DE2057279C3 - Bodenverdichtungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bodenverdichtungsgerät mit wenigstens einem schwingenden Arbeitsteil, bei welcliem Erregerdrehzahl und/oder Erregerkrafi als eine die Verdichtungsleistung des Gerätes bestimmende Betriebskenngröße des Gerätes veränderbar ist, mit einem nach Maßgabe des von dieser gelieferten Signals beeinflußbaren Stellglied zur Veränderung dieser Betriebskenngröße und mit einer Regeleinrichtung zur automatischen Steuerung des Stellgliedes von der Meßeinrichtung.

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 einstellbar in Stufen oder stetig verändern lassen; dies gilt beispielsweise für die Größe der Wuchtkraft eines solchen Gerätes. Diese kann einmal bei unwuchterregten Verdichtungsgeräten über die Unwucht verändert werden, v/obei 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 voneinander so zu verändern, daß sich eine neue Rüttelfrequenz bei gleicher Rüttelstärke ergibt Außer diesen beiden Kenngrößen kann aber auch noch die Hauptwirkungsrichtung der Wuchtkraft eines Arbeitsteiles verändert werden, sei es durch Verschwenken des Erregers, sei es bei Erregern mit zwei oder mehr Massenkrafterzeugern durch eine Phasenverschiebung zwischen den Rotoren.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß BodenverdLhtungsgeräte, die in dieser Weise verstellt werden können, für eine feste Wahl der genannten Betriebsparameter nicht

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 Bodenverdirhtungsgeräten sehen daher VerstefwTiöglichkeiten der erwähnten Art vor, um hiermit den Geräten ein weiteres Anwendungsund Einsatzgebiet zu eröffnen und sie vielseitiger verwendbar zu machen.

Die Praxis stößt jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten, den sich hiermit anbietenden technischen Fortschritt zu realisieren. Ein erster prinzipieller Grund liegt in dem Umstand, daß die Zusammenhänge zwischen der von dem Verdichtungsgerät erbrachten Einwirkung auf den Boden und den sich unter ihrem Einfluß abspielenden Umlagerungsvorgängen weitgehend unbekannt sind: der Anwender ist nach dem derzeitigen Stande der Wissenschaft und Technix noch nicht in der Lage, nach ihm zugänglichen Bodeneigenschaften wie Kornverteilung und Wassergehalt anhand von Erfah rungsdaten oder einer formelmäßigen Beziehung die Rüttelfrequenz seines Gerätes zu optimieren. Ein weiterer Grund ist in der Abhängigkeit des schwingungstechnischen Verhaltens des Verdichtungsgerätes von einer Änderung beispielsweise der Wuchtkraft zu sehen: in der Mehrzahl arbeiten dynamische Bodenverdichtungsgeräte im Sprungbetrieb, d. h. die Erregerkraft hebt die Arbeitsteile in gewissen Phasen vom Boden ab; diese vollführen sodann eine durch die Erregerkraft gestörte Bewegung wie beim schiefen Wurf und treffen ai'f den Boden zu einem im wesentlichen nach den Fallgesetzen 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, daß das für die Verdichtung maßgebende Sprungverhalten des 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 dieser Probleme den gewünschten Erfolg vereiteln: die Schüttungen weisen von Haus aus Schwankungen ihrer Trockenraumdichte von selten unter 3%, vielfach von über 5% auf, ebenso

wie lokale Unterschiede im Wassergehalt. Bei Endverdichtungen mit Proctorwerten, die nicht wesentlich Ober 100% liegen, sind für eine gleichmäßige Bearbeitung der Schütturig mit einem Verdichtungsgerät die Ausgangsschwankungen fast unverändert erhalten geblieben; ebenso ist die Enddichte bei als gleichmäßig unterstellter Ausgangsschüttdichte praktisch ein Abbild des örtlichen Wassergehaltes, da dieser — genau wie beim Proctorversuch - merklichen Einfluß auf die mit einer bestimmten Verdichtungsenergie erreichte Verdichtung nimmt Will man daher bei einer bestimmten Verdichtungsaufgabe das Erreichen von Mindestwerten des Trockenraumgewichtes sicherstellen, so bedingen diese Schwankungen einen Zuschlag zum Prüfwert, dessen Größe von rechnerisch nur einigen Prozent nicht darüber hinwegtäuschen kann, daß er den erforderlichen Arbeitsaufwand merklich in die Höhe schraubt.

Es ist bekannt (DE-PS 6 59 237, DE-PS 8 22 979, US-PS 30 53 157), die Verstellung geeigneter Maschinenteile oder die Veränderung ihrer Kenngrößen von K^gßrygrfÄn äbhän⁰*!*⁷ zu mächen die während des Verdichtungsvorgangs aufgenommen werde:» Eine erste diesbezügliche Vorrichtung besteht aus einem seismischen Beschleunigungsaufnehmer an einem im Auflastbetrieb wirkenden Arbeitsteil und einer handbedienten Vorrichtung zur Veränderung der Erregerdrehzahl; dabei soll diese bei oder in unmittelbarer Nähe desjenigen Wertes gehalten werden, bei welchem der Beschleunigungsaufnehmer sein maximales Signal abgibt, das aus Arbeitsteil und Boden gebildete System sich also unter dem Einfluß der periodischen Erregerkraft näherungsweise in der Resonanz befindet. Nachteilig an dieser Lösung ist nicht nur ihre grundsätzliche Beschränkung auf die Steuerung von Auflast-Arbeitsteilen — auf den Sprungbetrieb ist die Resonanz weder erscheinungsmäßig noch begrifflich übertragbar —, sondern auch der Umstand, daß wegen der Mitsteuerung der Erregerkraft über die Drehzahl und wegen der oft überkritischen Dämpfung durch die Reibungsvorg-nge im Boden die Resonanz nicht hinreichend deutlich ausgeprägt ist und sich in diesen Fällen kein ausreichend signifikantes Abgleichkriterium für die Art der Handregelung ergibt.

Es ist weiterhin die Messung der Auftreffkraft des im Sprungbetrieb wirkenden Arbeitsteiles eines dynamischen Bode.iverdichtungsgerätes unJ eine hiervon abhängige Steuerung der Fahrgeschwindigkeit des Gerätes vorgeschlagen worden (DEPS 20 18 219). Bei einem anderen bekannten Gerät (DE-OS 16 34 616), das ebenfalls im Auflastbetrieb arbeitet, werden die Wegschwingungen des Arbeitsteils unter dem Einfluß eines als Kreisschwinger ausgebildeten Schwingungserregers beobachtet. Dabei erfolgt eine Resonanzüberhöhung in der vertikalen Schwingungskomponente des von Boden und Arbeitsteil gebildeten Schwingungssystems, verbunden mit einer Phasenverschiebung. Die resultierende VVegschwingung ist somit eine mit ihrer großen Achse gegen die Horizontale geneigte Ellipse, wobei die Größe und Richtung der großen Achse der Ellipse bei definierter Kraftamplitude und Erregerfrequenz ein Maß für die Federkonstante des Bodens und damit für die erreichte Verdichtung ist. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts der großen Achse der Ellipse wird entweder von Hand eine Weiterbewegung des Bodenverdichtungsgeräts eingeleitet oder eine automatische Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit eingeleitet.

Ahlen diesen Vorrichtungen gemeinsam ist der Gedanke, das Betriebsverhalten des Verdichtungsgerätes im Sinne der Regeiungs- und Steuerungstechnik als Regelgröße zu verwenden, wobei die Aufgabegröße die von dem Gerät hinterlassene Lagerungsdichte ist Die Problematik derartiger Lösungen liegt darin, daß der Zusammenhang zwischen dieser Aufgabegröße und der jeweiligen Regelgröße hypothetischer Natur ist, denn eine allgemeingültige Beziehung zwischen der Trockenraumdichte eines Bodens und dem schwingungstechnisehen Verhalten eines darauf betriebenen dynamischen Verdichtungsgerätes ist trotz intensiver Forschungen noch nicht bekanntgeworden. Derartige Vorrichtungen verlagern daher die Aufgabe, zweckentsprechende Betriebsparameter des Verdichtungsgerätes zu ermitteln, auf die Ermittlung des Zusammenhangs dieser beiden Größen im konkreten Einzelfall. Damit ist zwar ein Fortschritt erreicht, die gestellte Aufgabe aber noch nicht gelöst sondern nur eingegrenzt und konkretisiert Bei den letzterwähnten vorgeschlagenen bzw. iekannten Anordnungen erfolgt auße-^J.em nicht ε·ηε Veränderung der die Verdichtungsleist'in? bestimmenden Betriebskenngrößen, wie Erregerdrehzahl oder Erregerkraft sondern lediglich eine Veränderung der Einwirkungsdauer des Verdichtungsgerätes auf eine bestimmte Bodenstelle.

Es ist weiterhin durch die DE-PS 8 52 667 eine Vorrichtung zum Verdichten großer Massen von Beton od. dgl. mittels eines Innenrüttleraggregates bekannt, bei welcher Meßdosen vorgesehen ^c.ind, um den Verdichtungsvorgang laufend zu beobachten. Der Grad der Verdichtung wird an Meßinstrumenten abgelesen, und wenn die gewünschte Verdichtung erreicht ist kann das Innenrüttleraggregat weiterbewegt werden. Bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich nicht um ein Bodenverdichtungsgerät, sondern um einen Betonverdichter. Die vorstehend geschilderten, bei Bodenverdichtungsgeräten auftretenden Schwierigkeiten treten dort nicht auf, da definierte Massen zu verdichten sind. Dementsprechend arbeitet das Innenrüttleraggregat mit festen Betriebskenngrößen, Erregerdrehzahl und Errejerkraft, und es wird lediglich die Einwirkungsdauer kontrolliert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bodenverdichtungsgerät der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß es bei verschiedenen Bodenarten automatisch stets mit wenigstens annähernd optimalen Betriebskenngrößen arbeitet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Meßeinrichtung wenigstens einen nachgeführten Meßfühler zur vom Bewegungszustand des Bodenverdichtungsgerätes unabhängigen Erfassung eines die Verdichtung charakterisierenden bodenphysikalischen Kennwertes des teilweise oder ganz verdichteten Bodens enthält und daß ein Korrelator zur Erzeugung eines nach Größe und/oder Vorzeichen veränderbaien Übertragungsbeiwertes der Regeleinrichtung vorgesehen und eingangsseitig mit dem Signal eines Festwertgebers und der Differenz zweier aufeinanderfolgender Signale des Meßfüh'jrs beaufschlagt ist.

w) Nach der F.rfindung erfolgt somit nicht eine Messung des Schwingungsverhaltens des Bodenverdichtungsgerätes auf dem Boden wie bei den bekannten Bodenverdichtungsgeräten, sondern es wird ein für die Verdichtung charakteristischer bodenphysikalischer

b5 Kennwert unabhängig vom Bewegungszustand des Bodenverdichters bestimmt. Danach wird automatisch durch eine Regeleinrichtung die Erregerfrequenz und/oder Erregerkraft des Bodenverdichters verändert.

derart, daß sich eine optimale Verdichtungsleistung ergibt. Es wird also bei dem Bodenverdichtungsgerät — im Gegensatz zu dem erwähnten bekannten Innenrüttleraggregat — nicht die Einwirkungsdauer in Abhängigkeit von der Verdichtungsmessung Verändert, sondern die Frequenz oder Stärke der Einwirkung, und diese Veränderung erfolgt automatisch. Das erfordert aber noch das weitere Merkmal der Erfindung, daß ein Korrelator zur Erzeugung eines nach Größe und/oder Vorzeichen veränderbaren Übertragungsbeiwertes der Regeleinrichtung vorgesehen ist, da, wie vorstehend erläuiert. der Zusammenhang zwischen den vom Bodenverdichtungsgerät auf den Boden ausgeübten Einwirkungen und den daraus resultierenden Umlagerungsvorgängen nicht festliegt und sich von Fall zu Fall — u. U. sogar unter Vorzeichenumkehr — ändern kann.

In diesem Zusammenhang geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß eine vorteilhafte oder optimale Einstellung der Betriebsparameter dynamischer Bodenverdichlungsgeräte mit den Mitteln und den Modellen der 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 sie in der Lage, aus der Regelabweichung in der Regeleinrichtung diejenige Stellgröße zu bilden, die die Aufgabengröße nach Richtung und Ausmaß sinnvoll auf die Führungsgröße hinführen kann. Im vorliegenden Fall ist der zu verdichtende Boden mindestens ein Teil der Regelstrekke, daher nicht nur von Baustelle zu Baustelle, sondern auch innerhalb einzelner Verdichtungsabschnitte veränderlich, außerdem zeigt er einen merklichen Einfluß auf das Betriebsverhalten des Gerätes und bestimmt i^r> darüber hinaus auch dessen Reaktion auf Änderungen des Stellgliedes, beispielsweise der Drosselklappe des Antriebsmotors zur Drehzahlsteuerung.

Die Erfindung macht es weiterhin möglich, bei der Regelung der bodenphysikalischen Kennwerte nach 4n verschiedenen Leistungsmerkmalen zu differenzieren, beispielsweise neben der Lagerungsdichte auch auf die Druckfestigkeit oder die Scherfestigkeit abstellen zu können.

Es handelt sich im Grunde 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.

Zur Automatisierung der Reglereinstellung kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß die Regeleinrichtung eine Vergleicherstufe enthält, an welcher der Meßwert dem Signal eines zweiten Festwertgebers entgegengeschaltet ist und von welcher, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Regelverstärkers, das Stellglied beaufschlagt ist, und dem Signal des zweiten Festwertgebers das Signal des Festwertgebers überlagerbar ist, und daß die Vergleicherstufe einen mit dem Ausgangssignal des Korrektors und mit dem Differenzsignal aus dem Meßwert und dem Signal des zweiten Festwertgebers beaufschlagten zweiten Korrelator aufweist

Zur Verbesserung der Regelung ist weiterhin vorteilhaft, daß die Meßeinrichtung einen zweiten Meßfühler enthält, der zur Messung der Lagerungsdichte oder des Wassergehalts des Bodens eingerichtet und vor dem Verdichtungsgerät oder dem ersten Arbeitsteil desselben angeordnet ist, und daß der zweite Meßwert im Sinne einer regelungstechnischen Störgrößenaufschaltung auf den Eingang der Vergleicherslufe aufgeschaltet ist.

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 Intensität der rückgesteuerten Strahlung, die einem empirisch zu ermittelnden und praktisch bodenunabhängigen Zusammenhang zufolge der Feuchtraumdichte des Bodens weitergibt; da diese Meßeinrichtungen nicht von Hand bewegt zu werden brauchen, könne-Abschirmungen stärker als bei den üblichen Feldsonden ausgeführt und damit Präparate mit größeren Aktivitäten als 20 mC verwendet werden, die eine Reduzierung der Iiiiegralionszeiten für die Empfängerimpulse zulassen Zur Darstellung des Trockenraumgewichtes kann diese Methode in bekannter Weise mit einer einsprechenden Messung an rückgestreuten thermischen Neutronen kombiniert werden.

Messungen des elektrischen Bodenwiderstandes mittels iiner 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 äußere Sonden ist bei bekanntem Wassergehalt ein eindeutiges Maß für das Trockenraumgewicht.

Meßmittel für die Bettungsziffer des Bodens (auf die belastete Fläche bezogene Federkonstante) kann ein Prüfstempel oder eine Prüfbohle sein, die beispielsweise hydraulisch mit einem bestimmten Druck, vorschlagsweise etwa 0,5 MN/m², auf den Boden aufgesetzt wird und wobei der Setzungsweg vom Erstkontakt bis etwa 5 s nach Erreichen der vollen Belastung über einen Weggeber an der Bohlenführung aufgenommen und gespeichert wird; für eine schnelle Folge solcher Meßwerte lassen sich derartige Prülbohlen 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 0,1 MN/m² auf 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 Meßtrommel dienen, die mit einem mäßigen Andruck auf dem Boden abrollt; ein Beschleunigungsaufnehmer mit vertikaler Arisprechrichtung bestiniini die Beschleunigungen der Meßtrommel und damit auch des Bodens unter dem Einfluß der vom Erreger übertragenen harmonischen Wechselkraft: das Verhältnis dieser beiden Größen ist

die Impedanz des Bodens.

Die Impuls^ oder StoBimpedanz ist der Kehrwert der laplace'lransformiel'ten Ableitung der Gewichtsfunktion (bezogene Impulsantwort). Für die Kenntnis der Bodeneigenschaften bedeutsam sind die betragsminimalen Frequenzgebiete, die diejenigen Zeitabständen vom impulszi»«punkt entsprechen, in denen die Verformungsgesl-hwindigkeit zu Null wird, der Boden also beginnt zurückzuschwingen. Ist der Boden hart-elastisch, so sind diese Zeilen kurz, ist er dagegen plastisch bis plastisch-fließend, so sind diese Zeiten groß bis praktisch unendlich. Diese Werte lassen sich meßtechnisch erfassen, indem an einem Fallgewicht ein Ge-^ hwindigkeitsaufnehmer angebracht wird, der vom Auftreffzeitpunkt bis zum Nullwerden seines Ausgangssignals ein Integrationsglied betätigt; Meßwert ist der jeweilige Endwert dieses Integrators.

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ebenfalls durch eine Meßanordnung in Gestalt einer unter einem bestimmten Andruck auf dem Boden abrollenden YVdlzentrommel erfassen, die mit zahn- oder spiralförmigen 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.

Die Erfindung ist nachstehend an einigen Ausführungsbf 'spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fi g. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines dynamischen Bodenverdichtungsgerätes nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Signalflußplan eines Gerätes nach der Erfindung,

F i g. 3 einen bei dem Gerät gemäß F i g. 2 verwendbaren Korrelator,

Fig.4 ein bei dem Korrelator nach Fig.3 verwendbares Quadrierglied,

F i g. 5 einen Gleichrichter mit Kleinstwertunterdrükkung, wie er in der Schaltung von F i g. 4 anwendbar ist,

Fig.6 in Seitenansicht ein Beispiel einer Einrichtung zur Bestimmung des Feuchtraumgewichts mittels Radio-Isotopen-Messung zur Verwendung bei einem Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung,

F i g. 7 eine Vorderansicht der Einrichtung nach F ig. 6.

Fig. 8 in Vorderansicht eine Meßeinrichtung zur laufenden Bestimmung des Trockenraumgewichts oder des Wassergehalts des Bodens nach einem elektrischen Meßverfahren,

F i g. 9 in Seitenansicht eine Einrichtung zur Bestimmung der Bettungsziffer des Bodens bei einem Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung,

Fig. 10 eine Vorderansicht der Einrichtung nach Fig. 9,

F i g. 11 eine Einzelheit der Einrichtung nach F i g. 9,

F i g. 12 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung von F i g. 9 bis 11,

F i g. 13 eine zugehörige Schaltung,

F i g. 14 in Seitenansicht eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Scherfestigkeit des zu verdichtenden Bodens bei einem Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung,

F i g. 15 die Rückansicht der Einrichtung nach F i g. 14,

Fig. 16 die Draufsicht auf die Einrichtung nach Fig. 14,

Fig. 17 in Seitenansicht eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Dauerschwingimpedanz des Bodens bei einem Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung, Fig. 18 die zugehörige Vorderansicht der Meßeinrichtung nach Fig. 17,

Fig. 19 eine zur Meßeinrichtung nach den Fig. 17 und 18 gehörige Schaltung,

Fig.20 in Seitenansicht eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Impuls- oder Stoßimpedanz des Bodens bei einem Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung,

Fig.21 eine Einzelheit der Meßeinrichtung nach F i g. 20 in Vorderansicht,

Fig. 22 Signalverläufe zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Einrichtung nach F i g. 20 und 21,

F i g. 23 ist eine zur Meßeinrichtung nach den F i g. 20 und 32 zugehörige Schaltung,

ρ j σ 94 in Seiisnsnsichi eine weitere Mpftpjnrir^hiiiner für ein Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung,

Fig.25 die Vorderansicht der Meßeinrichtung nach Fig. 24,

F ι g. 26 eine zur Meßeinrichtung nach F i g. 24 gehörige Schaltung,

F i g. 27 ein weiteres Ausführungsbeispiel und
F i g. 28 eine Abwandlung desselben.
F i g. 1 zeigt als grundsätzliches Ausführungsbeispiel ein Bodenverdichtungsgerät in Gestalt einer Doppelvibrationswalze 1. An ihrer Rückseite befindet sich an einem Rahmen 5 ein nachgeführter Meßfühler 6 und an ihrer Vorderseite an einem hochschwenkbaren Rahmen 2 ein zweiter Meßfühler 3. Der zweite Meßfühler 3 ist zur Messung der Lagerungsdichte oder des Wassergehaltes des Bodens eingerichtet. Der nachgeführte Meßfühler 6 ist in Fig. 1 nicht näher spezifiziert dargestellt, jedoch werden dafür im folgenden eine Reihe von Ausführungen beschrieben.

In dem umschlossenen Behälter 4 sind die für die Funktion des zweiten Meßfühlers 3 erforderlichen Hilfsmittel untergebracht, insbesondere ggfs. die zugehörige Elektronik und eine Auswerteschaltung, die aus den unmittelbar von dem Meßfühler 3 ausgehenden Meßsignalen Meßwerte 11 bildet, die dem die Verdichtung des jeweils zu bearbeitenden Bodens charakterisierenden Kennwert (Lagerungsdichte oder Wassergehalt) entsprechen. Ein Behältnis 7 nimmt die für die Funktion des nachgeführten Meßfühlers 6 erforderlichen Hilfsmittel auf, insbesondere ggfs. die zugehörige Elektronik und eine Auswerteschaltung, die aus den unmittelbar von dem Meßfühler 6 ausgehenden so Meßsignalen Meßwerte 14 bildet, die dem die Verdichtung des jeweils bearbeitenden Bodens charakterisierenden Kennwert (Feuchtraumgewicht, Trokkenraumgewicht, Bettungsziffer, Scherfestigkeit etc.) entsprechen. An dem Behältnis 7 befinden sich im Blick- und Bedienungsfeld des Geräteführers liegende Einstellmittel 8 und Anzeigemittel 9. An dem Anzeigemittel 9 liegen die Meßwerte 14 an, so daß deren Anzeige ebenfalls dem unabhängig vom Bewegungszustand der Doppelvibrationswalze 1 erfaßten Kennwert für den Verdichtungszustand des jeweils bearbeiteten Bodens entspricht Die Meßwerte 11 und 14 werden der ebenfalls in dem Behältnis 7 enthaltenen Meßeineinrichtung zur selbsttätigen Steuerung oder Regelung einer Betriebsgröße der Doppelvibrationswalze 1 zugeführt, die für deren Verdichtungsieistung bestimmend ist, beispielsweise der Fahrgeschwindigkeit

Fig.2 zeigt einen allgemeinen Signalflußplan der Meßeinrichtung.

Der über den Meßfühler 3 gebildete Meßwert Il gelangt auf einen Speicher 12, da in der Mehrzahl der verschiedenen in Frage kommenden Meßverfahren die Meßsignale des Meßfühlers 3 nur zu diskreten aufeinanderfolgenden Zeitpunkten anfallen. In gleicher Weise gelangt der über den Meßfühler 6 gebildete Meßwert 14 auf einen Speicher 13 zur Aufrechlerhaltung der jeweils gewonnenen Meßwerte bis zur Erstellung des jeweils nächstfolgenden Meßwertes. Der Inhalt der Speicher 12 gelangt über ein Verzögerungsglied 15, dessen Verzögerungszeit der Fahrzeit des Gerätes für die Strecke zwischen dem zweiten und dem nachgeführten Meßfühler 3 bzw. 6 entspricht, auf eine Addierstufe 16, auf die auch der Inhalt des Speichers 13 gegeben wird. Ein Festwertgeber 18, der über seinen Starteingang 19 auslösbar ist, erzeugt Einzelrechteckimpulse einer Dauer von beispielsweise 8 Sekunden. Die Ausgänge eines zweiten einstellbaren Festwertgebers 17 ijnrt Hpc PfactiLrprtcroHiare 1Ä y/erdsii Über SlHS 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 zweiten Festwertgebers 17 entspricht der Führungsgröße der Regelung und das Ausgangssignal des Festwertgebers 18 einer Führungsgrößenaufschaltung.

Das Ausgangssignal der Addierstufe 16 wird in einem Verstärker 21 zwischenverstärkt, und das so verstärkte Signal gelangt an den ersten Eingang eines zweiten !Correlators 22. Dessen Ausgang wirkt über einen Umsetzer 23, bei dem es sich im regelungstechnischen Sinne um einen Stellantrieb handelt, auf ein Stellglied an dem allgemein mit 24 bezeichneten Bodenverdichtungsgerät ein, welches seinerseits aufgrund seiner Verdichtungsfunktion den Boden 25 verändert, der dadurch seinerseits die von dem nachgeführten Meßfühler 6 aufgenommene Aufgabengröße der Regelung bestimmt, insofern besteht der eigentliche Regelkreis nach F i g. 2 aus den Komponeten e, 13,16, 21, 23, 24 und 25. In der einfachsten Ausführungsform (Einzweckmaschinen mit Handregelung) kann in diesem Regelkreis der Korrelator 22 durch ein Anzeigeinstrument 9 für das Ausgangssignal des Zwischenverstärkers 21 und der Umsetzer 23 durch eine Handstellvorrichtung realisiert sein, wobei eine Marke auf dem Anzeigeinstrument 9 die Funktion des zweiten Festwertgebers 17 übernimmt. Bei Einzweckmaschinen mit selbsttätiger Regelung gelangt an den zweiten Eingang des !Correlators 22 eine feste Spannung, so daß dieses Bauelement die Information mit festem Übertragungsverhalten auf den Umsetzer 23 weitergibt. Bei Mehrzweckmaschinen wird das Übertragungsverhalten des !Correlators 22 durch eine geschaltete Veränderung der dem zweiten Eingang zugeführten Spannung so verändert, daß sich mehrere diskrete Kennwerte dafür ergeben. In der Ausführung bei Viel/weckmaschinen wird die zweite Eingangsgröße des Korrelators 22 unter Verwendung des Festwertgebers 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 /weiten Eingang einen über den Speicher 27 verzögerten Wert dieser Größe. Entsprechendes gilt für den Differenzverstärker 28 und den Speicher 29, nunmehr aber mit Be/ug auf die von dem Speicher 18

abgeleitete Aufgabengröße der Regelung statt auf die Führungsgröße. Die Ausgangsgrößen der Differenzverstärker 26 und 28 entsprechen somit den Differenzen der augenblicklichen Werte der Führungs- und Aufgabengröße zu jeweils früheren Werten dieser Größen, die durch noch zu beschreibende weitere Bauelemente bestimmt werden. Diese Ausgangsgrößen werden zur Erzeugung eines Übertragungsbeiwertes der Regelung einem Korrelator 30 zugeführt, dessen Ausgangssignal im wesentlichen dem Produkt dieser beiden Differenzen entspricht und an den Eingang einer Klassierstufe 31 gegeben wird. Das hierdurch gestufte Produktsignal gelangt über ein g isteuertes Tor 32 auf ein Halteglied 33 und von dort an den zweiten Eingang des zweiten Korrelators 22.

Zwischen dem Verstärker 21 und dem Korrelato: 22 wird an dem mit a bezeichneten Punkt die noch unbewertete Regelgröße abgegriffen und einer Stufe 34

ivii,ui3ivrci iucgi cn

zung herbeigeführt. Über die nachfolgende Betragsstufe 35 gelangt das Signal sodann an eine Impulsstufe 36. An deren mit b bezeichnetem Ausgang tritt stets dann ein Impuls auf, wenn die unbewertete Regelgroße 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 der Führunggrößenaufschaltung 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 darüber hinaus das Tor 32 geschlossen. Schließlich startet der Impuls über den Eingang 19 den Festwertgeber 18 zur Bildung der Führungsgrößenaufschaltung.
F i g. 3 zeigt eine Prinzipanordnung für die in F i g. 2 verwendeten Korrelatoren 22 und 30. Die an den beiden Eingängen 41 und 42 eines solchen Korrelators zugeführten Spannungen gelangen an eine Addierstufe 43 und eine Differenzstufe 44 und von diesen jeweils über Quadrierstufen 45 und 46 an eine Differenzstufe 47.

Die Funktion einer solchen Stufe ergibt sich dabei aus dem Umstände, daß sich in der abschließenden Differenzstufe die reinen Quadrate der Eingangsgrößen gegeneinander aufheben und die gemischten Produkte addieren.

In Fig.4 ist eine mögliche Ausführungsform für die Quadrierstufen 45 und 46 gezeigt. Hier wird das zu quadrierende Signal zunächst in einer Addierstufe 48 mit dem Ausgangssignal eines Sägezahngenerators 49 überlagert, wobei die Frequenz dieses Generators um eine Größenordnung oder mehr über der charakteristischen Frequenz des zu quadrierenden Signals liegt. Das Ausgangssignal 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 so erhaltenen Quadrat der Meßspannung die höherfrequenten Anteile der darin noch enthaltenen Generatorspannung abgesiebt. Die quadrierende Funk tion einer solchen Stufe ergibt sich aus der Tatsache, daß die Sägezahnspannung des Generators 49 bei ver schwindender Meßspannung den Gleichrichter 50 niiht passieren kann, dall andererseits aber bei ÜberlaKerun«

einer nicht verschwindender! Meßspannung solche Spitzen der Generatorspannung den Gleichrichter 50 passieren, deren Höhe dem Augenblickswert der Meßspannung entspricht. Die so entstehenden Spannungsspitzen am Ausgang des Gleichrichters ό'Ο stellen ihrem Zeitverlauf nach ähnliche Dreiecke dar, deren Höhe der Meßspannung entspricht; nach einem bekannten Satz der Geometrie verhalten sich dann die Inhalte dieser Dreiecke, d. h. die durch diese Impulse übertragenen Ladungen und damit die an dem Integrätionskonderisator auftretenden Spannungen wie die Quadrate der Dreieckshöhen.

In Fig.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; die über dessen Arbeitswiderstände 54 abfallenden Halb-

TibiibiidpuiiuuiigMi rr«.iut»ii /vyii uCn «cCnCruiGuCn J^ innerhalb des Begrenzungsbereiches von dem Stufenausgang 5s/ ferngehalten, allgemein nur mit dem Spannungsanteil an den Ausgang 56 gegeben, mit dem sie die Durchbruchspannung der Zenerdioden 55 übertreffen.

F i g. 6 und 7 zeigen eine Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtraumgewichtes des Bodens mittels Radioisotopen-Messung

Die Vorrichtung wird von einem Einachsanhänger mit Laufrädern 61, einer Welle ^2 und einer Zuggabel 63 gebildet; mit der Welle f λ sind zwei Kurvenscheiben 64 verbunden, deren äußere Kanten 64 in einem weiten Winkelbereich kreisförmig und in dem restlichen Winkelbereich r.äb°- zur Geräteachse verlaufen. An einer das Radioiso op enthaltenden Oberflächensonde 66 entsprechend dem nachgeführten Meßfühler 6 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 an der Welle 62 an einer Pendellagerung 70 eine Zähleinrichtung 71 befestigt, der über eine Zuleitung die Zählimpulse aus der Sonde 66 zugeführt werden. We^:'erhin ist an der Lagerung 68 der Tragrollen 69 ein K. -!taktgeber 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 des Einachsanhängers wird die Oberflächensonde 66 über die Kurvenscheiben 64 periodisch angehoben, weitertransportiert und für einen gewissen Zeitraum auf der Bodenoberfläche abgesetzt. Während der Standzeit der Sonde 66 wird über das Signal des Kontaktgebers 72 der Eingang der Zähleinrichtung 71 geöffnet, so daß dann die der Feuchtraumdichte des Bodens entsprechende Zählrate über die Meldeleitung 74 an die Schaltung nach F i g. 2 weitergeleitet wird.

Fig.8 stellt eine Vorrichtung zur laufenden Bestimmung des Trockenraumgewichtes oder des Wassergehaltes des Bodens nach einem elektrischen Mebverfahren dar, die vor oder hinier dem Bodenverdichtungsgerät 24 geführt werden kann. Diese Vorrichtung ist ebenfalls in Form eines Einachsanhänger? ausgeführt, wobei die vier I.aufscheiben 81 gleichzeitig nachgcführ te Meßfühler 6 darstellen. Die beiden inneren I.aufscheiben 81 bilden die .Spannungssonden; sie sind über einen zylindrischen Tragkörper 82, in welchem eine batteriebetriebene Schaltung 8] untergebracht ist. fest miteinander verbunden. Die beiden

angeordneten äußeren Laufscheiben 81 bilden Stromsonden; sie werden über drehsteife und biegeweiche Achskoppelungselemente 84 so geführt, daß sich in Verbindung mit den auf ihre Außenachsenden einwirkenden Kräften von Blattfedern 85 ein stets gleichmäßiger Bodenkontakt aller vier Laufscbeiben 81 ergibt. Das über Schleifringte 86 und eine 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 bekanntemWassergehalt ein unmittelbares Maß für das Trockenraumgewicht des Bodens. Es wird der Schaltung nach F i g. 2 zugeführt.

Fig.9 bis 11 zeigen eine Vorrichtung zur Bestimmung der Bettungsziffer eines Bodens. Die Hinrichtung ist als Zweiachsanhänger ausgeführt, der dem nachgeführten Meßfühler 6 entspricht. Darin trägt die in Fahrtrichtung vordere Achse einen Behälter 91. der zum

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£.nwi.nl· 1.1111*1 auai t.it~iii.iiiii.ii /-ii.iiaL'i'iaaiuiig um π ajau oder Baumaterial gefüllt wird. Der Zweiachsanhänger ist an beiden Achsen gleichartig aufgebaut. An im Rahmen 92 des Anhängers fest angeordneten Achsen 93 laufen rechts und links je eine Radscheibe 94, auf dcen Umfang in gleichmäßigen Abständen kippbar gelagerte Druekstempel 95 angeordnet sind. Die Radscheiben 94 sind über eine Hohlwelle 96 und über einen Kettentrieb 97 formschlüssig miteinander verbunden. In der Achsmitte der Achsen 93 befindet sich jeweils eine Glattwalze 98, die mit einer beiderseitigen weiten Hohlnabe 99 die Hohlwelle % umfaßt und über einen Flansch 100, ein Drehgelenk 101 und einen Lenkhebel 102 mit der Hohlweg 96 verbunden ist, wobei sich diese in einem Lager 103 des Lenkhebels 102 frei drehen kann. Der Lenkhebel 102 trägt einen kreissektorförmigen Zahnkranz 104, mit dem ein Zahnrad 105 kämmt, auf dessen Achse sich ein (nicht gezeigter) Weggeber befindet.

Diese Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise:
Das Gewicht des in dm Behälter 91 gefüllten Gutes bringt über den Rahmen 92 und die Laufachse 93 die an den Laufscheiben 94 der Vorderachse 93 in jeweils unterster Stellung befindlichen Druckstempel 95 zum Einsinken in den Boden, während die Glattwa'^.e 98 am Lenkhebel 102 geführt wird und auf der ungestörten Bodenfläche abrollt. Die Winkelstellung des Zahnrades 105 bzw. das Ausgangssignal des Weggebers auf der Achse des Zahnrades 105 ist daher ein Maß für die Eindringtiefe dieser Druckstempel 95 in den Boden. Durch die formschlüssige Verbindung der vorderen und der hinteren Anhängerachse wird in entsprechender Weise gleichzeitig ein weiterer Meßwert für das Eindringen der entsprechenden Druckstempel 95 an den Radscheiben 94 der hinteren Anhängerachse an einer Bodenstelle gewonnen, wo zuvor entsprechende Druckstempe' Ίο an den Radscheiben 94 der vorderen Anhängerachse gewirkt hatten.

Fig. 12 veranschaulicht diese Verhältnisse in einem einfachen Druck-Setzungs-Diagramm. Ausgehend von Punkt IJl dieses Diagramms zeigt die Kurve 112 die Eindringtiefe der Druckstempel 95 an den belasteten Radscheiben 94 der vorderen Anhängerachse in den Boden bis zu einem maximalen Wert der Setzung S1 bei IU, der im wesentlichen der in Fig.9 dargestellten Fahrphase entspricht. Bei der Weiterfahrt wird die Fiodcnbelastung an dieser Stelle vermindert, und die .Set/ung bildet sich entsprechend dem Kurvenzweig 114 /iiriick bis auf eine bleibende Set/ung .V2, die von den Drij!.kstempein 95 an den Rjclscheiben 94 der

Hinterachse des Anhängers ermittelt wird. Als Meßwert 14 der erzielten Verdichtung für die Steuerung oder Regelung des Verdichtungsgerätes kann das Verhältnis der maximalen Setzung 51 zur bleibenden Setzung 52 oder die reversible Setzung 51—52 unter Bewertung mit der Majiimalbelaslung herangezogen werden.

F i g. 13 zeigt eine Auswerteschaltung für die Bildung solcher Meßwerte. An einen Eingang 121 dieser Schaltung gelangt das Signal des von dem Zahnrad 105 der vorderen Anhängerachse angetriebenen Weggebers, an einen Eingang 121' das entsprechende Signal des von der hinteren Achse angetriebenen Weggebers. Diese Meßsignale werden Maximalwert-Speichern 122 zugeführt und gelangen von diesen an Verzweigungspunkte 123. Im ersten Zweig der Verzweigung wird ausgehend von den Spannungen an den Verzweigungspunkten 123 mittels eines von einem Servomotor 124 über einen Differenzverstärker 125 gesteuerten Doppelschleifenpotentiometers 126 das Verhältnis der Meßsignale durch die Winkelstellung eines an der Potentioirtierachse befestigten Zeigers 127 angezeigt, wobei dieser Zeiger 127 dem Anzeigemittel 9 in F^g. 1 entspricht Der entsprechende Meßwert 14 wird der Schaltung nach F i g. 2 zugeführt In einem zweiten Zweig der Verzweigung gelangen die von den Verzweigungspunkten 123 ausgehenden Spannungen über Koeffizienten-Einstellmittel 128, deren Kennwerte auf die durch den Behälter 91 dargestellte Belastung eingestellt werden, an einen Differenzverstärker 129, dessen Ausgangssignal den Meßwert 14 bildet und einem Anzeigeinstrument 130 bzw. der Schaltung nach F i g. 2 zugeführt wird, wobei das Anzeigeinstrument 130 dem Anzeigemittel 9 in F i g. 1 entspricht. Weiter ist ein Schrittschalter 131 vorgesehen, von dem in Fig. 13 nur zwei Schaltstellungen gezeigt sind; der Schrittschalter 132 enthält im allgemein*.- aber so viel Schalterstellungen wie Eindrücke von der vorderen Anhängerachse erzeugt werden, bevor die Druckstempel 95 der hinteren Achse nach Maßgabe des Achsabstandes in diese Eindrücke eingreifen. Zur Steuerung des Schrittschalters 132 sind an dem Anhängerrahmen 92 auf der Innenseite in der Nähe der Peripherie der vorderen Rad>cheibe 94 Impulsgeber 106 so angeordnet (Fig. 10), daß eine zyklische Fortschaltung des Schritt schalters 132 jeweils in dem Augenblick erfolgt, in dem der jeweils nächste Druckstempel 95 der vorderen Anhängerachse Bodenkontakt bekommt. Diese Impulsgeber 106 können von Reed-Kontakten gebildet werden, die von Magneten an der Außenseite der Radscheibe 94 zwischen den Druckstempeln 95 betätigt werden. In einer weiteren Schaltebene des Schrittschalters 132 werden diese Impulse zusätzlich auf die Löscheingänge der in dem vorangehenden Impulsintervall angeschlossenen Maximalwertspeicher durchgeschaltet.

Fig. 14 bis 16 zeigen eine Vorrichtung zur Bestimmung der Scherfestigkeit des verdichteten Bodens. Sie enthält eine unterseitig gezahnte Druckplatte 141. welche an einem Zugseil 142 über eine gedämpfte Feder 143 und einen Kraftfühler 144 von der Lenkrolle 145 des voranfahrenden Verdichtungsgerätes 24 nachgeschleppt wird, Die Druckplatte 141 trägt ein Achslager 146 friit einer Achse 147, auf welcher zwei starr miteinander verbundene Laufscheiben 148 in der Weise exzentrisch angeordnet sind, daß sich diese bei ruhender Druckplatte 141 durch das Von der Schwerkraft der Laüfscheiben 148 ausgeübte Drehmoment in Fahrtrichtung des Verdichlungsgeräles 24 so weit nach vorn drehen, daß sie seitlich von der Druckplatte 141 gerade eben dem Boden aufliegen. Der den nachgeführten Meßfühler 6 bildende Kniftfühler 144 mißt die in dem Zugseil 142 auf die DrUCk₁CiIaUe 141 übertragene Kraft; diese steigt unter Dehnung des Federelementes 143 an, bis die Scherfestigkeit des Bodens unterhalb der Druckplatte 41 überschritten wird. In diesem Moment ergibt sich ein spontaner Sigmalabfall an dem Kraftfühler 144 und der Beginn einer Rollbewegung der

ίο Laufscheiben 148, bei der die Druckplatte 141 vom Boden abgehoben und nach Maßgabe des Durchmessers der Laufscheiben 148 um mindestens eine Plattenlänge in Fahrtrichtung bewegt und wieder auf den Boden aufgesetzt wird. Der beobachtete, zur Steuerung oder Regelung verwertete Meßwert 14 ist der Spitzenwert des Signals des Kraftfühlers 144, der auf einen Speicher gegeben wird; durch eine (nicht gezeigte) Impulsvorrichtung wird dabei dafür gesorgt, daß der Speicherinhalt bei erneutem Wiederanstieg des Kraftfühlersignals gelöscht wird. Dieser Meßwert wird durch Abrufen aus dem Speicher der Schaltung nach F i g. 2 zugeführt.

Fig. 17 und 18 zeigen eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dauerschwingimpedanz des verdichteten Bodens Diese Vorrichtung enthält als nachgeführten Meßfühler 6 eine an das Verdichtungsgerät angehängte Einachswalze mit einem Schleppbügel 151 und mit einem mit der Walzenachse kraftschlüssig verbundenen vertikalen Belastungsbügel 152, der auf seiner oberen Plattform 153 einen Richtkrafterreger 154 mit vertikaler Hauptwirkungsrichtung mit einem Antrieb 155 trägt. Ein Winkellagengeber 156 ist mit den Rotorachsen des Erregers starr gekoppelt. Weiterhin trägt der Belastungsbügel 152 in der Nähe jedes Achsendes einen Beschleunigungsaufnehmer 157 mit vertikaler Ansprechrichtung, sowie mittig unterhalb des Richtkrafterregers 154 an einer Querschnittverjüngung einen Dehnungsgeber 158.
Fig 19 zeigt eine Auswerteschaltung für die Bildung der Meßwerte 14 auf den Meßsignalen der nachgeführten Einachswalze. An die Eingänge 169 und 170 dieser Schaltung gelangen die Signale der Beschleunigxingsaufnehmer 157; ein verbindendes Einstellpotentiometer 171 greift ihre Summenspannung ab. Diese wird in dem Integrator 172 einfach integriert; die integrierte Summenspannung liegt an den Eingängen von gesteuerten Gleichrichtern 173. Dje Eingangsbuchse 174 wird mit dem Signal des Dehnungsgebers 158 beaufschlagt, welches nach Überlagerung mit einem Anteil des Summensignals der Beschleunigungsaufnehmer 157 an dem Abgriff des Einstellpotentiometers 175 auf die Eingänge von gesteuerten Gleichrichtern 176 gegeben wird. Die Steuerspannungen dieser Gleichrichter sind über hier nicht dargestellte Impulsformerstufen aus den Ausgangssignalen des Winkellagengebers 156 abgeleitet und werden der Schaltung über die Eingangsbuchsen 177 und 178 zugeführt. Die so erhaltenen Steuerspan nungen sind Rechteckspannungen, die gegeneinander um V₄ ihrer Periode verschoben sind. Dabei wird auf die

6Q Phaseninformation über die Dauersehwingimpedanz verzichtet und nur auf deren Betrag abgestellt Dazu werden die Ausgangsspannungen der gesteuerten Gleichrichter 173 und 176 paarweise je einem Koordinatenrechner 179 zugeführt, dessen Ausgangsspannung sich zu den Ausgangsspannungen der gesteuerten Gleichrichter 173 und 176 wie die Hypotenuse eines rechtwinkligen Drecks zu dessen Katheten verhält Über einen beide Kanäle umfassen-

den Meßbereichsumschalter 180 werden die so erhaltenen Spannungen einer Quotienten-Anzeigevorrichtung zugeführt, wie sie bereits in F i g. 13 beschrieben wurde. Damit entspricht die Stellung des Zeigers 182, der dem Anzeigemittel 9 in F i g. 1 entspricht, dem Meßwert 14, d.h. dem Betrag der Dauerschwingimpedanz des verdichteten Bodens bei der Frequenz des Richtkrafterregers 154; der der Zeigerstellnng entsprechende Meßwert 14 wird der Schaltung nach F i g. 2 zugeführt

Fig.20 und 21 zeigen eine Vorrichtung zur Gewinnung eines die Impuls- oder Stoßimpedanz des Bodens charakterisierenden Meßwertes 14. Der rückwärtige Teil 191 eines stark vereinfacht dargestellten Verdichtungsgerätes 24 trägt als nachgeführten Meßfühler 6 eine Stampfvorrichtung mit einem Fallgewicht 192 an einem Bügel 193 einer Führungsstange 194, die mittels eines Hebels 195 angehoben werden kann, der starr mit einem Zahnrad 196 verbunden ist, in welches ein Zahnrad 197 mit segmentartiger Unterteilung der Zahnung eingreift. In Fahrtrichtung wird die an dem 2Q Hebel 195 gelenkig gelagerte Führungsstange 194 von einem Dämpfungs-Federglied 198 geführt Beim Antrieb des Segmentzahnrades 197 mit mäßiger und konstanter Winkelgeschwindigkeit wird über die Verdrehung des Zahnrades 1% der Hebel 195 und darüber das Fallgewicht 192 an der Führungsstange 194 zunächst angehoben und beim Aussetzen des Verzahnungseingriffes zwischen den Zahnrädern 197 und 1% sofort fallengelassen. Während der Kontaktphase des Fallgewichtes 192 nimmt das Dämpfungs-Federglied 198 die sich durch die Fahrbewegung des Verdichtungsgerätes 191 vergrößernde Distanz auf, die beim erneuten Anheben des Fallgewichtes 192 wieder ausgeglichen wird. Auf dem Fallgewicht 192 befindet sich unterhalb des Bügels 193 ein Beschleunigiingsaufnehmer 199 mit vertikaler Ansprechrichtung.

Die kinematischen Verhältnisse beim Betrieb dieses Meßfühlers 6 sind in den Diagrammen von F i g. 22 dargestellt In dem oberen Diagramm ist über der Zeitkoo^rdinate das Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers 199 aufgetragen, welches der Differenz zwischen wirksamer Beschleunigung und Fallbeschleunigung entspricht Der erste Teil des Diagramms 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 Punkt 201 an als mehr oder weniger stark gedämpfte Schwingung auf den Ausgangswert zurückkehrt. Das untere Diagramm stellt ein aus dem oberen Diagramm abgeleitetes Geschwindigkeitssignal dar, welches in seinem ersten Teil, also während der Fiugphase, auf einem konstanten Wert gehalten wird, der der Auftreffgeschwindigkeit des Fallgewichtes 192 entspricht Entsprechend der starken positiven Beschleunigung vom Zeitpunkt 200 ab strebt das Geschwindigkeitssignal dem Wert 0 zu, den es im Zeitpunkt 202 erreicht und dann überschreitet, wobei es auf den weiteren Zeitverlauf im Vorliegenden Falle nicht mehr ankommt

F ί g. 23 zeigt eine Auswerteschaltung für die Bildung des Meßwertes 14 aus dem Meßsignal, das von der Stampfvorrichtung nach F i g, 20 und 21 ausgeht An die Eingangsbuchse 211 dieser Schaltung wird das Signal des Beschleunigungsaufnehmers 199 gegebenj im Hauptzweig der Schaltung gelangt dieses Signal an eine Integrationsstufe 212, die ihren Anfangswert aus einem Gleichspannungsgenerator 213 über einen Koeffizienteneinsteller 214 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 eine anschließende Differenzierstufe 216 wird ein Speicher 217 beaufschlagt, dessen über ein Negierglied 218 sowie ein UND-Glied 219 gesteuertes Ausgangssignal einem weiteren Integrator 220 zugeführt wird, dessen Ausgang auf dem Anzeigeinstrument 221 erscheint, das dem Anzeigemittel 9 in F i g. 1 entspricht Das UND-Glied 219 wird andererseits aus einem Begrenzerverstärker 222 von dem Beschleunigungssignal derart angesteuert, daß der Fortgang der Integration durch das Integrationsglied 220 nur bei positiven Werten des Beschleunigungssignals möglich ist Dadurch ist sichergestellt, daß im Sinne des unteren Diagramms von F i g. 22 die Integration nur zwischen den Zeitpunkten 200 und 202 stattfindet Nach dem Zeitpunkt 202 wird über eine nicht gezeigte Vorrichtung auf den Impulseingang 223 der Schaltung ein Loschimpuls für den Speicher 217 und zur Rückstellung des Integrators 220 auf den Anfangswert 0 gegeben. Der am Anzeigeinstrument 221 anliegende Meßwert 14 wird dann der Schaltung nach F i g. 2 zugeführt

F i g. 24 und 25 zeigen eine weitere Vorrichtung zur Bildung von Meßwerten 14 mit einem nachgeführten Meßfühler 6 in Gestalt einer angehängten Einradwalze, die auf beiden Seiten in kraftschlüssiger Verbindung mit ihren Achszapfen je einen Beschleunigungsaufnehmer 231 trägt Die Signale der Beschleur.igungsaufnehmer 231 werden an die Eingangsbuchsen 232 einer in F i g. 26 dargestellten Auswerteschaltung gegeben und über ein Addierpotentiometer 233 als Summenspannung abgegriffen, in einer Stufe 234 gleichgerichtet und einem Verstärker 235 mit Mehrpunktverhalten zugeführt Der anschließende Teil der Auswerteschaltung stellt grundsätzlich eine Klassiervorrichtung dar, bei der jedoch die Anzeigemittel 236 für die einzelnen Klassen über Zeitglieder 237 angesteuert werden, die die Anzeige eines entsprechenden Klassenwertes jeweils für den Fall unterbinden, daß sich dieser nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne wiederholt. Die Ausgangssignale der Auswerteschaltung werden dann der Schaltung nach F i g. 2 zugeführt.

Fig. 27 zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung der Ausbreitungsbedingungen von Oberflächenwellen auf dem verdichteten Planum. Ein nachgeführter Meßfühler 6 in Gestalt einer Einrad-Anhängevorrichtung 241 entspricht in seinem Aufbau bis auf die Meßanordnung dem Meßfühler nach Fig. 17 und 18. An die Anhängevorrichtung 241 ist über eine Zugstange 242 eine weitere, leichtere Meßwalze 243 angehängt, die senkrecht über ihrer Achse auf beiden Seiten je einen Beschleunigungsaufnehmer 244 mit vertikaler Ansprechrichtung trägt In der zugehörigen Auswerteschaltung, die im übrigen der Schaltung in Fig, 19 entspricht, entfällt deren Überlagerungselement und der Eingang liegt unmittelbar an den beiden gesteuerten Gleichrichtern. Die Anzeige bzw. der Meßwert 14 entspricht dann dem Betrag des Verhältnisses der an der Stelle der Meßwalze 243 auftretenden vertikalen Schwinggeschwindigkeit des Bodens zu der durch die von der Walze 241 eingeleiteten Effegungsstärke.

In Fig,28 ist eine vereinfachte Vorrichtung für in? Auflastbetrieb arbeitende Verdichtungsgeräte 24, beispielsweise eine Walze, gezeigt Der Winkellagengeber' ist dann (vgl. F ϊ g. 20) an dem Unwuchterreger dieses; Verdichtungsgerätes angebracht; das Signal des Winkellagengebers ist zur Steuerung der Gleichrichter 173; und 176(Fig. 19) an den Eingangsbuchsen 117und 178i verfügbar.

Hierzu 14 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Bodenverdichtungsgerät mit wenigstens einem schwingenden Arbeitsteil, bei welchem eine die Verdichtungsleistung des Gerätes bestimmende Betriebsgröße wie die Erregerdrehzahl, die Erregerkraft oder die Fahrgeschwindigkeit veränderbar ist, mit einer auf Bodeneigenschaften ansprechenden Meßeinrichtung, mit einem von deren Signal beeinflußbaren Stellglied zur Veränderung dieser Betriebsgröße und mit einer Regeleinrichtung zur Steuerung des Stellgliedes von der Meßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung wenigstens einen nachgeführten Meßfühler (6) zur vom Bewegungszustand des Bodenverdichtungsgerätes (1; 24) unabhängigen Erfassung eines die Verdichtung charakterisierenden bodenphjjsikaüschen Meßwertes (14) des teilweise oder ganz verdichteten Bodens enthält und daß ein Korrelator (30) zur Erzeugung eines nach Größe und/oder Vorzeichen veränderbarer. Ubsrtragungsbeiwertes der Regeleinrichtung vorgesehen und eingangsseitig mit dem Signa! eines Festwertgebers (18) und der Differenz zweier aufeinanderfolgender Meßwerte

(14) beaufschlagt ist

2. Bodenverdichtungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine Vergleicherstufe enthält, an welcher der Meßwert (14) dem Signal eines zweiten Festwertgebers (17) entgegengeschaltet ist und von welcher, gegebenenfal!« dnter Zwischenschaltung eines Regelverstärkers, das Stellglied beaufschlagt ist, und dem Signal des zweiten Fesiwertgebers (17) das Signal des Festweitgebers (18) überlagerbar ist und daß die Vergleicherstufe einen l.iit dem Ausgangssignal des !Correlators (30) und mit dem Differenzsignal aus dem Meßwert (14) und dem Signal des zweiten Festwertgebers (17) beaufschlagten zweiten Korrelator (22) aufweist

3. Bodenverdichtungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen zweiten Meßfühler (3) zur Bildung eines der Lagerungsdichte oder dem Wassergehalt des Bodens entsprechenden zweiten Meßwertes (il) enthält, der vor dem Verdichtungsgerät (1; 24) oder dem ersten Arbeitsteil desselben angeordnet ist und daß der zweite Meßwert (11) im Sinne einer regelungstechnischen Störgrößenaufschaltung auf den Eingang der Vergleicherstufe aufgeschaltet ist.

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