt wird.
29. Bodenverdichtungsvorrichtung, mit einem von einem Antrieb angetriebenen Schwingungserreger (2); einem von dem Schwingungserreger (2) beaufschlagten Kontaktelement ( 1 ) zum Verdichten des Bodens; und mit einem Messsystem zum Bestimmen einer Bodeneigenschaft, das wenigstens einen Messaufnehmer (6, 7) zum Erfassen eines Bewegungsverhaltens des Kontaktelements ( 1 ) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 27 betrieben wird.
30. Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenverdichtungsvorrichtung eine Vibrationsplatte oder ein Stampfer ist.
PCT/EP2007/001419 2006-02-22 2007-02-19 Verfahren und vorrichtung zum messen von bodenparametern mittels verdichtungsmaschinen WO2007096118A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008555682A JP5124488B2 (ja) 2006-02-22 2007-02-19 締固め機械を用いて地盤パラメタを測定する方法および装置
EP07711578A EP1987202A1 (de) 2006-02-22 2007-02-19 Verfahren und vorrichtung zum messen von bodenparametern mittels verdichtungsmaschinen
US12/280,391 US8057124B2 (en) 2006-02-22 2007-02-19 Method and device for measuring soil parameters by means of compaction machines

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006008266A DE102006008266B4 (de) 2006-02-22 2006-02-22 Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Bodenparametern mittels Verdichtungsmaschinen
DE102006008266.4 2006-02-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007096118A1 true WO2007096118A1 (de) 2007-08-30

Family

ID=38134616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2007/001419 WO2007096118A1 (de) 2006-02-22 2007-02-19 Verfahren und vorrichtung zum messen von bodenparametern mittels verdichtungsmaschinen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8057124B2 (de)
EP (1) EP1987202A1 (de)
JP (1) JP5124488B2 (de)
DE (1) DE102006008266B4 (de)
WO (1) WO2007096118A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012048433A1 (de) * 2010-10-13 2012-04-19 Ammann Schweiz Ag Verfahren zur ermittlung der steifigkeit und/oder dämpfung eines bereichs einer körperlichkeit

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010060843B4 (de) 2010-11-26 2013-12-05 Weber Maschinentechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Bodenparametern mittels Verdichtungsmaschinen
DE102011078919B4 (de) 2011-07-11 2015-07-16 Mts Maschinentechnik Schrode Ag Vorrichtung zur Erfassung der Qualität von Erdreich
WO2013152321A1 (en) * 2012-04-06 2013-10-10 The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma Method and apparatus for determining stiffness of a roadway
US20150211199A1 (en) * 2014-01-24 2015-07-30 Caterpillar Inc. Device and process to measure ground stiffness from compactors
US9534995B2 (en) 2014-06-11 2017-01-03 Caterpillar Paving Products Inc. System and method for determining a modulus of resilience
US9139965B1 (en) 2014-08-18 2015-09-22 Caterpillar Paving Products Inc. Compaction on-site calibration
US20160076205A1 (en) * 2014-09-16 2016-03-17 Caterpillar Paving Products Inc. Device and Process for Controlling Compaction Based on Previously Mapped Data
DE102015006398B3 (de) * 2015-05-21 2016-05-04 Helmut Uhrig Strassen- und Tiefbau GmbH Bodenverdichtung mit einem Baggeranbauverdichter
CN104929179A (zh) * 2015-06-26 2015-09-23 七台河宝泰隆煤化工股份有限公司 铲车振动夯实机
CN105926566B (zh) * 2016-05-05 2019-02-01 上海交通大学 一种快速预测强夯引起的地表变形的方法
CN105912816B (zh) * 2016-05-05 2019-02-05 上海交通大学 一种基于强夯处理的液化计算方法
DE102016009086A1 (de) 2016-07-26 2018-02-01 Bomag Gmbh Handgeführte Bodenverdichtungsmaschine, insbesondere Vibrationsstampfer oder Vibrationsplatte
US9926677B1 (en) 2016-09-26 2018-03-27 Caterpillar Inc. Constant down force vibratory compactor
US9945081B1 (en) 2016-10-19 2018-04-17 Caterpillar Inc. Automatic shut-off for a vibratory plate compactor
DE102019107219A1 (de) 2019-03-21 2020-09-24 Wacker Neuson Produktion GmbH & Co. KG Bodenverdichtungsvorrichtung zum Verdichten eines Bodenbereiches
CN110331712B (zh) * 2019-08-15 2021-02-26 中铁城乡环保工程有限公司 一种道路桥梁施工路面养护装置
CN111122087B (zh) * 2020-01-06 2021-03-23 山东大学 一种压实土体刚度系数与粘性阻尼系数的测定系统及方法
CN111122430B (zh) * 2020-03-05 2022-05-20 沈阳理工大学 一种测量有涂层结合面参数装置和方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2322469A1 (de) * 1973-05-04 1974-11-21 Guenther Dr Baum Dynamischer lastplattenversuch
EP1516961A1 (de) * 2003-09-19 2005-03-23 Ammann Aufbereitung AG Verfahren zur Ermittlung einer Bodensteifigkeit und Bodenverdichtungsvorrichtung

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE502079C2 (sv) * 1993-10-14 1995-08-07 Thurner Geodynamik Ab Styrning av en packningsmaskin med mätning av underlagets egenskaper
DE19731731A1 (de) * 1997-07-23 1999-02-25 Wacker Werke Kg Bodenverdichtungsvorrichtung mit veränderbaren Schwingungseigenschaften
DE10019806B4 (de) * 2000-04-20 2005-10-20 Wacker Construction Equipment Bodenverdichtungsvorrichtung mit Schwingungsdetektion
DE10028949A1 (de) * 2000-06-16 2002-03-07 Bomag Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Verdichtungsgrades bei der Bodenverdichtung
DE10053446B4 (de) * 2000-10-27 2006-03-02 Wacker Construction Equipment Ag Lenkbare Vibrationsplatte und fahrbares Vibrationsplattensystem
JP4669173B2 (ja) * 2001-09-05 2011-04-13 酒井重工業株式会社 振動型締固め車両における締固め度管理装置
KR20050031072A (ko) * 2002-07-01 2005-04-01 컴팩션 테크놀로지 (소일) 리미티드 낙하 질량체에 의한 토양 다짐
JP2005042446A (ja) * 2003-07-23 2005-02-17 Shimizu Corp 弾性係数導出方法、弾性係数導出装置、プログラムおよび地盤建設方法
ATE373178T1 (de) 2004-02-05 2007-09-15 Luk Lamellen & Kupplungsbau Mehrfach-kupplungseinrichtung
DE202004015141U1 (de) * 2004-09-27 2004-12-09 Weber Maschinentechnik Gmbh Bodenverdichter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2322469A1 (de) * 1973-05-04 1974-11-21 Guenther Dr Baum Dynamischer lastplattenversuch
EP1516961A1 (de) * 2003-09-19 2005-03-23 Ammann Aufbereitung AG Verfahren zur Ermittlung einer Bodensteifigkeit und Bodenverdichtungsvorrichtung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012048433A1 (de) * 2010-10-13 2012-04-19 Ammann Schweiz Ag Verfahren zur ermittlung der steifigkeit und/oder dämpfung eines bereichs einer körperlichkeit
AU2010362535B2 (en) * 2010-10-13 2015-05-07 Ammann Schweiz Ag Method for determining the stiffness and/or damping of a body
US9389156B2 (en) 2010-10-13 2016-07-12 Ammann Schweiz Ag Method for determining the stiffness and/or damping of an area of a physicalness

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009527664A (ja) 2009-07-30
US20090166050A1 (en) 2009-07-02
US8057124B2 (en) 2011-11-15
DE102006008266A1 (de) 2007-08-30
JP5124488B2 (ja) 2013-01-23
DE102006008266B4 (de) 2009-11-12
EP1987202A1 (de) 2008-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006008266B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Bodenparametern mittels Verdichtungsmaschinen
DE102017006844B4 (de) Bodenverdichter und Verfahren zur Bestimmung von Untergrundeigenschaften mittels eines Bodenverdichters
DE102015006398B3 (de) Bodenverdichtung mit einem Baggeranbauverdichter
EP3491192B1 (de) Bodenverdichtungswalze mit sensoreinrichtung an der walzbandage und verfahren zur ermittlung der bodensteifigkeit
DE102010060843B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Bodenparametern mittels Verdichtungsmaschinen
EP1516961B1 (de) Verfahren zur Ermittlung einer Bodensteifigkeit und Bodenverdichtungsvorrichtung
EP2627826B1 (de) Verfahren zur ermittlung der steifigkeit und/oder dämpfung eines bereichs einer körperlichkeit
DE102016124875A1 (de) Verdichtungsmessung unter Verwendung von nahegelegenen Sensoren
EP3517687B1 (de) Verfahren zur verdichtungserfassung und -steuerung beim verdichten eines bodens mittels tiefenrüttler
DE102015007369A1 (de) System und verfahren zum bestimmen eines elastizitätsmoduls
EP3176324B1 (de) Verfahren zur ermittlung des verdichtungszustandes eines untergrunds
CH615475A5 (de)
WO2006099772A1 (de) System für die koordinierte bodenbearbeitung
DE102016004298A1 (de) Temperaturabhängige autoadaptive Verdichtung
EP3147406B1 (de) Messsystem und verfahren zur verdichtungskontrolle eines belages und computerprogramm mit einem programmcode zur durchführung des verfahrens
DE112019003051T5 (de) Verfahren zur steuerung des betriebs einer vibrationswalze
DE10019806A1 (de) Bodenverdichtungsvorrichtung mit Schwingungsdetektion
DE102020128842A1 (de) Verfahren zum Verdichten von Asphaltmaterial
EP3981919B1 (de) Verfahren zum bereitstellen von mit dem verdichtungszustand eines bodens in zusammenhang stehender information bei durchführung eines verdichtungsvorgangs mit einem bodenverdichter
EP3453799B1 (de) Vorrichtung zur bodenverdichtung und überwachungsverfahren
DE19859962C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung eines Baugrundes unter Ermittlung des Verdichtungsgrades
DE60303303T2 (de) Fallgewichtverdichtung
DE202010017338U1 (de) Messvorrichtung zum Bestimmen vonBodenkennwerten
DE102010019053A1 (de) Bodenverdichtungsvorrichtung mit Messvorrichtung zum Bestimmen von Bodenkennwerten
DE10351177B4 (de) Verfahren und Vorrichtung für ein dreidimensionales Vibrationssystem für Gießbehälter beim Lost-Foam-Gießverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007711578

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008555682

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12280391

Country of ref document: US