Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Schablonenband zur Herstellung von dreidimensional profilierten bzw. strukturierten Oberflächen von Straßenbelägen, insbesondere aus Beton oder Asphalt.
Zur attraktiven und preisgünstigen Gestaltung von Flächen des ruhenden Verkehrs, von Innenstadtbereichen, von Fußgängerwegen sowie von Wegen und Flächen in Freizeiteinrichtungen sowohl in Außen- als auch in Innenbereichen usw., aber auch zur Verminderung der Rutschgefahr auf solchen Flächen, insbesondere bei widrigen Wetterbedingungen, werden die Straßen-, Wege- und Flächenbeläge (nachfolgend einheitlich als Straßenbeläge bezeichnet) mit einer dreidimensional profilierten Oberfläche versehen.
Nach dem Stand der Technik kann zur Erzeugung derartiger Oberflächen eine Schablone mit der gewünschten Oberflächenstruktur, beispielsweise mit der Nachbildung einer gepflasterten oder natursteinähnlichen Oberfläche, verwendet werden, die auf eine monolithisch Oberfläche eines aushärtbaren Straßenbelagmaterials, wie beispielsweise Asphalt oder Beton, vor dem Aushärten oder Abbinden von Hand aufgelegt wird und durch Aufschlagen oder Aufdrücken das Muster der Schablone in die Oberfläche eingeprägt wird. Durch oberflächenaktive Farb- und andere Zusatzstoffe, die ebenfalls von Hand aufgebracht werden, kann die Oberfläche des Straßenbelags farbig gestaltet werden.
Die Reproduzierbarkeit und die Qualität der mit dem manuellen Verfahren erzielbaren Oberflächeneigenschaften hängen jedoch stark von der Qualifikation und der Erfahrung des Personals ab. Außerdem erreicht man mit der manuellen Ausführung des diskontinuierlichen Fertigungsverfahrens nur eine sehr geringe Produktivität.
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Bei der Lösung nach dem Patent
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensional profilierten bzw. strukturierten Oberflächen von Straßenbelägen, insbesondere aus Beton oder Asphalt bereitzustellen, die zu reproduzierbaren Ergebnissen hoher Qualität führen und um die Produktivität des Gesamtprozesses zu steigern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand jeweils rückbezogener Unteransprüche.
Der mechanisierte Ablauf des Teilprozesses Prägen von dreidimensional profilierten Oberflächen von Straßenbelägen erfolgt in mehreren Schritten:
Die einzelnen Prozessschritte laufen dabei kontinuierlich und gleichzeitig ab.
Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber bekannten manuellen Verfahren und den in den zitierten Patentschriften dargestellten Lösungen besteht darin, dass strukturierte Straßenbeläge mit gleichbleibend hoher Qualität und hoher Produktivität gefertigt werden können.
Die Vorrichtung zur Herstellung dreidimensional profilierter Oberflächen von Straßenbelägen umfasst einen Rahmen (1), einen ersten und zweiten Walzenkörper (2, 3), eine zwischen dem ersten und zweiten Walzenkörper angeordnete Spannwalze (4), wobei der erste und der zweite Walzenkörper und die Spannwalze achsparallel zueinander auf dem Rahmen angeordnet sind, und ein endloses, flexibles Schablonenband (5), das um den ersten Walzenkörper, die Spannwalze und den zweiten Walzenkörper herum verlaufend angeordnet ist.
Zudem sind der erste und der zweite Walzenkörper und die Spannwalze so zueinander angeordnet, dass das Schablonenband zwischen dem ersten Walzenkörper und der Spannwalze stets auf der Oberfläche des Straßenbelagmaterials liegt, während der Teil des Schablonenbandes zwischen Spannwalze und dem zweiten Walzenkörper durch besondere Lagerung des Letzteren unter einem flachen Winkel langsam und stetig nach dem Einprägen des Oberflächenmuster in den noch nicht ausgehärteten Straßenbelag so von der Oberfläche (6) abgehoben wird, dass kein Straßenbelagmaterial herausgerissen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen der erste und zweite Walzenkörper den gleichen Durchmesser auf, der so groß gewählt wurde, dass das Schablonenband keiner zu starken Biegung ausgesetzt ist, was sich günstig auf das Verschleißverhalten des Bandes auswirkt. Außerdem wird durch den relativ großen Durchmesser verhindert, dass beim Auftreffen des Schablonenbandes auf die zu prägende Oberfläche und beim Einprägen der dreidimensionalen Struktur keine oder nur sehr geringe Materialverdrängungen auftreten können. Kleine Walzendurchmesser würden hier unweigerlich zur Zerstörung der Oberflächenstruktur führen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der erste Walzenkörper eine Vertikalverstelleinrichtung (7) auf, die es gestattet, den Walzenkörper zu Beginn des Prägeprozesses definiert auf die Oberfläche des zu prägenden Belages abzusenken, ohne dass es durch das eventuell zu große Eigengewicht der Vorrichtung zum Einsinken in den noch nicht ausgehärteten Straßenbelag kommt. Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung ein Fahrwerk gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vertikalverstelleinrichtung ein Kraftregulierungselement (8) auf, das eine kontrollierte Einstellung des von dem ersten Walzenkörper auf die zu prägende Oberfläche wirkenden Druckes gestattet. Damit wird gewährleistet, dass der zur funktionsgerechten Einprägung des Oberflächenmusters erforderliche Druck auf die Oberfläche des Straßenbelagmaterials wirken kann, dass weiterhin zu starke Verformungen vermieden werden und dass außerdem Fertigungstoleranzen in der Höhe der Straßenbelagsschicht ausgeglichen werden können.
Das Kraftregulierungselement ist vorzugsweise eine Feder oder ein Hydraulikzylinder. Der Vorteil der Feder besteht in ihrem geringen Preis und der Wartungsfreiheit, der des Hydraulikzylinders in der unkomplizierten und schnellen Einstellung der erforderlichen Kraft. Die einfachste Art der Kraftregulierung stellt die Gewichtsveränderung des ersten Walzenkörpers dar, die unkompliziert z. B. durch Wasserballast im Walzenkörper erreicht werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der erste bzw. vorzugsweise der zweite Walzenkörper eine Horizontalverstelleinrichtung zum Ausgleich unterschiedlicher Schablonenbandlängen auf, die sich aufgrund unterschiedlicher Oberflächenmuster mit unterschiedlichen Rastermaßen ergeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Rahmen ein Fahrwerk auf, dass beispielsweise ein Radfahrwerk sein kann. In diesem Fall können die Räder auf einer nivellierten Fahrfläche, beispielsweise auf Schienen, die unmittelbar rechts und links neben der zu bearbeitenden Fläche verlegt sind, fahren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Fahrwerk ein Raupenfahrwerk, so dass Schienen nicht benötigt werden, da es beispielsweise auf einem Unterbetonplanum fahren kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung zumindest im Bereich des auf der Oberfläche des Straßenbelagmaterials aufliegenden Schablonenbandes eine Randschalung auf, wobei diese seitlich flächig am Frischbetonkörper gleitet. Hierdurch wird erreicht, dass die Vorrichtung spurtreu arbeitet und der Frischbetonkörper formstabil bleibt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann von einer fahrbaren Baumaschine, beispielsweise einem Betonstraßenfertiger, gezogen werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Rahmen eine Antriebseinheit auf, durch die die Vorrichtung autonom arbeiten kann. Die Antriebseinheit kann ein hydraulischer, elektrischer oder Verbrennungsmotor sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Geschwindigkeit der Antriebseinheit stufenlos steuerbar, so dass die Geschwindigkeit der Vorrichtung an verschiedene Arbeitsbedingungen angepasst werden kann.
Vorzugsweise ist das Fahrwerk durch die Antriebseinheit antreibbar.
Vom Fahrwerk aus wird vorzugsweise der erste Walzenkörper direkt angetrieben. Damit wird erreicht, dass der erste Walzenkörper stets synchron zum Fahrwerk läuft. Ein weiterer Vorteil dieser Kraftübertragung besteht darin, dass durch das auf den ersten Walzenkörper übertragene Drehmoment Schubkräfte, die bekanntlich ebenfalls Wulstbildungen im Straßenbelagsmaterial hervorrufen können, weitgehend vermieden werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Antriebseinheit wird ein Kettentrieb zwischen Fahrwerk und dem ersten Walzenkörper verwendet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung erfolgt die Kraftübertragung vom ersten auf den zweiten Walzenkörper durch das von der Spannwalze gespannte Schablonenband. Zur Aufnahme der Spannkräfte und zur Minderung des Verschleißes sollte das Schablonenband in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit einer Bewehrung versehen sein. Möglich ist auch die Kraftübertragung vom ersten auf den zweiten Walzenkörper mittels Ketten- oder Riementrieb bzw. Welle.
Sollen auf die obere Schicht des Straßenbelagmaterials Zusatz und Hilfsstoffe wie beispielsweise Färbe- und Trennmittel eingebracht werden, so ist es vorteilhaft, auf dem Rahmen der Vorrichtung Vorrats-, Misch-, Dosier- und Verarbeitungseinrichtungen für diese Stoffe anzuordnen.
Diese Vorrats-, Misch-, Dosier- und Verarbeitungseinrichtungen sind in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung von der Antriebseinheit antreibbar.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Vorrats-, Misch-, Dosier- und Verarbeitungseinrichtungen einzeln und unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit der Vorrichtung steuerbar.
Es hat sich gezeigt, dass hierfür ein flexibles, endloses Schablonenband am besten geeignet ist, auf dem einseitig ein dreidimensionales Oberflächenmuster angeordnet ist, das das Negativ des gewünschten Oberflächenmusters des Straßenbelagmaterials darstellt.
Vorzugsweise umfasst das Schablonenband ein armiertes Trägerband mit mindestens einem auf einer Seite des Trägerbandes angeordneten, dreidimensionalen Formelement.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Schablonenband auswechselbar gestaltet. Damit können mit einer Vorrichtung unterschiedliche Oberflächenmuster geprägt werden. Für den unkomplizierten Wechsel der Bänder ist die Vorrichtung so gestaltet, dass die Demontage bzw. Montage des Bandes vor einer Seite her erfolgen kann.
Der erste Walzenkörper ist durch eine Antriebseinheit antreibbar und die Bandgeschwindigkeit ist mit der Arbeitsgeschwindigkeit über ein Kraftübertragungselement synchronisierbar.
Der zweite Walzenkörper dient der Aufnahme des Schablonenbandes und zum Ausgleich unterschiedlicher Band- bzw. Musterlängen. Gleichzeitig bewirkt der höher gesetzte zweite Walzenkörper zusammen mit der Prägewalze das allmähliche vertikale Abheben des Schablonenbandes von der Oberfläche des Straßenbelagmaterials.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können über die gesamte Arbeitsbreite und im kontinuierlichen Arbeitsprozess konstante Arbeitsparameter mit hoher Effektivität gewährleistet werden.
Als Zusatzstoffe zur Erzielung der Oberflächeneigenschaften können verschiedene Pulver und Suspensionen, vorzugsweise der Marke "Permacolor", genutzt werden.
Das Schablonenband führt gegenüber einer Einzelwalze nicht zur Wulstbildung bzw. Massenverschiebung an der geprägten Oberfläche.
Vorzugsweise besteht das Schablonenband aus einem armierten endlosen Trägerband, auf das die Oberflächenmuster unlösbar aufgebracht sind und das in Vortriebsrichtung mit entsprechender Geschwindigkeit umläuft. Das Schablonenband läuft über die Walzenkörper mit vorzugsweise gleichem Durchmesser und eine oder mehrere Spannwalzen. Diese Anordnung erlaubt auch den Einsatz von trägerbandlosen Schablonenbändern. Durch Veränderung der Bandlänge können unterschiedliche Musterteilungen genutzt werden.
Der erste Walzenkörper besitzt eine erste Vertikalverstelleinrichtung zur Regelung der Lage zur Oberfläche des Straßenbelagmaterials. In die erste Vertikalverstelleinrichtung ist ein erstes Kraftregulierungselement in Form einer Feder integriert. Der Antrieb des Schablonenbandes erfolgt kraftschlüssig durch den ersten Walzenkörper.
Vorzugsweise ist der Abstand des zweiten Walzenkörpers von der Oberfläche des Straßenbelagmaterials größer als bei dem ersten Walzenkörper. Damit entsteht die Möglichkeit, durch Veränderung der Lage der Spannwalze die Prägekanten auf dem Schablonenband kontinuierlich und wulstfrei aus dem Frischbeton herauszuheben.
Der zweite Walzenkörper weist eine Horizontalverstelleinrichtung zum Ausgleich unterschiedlicher Bandlängen auf.
Der Rahmen ist in einer verwindungssteifen Bauweise gestaltet und vorzugsweise mit einem Radfahrwerk ausgerüstet, wobei die Räder auf einer nivellierten Fahrfläche, beispielsweise aus Schienen, unmittelbar rechts und links neben der zu bearbeitenden Fläche fahren.
Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit des Fahrwerkes ist die Anwendung eines Raupenfahrwerkes, das bevorzugt auf einem Unterbetonplanum fährt.
Bevorzugt besitzt das Fahrwerk zur Seitenführung einen mehrfach größeren Achsabstand als die Walzenkörper und eine Randschalung, die zwischen den Rädern seitlich flächig am Frischbetonkörper gleitet.
Vorzugsweise erfolgt die Synchronisierung der Fahrgeschwindigkeit und der Arbeitsgeschwindigkeit über einen Kettentrieb zwischen Fahrwerk und erstem Walzenkörper.
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine eigene hydraulische Antriebseinheit auf, die in den Kettentrieb auf geeignete Art und Weise eingreift und die stufenlose Regelung der Fahrgeschwindigkeit gewährleistet.
Vorzugsweise werden Dosier- und Bearbeitungseinheiten für Hilfsstoffe sowie zugehörige Vorratsbehälter an geeigneter Stelle und Reihenfolge auf dem Rahmen angeordnet und über gesonderte Kreise angetrieben. Verteiler sowie Regeleinrichtungen werden von der Antriebseinheit angetrieben.
Vorzugsweise besitzen die hydraulischen Kreise Verteiler sowie Regeleinrichtungen, die einzeln und unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit geregelt werden können.
Nachfolgend wird eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung anhand einer Figur näher erläutert.
Die Vorrichtung zur Herstellung strukturierter Oberflächen von Straßenbelägen umfasst einen Rahmen (1), einen ersten Walzenkörper (2) und einen zweiten Walzenkörper (3), eine zwischen dem ersten Walzenkörper (2) und dem zweiten Walzenkörper (3) angeordnete Spannwalze (4), wobei der erste Walzenkörper (2) und der zweite Walzenkörper (3) und die Spannwalze (4) achsparallel zueinander auf dem Rahmen (1) angeordnet sind, und ein endloses, flexibles Schablonenband (5), das um den ersten Walzenkörper (2), die Spannwalze (4) und den zweiten Walzenkörper (3) herum verlaufend angeordnet ist.
Der erste Walzenkörper (2), der zweite Walzenkörper (3) und die Spannwalze (4) sind so zueinander angeordnet, dass das Schablonenband (5) zwischen dem ersten Walzenkörper (2) und der Spannwalze (4) stets auf der Oberfläche (6) des Straßenbelagmaterials liegt, während der Teil des Schablonenbandes (5) zwischen Spannwalze (4) und dem zweiten Walzenkörper (3) durch eine höhere Lagerung des Walzenkörpers (3) gegenüber dem Walzenkörper (2) bezogen auf die Oberfläche (6) unter einem flachen Winkel langsam und stetig nach dem Einprägen des Oberflächenmuster in den noch nicht ausgehärteten Straßenbelag so von der Oberfläche (6) abgehoben wird, dass kein Straßenbelagmaterial herausgerissen wird.
Der erste Walzenkörper (2) und der zweite Walzenkörper (3) weisen in etwa den gleichen Durchmesser auf.
Der erste Walzenkörper (2) weist eine Vertikalverstelleinrichtung (7) zur Einstellung der Position des ersten Walzenkörpers (2) relativ zur Oberfläche (6) des Straßenbelagmaterials auf. Die Vertikalverstelleinrichtung (7) besitzt ein als Feder ausgebildetes Kraftregulierungselement (8) zur Regulierung der von dem ersten Walzenkörper (2) auf die Oberfläche (6) des Straßenbelags ausgeübte Kraft und zum Ausgleich von geringen Höhenunterschieden im gefertigten Frischbetonkörper.
Die Spannwalze (4) weist ebenfalls ein als Feder ausgeführtes Kraftregulierungselement (9) auf, das zur Regulierung einer gleichmäßigen Spannung des Schablonenbandes (5) dient.
Der zweite Walzenkörper (3) weist eine Horizontalverstelleinrichtung (10) zum Ausgleich unterschiedlicher Schablonenbandlängen auf.
Der Rahmen (1) weist ein Fahrwerk (11) mit Schienenrädern und eine Antriebseinheit (12) auf, durch die die Vorrichtung autonom arbeiten kann. Die Antriebseinheit (12) ist ein hydraulisch angetriebener Motor, dessen Geschwindigkeit stufenlos steuerbar ist, so dass die Vorschubgeschwindigkeit der Vorrichtung an verschiedene Arbeitsbedingungen angepasst werden kann.
Der erste Walzenkörper (2) ist durch die Antriebseinheit (12) und der zweite Walzenkörper (3) durch den ersten Walzenkörper (2) über das durch die Spannwalze (4) gespannte Schablonenband (5) antreibbar.
Der in Vorschub- bzw. Arbeitsrichtung vordere, erste Walzenkörper (2) ist höhenverstellbar auf dem Rahmen (1) montiert. Mit Hilfe der Vertikalverstelleinrichtung (7) werden die Prägetiefe und der Anpressdruck des auf der Oberfläche (6) des Straßenbelagmaterials aufliegenden Schablonenbandes (5) reguliert. Das Schablonenband (5) weist das Negativ des gewünschten Oberflächenmusters auf und wird in die Oberfläche (6) des noch nicht ausgehärteten Straßenbelagmaterials, beispielsweise steifplastischen Frischbeton, unter Zudosierung verschiedener Hilfsstoffe eingeprägt.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die auf der Oberfläche (6) des Straßenbelagmaterials ausgebildete Struktur anstelle von Einzelschablonen durch ein endloses, flexibles Schablonenband (5) erfolgt. Hierdurch wird eine hohe Qualität der erzeugten Oberfläche bei gleichzeitig sehr hoher Produktivität des kontinuierlichen Fertigungsverfahrens erreicht. Die bei der herkömmlichen Verwendung von Prägewalzen im noch nicht ausgehärteten Straßenbelagmaterial auftretende Wulstbildung wird dadurch verhindert, dass sowohl durch die Wahl eines relativ großen Durchmessers des ersten Walzenkörpers (2) als auch durch die Übertragung eines Drehmomentes durch den Antrieb (12) auf den ersten Walzenkörper (2) Schubkräfte und damit die Gefahr der Wulstbildung vermieden bzw. minimiert werden. Außerdem bewirkt das Abheben des Schablonenbandes (5) nach der Spannwalze (4) von der Oberfläche (6) durch höhere Lagerung des zweiten Walzenkörpers (3) gegenüber dem ersten Walzenkörper (2) und der Spannwalze (4) ebenfalls die Vermeidung von die geprägte Oberfläche zerstörenden Saugkräften, die ansonsten unter dem Schablonenband (5) entstehen können. Vorteilhaft ist der Einstellwinkel (α) zwischen Oberfläche des Straßenbelagmaterials und Unterseite des umlaufenden Schablonenbandes stufenlos einstellbar. Dadurch kann ein behutsames Abheben des umlaufenden Schablonenbandes aus dem frischen, noch nicht abgebundenen Beton des Straßenbelagmaterials realisiert werden, ohne dass es zu dem unerwünschten Mitreißen von Werkstoffpartikeln kommt.
Der Rahmen (1) ist auf einem Fahrwerk (11) gelagert, das auf Schienen oder auf einer Fahrfläche (13) fahren kann. Beidseitig der Oberfläche (6) des Straßenbelagmaterials sind ausnivellierte Schienen ausgelegt, auf denen das Fahrwerk (11) läuft oder alternativ ist ein Planum hergestellt, auf dem zwei Raupenfahrwerke anstelle des Radfahrwerkes fahren.
Die Oberfläche (6) des Straßenbelagmaterials wird beispielsweise von einem Betonstraßenfertiger im kontinuierlichen Verfahren hergestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird als Nachlaufgerät zu diesem Betonstraßenfertiger eingesetzt und prägt ebenfalls kontinuierlich ein Oberflächenmuster in die Oberfläche (6) des Straßenbelagmaterials. Die verwendeten Walzenkörper (2, 3) können breiter sein als die Oberfläche (6) des Straßenbelagmaterials.
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