DE2942334C2 - Vorrichtung zur Überwachung des Verdichtungsgrades - Google Patents
Vorrichtung zur Überwachung des VerdichtungsgradesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Verdichtungsgrades bei fahrbaren Bodenverdichtungsgeräten,
die zumindest ein schwingendes Verdichtungswerkzeug aufweisen, wobei ein zur Wirkleistung
des schwingenden Verdichtungswerkzeuges in bekannter Relation stehender Meßwert als Maß für den
Verdichtungsgrad abfühlbar und speicherbar ist.
Durch die DE-OS 25 54 013 ist es bekannt, anstelle von bodenphysikalischen Kennwerten eine direkt am
Verdichtungsgerät meßbare Größe als Maß für die in den Boden effektiv hineingesteckte Wirkleistung sowie
als Maß für den erreichten Verdichtungsgrad des Bodens zu verwenden. Als Meßgröße eignet sich jeder mit
der Wirkleistung des Verdichtungswerkzeuges in bestimmter Relation stehender Wert, also beispielsweise
die Antriebsleistung des Verdichtungswsrkzeuges nach Abzug des im System selbst verbrauchten Blindlei·
stur.gsantciles, bei hydraulisch angetriebenen Verdichtungswerkzeugen der Hydraulikdruck nach Abzug des
als Blindleistung verbrauchten Druckanteiles; bei Verdichtungsgeräten mit mehreren voneinander unabhängig
arbeitenden Verdichtungswerkzeugen eignet sich besonders die aus der Höhendifferenz der einzelnen
Werkzeuge ableitbare Bodensetzung.
Diese Meßgrößen haben sich bei der Ermittlung der in der genannten Veröffentlichung beschriebenen Amplitudenvariation
im Sinne maximaler Verdichtungsleistung bestens bewährt. Sie lassen jedoch bei einer Reihe
von Verdichtungsgeräten häufig keine exakten Rück-Schlüsse auf den jeweils erzielten Verdichtungsgrad des
Bodens zu. so daß nicht feststeht, ob sich weitere Übergänge mit dem Verdichtungsgerät noch lohnen bzw. ob
sie überflüssig sind oder bereits zu einem Wiederauflokkern des Bodens an der Oberfläche führen.
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Vorrichtung mit den eingangs angegebenen
Merkmalen dahingehend zu verbessern, daß sie eine genauere Aussage hinsichtlich des erreichten Verdichtungsgrades
ergibt und daß sie mit gleichem Erfolg bei den unterschiedlichsten Konstruktionen von fahrbaren
dynamischen Verdichtungsgeräten eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit der Wirkleistung in bekannter Relation stehendcn
Meßwerte bei Vorwärtsfahrt und bei Rückwärtsfahrt des Verdichtungsgerätes jeweils getrennten,
der Fahrtrichtung zugeordneten Speichern zuführbar sind und daß die Differenz zwischen Meßwerten aufeinanderfolgender
Übergänge in der gleichen Fahrtrich-
M) tung in an sich bekannter Weise bestimmbar und anzeigbar ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die in den Boden effektiv hineingesteckte Wirkleistung auch
bei konstant gehaltenen Beinebsparainetern (Srhvvinb5
gungsmasse. Schwingungsfrequcn/.. Sehwingungsainplitude
und Verdichtungszeit) und auch bei gleichbleibender Bodenkonsistenz Schwankungen unterworfen ist
und daß diese Schwankungen auf einer Asymmetrie des
Verdichtungswerkzeuges beruhen. Die Größe dieser Schwankungen ist abhängig von der Richtung, in der
das Verdichtungsgerät über den zu verdichtenden Boden geführt wird. Es ergibt sich also trotz konstanter
Betriebskenngrößen eine geringfügig andere Wirkleistung bei Vorwärtsfahrt des Verdichtungsgerätes als bei
Rückwärtsfahrt. Dieser durch Asymmetrie bedingte Unterschied tritt sowohl bei Verdichtungsgeräten mit
nur einem Verdichtnngswerkzeug, beispielsweise bei einem Plattenrüttler, als auch bei Geräten mit mehreren
unabhängig voneinander arbeitenden Verdichtungsgeräten auf. Er ist nach Feststellungen der Anmelderin
ursächlich dafür, daß der Vergleich von Meßwerten aus Obergängen, die unmittelbar aufeinander folgen, jedoch
gegensätzlicher Richtung sind, kein Entscheidungskriterium dafür abgibt, wann die optimale Verdichtung des
Bodens erreicht ist. Deshalb erfolgt eine getrennte Überwachung der bei der Vorwärtsfahrt ermittelten
Meßwerte und der bei der Rückwärtsfahrt ermittelten Meßwerte und es werden nur solche Meßwerte miteinander
verglichen, die der gleichen Fahrtrichtung des Verdichtungsgerätes zugeordnet sind.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es zur Differenzbildung aufeinanderfolgender Meßwerte gleicher
Fahrtrichtung zweckmäßig, daß die beiden unterschiedlicher Fahrtrichtung zugeordneten Speicher jeweils
einen Vorspeicher für die Meßwerte des neuen und einen Nachspeicher für die Meßwerte des alten
Überganges aufweisen. Um die Speicherkapazität möglichst niedrig zu halten, ist es besonders günstig, wenn
die Eingabe eines neuen Meßwertes die Löschung des im Nachspeicher stehenden Meßwertes und die Transferierung
des im Vorspeicher stehenden Meßwertes auf den Nachspeicher bewirkt. Dadurch bleiben immer nur
diejenigen Meßwerte gespeichert, die zur Differenzbildung mit dem neuen Meßwert bekannt sein müssen,
wohingegen Meßwerte aus älteren Übergangen zum frühestmöglichen Zeitpunkt gelöscht werden.
Um die Bedienung des Verdichtungsgerätes zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, wenn die Differenz zwischen
Meßwerten aufeinanderfolgender Übergänge in gleicher Fahrtrichtung einem Komparator zugeführt
werden, der bei Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestwertes ein Signal auslöst. Dadurch wird der Bedienungsperson
angezeigt, daß ein weiterer Geräteeinsatz nicht mehr lohnt und es bei einer weiteren Verdichtung
sogar zur Wiederauflockerung des Bodens kommen kann. Ferner besteht die Möglichkeit, bei Unterschreiten
des vorgegebenen Mindestwertes automatisch die Fahrgeschwindigkeit des Verdichtungsgerätes
zu erhöhen und damit die pro Längeneinheit in den Boden hineingesteckte Verdichtungsleistung zu verringern.
Diese Geschwindigkeitserhöhung kann zweckmäßig durch einen Regler gesteuert werden, oerart, daß
sich gerade diejenige Fahrgeschwindigkeit einstellt, bei der die Differenz zwischen Meßwerten aufeinanderfolgender
Übergänge in gleicher Fahrtrichtung etwa dem vorgegebenen Mindestwert entspricht.
Außerdem besteht die vorteilhafte Möglichkeit, daß die Differenz zwischen Meßwerten aufeinanderfolgender
Übergänge in gleicher Fahrtrichtung in an sich bekannter Weise mittels Variation der Amplitude des Verdichtungswerkzeuges
maximiert wird, wie dies in der DE-OS 25 54 013 beschrieben ist.
Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die für die Wirkleistung repräsentativen Meßwerte entweder
permanent über die gevamte Länge eines Überganges zu messen und zu verarbeiten oder stattdessen nur
während eines kurzen Teilstückes zu Beginn eines jeden neuen Überganges. Grundsätzlich ist es dabei zweckmäßig,
anstelle eines Momentan-Meßwertes eine bestimmte Wegstrecke oder Zeit vorzugeben, den dazu
gehörigen Meßwertverlauf zu erfassen und einem Rechner zur Bildung des integralen Meßwert-Mittelwertes
zuzuführen. Dadurch werden unvermeidliche lokale Schwankungen des Meßwertes unschädlich gemacht.
ίο Der für die Wirkleistung repräsentative Meßwert
kann in verschiedener Weise gewonnen werden. Beispielsweise kann die Antriebsleistung über das Drehmoment
und die Drehzahl gemessen werden und hiervon durch eine Störgrößenaufschaltung die im System selbst
verbrauchte Blindleistung abgezogen werden. Die Blindleistung kann auf einfache Weise dadurch gemessen
werden, daß man den Rahmen mit den Verdichtungswerkzeugen hochhebt und dann die im System
selbst verbrauchte Leistung in Abhängigkeit von den Betriebsparametern, also vor allem in Abhängigkeit von
der Schwingungsamplitude und der Schwingungsfrequenz, mißt. Die Blindleistung ist dann für alle in Betracht
kommenden Betriebsparameter bekannt und kann durch einen Rechner von der gemessenen Antriebsleistung
abgezogen werden.
Meist werden die Verdichtungsgeräte hydraulisch angetrieben. In diesem Fall ist es besonders zweckmäßig,
daß der Hydraulikdruck als Meßgröße fungiert — auch hier unter Berücksichtigung des im System selbst als
Blindleistung verbrauchten Druckanteiles, dessen Messung in gleicher Weise, wie zuvor beschrieben, erfolgen
kann.
Bei Verdichtungsgeräten, die mit gleichbleibenden Betriebsparanietern arbeiten, kann natürlich die Be-
J5 rücksicbtigung der Blindleistung unterbleiben, da sie
konstant ist und bei der Differenzbildung der Meßwerte herausfällt.
Hinsichtlich der meßtechnischen Verarbeitung des Meßwertes ist es wegen der besonders hohen Genauigkeitsanforderungen
an die von Übergang zu Übergang sich ändernden gemessenen Werte zweckmäßig, daß die
Verarbeitungskette einen Meßwertaufnehmer, einen Verstärker, einen Differentiator, einen Tiefpaßfilter, einen
Anpassungsverstärker, einen Spannungs/Frequenz-Wandler, einen Teiler, einen Zänler, fahrtrichtungszugeordnete
Speicher und einen Differenzbildner umfaßt. Zusätzlich kann in der Verarbeitungskette ein Differentiator
vorgesehen sein, der momentane Meßwertsprünge, soweit diese außerhalb eines vorgegebenen Anderungsbereiches
liegen, von der Speicherung ausschließt. Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung.
Ein Meßwertaufnehmer 1 erzeugt eine beispielsweise dem Druck im Hydraulikkreislauf des hydraulisch angetriebenen
Verdichtungswerkzeuges proportionale Spannung. Diese Spannung gelangt über einen Trägerfrequenzverstärker
2, einen Tiefpaßfilter 3 und einen Anpassungsverstärker 4 zu einem Spannungs/Frequenz-Wandler
5. Letzterer erzeugt eine druckproportionale Frequenz, die über einen Teiler 6 einem Hauptregister
bzw. Zähler 7 zugeführt wird. Der Teiler 6 dividiert die Inipulszahl der Ausgangsfrequenz des Spannungs/FrcquenzWandlcrs
5 durch eine vorgegebene MeUzcit und bildet dadurch den erwünschten integralen
Mittelwert des Druckes. Ein an den Teiler 6 angeschlossenes Zeilglied 8, das beispielsweise quarzgesteuert sein
kann, steuert diesen Teiler so. daß die lmuulszahl stets
durch die tatsächlich vorgegebene Meßzeit dividiert wird, so daß auch bei unterschiedlichen Meßzeiten (beispielsweise
5 Sekunden oder 8 Sekunden) ein stets vergleichbarer integraler Mittelwert dem Zähler 7 zugeführt
wird.
Um Hochlaufvorgänge des Verdichtungsgerätes und andere instationäre Betriebszuslände, wie sie beispielsweise
beim Überfahren eines großen Steines auftreten können, zu eliminieren, ist zweckmäßiger1, eise zwischen
dem Trägerfrequenzverstärker 2 und dem Tief- ι ο paßfilter 3 ein Differentiator zwischengeschaltet. Dieser
Differentiator prüft die Schnelligkeit der Druckänderung, also beispielsweise das Differential des Druckes
über der Zeit dp/dt, und blockiert die Weiterverarbeitung solcher Meßwerte, die außerhalb eines vorgegebenen
Steigungsbereiches dp/dt liegen, bis die Störungen abgeklungen sind; die Messung wird also entsprechend
verzögert.
Die Bereinigung des vom Meßwertaufnehnier 1 gemessenen
Druckes von dem für die Blindleistung verantwortlichen Druckanteil erfolgt durch Aufschaltung
einer entsprechenden Störgröße entweder direkt hinter dem Meßwertaufnehmer oder an einer anderen geeigneten
Stelle der bis jetzt besprochenen Kette. In den Zähler 7 gelangen also nur solche Meßwerte, die tatsächlich
für die dem Boden zugeführte Wirkleistung repräsentativ sind. Diese Störgrößenaufschaltung kann
dann unterbleiben, wenn die Betriebskenngrößen des Verdichtungsgerätes während aller Übergänge gleich
bleiben, so daß die Antriebsleistung direkt proportional für die Verdichtungsleistung ist.
Aus dem Hauptregister 7 werden die Meßwerte je nachdem, ob Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt vorliegt,
entweder von einem Speicher V\ oder von einem Speicher R\ abgerufen. Diese Speicher fungieren als
Vorspeicher, denen jeweils ein Nachspeicher V2 bzw. Ri
zugeordnet ist. Die Vorspeicher sind außerdem, ebenso wie die Nachspeicher, an einen gemeinsamen Differenzbildner
9 angeschlossen.
Ferner ist eine Anzeigevorrichtung 10 unmittelbar an 4»
die Vorspeicher und eine weitere Anzeigevorrichtung 11 an den Differenzbildner 9 angeschlossen. Die Funktion
ist folgende: Es sei angenommen, daß die Speicher Vi und V: der Vorwärisfahrt. die Speicher Ri und Ri der
Rückwärtsfahrt des Verdichtungsgerätes zugeordnet seien und daß der erste Übergang in Vorwärtsrichtung
erfolge. Weiterhin sei angenommen, daß im Hauptregister 7 eine integrale Mittelwertbildung der ankommenden
Signale stattfindet, derart, daß für jeden Übergang nur ein Signal aus dem Hauptregister abzurufen ist.
Dann wird das für den ersten Vorwärtsübergang stehende Signal im Speicher V, abgespeichert. Der zweite
Übergang, der rückwärts erfolgt, liefert seinen Meßwert an den Speicher R\. Der dritte Übergang erfolgt wieder
in Vorwärtsrichtung, d. h, er muß im Speicher Vi gespeichert
werden; seine Eingabe löst jedoch automatisch die vorherige Transferierung des im Speicher Vi noch stehenden
alten Meßwertes auf den Nachspeicher Vi aus. Anschließend wird im Differenzbildner 9 die Meßwertdifferenz
zwischen dem ersten Übergang und dem drit- t>o ten Übergang gebildet und ggf. in der Anzeigevorrichtung
ti zur Anzeige gebracht. Der vierte Übergang erfolgt rückwärts, sein Meßwert wird also im Speicher
R\ gespeichert, zuvor wird jedoch der darin noch stehende Wert des zweiten Überganges auf den Nachspeieher
/?2 transferiert. Dann bildet der Differenzbildner 9
die Meßwertdifferenz zwischen dem vierten und dem zweiten Übergang. Bei den nächsten Übergängen wiederholt
sich der Vorgang entsprechend, wobei jetzt jeweils noch hinzu kommt, daß der im Nachspeicher stehende
Meßwert bei Eingabe eines neuen Meßwertes gelöscht wird.
Mit zunehmender Verdichtung des Bodens werden die Differenzen zwischen Meßwerten aufeinanderfolgender
Übergänge in gleicher Fahrtrichtung immer geringer. Schließlich wird ein Zustand erreicht, wo sich
weitere Übergänge nicht mehr lohnen und wo es sogar zu der befürchteten Wiederauflockerung des Bodens
kommt und eine nochmalige Nachverdichtung notwendig wird.
Um den Verdichtungsvorgang zum richtigen Zeitpunkt abzubrechen, ist ein Komparator 12 vorgesehen,
der die vom Differenzbildner 11 ermittelte Meßwertdifferenz
mit einem vorgegebenen Minimalwert vergleicht und bei Erreichen oder Unterschreiten dieses Minimalwertes ein Signal auslöst. Dieses Signal kann auch darin
bestehen, daß ein Geschwindigkeitsregler angesteuert wird, der die Geschwindigkeit des Verdichtungsgerätes
solange erhöht, bis die Meßwertdifferenz etwa dem vorgegebencii
Minimalwert entspricht.
Sind in dem Verdichtungsgerät mehrere separat angetriebene Verdichtungswerkzeuge mit schwingenden
Massen kombiniert, so empfiehlt es sich zur höheren Genauigkeit, die Verdichtungsleistung bei jedem Verdichtungswerkzeug
getrennt zu messen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
- Patentansprüche:I.Vorrichtung zur Überwachung des Verdichtungsgrades bei fahrbaren Bodenverdichtungsgeräten, die zumindest ein schwingendes Verdichtungswerkzeug aufweisen, wobei ein zur Wirkleistung des schwingenden Verdichtungswerkzeuges in bekannter Relation stehender Meßwert als Maß für den Verdichtungsgrad abfühlbar und speicherbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Wirkleistung in bekannter Relation stehenden Meßwerte bei Vorwärtsfahrt und bei Rückwärtsfahrt des Verdichtungsgerätes jeweils getrennten, der Fahrtrichtung zugeordneten Speichern (Vt, V2; Ru R2) zuführbar sind und daß die Differenz zwischen den Meßwerten aufeinanderfolgender Übergänge in der gleichen Fahrtrichtung in an sich bekannter Weise bestimmbar und anzeigbar sind.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden unterschiedlicher Fahrtrichtung zugeordneten Speicher jeweils einen Vorspeicher (V\, R\) für die Meßwerte des neuen und einen Nachspeicher (V2, R2) für die Meßwerte des alten Überganges aufweisen.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabe neuer Meßwerte die Löschung der im Nachspeicher (V2, R2) stehenden Meßwerte und die Transferierung der im Vorspeicher (Vt, R\) stehenden Meßwerte auf den Nachspeicher bewirkt.
- 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen Meßwerten aufeinanderfolgender Übergänge in der gleichen Fahrtrichtung einem Komparator (12) zuführbar ist, der bei Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestwertes ein Signal auslöst.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten des vorgegebenen Mindestwertes automatisch eine Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit erfolgt.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen Meßwerten aufeinanderfolgender Übergänge in der gleichen Fahrtrichtung in an sich bekannter Weise mittels Variation der Amplitude des Verdichtungswerkzeuges maximierbar ist.
- 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte einem Rechner zur Bildung des integralen Meßwert-Mittelwertes über der gemessenen Wegstrecke oder über der Zeit zuführbar sind.
- 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit hydraulisch angetriebenen Verdichtungswerkzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Hydraulikdruck unter Berücksichtigung des im System als Blindleistung verbrauchten Druckanteiles als Meßgröße für die Wirkleistung fungiert.
- 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungskette für die Meßwerte einen Mcßweriaufnehmcr (1). einen Triigerfrequcnzversiärker (2), einen Differentiator, einen Tiefpaßfilter (3). einen Anpassiingsversiiirker (4). einen Spannungs/Frcquenz-Wandler (5), einen Teiler (6), einen Zahler (7), fahrtrichtungszugcordnete Speicher (V1. Vy. R\. R;) undeinen Differenzbildner (9) umfaßt.
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungskette einen Differentiator aufweist, der momentane, außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegende Meßwertsprünge von der Speicherung ausschließt.
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