DE2057279A1 - Bodenverdichtungsgeraet - Google Patents

Description

^ Patentanmeldung

Losenhausen Maschinenbau A.G., Düsseldorf-Grafenberg

Bodenverdichtungsgerät

Die Erfindung betrifft ein Bodenverdichtungsgerät, bei welchem eine oder mehrere Betriebskenngrößen wie Erregerdreh— zahl, Unwucht, Kraftrichtung oder Fahrgeschwindigkeit ver-.änderbar sind, mit einer Meßeinrichtung und nach Maßgabe des von dieser gelieferten Signals beeinflußbaren Stellmitteln zur Veränderung der Betriebskenngrößen. Bodenverdichtungsgeräte, insbesondere solche, die die Verdichtung des Bodens durch Schwingungen bewirken, wie Rüttelplatten und Walzen mit vibrierenden Bandagen, besitzen nach dem Stande der Technik vielfach Einrichtungen, mit denen sich die von dem Gerät auf den zu verdichtenden Boden ausgeübten Wirkungen nach Art, Größe und Zeitdauer einstellbar in Stufen oder stetig verändern lassen; dies gilt beispielsweise für die Geschwindigkeit, mit der das Gerät über die zu verdichtende Schüttung fährt oder gezogen %

wird, oder für die Größe der Wuchtkraft eines solchen Gerätes. Diese kann einmal bei unwuchterregten Verdichtungsgeräten über die Unwucht verändert werden, wobei die Erregerzahl beibehalten wird, zum anderen kann sie auch mit der Erregerdrehzahl zusammen verändert werden; schließlich ist es hierbei auch möglich, die Unwucht und die Erregerdrehzahl in Abhängigkeit von-

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einander so zu verändern, daß sich eine neue Rüttelfrequenz bei gleicher Rüttelstärke ergibt. Außer diesen beiden Kenngrößen kann aber auch noch die Hauptwirkungsrich\ung der Wuchtkraft eines Arbeitsteiles verändert werden, sei es durch Verschwenken des Erregers, sei es bei Erregern mit zwei oder mehr Hassenkrafterzeugern durch eine Phasenverschiebung zwischen den Rotoren. Bei Bodenverdichtungsgeräten mit mehreren Arbeitsteilen können deren Vibrationen auch in wechselnde Phasenbeziehungen zueinander gebracht werden, beispielsweise in einer ersten Einstellung auf gleichzeitiges Maximum der Einwirkung auf den Boden oder in einer zweiten Einstellung auf wechselseitige Einwirkung.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß Bodenverdichtungsgeräte, die in dieser Weise verstellt v/erden können, für eine feste Wahl der genannten Betriebsparameter nicht auf allen Böden optimale Verdichtungsergebnisse erbringen, daß es vielmehr vorteilhaft ist, für den einen Boden eine hohe Rüttelfrequenz, für einen anderen eine geringe Wuchtkraft und für einen weiteren eine mehr schiebende als pressende Beanspruchung zu wählen. Hersteller von dynamischen Bodenverdichtungsgeräten sehen daher Verstellmöglichkeiten der erwähnten Art vor, um hiermit den Geräten ein weiteres Anwendungs- und Einsatzgebiet zu eröffnen und sie vielseitiger verwendbar zu machen.

Die Praxis stößt jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten, den eich hiermit anbietenden technischen Portschritt zu realisieren. Ein erster prinzipieller Grund liegt in dem Umstand, daß die Zusammenhänge zwischen der von dem Verdichtungagerät erbrachten Einwirkung auf den

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Boden und den sich unter ihren Einfluß abspielenden Umlagerungsvorgängen weitgehend unbekannt sind: der Anwender ist-nach dem derzeitigen Stande- der Wissenschaft und Technik noch nicht-in der Lage, nach ihm zugänglichen Bodeneigenschiiften wie Kornverteilung und Wassergehalt anhand von Erfahrt/, sdaten oder einer formelmäßigen Beziehung die Rüttelfrequenz seines Gerätes zu optimieren. Bin weiterer Grund ist in der Abhängigkeit des schwingungstechnischen Verhaltens des Verdichtungsgerätes von einer Änderung beispielsweise der VJuchtkraft zu sehen: in der Mehrzahl arbeiten dynamische Bodenverdichtungsgeräte im Sprungbetrieb, d.h. die Erregerkraft hebt die Arbeitsteile in gewiesen Phasen vom Boden ab; diese vollführen sodann eine durch die Erregerkraft gestörte Bewegung wie beim'schiefen Wurf und treffen auf den Boden zu einen im wesentlichen nach den Pallgesetzen bestimmten Zeitpunkt auf, zu dem die Erregerkraft nicht notwendig gegen den Boden gerichtet ist. Diese für eine intensive Verdichtung häufig wünschenswerte Gleichsinnigkeit zwischen Auftreffimpuls und gleichzeitiger Erregerkraft kann bereits durch geringe Änderungen - auch Steigerungen ! - der Unwucht oder der Fliehkraft so gestört werden, da3 das für die Verdichtung maßgebende Sprungverhalten aes betreffenden Arbeitsteiles grundlegende und quantitativ nicht zu übersehende Veränderungen erfährt. Nicht zuletzt sind es aber auch gewisse Eigenschaften der zu verdichtenden Schüttung selbst, die auch bei unterstelltermaßen erreichter Beherrschung

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dieser Probleme den gewünschten Erfolg vereiteln: die Schüttungen weinen von Haus au:; Schwankungen ihrer Trockenraund\chte von selten unter 3 )'■>, vielfach von über 5 % auf, ebenso wie lokale Unterschiede im Wassergehalt. Bei Endverdichtungen mit j/roetorwerten, die nicht wesentlich über 100 ^c/-> liefen, sind für eine gleichmaßige Bearbeitung der Schüttung mit einen Verdichtungsgerät die Au:; gangs Schwankung en fast unverändert erhalten geblieben; ebenso ist die Enddichte bei als gleichmäßig unterstellter /.usgangsschüttuichte praktisch ein Abbild des Örtlichen V'assorgehalueH, da dieser - genau wie beim Proctorversuch - merklichen Einfluß auf die mit einer bestimmen Verdichtungsenergie erreichte Vernichtung nimmx. VMIl man rianer bei einer bestimmten Verdichtungsaufgäbe das Erreichen von Mindestwerten des Trockenraumgewi enter, sicherstellen, so bedingen diese Schwankungen einen Zuschlag zum Prüfwert, dessen Größe von rechnerisch nur einigen Prozent nicht darüber hinwegtäuschen kann, da3 er den erforderlichen Arbeitsaufwand merklich in die Höhe schraubt.

Eu 3inri Vorschläge gemacht worden, die Verstellung geeigneter Maschinenteile oder die Veränderung ihrer Kenngrößen von Meßwerten abhängig ζ χ machen, nie während des Ve ruichtur.gs Vorgang es aufgenommen weruen. Eine erste diesbezügliche Vor rieh tür. ; besteht auo einem seismischen BeschleunigungsfiUfnehmer an einem im Aufiastbetrieb wirkenden Arbei ty^eil und einer handbedienten Vorrichtung zur Veränderung der Erregerdrehzahl; dabei soll diese be. oder in unmittelbarer Nähe desjenigen V.'ertes gehalten v/erden, bei welchem der Beschleunigungsaufnehner sein maximales Signal abgibt, das aus Arbei i.i teil und

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Boden gebildete System sich also unter dem Einfluß der periodischen Erregerkraft näherungsweise in der Resonanz befindet. !»u.chieilig an dieser Lösung ist nicht nur ihre grundsätzliche Beschrankum; auf die Steuerung von Auflast-Arbeitcteilen - auf den Sprungbetrieb ist die Resonanz weder eracheinung.;;n;L3ig noch begrifflich übertragbar -' , sondern auch der Umstand, daß wegen der Hitsteuerung der lirregerkraft über die Drehzahl und wegen der oft überkritischen Dämpfung durch die Reibungsvorgänge im Boden üie Resonanz nicht hinreichend deutlich ausgeprägt ist und sich in diesen Fällen kein ausreichend signifikantes Abgieichkriterium für die Art λ der Hand regelung ergibt,,

Ss ist weiterhin die Messung der Auftreffkraft des im S: rungbetrieb v/irkenaen Arbeitsteiles eines dynamischen Bodenverdichtungsgerätes und eine hiervon abhängige Steuerung der Fahrgeschwindigkeit des Gerätes vorgeschlagen worden. Beladen Vorschlägen gemeinsam ist der Gedanke, das Be■Griebsverhalten des Verdichtungsgerätes im Sinne der Regelungs- und Steuerungstechnik als Regelgröße zu verwenden, wobei die Aufgabengrö3e die von dem Gerät hinterlassene Lagerungsdichte ist. Die Problems.tik derartiger Lösungen liegt darin, daß der *

Zusammenhang zwischen dieser Aufgabengröße und der jeweiligen Regelgröße hypothetischer I«atur ist, denn eine allgemeingültige Beziehung zwischen der Trockenraumdichte eines Bodens und dem schwingungstecnnischen Verhalten eines darauf betriebenen dynamischen Verdichtungsgerätes ist trotz intensiver Forschungen noch nicht bekannt geworden.

Derartige Vorrichtungen verlagern daher die Auf-

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gäbe, zweckentsprechende Betriebsparameter des Verdichtungsgerätes zu ermitteln, auf die Ermittlung des Zusammenhanges dieser beiden Größen im konkreten Einzelfall. Damit ist zwar ein Portschritt erreicht, die gestellte Aufgabe aber noch nicht gelöst, sondern nur eingegrenzt und konkretisiert.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Möglichkeiten zur Veränderung der· Betriebsparameter eines Bodenverdichtungsgerätes während des Betriebes aufgrund von Messungen in einer Weise zu nutzen, die von den bisherigen Einschränkungen frei ist; darunter fällt vor allem die verfahrensmäßige Bindung ausschließlieh an den Auflast- oder den Sprungbetrieb des Verdichtungsgerätes oder seiner Arbeitsteile sowie die Bedingung der Gültigkeit von Beziehungen zwischen Meßgrößen und Aufgabengröße, die unabhängig von den in Rede stehenden Vorrichtungen festgestellt, geprüft und jeweils berücksichtigt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Verfahren zur Aufnahme von Meßwerten so auszugestalten, daß sie einmal von der schwingungstechnischen Verhaltensweise des Gerätes oder seiner Arbeitsteile unabhängig werden und zu anderen in eine unmittelbarere Beziehung zu leistungsrelevanten Bodenkenngrößen gestellt werden, als dies nach dem Stande der Technik bekannt ist.

In diesem Sinne stellt sich die Erfindung weiterhin die Aufgabe, die Lösung der allgemeinen Aufgabe nach verschiedenen solchen Leistungsmerkmalen zu differenzieren, beispielsweise neben der Lagerungsdichte auch auf die Druckfestigkeit oder die Scherfestigkeit abstellen zu können.

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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß die Keßeinrichtung als Meßfühler für bodenphysikalische ?Cennwerte des zu verdichtenden bzw. teilweise oder ganz verdichteten Bodens ausgebildet sind_o

Es werden nach der Erfindung somit nicht die Schwingungseigenschaften des Bodenverdichtungsgerätes als Regelgröße ausgenutzt wie bei dem Stand der Technik, sondern unmittelbar bodenphysikalische Kennwerte des Bodens selbst.

Die Erfindung kann in der Weise verwirklicht werden, daß eine erste Meßeinrichtung vorgesehen ist, die als I

Meßfühler für bodenphysikalische Kennwerte nach dem Übergang des Verdichtungsgerätes ausgebildet ist. Es handelt sich hierbei nicht um eine echte Regelung, da die Veränderung der Betriebskenngrößen des Bodenverdichters, die sich auf die Verdichtung des neu zu verdichtenden Bodens auswirkt, nach Maßgabe der Kennwerte des schon verdichteten Bodens erfolgt, auf welche diese Veränderung der Betriebskenngrößen natürlich keinen Einfluß mehr hat. Das Verfahren ist jedoch zulässig, da man in der Regel eine gewisse Stetigkeit der Bodeneigenschaften voraussetzen kann.

Die erste Meßeinrichtung kann als I-leSfühler für einen oder mehrere der nachstehenden bodenphysikalischen Kennwerte des Bodens nach Übergang des Verdichtungsgerätes oder einzelner Arbeitsteile desselben ausgebildet sein;

(a) Lagerungsdichte,

(b) Bettungeziffer,

(c) Scherfestigkeit

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-βία) Dauerschwingimpedanz,

(e) Impuls- oder Stoßimpedanz,

(f) penetrometrische Eigenschaften der *" Bodenoberfläche,

(g) Setzung der Bodenoberfläche.

Es können auf die Stellmittel zusätzlich ein oder mehrere Führungssignale nach Art von Pührungsgrößen der Regelungstechnik aufschaltbar sein, wobei die Signale der Meßfühler und die Führungssignale in einer Vergleicherstufe gegeneinandergeschaltet sind und ggf. über einen Regelverfe stärker auf die Stellvorrichtung wirken.

Die Erfindung stellt sich schließlich die Aufgabe, den vom Stande der Technik nur unter Zuhilfenahme von Hypothesen über den Zusammenhang zwischen der Meßgröße und der Zielgröße angestrebten Fortschritt durch eine Lösung de3 sich hier stellenden Problemes der unbekannten Regelstrecke zu realisieren.

In diesem Zusammenhang geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß eine vorteilhafte oder optimale Einstellung der Betriebsparameter dynamischer Bodenverdichtungsgeräte mit den Mitteln und den Modellen der W konventionellen Regelungstechnik wegen der Besonderheiten des hier in Rede stehenden !Fachgebietes nicht zu' erreichen ist. Die Regelungstechnik setzt durchgängig die Kenntnis der Abhängigkeit der Meßgröße von der Stellgröße, d.h. der Charakteristik der Regelstrecke voraus, nur so ist exe in der Lage, aus der Regelabweichung in der Regeleinrichtung diejenige Stellgröße zu bilden, die die Aufgabengröße nach Richtung

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und Ausmaß sinnvoll auf die Führungsgröße hinführen kann. Im vorliegenden Fall ist der zu verdichtende Hoden mindestens ein Teil der Regelstrecke, daher nicht nur von Baustelle zu Baustelle, sondern auch innerhalb einzelner Verdichtungsabschnitte veränderlich, außerdem zeigt er einen merklichen Einfluß auf dasäßetriebsverhalten des Gerätes und bestimmt darüber hinaus auch dessen Reaktion auf Änderungen des Stellgliedes, beispielsweise der Drosselklappe des Antriebsmotors zur Drehzahlsteuerung.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß den Führungssignalen sehr niederfrequente Zusatzsignale additiv überlagerbar sind und λ daß sodann von einem ersten Korrelator (3o) aus dem veränderten Führungssignal und dem hierdurch über die Regeleinrichtung und die Regelstrecke veränderten Signal des Meßfühlers ein weiteres Signal gebildet wird, welches über einen zweiten Korrelator (22) den Ubertragungsbeiwert der Regeleinrichtung verändert.

Als Meßmittel zur Erfassung der Lagerungsdichte des Bodens vor, nach und während des Überganges des Verdichtungsgerätes können dienen:

Radio-Isotopen-Messungen mit Gamma-Strahlen; bei diesen Meßverfahren ermittelt ein Empfänger die Inten- ™ sität der rückgesteuerten Strahlung, die einem empirisch zu ermittelnden und praktisch bodenunabhängigen Zusammenhang zufolge die Feuchtraumdichte des Bodens weitergibt; da diese Meßeinrichtungen nicht von Hand bewegt zu werden brauchen, können Abschirmungen stärker als bei den üblichen Feldsonden ausgeführt und damit Präparate mit größeren Aktivitäten als 2o DiC verwendet werden, die eine Reduzierung der Integrationszeiten für die Empfängerimpulse zulassen. Zur Darstellung des Trockenraura-

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gewichtes kann diese Methode in bekannter Weise mit einer entsprechenden Messung an rückgestreuten thermischen Neutronen kombiniert werden.

Me3sungen**Ses elektrischen Bodenwider3 tandes mittels einer Vier-Sondenanordnung, wobei diese vier Sonden vorteilhafterweise von vier im wesentlichen scheibenförmigen Körpern mit halbkreisförmig verrundeten Rändern gebildet werden, die untereinander elektrisch isoliert auf einer gemeinsamen Welle geführt und unter entsprechend leichtem Andruck über die Meßstelle abgerollt werden; der für eine geregelt festgehaltene Spannung zwischen den inneren Sonden erforderliche Strom durch die äußeren Sonden ist bei bekanntem Wassergehalt ein eindeutiges Maß für das Trockenraumgewicht.

Meßmittel für -die Bettungsziffer des Bodens (auf die belastete Fläche bezogene Pederkonstante) kann ein Prüfstempel oder eine Prüfbohle sein, die beispielsweise hydraulisch mit einem bestimmten Druck, vorschlagsweise 5 kp/cm _t auf den Boden aufgesetzt wird und wobei der Setzungsweg vom Erstkontakt bis etwa 5 s nach Erreichen der vollen Belastung über einen V/eggeber an der Bohlenführung aufgenommen und gespeichert wird; für eine schnelle Folge solcher Meßwerte lassen sich derartige Prüfbohlen zu mehreren auf dem Umfang einer hydraulisch betätigten Meßwalze « einzeln in entsprechenden Winkelbereichen frei drehbar - anordnen.

Als Meßfühler für die Scherfestigkeit des verdichteten Bodens eignet sich eine unterwärts gezahnte Platte oder Bohle, die mit einem Druck von etwa 1 kp/cm auf

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den Boden aufgesetzt und sodann in ihrer vertikalen Lage festgehalten wird; Meßfühler im engeren Sinne ist dabei ein Dynamometer, mit dem diejenige vom Verdichtungsgerät oder vom Zuggerät auf diese Platte aufgebrachte horizontale Kraft bestimmt wird, bei der diese beginnt, sich in Kraftrichtung gegenüber der benachbarten Bodenoberfläche zu bewegen.

Zur Messung der Dauerschwingimpedanz kann eine von einem Unwuchterreger angetriebene Meßbandage dienen, die mit einem mäßigen Andruck auf dem Boden abrollt; ein Beschleunigungsaufnehmer mit vertikaler An-

sprechrichtung bestimmt die Beschleunigungen der ^

Meßbandage und damit auch des Bodens unter dem Einfluß der vom Erreger übertragenen harmonischen V/echaelkraft; das Verhältnis dieser beiden Größen ist die Impedanz des Bodens.

Die Impuls- oder Stoßimpedanz ist der Kehrwert der laplace-transformierten Ableitung der Gewichtsfunktion (bezogene Impulsantwort). Für die Kenntnis der Bodeneigenschaften bedeutsam sind die betrags-minimalen-Frequenzgebiete, die diejenigen Zeitabständen vom Impulszeitpunkt entsprechen, in denen die Verformungsgeschwindigkeit zu Null wird, der Boden also beginnt zurückzuschwingen. Ist der Boden hart-elastisch, · so sind diese Zeiten kurz, ist er dagegen plastisch bis plaatisch-fließend, so sind diese Zeiten groß bis praktisch unendlich. Diese Werte lassen sich meßtechnisch erfassen, indem an einem Fallgewicht ein Geschwindigkeitsaufnehmer angebracht wird, der vom AuftreffZeitpunkt bis zum Nullwerden seines Ausgangssignales ein Integrationsglied betätigt; Meß-

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wert ist der jeweilige Endwert dieses Integrators.

Penetrometrische Bodeneigenschaften lassen sich ebenfalls durch eine Keßanordnung in Gestalt einer unter einem bestimmten Andruck auf dem Boden abrollenden Walze erfassen, wobei die Walzenbandage mit zahn- oder spikeförmigen Aufsätzen versehen ist, die unter dem Andruck mehr oder weniger tief in die Oberfläche des Bodens eindringen; die Eindringtiefe erfaßt ein Wegfühler beispielsweise als Abstand zwischen der Achse einer solchen Stachelwalze und einer Glattwalze, die hierzu achsparallel geführt wird und ebenfalls auf dem Boden abrollt.

Bei Bodenverdichtungsgeräten, die für beliebiges zu verdichtendes Material geeignet sein sollen, kann von einer Kenntnis der Charakteristik der Regelstrecke meist nicht ausgegangen werden. Es kann also nicht von vornherein gesagt werden, in welchem Sinne bei einer Abweichung der gemessenen Bodenkenngrößen von einem Sollwert die Betriebskenngrößen des Gerätes, z.B. die Unwucht, verändert werden muß, um diese Abweichung zum Verschwinden zu bringen. Bei solchen Geräten wird man in der erwähnten Weise mit einer Modulation der Führungsgröße und einem Korrelator zur selbsttätigen Veränderung der Regeleigenschaften arbeiten. Es können auch Mehrzweckgeräte vorgesehen werden, die zur Anpassung an verschiedene Materialien auf verschiedene vorprogrammierte Regeleigenschaften umschaltbar sind, wenn irgendwelche Kenntnisse über die Auswirkung der Veränderung

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von Betriebskenngrößen au^ die erzielte Verdichtung vorliegen. Schließlich können auch Einzwecktnaschinen vorgesehen werden, die für den Einsatz auf Böden mit einheitlicher oder ziemlich ähnlicher Abhängigkeit von einer Betriebskenngröße vorgesehen sind und bei denen Stellrichtung und Stellsteilheit konstruktiv auf den Zweck des Gerätes ausgerichtet und festgelegt sind. Schließlich ist es möglich, daß eine zweite Meßeinrichtung vorgesehen ist, die als Meßfühler für einen oder mehrere.der nachstehenden bodenphysikalischen Kennwerte vor dem Verdichtungsgerät oder dem letzten Arbeitsteil desselben ausgebildet ist:

fa) Lagerungsdichte,
(b) Wassergehalt, und

daß die Signale der zweiten Meßeinrichtung auf die Stellmittel im Sinne einer regelungstechnischen Störgrößenaufschaltung aufschaltbar sind.

Die Erfindung ist nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert;

Pig. 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines dynamischen Bodenverdichtungsgerätes nach der Erfindung.

Pig* 2 ist ein Signalflußplan eines Gerätes \ nach der Erfindung»

Pig. 3 zeigt einen bei dem Gerät gemäß Pig. 2 verwendbaren Korrelator*

Pig. 4 zeigt ein bei dem Korrelator nach Pig. 3 verwendbares Quadrierglied, und

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Pig. 5 zeifit einen Gleichrichter rait Kleinatwertuntcrdruclfcung, wie er in der Schal tung von Pig. 4 anwendbar ist.

Fig. 6 zeigt in Seitenansicht ein Beispiel einer Einrichtung zur Bestimmung dea Peuchtraumgewichts mittels Radio-Isotopen-Messung zur Verwendung bei einem Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung.

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Fig. 7 ist eine zugehörige Vorderansicht.

Fig. 8 zeigt in Vorderansicht eine Meßeinrichtung zur laufenden Bestimmung des Trockenraumgewichts oder des Y/assergehalts des Bodens nach einem elektrischen Meßverfahren.

Fig. 9 zeigt in Seitenansicht eine Einrichtung zur Bestimmung der Bettungsziffer des Bodens bei einem Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung.

Fig. 10 ist eine zugehörige Vorderansicht, und

Fig. 11 zeigt eine Einzelheit.

Fig. 12 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung von Fig. bis 11, und

Fig. 13 zeigt eine zugehörige Schaltung.

Fig. 14 zeigt in Seitenansicht eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Scherfestigkeit des zu verdichtenden Bodens bei einem Bo- ™

denverdichtungsgerät nach der Erfindung.

Fig. 15 ist eine zugehörige Rückansicht und Fig. 16 eine Draufsicht.

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Pig. 17 zeigt in Seitenansicht eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Dauerschwingimpeda»*z des Bodens bei einem Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung.

Pig. 18 ist eine zugehörige Vorderansicht» und Pig. 19 zeigt eine zugehörige Schaltung.

Pig. 20 zeigt in Seitenansicht eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Impuls- oder Stoßimpedanz des Bodens bei ei-

™ nem Bodenverdichtungsgerät nach der

Erfindung.

Pig. 21 zeigt eine Einzelheit davon in Vorderansicht,

Pig. 22 zeigt Signal verlaufe, zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Einrichtung nach Fig. 20 und 21, und

Fig. 23 ist eine zugehörige Schaltung.

^ Pig. 24 zeigt in Seitenansicht eine weitere

Meßeinrichtung für ein Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung.

Pig. 25 ist eine zugehörige Vorderansicht, und Pig. 26 zeigt eine zugehörige Schaltung.

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Pig. 27 zeigt ein fiteres Ausführungsbeispiel und

Pig. 28 eine Abwandlung desselben.

Fig. 1 zeigt ein grundsätzliches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zu steuernde Bodenverdiohtungsgerät iet hier eine an sich bekannte Doppelvibrationswalze 1. An ihrer Frontseite führt sie an einem hochschwenkbaren Rahmen 2 ein Meßmittel 3 vor sich her, welches im Sinne der Erfindung ein Meßmittel zweiter Art ist* In Fig. 1 ist dieses Meßmittel nicht näher spezifiziert dargestellt, es kann sich beispielsweise um eine elektrische Bodendichtemessung ( nach einem der nachfolgenden Ausführungsbeispiele handeln.

In dem umschlossenen Behälter 4 sind für die Funktion der Meßeinrichtung 3 erforderlichen Hilfsaggregate untergebracht, insbesondere die ggf. dazugehörige Elektronik. An einem weiteren Rahmen 5 führt das Verdichtungsgerät 1 auf seiner Rückseite eine weitere Meßanordnung 6 nach, wobei es sich im Sinne der Erfindung um ein Meßmittel erster Art handelt. Dessen Meßwerte werden für sich oder in Zusammenhang mit den Meßwerten des Meßzeuges 3 in einer Vorrichtung verarbeitet, die in dem Behältnis 7 untergebracht ist, an welchem sich weitere Einstellmittel 8 sowie Anzeigemittel 9 g befinden, die im Blick- und Bedienungsfeld des Geräteführers liegen. Darüber hinaus können die auf dem Anzeigemittel 9 angezeigten Daten auch zu einer selbsttätigen Steuerung oder Regelung beispielsweise der Fahrgeschwindigkeit des Verdichtungsgerätes 1 herangezogen werden.

Fig. 2 zeigt einen allgemeinen Signalflußplan nach dem Grundgedanken der Erfindung. Mit 11 ist ein Meßfühler für ein Meßmittel zweiter Art entsprechend der Meßein-

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ii

richtung 3 in Fig. 1 bezeichnet. Dessen Ausgangssignal gelangt auf einen Speicher 12, da in der Mehrzahl der verschiedenen infrage kommenden Keßverfahren die Meßwerte der Meßmittel nur zu diskreten aufeinanderfolgenden Zeitpunkten anfallen. In diesem Sinne dient der Speicher 12 ebenso wie der Speicher 13 für das Meßmittel 14, welches ein Meßmittel erster Art entsprechend der Meßeinrichtung 6 nach Fig. 1 darstellt, zur Aufrechterhaltung der jeweils gewonnenen Meßwerte bis zur Erstellung des jeweils nächstfolgenden Meßwertes. Der Inhalt des Speichers 12 gelangt über ein Verzögerungsglied 15, dessen Verzögerungszeit der Fahrzeit " des Gerätes für die Strecke zwischen dem ersten und dem zweiten Meßmittel entspricht, auf eine Addierstufe 16. Ebenfalls auf diese Addierstufe gelangt die Information aus dem Speicher 13. Vorgesehen ist ferner ein einstellbarer Festwertgeber 17 sowie ein Generator 18 für die Erzeugung von Einzelrechteckimpulsen einer Dauer von beispielsweise 8 Sekunden, der über seinen Starteingang 19 auslösbar ist. Die Ausgänge des Festwertgebers 17 und des Generators 18 werden über eine Addierstufe 20 ebenfalls dem Addierglied 16 zugeführt. Im Sinne der Regelungstechnik haben die drei Eingänge der Addierstufe 16 die folgende Bedeutung:

Die Information aus dem Speicher 13 stellt die Aufgabengröße der Regelung dar. Die Information aus dem Verzögerungsglied 15 stellt eine Störgrößenaufschaltung dar. Das Signal des Festwertgebers 17 entspricht der Führungsgröße der Regelung und das Ausgangssignal des Generators 18 einer Führungsgrößenaufschaltung.

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Nachdem das Ausgangssignal der Addierstufe 16 in einem Verstärker 21 zwischenVerstärkt wurde, gelangt es an den ersten Eingang des !Correlators 22. Dessen Ausgang wirkt über einen Umsetzer 23, bei dem es sich im regelungstechnischen Sinne um einen Stellantrieb handelt, auf das Gerät 24 ein, welches seinerseits aufgrund seiner Verdichtungsfunktion den Boden 25 verändert, der dadurch seinerseits die von dem Meßfühler 14 aufgenommene Aufgabengröße der Regelung bestimmt. Insofern besteht der eigentliche Regelkreis nach Fig. 2 aus den Einzelheiten U₉ 13, 16, 21, 23, 24 und 25. In der einfachsten Ausführungsforra der Erfindung (für Einzweckmaschinen mit Handregelung) kann in diesem Kreise der ( Korrelator 22 durch ein Anzeigeinstrument für das Ausgangssignal des Zwischenverstärkers 21 und der Umsetzer 23 durch eine Handstellvorrichtung realisiert sein. In dieser Ausführung ersetzt dann auch eine Marke auf dem Anzeigeinstrument die Punktion des Pestwertgebers 17. Bei Einzweckmaschinen mit selbsttätiger Regelung gelangt an den zweiten Eingang des Korrelators 22 eine feste Spannung, so daß dieses Bauelement die Information mit festem Übertragungsverhalten auf den Umsetzer 23 weitergibt. Bei Mehrzweckmaschineη wird das Übertragungsverhalten des Korrelators 22 durch

eine geschaltete Veränderung der dem zweiten Eingang λ

zugeführten Spannung so verändert, daß sich mehrere diskrete Kennwerte dafür ergeben. In der Ausführung für Vielzweckmaschinen wird die zweite Eingangsgröße des Korrelators 22 unter Verwendung des Rechteck-Generators 18 auf folgende Weise gebildet:

Der Differenzverstärker 26 erhält auf seinem unteren Eingang den Augenblickswert der Führungsgröße, die von dem Addierverstärker 20 gebildet wird, und auf seinem

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zweiten Eingang einen über den Speicher 27 verzögerten Wert dieser Größe. Entsprechendes gilt für den Differenz verstärker 28 und deri\Speicher 29, nunmehr aber mit Bezug auf die Aufgabengröße der Regelung statt auf die Führungsgröße. Die dem weiteren Korrelator 30 zugeführten Ausgangsgrößen der Differenzverstärker 26 und 28 entsprechen daher den Unterschieden der augenblicklichen Werte der Führungs- und Aufgabengröße zu den Werten, die diese Größen zu einer durch noch zu «, beschreibende weitere Bauelemente bestimmten früheren Zeit besaß®ⁿDer Korrelator 30 bildet ein Ausgangssignal, welches im wesentlichen dem Produkt dieser w beiden Differenzen entspricht und an den Eingang einer Klassierstufe 31 gegeben wird. Das hierdurch gestufte Produktsignal gelangt über ein gesteuertes Tor 32 auf ein Halteglied 33 und von dort an den zweiten Eingang des Korrelators 22.

Zwischen dem Verstärker 21 und dem ersten Korrelator wird an dem mit a bezeichneten Punkt die noch unbewertete Regelgröße abgegriffen und einer Stufe 34 zugeführt, die im wesentlichen eine Kleinstwertbegrenzung herbeiführt. Über die nachfolgende Betragsstufe 35 gelangt das Signal sodann an eine Impulsfc stufe 36. An deren mit b bezeichnetem Ausgang tritt stets dann ein Impuls auf, wenn die unbewertete Regelgröße einen gewissen Betrag überschreitet, den man im Sinne der Regelungstechnik als eine zulässige Regelabweichung bezeichnen kann. Dieser Impuls stellt zunächst den Ausgang des Haltegliedes 33 auf einen von den übrigen Größen der Regeleinrichtung unabhängigen Festwert; weiterhin öffnet der Impuls das Tor 32 und startet einen Zeitgeber 37, der die Dauer

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der Führungsgrößenaufschaltung bestimmt. Beim Auftreten eines Ausgangssignals an dem Zeitgeber 37 werden die Speicher 27 und 29 gelöscht und auf Aufnahme der Signale für die Aufgaben- und Führungsgröße geschaltet. Beim Verschwinden des Ausgangssignals des Zeitgebers 37 wird darübe i/hinaus das Tor 32 geschlossen. Schließlich startet der Impuls über den Eingang 19 den Generator 18 zur Bildung der PührungsgröQenaufschaltung,

Fig. 3 zeigt eine Prinzipanordnung für die in Pig. 2 verwendeten Korrelatoren 22 und 30. Die an den beiden Eingängen 41 und 42 eines solchen !Correlators ' zugeführten Spannungen gelangen an eine Addierstufe 43 und eine Differenzstufe 44 und van diesen jeweils über Quadrierstufen 45 und 46 an eine Differenzstufe 47. Die Punktion einer solchen Stufe ergibt sich dabei aus dem Umstände, daß in der abschließenden Differenzstufe sich die reinen Quadrate der Eingangsgrößen gegeneinander aufheben und sich die gemischten Produkte addieren. In Pig. 4 ist eine mögliche Ausführungsform für die Quadrierstufen gezeigt. Hier wird das zu quadrierende Signal zu- ' nächst in einer Addierstufe 48 mit dem Ausgangssignal eines Sägezahngenerators 49 überlagert, wo- ä bei die Frequenz dieses Generators um eine Größenordnung oder mehr Über der charakteristischen Frequenz des zu quadrierenden Signals liegt. Das Aus- gangssignal der Addierstufe 48 gelangt auf eine Gleichrichterstufe 50 mit Kleinstwertunterdrückung, die so ausgelegt ist, daß der unterdrückte Bereich der * Schwingungsweite des Sägezahngenerators 49 entspricht. In der nachfolgenden Integrierstufe 51 werden von dem

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so erhaltenen Quadrat der Meßspannung die höherfrequenten Anteile der darin noch enthaltenen Generator= spannung abgesiebt. Die quadrierende Punktion einer solchen Stufe ergibt sich aus der Tatsache, daß die Sägezahnspannung des Generators 49 bei verschwindender Meßspannung den Gleichrichter 50 nicht passieren kann, daß andererseits aber bei Überlagerung einer nicht verschwindenden Meßspannung solche Spitzen der Generatorapannung den Gleichrichter 50 passieren, deren Höhe dem Augenblickswert der MeQspannung entspricht. Die so entstehenden Spannungaspitzen am Ausgang dea Gleichrichters 50 stellen ihrem Zeitverlauf nach ähn-" liehe Dreiecke dar, deren Höhe der Meßspannung entspricht; nach einem bekannten Satze der Geometrie verhalten sich dann die Inhalte dieser Dreiecke, d«h. die durch diese Impulse übertragenen Ladungen und damit die an dem Integrationskondensator auftretenden Spannungen wie die Quadrate der Dreieckshöhen.

In Pig. 5 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel für einen solchen Gleichrichter 50 mit Kleinstwertunterdrückung dargestellt. Dieser bildet mit dem Gegentaktverstärker 52 und den beiden Gleichrichtern 53 zunächst einen bekannten Doppelweggleichrichter; fc die über dessen Arbeitswiderstände 54 abfallenden Halbwellenspannungen werden von den Zenerdioden 55 innerhalb des Begrenzungsbereiches von dem Stufenausgang 56 ferngehalten, allgemein nur mit dem Spannungsanteil an den Ausgang 56 gegeben, mit dem sie die Durchbruchspannung der Zenerdioden 55 übertreffen.

Pig. 6 und 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel für ein Meßmittel erster Art zur Bestimmung des Peuchttraumgewichtea des Bodens mittels Radio-Isotopen-Messung.

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Das Gerät ist in einem von den Laufrädern 61, der Welle und der Zuggabel 63 gebildeten Einachsanhänger untergebracht. Mit der Welle 62 verbunden sind zwei Kurvenscheiben 64» deren äußere Kante 65 in einem weiten Winkelbereich kreisförmig und in dem restlichen Winkelbereich näher zur Geräteachse verläuft. An der Öberflächensonde 66 ist über eine starke Blattfeder 67 eine Rollenlagerung 68 angebracht, deren Tragrollen 69 in die inneren Laufflächen der Kurvenscheiben 64 eingreifen können. Neben diesen Kurvenscheiben 64 ist auf der Walze 63 an einer Pendel— lagerung 70 die Zähleinrichtung 71 befestigt, der über eine Zuleitung 72 aus der Sonde 66 die Zählimpulse zugeführt werden. Weiterhin ist an der Halterung 68 der ' Tragrollen 69 ein Kontaktgeber 72 vorgesehen, von dem ein Steuerungssignal an die Zähleinrichtung 71 gelangt, wenn die Kurvenscheiben 64 die Tragrollen 69 freigeben und die Sonde 66 frei auf der Bodenoberfläche steht. Beim Nachschleppen dieses Einachsanhängers wird über die Kurvenscheiben 64 die Oberflächensonde periodisch angehoben, weitertransportiert und für einen gewissen Zeitraum auf die Bodenoberfläche abgesetzt. Während dieser Standzeit der Sonde 66 ist über das Signal des Kontaktgebers 72 der Eingang der Zähleinrichtung 71 geöffnet, so daß diese die der Peuchtraumdichte des Bodens

entsprechende Zählrate über die Meldeleitung 74 an die ' |

Steuerungs- oder Regelorgane nach der Fig. 2 weiterleiten kann (hier funktionsgemäß Bauteil 4).

Pig. 8 stellt ein Ausführungsbeispiel für ein Meßmittel erster oder zweiter Art zur laufenden Bestimmung des Trockenraumgewichtes oder des Wassergehaltes des Bodens nach einem elektrischen Meßverfahren dar. Das Gerät

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ist ebenfalls in Form eines Einachsanhängers" ausgeführt\ wobei die vier Laufscheiben 8i gleichzeitig die Meßsonden darstellen. Von diesön bilden die bilden inneren laufscheiben die Spahriuhgs sondenj sie sind fest miieinander verbunden Über einön zylindrischen Tragkörper 82, in welchem die elektronische Meßeinriöhtüng 83 in batteriebetriebener Ausführung untergebracht ist. Die beiden gleichachsig angeordneten äußeren Stromsonden werden über drehsteife und bieg^eiche Achskoppelungselemente 84 so geführt, daß in Verbindung mit den auf ihren Außenachsenden einwirkenden Kräften der Blattfedern 85 sich ein stets gleichmäßiger Bodenkontakt aller vier Laufscheiben _k ergibt. Das in diesem Ausführungsbeispiel über die Schleif-™ ringe 86 und die Meldeleitung 87 abgegebene Signal entspricht dem für eine geregelt festgehaltene Spannung zwischen den inneren Sonden erforderlichen Strom durch die äußeren Sonden und ist, wie bekannt, bei bekanntem Wassergehalt ein unmittelbares Maß für das Trockenraumgewicht des Bodens*

Pig. 9 bis 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Meßmittel erster Art zur Bestimmung der Bettungsziffer eines Bodens. Die Vorrichtung ist als Zweiachsanhänger ausgeführt, wobei die in Fahrtrichtung vordere Achse einen Behälter 91 trägt» der zum Zwecke einer ausreichenden Belastung dieser ^ Achse mit Wasser oder Baumaterial gefüllt werden kanm Die beiden Achsen dieses Gerätes zeigen den untereinander * gleichartigen folgenden Aufbau: Auf den im Fahrzeugrahmen 92 fest angeordneten Achsen 93 laufen rechts und links je eine Radscheibe 94, auf deren Umfang in gleichmäßigen Abständen kippbar gelagerte Druckstempel 95 angeordnet sind. Die Radscheiben 94 sind untereinander einmal über eine Hohlwelle 96 und zum anderen Über einen Kettentrieb 97 formschlüssig miteinander verbunden. Jeweils in der

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Fahrzeu^mitte befindet sich eine Glattwalze 98» die mit einer beiderseitigen weiten Hohlnabe 99 die Hohlwelle umfaßt und über einen Plansch 100,ein Drehgelenk 101 und einen Lenkhebel 102 mit der Hohlwelle 96 verbunden ist, wobei sich diese in dem Lager 103 des Lenkhebels 102 frei drehen kann. Der Lenkhebel 102 trägt einen kreissektor- '. förmigen Zahnkranz 104, mit dem ein Zahnrad 105 kämmt, auf dessen Achse sich ein hier nicht gezeichnetes Meßmittel in Gestalt eines Weggebers befindet.

Diese Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise;

Unter dem Einfluß des in den Behälter gefüllten-Su te s- ^v bringt dessen Gewicht über den Rahmen 92und die Laufachse 93 ale an den Lauf scheiben. 94 in jeweils unter-». ster Stellung befindlichen Druckkörper der vorderen Ä&hse zum Einsinken in den Boden, während die Glattwalze 90 am Lenkhebel 102 geführt wird und auf der ungestörten Boden-flache abrollt,, Die Winkelstellung des Zahnrades 105 bzw. das Ausgangssignal des von ihr angetriebenen Heßmittels ist daher ein Maß für die lindringtiefe des Druckstempels 95 in den Boden. Durch die formschlüssige Verbindung der vorderen und der hinteren Anhänger— achse wird in entsprechender Weise gleichzeitig ein Meßwert für die Eindringung eines Druckstempels 95 der hinteren Anhängerachse an einer Bodenstelle gewonnen, wo zuvor ein entsprechender Druckstempel der vorderen Anhängerachse gewirkt hatte,

Fig. 12 veranschaulicht diese Verhältnisse in einem einfachen Druck-Setzungs-Diagramm. Ausgehend von Punkt 111 dieses Diagramms zeigt die Kurve 112 die Eindringung eines Druckstempels der belasteten vorderen

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Anhängerachse in den Boden bis zu einem maximalen Wert 113» der im wesentlichen der in Pig. 9 dargestellten Fahrphase entspricht. Bei der V/eiterfahrt des Meßgerätes wird an dieser Stelle die Bodenbelastung vermindert und die Setzung bildet sich entsprechend dem Kurvenzweig 114 zurück bis auf einen Wert 82, der sodann von der zweiten Achse des Meßanhängers ermittelt wird. Für die Beurteilung der erzielten Verdichtung und damit für die Steuerung oder Regelung des Verdichtungagerätes kann man nun das Verhältnis der maximalen Setzung S1 zur bleibenden Setzung S2 oder die reversible Setzung Si - S2 unter Bewertung mit der Maximalbelastung heranzuziehen.

Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Bildung derartiger Meßgrößen. An den Eingang 121 dieser Anordnung gelangt das Signal des von dem Zahnrad 105 der vorderen Fahrzeugachse angetriebenen Vfeggebers_tan den Eingang 122 das entsprechende Signal der hinteren Achse. Dieae Heßwerte werden Maximalwert-Speichern 122 zugeführt und gelangen von diesen an die Verzweigungspunkte 12"5. In einer ersten Auswerterschaltung wird hieraus mittels des von dem Servomotor 124 über den Differenzverstärker 125 gesteuerten Doppelschleiferpotentiometers 126 das Verhältnis durch die Winkelstellung des an der Potentiometerachse befestigten Zeigers 127 angezeigt. In einer zweiten Meßwertverarbeitung gelangen von den Verzweigungspunkten 123 die Spannungen über Köeffizienten-Einstellmittel 128, deren Kennwerte auf die durch den Behälter 91 dargestellte Belastung eingestellt werden, an einen Differenzverstärker 129 und von dort auf ein Anzeigeinstrument 130. Das Ausführungsbeispiel enthält des weiteren einen Schrittschalter 131, von dem in

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Fig. 13 nur zwei Schaltstellungen gezeigt sind, der im allgemeinen aber' so viel Schälterstellungen enthält, wie Eindrücke der ersteh Anhangerachsen zwischen dieser und der zweiten naeh Maßgabe der Anhängerlänge im Boden erzeugt werden. Zur Steuerung dieses Schrittschalters sind nach Fig· 6 Impulsgeber 106 so an dem Fahrzeugrahmen 92 angeordnet (in Fig. 9 befinden sich diese auf der Innenseite des Aiihängerrähmens 92 in der Nähe der Peripherie der vorderen Laufscheibe), daß eine zyklische Fortschaltung des Schrittschalters jeweils in dem Augenblick erfolgt, in dem der jeweils nächste Druckstempel der vorderen Anhängerachse Bodenkontakt bekommt. Diese Impulsgeber 106 können dabei von Reed-Kontakten gebildet werden, die von an den Laufscheiben 94 zwischen den Druckstempeln 95 auf der Außenseite befindlichen Magneten betätigt werden. In einer zusätzlichen Schaltebene 132 nach Fig. 13 werden diese Impulse zusätzlich auf die Leischeingänge der in dem vorangehenden Impulsintervall angeschlossenen Maximalwertspeicher durchgeschäitet.

Fig. 14 bis 16 zeigen ein Ausführungsbeispiel für ein Meßmittel erster Art zur Bestimmung der Scherfestigkeit des verdichteten Bodens. Es besteht aus einer unterwärts gezahnten Belastungsplatte Hl, welche ah einem Zugseil 142 über eine gedämpfte Feder 143 und einen Kraftfühler 144 von der Lenkrolle 145 des voranfahrenden Verdichtungsfahrzeuges nachgeschleppt wird. Die Druckplatte Hl trägt ein Achslager 146 mit einer Achse 147» auf welcher zwei starr miteinander verbundene Laufscheiben 148 in der Weise exzentrisch angeordnet sind, daß bei ruhender Druckplatte 141 durch das Drehmoment der Schwerkraft der Laufscheiben 148

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diese sich in Fahrtrichtung des Verdichtungsgerätes so weit nach vorne drehen, daß sie soeben seitlich von der Druckplatte auf dem Boden aufstehen. Der Kraftfühler 144 mißt die in dem Zugseil 142 auf die Druckplatte 141 übertragene Kraft; diese steigt unter Dehnung des Pederelementes 143 so weit an, bis die Scherfestigkeit des Bodens unterhalb der Belastungsplatte 141 überschritten wird. In diesem Moment ergibt sich ein spontaner Signalabfall des Fühlers 144 und'«der Beginn einer Rollbewegung der Laufscheiben 148, die die Druckplatte Hl vom Boden abheben und nach Maßgabe ihres Durchmessers um mindestens eine Plattenlänge in Fahrtrichtung voraus bewegen und wieder auf den Boden aufsetzen. Die beobachtete, steuernde oder regelnde Meßgröße ist der Spitzenwert des Signals des Fühlers 144, der auf einen Speicher entsprechend der Einzelheit 3 der Fig. 2 gegeben wird und wobei durch eine hier nicht gezeigte Impulsvorrichtung dafür gesorgt wird, daß dieser Speicherinhalt bei erneutem Wiederanstieg des Fühlersignals gelöscht wird.

Fig. 17 und 18 zeigen ein Ausführungsbeispiel für ein Meßmittel erster Art zur Bestimmung der Dauerschwingimpedanz des verdichteten Bodens. Diese Meßeinrichtung besteht aus einer an das Verdichtungsgerät angehängten Einachswalze. Diese besitzt neben ihrem Schleppbügel einen mit der Walzenachse kraftschlüssig verbundenen rertikalen Belastungabügel 152, der auf seiner oberen Plattform 153 einen Richtkrafterreger 154 mit vertikaler Hauptwirkungsrichtung trägt. Mit 155 ist der Antrieb für diesen Richtkrafterreger bezeichnet, während 156 einen mit den Rotorachsen des Erregers starr gekoppelten Winkellagengeber bedeutet. Weiterhin trägt

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der Belastungsbügel 152 in der Nähe jedes Achsendes einen Beschleunigungsaufnehmer 157 mit vertikaler Ansprechrichtung sowie mittig unterhalb des Richtkrafterregers an einer Querschnittverjüngung einen Dehnungsgeber 158.

In Fig. 19 ist ein Äusführungsbeispiel für die zugehörige Meßwertverarbeitung dargestell-t. An die Eingänge 169 und 170 dieser Schaltung gelangen die Signale der Beschleunigungsfühler 157» wobei ein sie verbindendes Einstellpotentiometer 171 ihre Summenspannung abgreift. Diese wird in dem Integrator 172 einmal integriert und gelangt an die Eingänge der gesteuerten Gleichrichter 173. Die Eingangsbuchse 174 wird mit dem Signal des Dehnungsfühlers 158 beaufschlagt, welches nach einer Überlagerung mit einem Anteil des Beschleunigungs-Summensignals an dem Abgriff des Einstellpotentiometers 175 auf die Eingänge der gesteuerten Gleichrichter 176 gegeben wird. Die Steuerspannungen dieser Gleichrichter sind über hier nicht dargestellte Impulsformerstufen aus den Ausgangssignalen des Phasenwlnkelgebers 156 abgeleitet und werden der Schaltung über die Eingangsbuchsen 177 und 178 zugeführt. Diese beiden Rechteckspannungen sind gegeneinander um 1/4- ihrer Periode phasenverschoben. Das vorliegende Ausführungsbeispiel verzichtet auf die Phaseninformation über die Dauerschwingimpedanz und stellt nur auf deren Betrag ab. Zu diesem Zwecke werden die Ausgangsspannungen der gesteuerten Gleichrichter 173 und 176 paarweise je einem Koordinatenrechner 179 zugeführt, dessen Ausgangsspannung sich zu den Ausgangsspannungen der gesteuerten

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Gleichrichter 173 und 176 wie die Hypotenuse eines rechtwinkligen Dreiecks zu dessen Katheten verhält. Über einen beide Kanäle umfassenden Heßbereichsumschalter 180 werden die so erhaltenen Spannungen einer Quotienten-Anzeigevorrichtung zugeführt, wie sie bereits in Pig. 13 beschrieben wurde. Damit entspricht die Stellung des Zeigers 182 dem Betrag der Dauerschwingimpedanz des verdichteten Bodens bei der Frequenz des Richtkrafterregers 154φ

Pig. 20 und 21 zeigen ein Ausführungsbeispiel für ein Meßmittel erster Art zur Gewinnung einer für die Impuls- oder Stoßimpedanz des verdichteten Bodens charakteristischen Meßgröße. Mit 191 ist in stark vereinfachter Darstellung der rückwärtige Teil eines Verdichtungsgerätes vom Walzentyp dargestellt; dieser trägt eine Stampfvorrichtung, bei der das Fallgewicht 192 an dem Bügel 193 einer Führungsstange 194 befestigt und über diese mittels eines Hebels 195 angehoben werden kann, der stari/mit einem Zahnrad 196 verbunden ist, in welches ein Zahnrad 197 mit segmentartiger Unterteilung der Zahnung eingreift. In Fahrtrichtung wird die an dem Hebel 195 gelenkig gelagerte Zugstange 194 von einem Dämpfungs-Federglied 198 geführt. Indem das Segment-Zahnrad 197 in gezeigter Weise mit mäßiger und konstanter Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird, hebt es über eine Verdrehung des Zahnrades 196 und des mit diesem verbundenen Hebels 195 das Stampfgewicht 192 an der Führungsstange 194 zunächst hoch, um es beim Aussetzen des Verzahnungseingriffes zwischen den Zahnrädern 197 und I96 spontan fallen zu lassen. Während dieser Kontaktphase nimmt das Dämpfungs-Federglied 198 die sich durch die Fahrbewegung des

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Verdichtungsgerätes 1S1 vergrößernde Distanz auf, um sie beim erneuten Anheben des Fallgewichtes 192 wieder auszugleichen. Auf der Stampfplatte befindet sich unterhalb des Bügels 193 ein Beschleunigungsaufnehmer 199 mit vertikaler Ansprechrichtung.

Die kinematischen Verhältnisse beim Betrieb dieser Anordnung sind in Fig. 22 dargestellt. In dem oberen Teil dieses Diagramms ist über der laufenden Zeitkoordinate das Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers 199 aufgetragen, welches der Differenz der wirksamen Beschleunigung zur Fallbeschleunigung entspricht. Der erste Teil der Kurve bis zu dem Punkt 200 entspricht daher der Fallbewegung der Masse 192. Im Moment des Bodenkontaktes tritt eine nach oben gerichtete starke Beschleunigung auf, die sich jedoch bald wieder abbaut und entsprechend den (für den hier zu gewinnenden Meßwert nicht mehr interessierenden) Bodeneigenschaften vom Punkte 201 an als mehr oder weniger stark gedämpfte Schwingung auf den Ausgangswert zurückkehrt. Der untere Teil des Diagramms stellt ein hieraus abgeleitetes Geschwindigkeitssignal dar, welches in seinem ersten Teil, also während der Flugphase auf einem konstanten Wert gehalten wird, der der Auftreffgeschwindigkeit des Fallgewichtes 192 entspricht. Entsprechend der starken positiven Beschleunigung vom Zeitpunkt 200 ab strebt diese Größe dem Wert 0 zu, den sie in Zeitpunkt 202 erreicht und überschreitet, wobei es auf den weiteren Zeitverlauf im vorliegenden Falle nicht mehr ankommt.

Fig. 23 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung zur Meßwertverarbeitung. An die Eingangsbuchse 211 dieser Schaltung wird das Signal des

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Beschleunigungsaufnehmers 199 gegeben; im Hauptzweig dieser Anordnung gelangt dieses an eine Integrationsstufe 212, die aus dem Gleichspannungsgenerators über einen Koeffizienteneinsteller 2H ihren Anfangswert erhält. Dabei wird die Einstellung an dem Einsteller 214 so vorgenommen, daß der Anfangswert der aus der Fallhöhe des Gewichtes 212 zu ermittelnden Auftreffgeschwindigkeit entspricht. Die nachfolgende Stufe 215 ist eine Signalverstärkung mit hohem Verstärkungsgrad und Größtwertbegrenzung, so daß ihr ein Signumverhalten zukommt. Über die anschließende Differenzierstufe 216 wird der Speicher 217 beaufschlagt,

" dessen über das Negierglied 218 sowie das UND-Gatter 219 gesteuertes Ausgangssignal einem weiteren Integrator 220 zugeführt wird, dessen Ausgang auf dem Anzeigeinstrument 221 erscheint. Das UND-Gatter 219 wird andererseits aus einem Begrenzerverstärker 222 von dem Beschleunigungssignal derart angesteuert, daß der Portgang der Integration durch das Integrationsglied 220 nur bei positiven Werten des Beschleunigungssignals möglich ist. Dadurch ist sichergestellt, daß im Sinne der unteren Diagramme von Fig. 22 die Integration nur zwischen den Zeitpunkten 200 und 202 stattfindet. Nach dem Zeitpunkt 202

h wird über eine nicht gezeigte Vorrichtung auf den Impulseingang 223 der Schaltung nach Fig. 23 ein Löschimpuls gegeben für den Speicher 217 sowie zur Rückstellung des Integrators 220 auf den Anfangswert 0.

Fig. 24 und 25 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Meßmittel erster Art. Die Meßanordnung besteht

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aus einer dem Verdichtungsgerät angehängten Einradwalze, die in kraftschlüssiger Verbindung mit ihren Achszapfen auf beiden Seiten je einen Beschleunigungsaufnehmer 231 trägt. Die Signale dieser Beschleunigungsaufnehmer werden an die beiden Eingangsbuchsen 232 gegeben, von wo sie über ein Addierpotentiometer 233 als Summenspannung abgegriffen, in 'der Stufe 234 gleichgerichtet und einem Verstärker 235 mit Mehrpunktverhalten zugeführt werden. Der anschließende Teil des Schaubildes stellt grundsätzlich eine Klassiervorrichtung dar, wobei jedoch die Anzeigemittel 236 für die einzelnen Klassen über Zeitglieder 237 angesteuert werden, die die Anzeige eines entsprechenden Klassenwertes für den Pail jeweils unterbinden, daß dieser sich nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne wiederholt.

Pig. 27 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Meßmittel erster Art zur Bestimmung der Ausbreitungsbedingungen von Oberflächenwellen auf dem verdichteten Planum. Mit 241 ist dabei eine Einrad-Anhängevorrichtung bezeichnet, die in ihrem Aufbau bis auf die Meßmittel 247 einer entsprechenden Vorrichtung nach Pig. 17 und 18 gleicht. Daran angehängt ist über eine Zugstange 242 eine weitere, leichtere Meßwalze 243, die senkrecht über ihrer Achse auf beiden Seiten je einen Beschleunigungsaufnehmer 244 mit vertikaler Ansprechrichtung trägt. Für die hierzugehörige Meßwertverarbeitung kann ebenfalls auf Fig. 19 zurückverwiesen werden, wobei lediglich das dortige Uberlagerungselement. entfällt und der Eingang unmittelbar an die beiden gesteuerten Gleichrichter geführt wird. Die Anzeige an dem dortigen Zeiger entspricht sodann dem

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Betrag des Verhältnisses der an der Stelle der kleinen Walze auftretenden vertikalen Schwinggeschwindigkeit des Bodens zu der durch die von der Walze 241 eingeleitete Erregungsetärke.

Im unteren Teil von Pig. 28 ist eine Vereinfachung dieses Ausführungsbeispieles für den Fall gezeigt, daß das Verdichtungsgerät ein im Auflastbetrieb arbeitendes Vibrationsgerät ist, beispielsweise eine Duplex-Walze; es ist dabei angenommen, daß der Winkellagengeber 196 nach Pig. 20 an dem Unwuchterreger dieses Verdichtungsgerätes angebracht und dessen Signal für die Steuerung der Gleichrichter 173 und

176 nach Pig. 19 über die dortigen Eingangsbuchsen

177 und 178 verfügbar ist.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   ( 1.iBodenverdichtungsgerät, bei welchem eine oder mehrere —Betriebskenngrößen wie Erregerdrehzahl, Unwucht, Kraftrichtung oder Fahrgeschwindigkeit veränderbar sind, mit einer Meßeinrichtung und nach Maßgabe des von dieser gelieferten Signals beeinflußbaren Stellmitteln zur Veränderung der Betriebskenngrößen, dadurch ge-* kennzeichnet, daß die Meßeinrichtung als Meßfühler für bodenphysikalische Kennwerte des zu verdichtenden bzw. teilweise oder ganz verdichteten Bodens ausgebildet ist.
2. 2. Bodenverdichtungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Meßeinrichtung (6) vorgesehen ist, die als Meßfühler für bodenphysikalische Kennwerte nach dem Übergang des Verdichtungsgerätes (1) ausgebildet ist.
3. 3. Bodenverdichtungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßeinrichtung als Meßfühler für einen oder mehrere der nachstehenden bo- ·< denphysikalischen Kennwerte des Bodens nach Übergang des Verdichtungsgerätes oder einzelner Arbeitsteile desselben ausgebildet ist:

   (a) Lagerungsdichte,

   (b) Bettungsziffer,

   (c) Scherfestigkeit,

   (d) Dauerschwingimpedanz,

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   (e) Impuls- oder Stoßimpedanz,

   (f) penetrometrische Eigenschaften der Bodenoberfläche

   (g) Setzung der Bodenoberfläche
4. 4. Bodenverdichtungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Stellmittel (23) zusätzlich ein oder mehrere Führungssignale nach Art von Führungsgrößen der Regelungstechnik aufschaltbar sind.
5. 5. Bodenverdichtungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Meßfühler (11, 14) und die Führungssignale in einer Vergleicherstufe (16) gegeneinandergeschaltet sind und ggf. über einen RegelVerstärker (21) auf die Stellvorrichtung (23) wirken.
6. 6. Bodenverdichtungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Führungssignalen sehr niederfrequente Zusatzsignale additiv überlagerbar sind und daß sodann von einem ersten Korrelator (3o) aus dem veränderten Führungssignal und dem hierdurch über die Regeleinrichtung und die Regelstrecke veränderten Signal des Meßfühlers ein weiteres Signal gebildet wird, welches über einen zweiten Korrelator (22) den Übertragungsbeiwert der Regeleinrichtung verändert.

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   Bodenverdichtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Meßeinrichtung (3) vorgesehen ist, die als Meßfühler für einen oder mehrere der nachstehenden bodenphysikalischen Kennwerte vor dem Verdichtungsgerät oder dem letzten Arbeitsteil desselben ausgebildet ist:

   (a) Lagerungsdichte,

   (b) Wassergehalt , und

   daß die Signale der zweiten Meßeinrichtung auf die Stellmittel (23) im Sinne einer regelungstechnischen Störgrößenaufschaltung aufschaltbar sind.

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