[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle insbesondere von
Schwarzdecken im Straßen- und Wegebau mit einer Vibrationswalze, die mit einer Verdichtungskontrollvorrichtung
versehen ist.
[0002] Es ist altbekannt, daß bei der Bearbeitung von Boden mit Verdichtungsgeräten durch
die Anwendung von ständigen Verdichtungskontrollen eine wirtschaftlichere Bauausführung
möglich ist. Üblicherweise basieren solche Verdichtungskontrollvorrichtungen darauf,
daß während der Vibrationsverdichtung des Bodens die Reflektion der Schwingungen gemessen
werden, die vom Verdichtungsgerät übertragen werden: Von einem sehr lockeren Material
wird kaum Vibrationsenergie zurückreflektiert, bereits stark verdichteter Boden oder
im Extremfall eine massive Betonplatte, gibt dagegen praktisch die volle Schwingungsenergie
an eine Vibrationswalze zurück.
[0003] Derartige Verdichtungskontrollvorrichtungen können beispielsweise am Walzenrahmen
befestigte Impuls-Wandler sein, die zusammen mit einem Beschleunigungs-Meßverfahren
mit statistischer Ausführung fungieren.
[0004] Es können von einem derartigen Beschleunigungsgeber am Walzenrahmen aber auch die
Schlagkräfte registriert werden, die auftreten, wenn die vibrierende Bandage einer
Vibrationswalze die zu verdichtende Oberfläche bearbeitet.
[0005] Wenn sich bei derartigen Verdichtungskontrollvorrichtungen trotz zunehmender Anzahl
von Verdichtungsübergängen die Verdichtung nicht mehr ändert, ist die mit diesem bestimmten
Verdichtungsgerät erzielbare höchste Dichte erreicht. Diese Dichte ist bereits überschritten,
wenn der ermittelte Wert wieder absinkt, da eine Auflockerung eintritt.
[0006] Derartige Verdichtungskontrollvorrichtungen stoßen aber an ihre Grenzen, wenn es
um die Verdichtung von Schwarzdecken geht:
[0007] Bei der Ermittlung der dynamischen Bodensteifigkeit mit den oben beschriebenen bekannten
Methoden auf Asphaltschichten kann die Steifigkeit und damit die Dichtigkeit der Asphaltschicht
nicht genau ermittelt werden, da die Steifigkeit der Asphaltschicht in hohem Maße
temperaturabhängig ist. Eine genaue Temperaturmessung der Asphaltschicht ist nicht
möglich. Insbesondere kann die leicht zu ermittelnde Oberflächentemperatur der Asphaltschicht
nicht als Maß genommen werden für die Temperatur der gesamten Schicht, unter anderem
auch, da die Temperatur der Oberflächenschicht zu stark von Umgebungseinflüssen wie
herrschendem Wind oder Regen abhängig ist, die aber keinen Einfluß auf die Temperatur
im Inneren der Asphaltschicht haben.
[0008] Letztlich sind somit die bei Überfahrt mit bekannten Verdichtungskontrollvorrichtungen
ermittelten Werte im Schwarzdeckenbau für die Feststellung der Verdichtung der Asphaltschicht
nicht aussagekräftig genug im Hinblick auf die Abhängigkeit der dynamischen Steifigkeit
der Asphaltschicht von der in ihr herrschenden Temperatur.
[0009] Damit ist insbesondere der bisher bei der Bodenverdichtung beschrittene Weg versperrt,
die bei einer ersten Überfahrt mit einer eine Verdichtungskontrollvorrichtung aufweisenden
Vibrationswalze ermittelten Werte abzuspeichern und mit den bei einer zweiten Überfahrt
ermittelten Werten zu vergleichen, um von den Unterschieden auf die Verdichtung zu
schließen. Die zwischen zwei Übergängen mit einer Maschine auftretenden Temperaturveränderungen
in der Asphaltschicht haben einen nicht kompensierbaren Einfluß.
[0010] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle
dahingehend weiterzubilden, daß sie auch bei Schwarzdecken im Straßen- und Wegebau
Meßdaten und Ergebnisse liefert, die die obengenannten Nachteile nicht aufweisen.
[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle
eine zweite Vibrationswalze aufweist, die mit einer zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung
versehen ist und die mit der ersten Vibrationswalze diese im wesentlichen spurgetreu
verfolgend gekoppelt ist, wobei eine Auswerteeinheit vorhanden ist, die die Meßergebnisse
der beiden Verdichtungskontrollvorrichtungen gegenüberstellt.
[0012] Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die mit der ersten Vibrationswalze gekoppelte
zweite Vibrationswalze der zweite Übergang zeitlich so unmittelbar folgend zu erreichen
ist, daß der zwischen den beiden Übergängen liegende Zeitraum im Hinblick auf eine
Temperaturänderung in der Asphaltschicht vernachlässigt werden kann. Desweiteren können
durch die vorhandene Auswerteeinheit, die die Meßergebnisse der beiden in der ersten
bzw. der zweiten Vibrationswalze zugeordneten Verdichtungskontrollvorrichtungen gegenüberstellt,
auch Einflüsse kompensiert werden, wenn aufgrund der vorhandenen Meßtiefe die Steifigkeit
des unter den Asphaltschichten liegenden Untergrundes anteilig mitgemessen wird. Dieser
Einfluß der Untergrundsteifigkeit kann durch Differenzbildung bei den Meßergebnissen
bei der Gegenüberstellung eliminiert werden.
[0013] Der Erfindung liegt dabei auch die Erkenntnis zugrunde, daß die Änderung der Asphaltsteifigkeit
ein recht guter Referenzwert für die Zunahme des Verdichtungsfortschrittes des Asphaltes
ist.
[0014] Durch die erfindungsgemäße Kopplung der beiden Vibrationswalzen, durch die eine im
wesentlichen spurgetreue Verfolgung der ersten durch die zweite Vibrationswalze ermöglicht
wird, wird noch eine Besonderheit im Schwarzdeckenbau berücksichtigt, die einen erheblichen
Unterschied zur üblichen Bodenverdichtung mit Vibrationswalzen darstellt: Während
bei den üblichen Verdichtungsvorgängen die einzelnen Verdichtungsbahnen Spur an Spur
parallel nebeneinanderliegen, wird im Schwarzdeckenbau zur Verhinderung von Rillenbildungen
ein schleifen- und meanderförmiger Fahrweg gewählt, der bei einem separaten zweiten
Übergang normalerweise nicht reproduzierbar ist.
[0015] Durch die spurgetreue Koppelung der beiden Vibrationswalzen ist diese Problematik
überwunden.
[0016] Am vorteilhaftesten läßt sich diese spurgetreue Kopplung in einer Tandemwalze erreichen.
Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die Vibrationswalzen in zwei separaten
Walzenzügen vorzusehen, die dann insbesondere über ein rechnergestütztes Nachführverfahren
miteinander gekoppelt sind. Bei diesem rechnergestützten Nachführverfahren kann beispielsweise
auf satellitengestützte Global-Positioning-Systeme (GPS) zurückgegriffen werden. Die
beiden einander nachgeführten Walzenzüge können aber auch über Radar, Ultraschall,
Infrarot etc. miteinander gekoppelt sein. Selbstverständlich ist auch eine starre
Koppelung über eine Stange möglich.
[0017] Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die zwei vorgesehenen Verdichtungskontrollvorrichtungen
kalibrierbar sind, um so Unterschiede in der Meßwertaufnahme ausgleichen zu können.
Insbesondere wird für die Kalibrierung vorgeschlagen, die zwei Vibrationswalzen auf
Elemente mit bekannten und/oder gleichen dynamischen Steifigkeiten aufzusetzen, beispielsweise
Blöcke aus elastischem Material, und dann die sich ergebenden Meßwerte abzugleichen.
[0018] Für die während des Verdichtungsprozesses ermittelten Werte sollte die Auswerteeinheit
vorteilhafterweise noch ein Verzögerungselement enthalten, mit dem die Meßergebnisse
der ersten Verdichtungskontrollvorrichtung zwischenzuspeichern sind zum ermittlungsortidentischen
Gegenüberstellen mit den Meßergebnissen der zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung.
[0019] Es ist einleuchtend, daß die Haltezeit des Verzögerungselementes abhängig ist von
der Fahrgeschwindigkeit und dem Abstand der beiden miteinander gekoppelten Vibrationswalzen.
[0020] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt
- Figur 1
- eine Seitenansicht eines Verdichtungsgerätes, bei dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung
vorgesehen ist;
- Figur 2
- eine schematische Skizze, an der die Verdichtungskontrollvorrichtungen im Zusammenhang
mit der Auswerteeinheit dargestellt sind.
[0021] In Figur 1 erkennt man ein Verdichtungsgerät in Form einer bekannten Tandemwalze
mit zwei Vibrationswalzen, das äußerlich den herkömmlichen Aufbau aufweist. Das Verdichtungsgerät
hat eine vordere Walze 1, die am vorderen Aufbau 2a befestigt ist, an dem sich auch
der Führerstand der Tandemwalze befindet, und eine hintere Walze 3, die Bestandteil
des hinteren Aufbaues 2b ist, das auch den Antriebsmotor des Verdichtungsgerätes enthält.
Zur Lenkbarkeit dieser Tandemwalze sind die beiden Aufbauten 2a und 2b über ein Pendelknickgelenk
4 miteinander verbunden.
[0022] In der Figur 2 ist eine Skizze dargestellt, in der man erkennt, daß die vordere Walze
1 mit einer ersten Verdichtungskontrollvorrichtung 5 versehen ist, wie auch die zweite
Vibrationswalze 3 mit einer zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung 6 versehen ist.
Diese Verdichtungskontrollvorrichtungen 5 und 6 arbeiten in der aus der Erdverdichtung
bekannten Weise, indem sie die dynamische Bodensteifigkeit ermitteln. Sie ermitteln
dabei im hier dargestellten Beispiel die dynamische Gesamtsteifigkeit sowohl der von
ihnen verdichteten Asphaltschicht 7, als auch anteilig die Steifigkeiten des darunter
befindlichen, bereits verdichteten Untergrundes 8.
[0023] Die von den beiden Verdichtungskontrollvorrichtungen 5 und 6 ermittelten dynamischen
Gesamtsteifigkeiten werden als Meßergebnisse an eine Auswerteeinheit 9 weitergeleitet,
die die von der vorderen bzw. der hinteren Verdichtungskontrollvorrichtung erhaltenen
Meßergebnisse gegenüberstellt. Dabei wird durch Vergleich der gemessenen Steifigkeit
an der vorderen bzw. hinteren Walze die Zunahme der Steifigkeit resultierend aus den
Überfahrten der Walzen ermittelt. Wird die Zunahme gering, kann die Verdichtung der
Asphaltschicht 7 als abgeschlossen angenommen werden.
[0024] Da die vordere Walze 1 und die hintere Walze 3 über den Aufbau 2 mit einem relativ
kurzen Abstand zwischeneinander gekoppelt sind, vergeht zwischen den Überfahrten der
vorderen Walze 1 und der hinteren Walze 2 an der gleichen Stelle nur eine sehr geringe
Zeitdauer, so daß sich die Temperatur des Asphaltes, von der die Steifigkeit der Asphaltschicht
neben der Verdichtung noch abhängt, nicht ändert. Die mit der ersten und der zweiten
Verdichtungskontrollvorrichtung ermittelten Werte sind somit, da sie bei quasi gleicher
Temperatur ermittelt wurden, von dieser unabhängig.
[0025] Durch eine Differenzbildung in der Auswerteeinheit 9 wird auch der Einfluß der Untergrundsteifigkeit
eliminiert. Das von der Auswerteeinheit 9 an eine Anzeigevorrichtung 10 übermittelte
Ergebnis ist somit ein direktes Maß für die erreichte Verdichtung der Asphaltschicht
7.
[0026] Bei dieser Anzeigevorrichtung 10 kann es sich beispielsweise um ein den Verdichtungsunterschied
anzeigendes Zeigerinstrument handeln aber auch eine Leuchtdiodenanzeige, die ampelartig
eine ausreichende oder noch nicht ausreichende Verdichtung signalisiert.
[0027] Um die von den Verdichtungskontrollvorrichtungen 5 und 6 gelieferten Meßwerte direkt
miteinander vergleichen zu können, sind im hier dargestellten Beispiel zum Ausgleich
von walzenspezifischen Unterschieden in den Kontrollvorrichtungen noch Kalibrierelemente
11 vorgesehen, mit denen beispielsweise unterschiedliche Walzengewichte ausgleichbar
sind. Um im übrigen mit der Anzeigeeinheit 10 den mit den Walzen 1 oder 3 ermittelten
Meßwert für die gleiche Bodenstelle zu vergleichen, ist in der Auswerteeinheit 9 noch
ein Verzögerungselement 12 integriert. Dessen Haltedauer zur verzögerten Weitergabe
von der vorderen Walze 1 ermittelten Meßwertes ist abhängig von dem Abstand zwischen
der vorderen Walze 1 und der hinteren Walze 3 sowie von der Geschwindigkeit entsprechend
dem Pfeil 13 in den Figuren 1 und 2.
[0028] Es sei noch erwähnt, daß die Walze 3 im hier dargesellten Beispiel der Walze 1 aufgrund
der mechanischen Kopplung im Aufbau 2 und dem Pendelknickgelenk 4 im wesentlichen
spurgetreu folgt, so daß es sich bei dem mit den beiden Walzen 1 und 3 ermittelten
Werten um Meßwerte jeweils identischer Stellen handelt.
1. Vorrichtung zur Verdichtungskontrolle, insbesondere von Schwarzdecken im Straßen-
und Wegebau, mit einer Vibrationswalze (1), die mit einer Verdichtungskontrollvorrichtung
(5) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine zweite Vibrationswalze (3) aufweist, die mit einer zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung
(6) versehen ist und die mit der ersten Vibrationswalze (1) diese im wesentlichen
spurgetreu verfolgend gekoppelt ist, wobei eine Auswerteeinheit (9) vorhanden ist,
die die Meßergebnisse der beiden Verdichtungskontrollvorrichtungen (5, 6) gegenüberstellt.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vibrationswalzen (1, 3) in einer Tandemwalze gekoppelt sind.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vibrationswalzen in zwei separaten Walzenzügen sind, die über ein rechnergestütztes
Nachführverfahren miteinander gekoppelt sind.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zwei Verdichtungskontrollvorrichtungen (5, 6) kalibrierbar (11) sind.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteeinheit (9) ein Verzögerungselement (12) enthält, mit dem die Meßergebnisse
der ersten Verdichtungskontrollvorrichtung (5) zwischenzuspeichern sind, zum ermittlungsortidentischen
Gegenüberstellen mit den Meßergebnissen der zweiten Verdichtungskontrollvorrichtung
(6).
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Auswerteeinheit (9) eine optische Anzeigeeinheit (10) zugeordnet ist.