EP3981919B1 - Method for providing information related to the compression state of a soil when performing a compaction process using a soil compressor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von mit dem Verdichtungszustand eines Bodens in Zusammenhang stehender Information bei Durchführung eines Verdichtungsvorgangs mit einem Bodenverdichter.The present invention relates to a method for providing information related to the compaction state of a soil when performing a compaction operation with a soil compactor.

Bodenverdichter, welche zum Durchführen derartiger Verdichtungsvorgänge, beispielsweise zum Verdichten von Schüttmaterial im Erdbau oder zum Beispiel Asphaltmaterial oder dergleichen im Straßenbau, eingesetzt werden, umfassen im Allgemeinen wenigstens eine Vibrationswalze mit einer um eine Walzendrehachse der wenigstens einen Vibrationswalze rotierenden Unwuchtanordnung. Um Information über den Bewegungszustand einer derartigen Vibrationswalze bereitstellen zu können, ist in Zuordnung zu der wenigstens einen Vibrationswalze eines derartigen Bodenverdichters eine Beschleunigungserfassungsanordnung zur Erfassung einer Vertikalbeschleunigung der Vibrationswalze im Wesentlichen orthogonal zu dem zu verdichtenden Boden und einer Horizontalbeschleunigung der Vibrationswalze im Wesentlichen parallel zu dem zu verdichtenden Boden vorgesehen.Soil compactors, which are used to carry out such compaction processes, for example for compacting loose material in earthworks or for example asphalt material or the like in road construction, generally comprise at least one vibrating roller with an unbalanced arrangement rotating about a roller axis of rotation of the at least one vibrating roller. In order to be able to provide information about the state of motion of such a vibratory roller, an acceleration detection arrangement for detecting a vertical acceleration of the vibratory roller essentially orthogonal to the soil to be compacted and a horizontal acceleration of the vibratory roller essentially parallel to the soil to be compacted is assigned to the at least one vibratory roller of such a soil compactor compacting soil provided.

Durch das Bereitstellen einer um die Walzendrehachse rotierenden Unwuchtanordnung wird bei Durchführung eines Verdichtungsvorgangs der durch das Gewicht der Verdichterwalze bzw. Vibrationswalze und dem darauf lastenden Gewicht des Bodenverdichters generierten statischen Belastung des Bodens beim Überfahren desselben mit dem Bodenverdichter ein dynamischer Belastungsanteil überlagert, welcher die beim Überfahren des Bodens durch den Bodenverdichter erzeugte Verdichtung des Bodens substantiell beeinflusst. Insbesondere kann durch die Rotation einer derartigen Unwuchtanordnung eine Vibrationswalze derart betrieben werden, dass diese periodisch von dem zu verdichtenden Boden abhebt und entsprechend periodisch auf diesen aufschlägt.By providing an unbalanced arrangement rotating around the axis of rotation of the roller, a dynamic load component is superimposed on the static load on the soil generated by the weight of the compactor roller or vibrating roller and the weight of the soil compactor resting on it when the soil compactor drives over it when a compaction process is carried out of the soil is substantially influenced by the compaction of the soil caused by the soil compactor. In particular, by the rotation of such an unbalanced arrangement, a vibrating roller such be operated in such a way that it periodically lifts off the soil to be compacted and correspondingly periodically hits it.

Durch die Erfassung der Vertikalbeschleunigung, also der Beschleunigung einer derartigen Vibrationswalze im Wesentlichen orthogonal zu dem zu verdichtenden Boden, und der Horizontalbeschleunigung, also der Beschleunigung der Vibrationswalze im Wesentlichen parallel zu dem zu verdichtenden Boden, kann Information über den Bewegungszustand und über die in den Phasen, in welchen die Vibrationswalze in Kontakt mit dem zu verdichtenden Boden ist, zwischen dem Boden und der Vibrationswalze wirkende Bodenkontaktkraft bereitgestellt werden. Diese Information kann genutzt werden, um im Rahmen einer Flächendeckenden Dynamischen Verdichtungs-Kontrolle (FDVK) Information bereitzustellen, welche im Zusammenhang z.B. mit dem Verdichtungsgrad des zu verdichtenden Bodens steht. Auf der Grundlage dieser Informationen kann bestimmt werden, ob ein zu verdichtender Boden bereits ausreichend verdichtet ist oder ob weitere Überfahrten mit einem Bodenverdichter erforderlich sind. Weiter kann diese Information verortet und zum Zwecke der Qualitätssicherung abgespeichert bzw. dokumentiert werden.By detecting the vertical acceleration, i.e. the acceleration of such a vibratory roller essentially orthogonally to the soil to be compacted, and the horizontal acceleration, i.e. the acceleration of the vibratory roller essentially parallel to the soil to be compacted, information about the state of movement and about the phases , in which the vibratory roller is in contact with the soil to be compacted, ground contact force acting between the soil and the vibratory roller can be provided. This information can be used to provide information as part of a comprehensive dynamic compaction control (FDVK), which is related, for example, to the degree of compaction of the soil to be compacted. Based on this information, it can be determined whether a soil to be compacted is already sufficiently compacted or whether further passes with a soil compactor are required. This information can also be located and stored or documented for quality assurance purposes.

Die DE 694 23 048 T2 offenbart ein Verfahren zur Kontrolle einer Verdichtungsvorrichtung, wobei in Abhängigkeit des während des Verdichtungsvorgangs bestimmten Schermoduls neue Werte für die Schwingfrequenz und/oder Schwingungsamplitude und/oder Transportgeschwindigkeit des Verdichtungskörpers bestimmt werden.the DE 694 23 048 T2 discloses a method for controlling a compaction device, new values for the oscillation frequency and/or oscillation amplitude and/or transport speed of the compaction body being determined as a function of the shear modulus determined during the compaction process.

Die DE 10 2015 007369 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung eines Elastizitätsmoduls eines Arbeitsmaterials während eines Verdichtungvorgangs. Das System weist einen Prozessor auf, der konfiguriert ist, um eine Steifigkeit eines Arbeitsmaterials basierend auf einer Kraft, die auf das Arbeitsmaterial aufgebracht wird, und einer Verschiebung des Arbeitsmaterials zu bestimmen. Der Prozessor ist weiter konfiguriert, um den Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials basierend auf einer Beziehung zwischen der Steifigkeit des Arbeitsmaterials und dem Elastizitätsmodul des Arbeitsmaterials zu bestimmen.the DE 10 2015 007369 A1 discloses a method for determining a modulus of elasticity of a work material during a compaction process. The system includes a processor configured to determine a stiffness of a work material based on a force applied to the work material and a displacement of the work material. The processor is further configured to determine the elastic modulus of the work material based on a relationship between the stiffness of the work material and the elastic modulus of the work material.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bereitstellen von mit dem Verdichtungszustand eines Bodens in Zusammenhang stehender Information bei Durchführung eines Verdichtungsvorgangs mit einem Bodenverdichter bereitzustellen, mit welchem den Zustand des verdichteten Bodens repräsentierende Information mit erweitertem Informationsgehalt und höherer Präzision bereitgestellt werden kann.It is the object of the present invention to provide a method for providing information related to the compaction state of a soil when carrying out a compaction process with a soil compactor, with which information representing the state of the compacted soil can be provided with extended information content and higher precision.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Bereitstellen von mit dem Verdichtungszustand eines Bodens in Zusammenhang stehender Information bei Durchführung eines Verdichtungsvorgangs mit einem Bodenverdichter, wobei der Bodenverdichter wenigstens eine Vibrationswalze mit einer um eine Walzendrehachse der wenigstens einen Vibrationswalze rotierenden Unwuchtanordnung umfasst, wobei in Zuordnung zu der wenigstens einen Vibrationswalze eine Beschleunigungserfassungsanordnung zur Erfassung einer Vertikalbeschleunigung der Vibrationswalze im Wesentlichen orthogonal zu dem zu verdichtenden Boden und einer Horizontalbeschleunigung der wenigstens einen Vibrationswalze im Wesentlichen parallel zu dem zu verdichtenden Boden vorgesehen ist.According to the present invention, the object is achieved by a method for providing information related to the compaction state of a soil when carrying out a compaction process with a Soil compactor, wherein the soil compactor comprises at least one vibrating roller with an imbalance arrangement rotating about a roller axis of rotation of the at least one vibrating roller, wherein in association with the at least one vibrating roller an acceleration detection arrangement for detecting a vertical acceleration of the vibrating roller essentially orthogonal to the compacted soil and a horizontal acceleration of the at least one vibrating roller is provided substantially parallel to the soil to be compacted.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Maßnahmen:

1. a) Erfassen der Vertikalbeschleunigung und der Horizontalbeschleunigung der wenigstens einen Vibrationswalze bei Bewegung des Bodenverdichters über den zu verdichtenden Boden,
2. b) Ermitteln eines Mess-Zusammenhangs zwischen einer Bodenkontaktkraft und einer Auslenkung der Vibrationswalze für wenigstens einen Vibrationszyklus unter Verwendung der bei der Maßnahme a) erfassten Vertikalbeschleunigung und Horizontalbeschleunigung,
3. c) Ermitteln eines Simulations-Zusammenhangs zwischen der Bodenkontaktkraft und der Auslenkung für wenigstens einen Vibrationszyklus unter Verwendung eines wenigstens einen Simulationsparameter berücksichtigenden Bodenmodells,
4. d) Vergleichen des bei der Maßnahme c) für wenigstens einen Vibrationszyklus ermittelten Simulations-Zusammenhangs mit dem bei der Maßnahme b) für wenigstens einen Vibrationszyklus ermittelten Mess-Zusammenhang,
5. e) Bestimmen, dass ein Vorgabewert des wenigstens einen in dem Bodenmodell berücksichtigten Simulationsparameters im Wesentlichen einen entsprechenden Bodenparameter des zu verdichtenden Bodens repräsentiert, wenn der bei der Maßnahme d) durchgeführte Vergleich ergibt, dass der für wenigstens einen Vibrationszyklus ermittelte Simulations-Zusammenhang im Wesentlichen dem für wenigstens einen Vibrationszyklus ermittelten Mess-Zusammenhang entspricht.

The method according to the invention includes the following measures:

1. a) detecting the vertical acceleration and the horizontal acceleration of the at least one vibrating roller when the soil compactor moves over the soil to be compacted,
2. b) determining a measurement relationship between a ground contact force and a deflection of the vibration roller for at least one vibration cycle using the vertical acceleration and horizontal acceleration recorded in measure a),
3. c) determining a simulation relationship between the ground contact force and the deflection for at least one vibration cycle using a soil model that takes into account at least one simulation parameter,
4. d) comparing the simulation relationship determined in measure c) for at least one vibration cycle with the measurement relationship determined in measure b) for at least one vibration cycle,
5. e) Determining that a default value of the at least one simulation parameter taken into account in the soil model essentially represents a corresponding soil parameter of the soil to be compacted if the comparison carried out in measure d) shows that the simulation context determined for at least one vibration cycle essentially corresponds to the corresponds to a measurement relationship determined for at least one vibration cycle.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die unter Berücksichtigung der erfassten Beschleunigung einer Vibrationswalze ermittelte und im Zusammenhang mit der zwischen der Vibrationswalze und dem zu verdichtenden Boden wirkenden Bodenkontaktkraft stehende Bewegung der Vibrationswalze in einem Vibrationszyklus, also beispielsweise während einer vollständigen Umdrehung der Unwuchtanordnung, verglichen mit einer Bewegung der Vibrationswalze bzw. der zwischen dieser und dem Boden wirkenden Bodenkontaktkraft im Verlaufe eines Vibrationszyklus, welche unter Berücksichtigung eines Bodenmodells und zumindest eines in dem Bodenmodell verwendeten Simulationsparameters ermittelt wird.In the method according to the invention, the movement of the vibration roller, which is determined taking into account the detected acceleration of a vibration roller and is related to the ground contact force acting between the vibration roller and the soil to be compacted, is compared with a movement in a vibration cycle, i.e. for example during a complete revolution of the unbalanced arrangement of the vibratory roller or the ground contact force acting between it and the ground during a vibration cycle, which is determined taking into account a ground model and at least one simulation parameter used in the ground model.

Dann, wenn zwischen dem auf dem Bodenmodell beruhenden Zusammenhang zwischen der Bodenkontaktkraft der Auslenkung, also dem Simulations-Zusammenhang, und dem auf der Erfassung der Beschleunigung beruhenden und damit den tatsächlichen Bewegungszustand der Vibrationswalze wiedergebenden Zusammenhang, also dem Mess-Zusammenhang, eine ausreichend gute Übereinstimmung erreicht ist, was beispielsweise in einem Best-Fit-Prozess bestimmt werden kann, wird angenommen, dass das Bodenmodell mit dem bzw. den darin berücksichtigten Simulationsparametern den tatsächlichen Zustand des verdichteten Bodens mit hoher Präzision repräsentiert. Dies wiederum kann als Grundlage für die plausible Annahme dienen, dass der bzw. die in dem Bodenmodell berücksichtigten Simulationsparameter hinsichtlich eines jeweiligen Parameterwertes in sehr guter Übereinstimmung ist bzw. sind mit dem bzw. den Werten des bzw. der entsprechenden Parameter des tatsächlich verdichteten Bodens.Then, if there is a sufficiently good match between the relationship between the ground contact force of the deflection based on the ground model, i.e. the simulation relationship, and the relationship based on the detection of the acceleration and thus reflecting the actual state of motion of the vibratory roller, i.e. the measurement relationship is reached, which can be determined, for example, in a best-fit process, it is assumed that the soil model with the simulation parameters taken into account therein represents the actual state of the compacted soil with high precision. This in turn can serve as a basis for the plausible assumption that the simulation parameter(s) considered in the soil model is/are in very good agreement with regard to a respective parameter value with the value(s) of the corresponding parameter(s) of the actually compacted soil.

Das Vorliegen einer sehr guten Übereinstimmung zwischen dem Simulations-Zusammenhang und dem Mess-Zusammenhang bestätigt somit die bei der Definition des Bodenmodells getroffene Auswahl eines jeweiligen Parameterwertes des bzw. der im Modell berücksichtigten Simulationsparameter. Ein derartiger Simulationsparameter bzw. mehrere derartige im Modell berücksichtigte Parameter können dann im Rahmen einer Flächendeckenden Dynamischen Verdichtungs-Kontrolle als den Zustand des verdichteten Bodens wiedergebende Größen berücksichtigt und gespeichert bzw. in anderer Art und Weise auch im Zusammenhang mit den Orten bzw. Positionen an dem verdichteten Boden, in Zuordnung zu welchen die jeweiligen Parameterwerte bestimmt wurden, dokumentiert werden.The existence of a very good match between the simulation context and the measurement context thus confirms the selection made when defining the soil model of a respective parameter value of the simulation parameter(s) considered in the model. Such a simulation parameter or several such parameters taken into account in the model can then be taken into account and stored as variables reflecting the condition of the compacted soil as part of a comprehensive dynamic compaction control or in some other way also in connection with the locations or positions on the compacted soil, in Assignment to which the respective parameter values were determined are documented.

Um bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu berücksichtigen, dass bei Durchführung eines Verdichtungsvorgangs ein Bodenverdichter sich in einer Bewegungsrichtung voran bewegt und daher eine Wirkrichtung bzw. Arbeitsrichtung der unter der Wirkung der Unwuchtanordnung sich periodisch auf und ab bewegenden Vibrationswalze beim Eindringen in einen zu verdichtenden Boden von einer exakt vertikalen Richtung abweichen wird, wird vorgeschlagen, dass bei den Maßnahmen b) und c) die Auslenkung in einer im Wesentlichen einer Richtung der maximalen Bodenkontaktkraft entsprechenden Arbeitsrichtung der Vibrationswalze berücksichtigt wird.In order to take into account in the method according to the invention that when a compaction process is carried out, a soil compactor moves forward in a direction of movement and therefore an effective direction or working direction of the vibratory roller, which periodically moves up and down under the effect of the unbalanced arrangement, when penetrating a soil to be compacted, from a exactly vertical direction, it is proposed that in the case of measures b) and c), the deflection in a direction of operation of the vibrating roller that essentially corresponds to a direction of the maximum ground contact force is taken into account.

Bei einer periodischen Auf- und Ab-Bewegung einer Vibrationswalze und einem diese Bewegung begleitenden, periodischen Abheben der Vibrationswalze von dem Boden entsteht nach dem Auftreten eines Kontaktes zwischen der Vibrationswalze und dem Boden mit zunehmendem Eindringen der Vibrationswalze in den Boden eine entsprechend zunehmende Kontaktfläche. Je tiefer die Vibrationswalze in den Boden eindringt bzw. eindringen kann, desto größer ist die in axialer Richtung eines Walzenmantels der Vibrationswalze und in Umfangsrichtung ausgedehnte Kontaktfläche. Es wird daher weiter vorgeschlagen, dass die Maßnahme c) eine Maßnahme c1) umfasst zum Ermitteln einer Aufstands-Umfangslänge der Vibrationswalze im Verlaufe eines Vibrationszyklus. Die Aufstands-Umfangslänge ist eine Größe, welche im Zusammenhang mit der axialen Ausdehnung der Kontaktfläche zwischen der Vibrationswalze und dem Boden das Ausmaß, in welchem die Vibrationswalze in den Boden eindringt, beschreibt, und kann daher gemäß der vorliegenden Erfindung einen im Bodenmodell zu berücksichtigenden Simulationsparameter bilden.With a periodic up and down movement of a vibrating roller and a periodic lifting of the vibrating roller from the ground accompanying this movement, after the occurrence of contact between the vibrating roller and the ground, as the vibrating roller penetrates the ground, a correspondingly increasing contact surface occurs. The deeper the vibrating roller penetrates or can penetrate into the ground, the greater the contact surface extending in the axial direction of a roller shell of the vibrating roller and in the circumferential direction. It is therefore further proposed that measure c) includes a measure c1) for determining a circumferential contact length of the vibrating roller in the course of a vibration cycle. The contact surface length is a variable which, in connection with the axial extent of the contact surface between the vibratory roller and the soil, describes the extent to which the vibratory roller penetrates the soil, and can therefore, according to the present invention, be a simulation parameter to be taken into account in the soil model form.

Hierfür kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei der Maßnahme c1) die Aufstands-Umfangslänge auf der Grundlage der bei der Maßnahme a) ermittelten Vertikalbeschleunigung und Horizontalbeschleunigung und auf der Grundlage einer Bewegungsgeschwindigkeit bzw. Fahrgeschwindigkeit des Bodenverdichters in einer Bodenverdichter-Bewegungsrichtung ermittelt wird. Auf der Grundlage der Vertikalbeschleunigung und der Horizontalbeschleunigung und auf der Grundlage der Bewegungsgeschwindigkeit des Bodenverdichters in seiner Bewegungsrichtung kann unter Berücksichtigung der geometrischen Verhältnisse des Bodens, in welchen die Vibrationswalze eindringt, die Aufstands-Umfangslänge berechnet werden. Die Aufstands-Umfangslänge, welche in dem erfindungsgemäß aufzustellenden Bodenmodell als einer der Simulationsparameter Berücksichtigung finden kann, ist somit eine Größe, die bei der Definition des Bodenmodells nicht beliebig ausgewählt wird, sondern aus dem tatsächlich vorliegenden und sensorisch erfassten Bewegungszustand des Bodenverdichters bzw. der Vibrationswalze rechnerisch abgeleitet wird. Grundlage dieser Berechnung können verschiedene vereinfachende Annahmen sein, wie zum Beispiel die Annahme, dass die Vibrationswalze sich parallel zum Boden bewegt, also über deren gesamte axiale Länge in gleichem Ausmaß in den Boden eindringt. In diesem Falle kann die Kontaktfläche zwischen dem Boden und der Vibrationswalze als das Produkt aus Aufstands-Umfangslänge und axialer Länge des Walzenmantels angenommen werden. Bei komplexeren, gleichwohl mathematisch berücksichtigbaren Bewegungsmodellen, wie zum Beispiel der Annahme, dass die Vibrationswalze taumelt und nicht in allen Längenbereichen gleich tief in den Boden eindringt, können für die Aufstands-Umfangslänge für verschiedene axiale Bereiche der Vibrationswalze verschiedene Werte angenommen werden. Dies kann beispielsweise unter Berücksichtigung von an beiden axialen Enden erfassten Beschleunigungswerten in Vertikalrichtung und in Horizontalrichtung erfolgen.For this purpose, it can be provided, for example, that in measure c1) the insurgency circumferential length based on the vertical acceleration and horizontal acceleration determined in measure a) and on the basis of a movement speed or driving speed of the soil compactor in a Soil compactor direction of movement is determined. On the basis of the vertical acceleration and the horizontal acceleration and on the basis of the moving speed of the soil compactor in its moving direction, taking into account the geometrical conditions of the soil into which the vibratory roller penetrates, the footprint circumferential length can be calculated. The contact perimeter length, which can be considered as one of the simulation parameters in the soil model to be set up according to the invention, is therefore a variable that is not selected arbitrarily when defining the soil model, but from the actually existing and sensor-detected state of movement of the soil compactor or the vibratory roller is derived mathematically. This calculation can be based on various simplifying assumptions, such as the assumption that the vibratory roller moves parallel to the ground, i.e. penetrates the ground to the same extent over its entire axial length. In this case, the contact area between the ground and the vibrating roller can be taken as the product of the contact circumferential length and the axial length of the roller mantle. With more complex movement models that can nevertheless be taken into account mathematically, such as the assumption that the vibratory roller wobbles and does not penetrate the ground to the same depth in all longitudinal areas, different values can be assumed for the circumferential contact length for different axial areas of the vibratory roller. This can be done, for example, taking into account acceleration values recorded at both axial ends in the vertical direction and in the horizontal direction.

Bei der Verwendung der Aufstands-Umfangslänge als eine der Eingangsgrößen des Bodenmodells ist von besonderem Vorteil, dass die aus dem tatsächlich vorliegenden Bewegungszustand des Bodenverdichters und der Vibrationswalze mathematisch abgeleitete Aufstands-Umfangslänge diese Bewegungszustände charakterisierende Parameter, wie zum Beispiel die Bewegungsgeschwindigkeit des Bodenverdichters sowie die Drehzahl und die Drehrichtung der Unwuchtanordnung, berücksichtigt. Das Modell bzw. der unter Berücksichtigung eines derartigen Modells vorgenommene Vergleich mit aus der Beschleunigung einer Vibrationswalze abgeleiteten Größen selbst ist somit unabhängig von derartigen den Bewegungszustand charakterisierenden Größen, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine primäre Aussage über den Zustand des Bodens getroffen werden kann, die beispielsweise nicht bzw. kaum abhängig ist davon, mit welcher Geschwindigkeit der Bodenverdichter sich bei der Durchführung des Verdichtungsvorgangs über den zu verdichtenden Boden bewegt.When using the circumferential length of the insurgency as one of the input variables of the soil model, it is of particular advantage that the circumferential length of the insurgency derived mathematically from the actual state of motion of the soil compactor and the vibrating roller contains parameters characterizing these states of motion, such as the speed of movement of the soil compactor and the rotational speed and the direction of rotation of the unbalance arrangement. The model or the comparison made taking into account such a model with variables derived from the acceleration of a vibrating roller itself is therefore independent of such values Variables characterizing the state of motion, so that the method according to the invention can be used to make a primary statement about the state of the soil, which, for example, is not or hardly dependent on the speed at which the soil compactor moves over the soil to be compacted when carrying out the compaction process.

Bei der Maßnahme c1) kann die Aufstands-Umfangslänge mit einem in einer Bewegungsrichtung des Bodenverdichters einem Aufstandszentrum vorangehenden vorderen Umfangslängenabschnitt und einem in der Bewegungsrichtung des Bodenverdichters dem Aufstandszentrum nachlaufenden hinteren Umfangslängenabschnitt ermittelt werden. Auf der Grundlage einer Länge des vorderen Umfangslängenabschnitts und einer Länge des hinteren Umfangslängenabschnitts kann ein den Zustand des Bodens repräsentierender Asymmetrieparameter gebildet werden. Aufgrund der Bewegung eines Bodenverdichters über den zu verdichtenden Boden entsteht eine derartige Asymmetrie zwischen dem vorderen Umfangslängenabschnitt und dem hinteren Umfangslängenabschnitt. Diese Asymmetrie, also beispielsweise die Differenz zwischen den Längen der beiden Umfangslängenabschnitte oder das Verhältnis der Längen beiden Umfangslängenabschnitte zueinander, hängt ab vom Zustand des Bodens, über welchen ein Bodenverdichter sich bewegt und kann somit auch als ein den Zustand des Bodens charakterisierender Parameter berücksichtigt bzw. aufgezeichnet werden. Dieser Parameter selbst bildet keine durch eine plausible Annahme zu definierende Eingangsgröße des Bodenmodells, sondern kann bei der Ermittlung der Aufstands-Umfangslänge unter Berücksichtigung der vorangehend angegebenen geometrischen Verhältnisse des Bodens und des Bewegungszustandes des Bodenverdichters bzw. der Vibrationswalze auf der Grundlage von Messwerten mathematisch ermittelt werden und stellt beispielsweise eine Größe bereit, welche in Verbindung mit einem oder mehreren als Eingangsgröße für das Modell vorzugebenden Simulationsparametern als den Zustand des Bodens charakterisierend verwendet werden kann bzw. welche auch für eine Plausibilitätsüberprüfung von für das Modell vorgegebenen Simulationsparametern genutzt werden kann.In measure c1), the circumferential length of the contact can be determined with a front circumferential length section preceding a contact center in a direction of movement of the soil compactor and a rear circumferential length section following the center of contact in the direction of movement of the soil compactor. Based on a length of the front peripheral length section and a length of the rear peripheral length section, an asymmetry parameter representing the state of the ground can be formed. Due to the movement of a soil compactor over the soil to be compacted, such an asymmetry arises between the front circumferential length section and the rear circumferential length section. This asymmetry, for example the difference between the lengths of the two circumferential length sections or the ratio of the lengths of the two circumferential length sections to one another, depends on the condition of the soil over which a soil compactor is moving and can therefore also be taken into account or taken into account as a parameter characterizing the condition of the soil. to be recorded. This parameter itself does not form an input variable of the soil model to be defined by a plausible assumption, but can be determined mathematically on the basis of measured values when determining the contact perimeter length, taking into account the above-mentioned geometric conditions of the soil and the state of motion of the soil compactor or vibratory roller and provides, for example, a variable which can be used in conjunction with one or more simulation parameters to be specified as input variables for the model as characterizing the state of the soil or which can also be used for a plausibility check of simulation parameters specified for the model.

Der Elastizitätsmodul eines Bodens ist eine dessen Zustand, insbesondere Verdichtungszustand, wesentlich charakterisierende physikalische Größe und kann daher gemäß einem vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Simulationsparameter des Bodenmodells bilden.The modulus of elasticity of a soil is a physical variable that essentially characterizes its state, in particular its compaction state, and can therefore form a simulation parameter of the soil model according to an advantageous aspect of the present invention.

Beim Überfahren eines zu verdichtenden Bodens mit einem Bodenverdichter wird dieser Boden komprimiert, wobei der Boden eine der Belastung durch den Bodenverdichter und somit eine der Kompression entgegenwirkende Reaktionskraft erzeugt. In dem erfindungsgemäß aufzustellenden Bodenmodell kann daher ein wenigstens durch einen Feder-Kraftanteil und einen Dämpfer-Kraftanteil repräsentiertes Boden-Verformungsverhalten berücksichtigt werden, und die Maßnahme c) kann unter Berücksichtigung eines derartigen Verformungsverhaltens eine Maßnahme c2) umfassen zum Ermitteln des Feder-Kraftanteils, und kann eine Maßnahme c3) umfassen zum Ermitteln des Dämpfer-Kraftanteils. Es ist darauf hinzuweisen, dass in einem derartigen Bodenmodell auch andere das Verformungsverhalten beeinflussenden Größen, wie zum Beispiel die Masse des verformten Bodens, Berücksichtigung finden können.When a soil to be compacted is driven over with a soil compactor, this soil is compressed, with the soil generating a reaction force counteracting the loading by the soil compactor and thus a reaction force. In the soil model to be set up according to the invention, a soil deformation behavior represented at least by a spring force component and a damper force component can therefore be taken into account, and measure c) can include a measure c2), taking into account such a deformation behavior, for determining the spring force component, and can include a measure c3) to determine the damper force component. It should be pointed out that in such a soil model, other parameters that influence the deformation behavior, such as the mass of the deformed soil, can also be taken into account.

Bei der Maßnahme c2) kann der Feder-Kraftanteil in Abhängigkeit von dem Boden-Elastizitätsmodul und der Aufstands-Umfangslänge ermittelt werden. Auch bei der Maßnahme c3) kann der Dämpfer-Kraftanteil in Abhängigkeit von dem Boden-Elastizitätsmodul und der Aufstands-Umfangslänge, beispielsweise auch in Abhängigkeit vom der Verformung bzw. Eindringung, ermittelt werden. Somit finden zwei das Verhalten des Bodens wesentlich beeinflussende bzw. repräsentierende Größen Eingang in das Bodenmodell.In the case of measure c2), the spring force component can be determined as a function of the soil's modulus of elasticity and the contact's circumferential length. In the case of measure c3), too, the damper force component can be determined as a function of the soil modulus of elasticity and the circumferential length of the contact area, for example also as a function of the deformation or penetration. Thus, two variables that significantly influence or represent the behavior of the soil are included in the soil model.

Um bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu berücksichtigen, dass ein belasteter Boden in einer Belastungsphase und einer Entlastungsphase insbesondere hinsichtlich seines Feder-Kraftanteils sich unterschiedlich verhalten kann, wird weiter vorgeschlagen, dass bei der Maßnahme c2) der Feder-Kraftanteil für einen Vibrationszyklus mit einem ersten Feder-Kraftanteilabschnitt für eine Phase mit zunehmender Eindringtiefe der Vibrationswalze in den Boden und mit einem zweiten Feder-Kraftanteilabschnitt für eine Phase mit abnehmender Eindringtiefe der Vibrationswalze ermittelt wird.In order to take into account in the method according to the invention that a loaded soil can behave differently in a loading phase and a relief phase, in particular with regard to its spring force component, it is further proposed that in measure c2) the spring force component for a vibration cycle with a first spring -Power share section for a phase with increasing depth of penetration of the vibratory roller into the soil and with a second Spring force portion section is determined for a phase with decreasing penetration depth of the vibrating roller.

Insbesondere kann das unterschiedliche Kraftverhalten dadurch berücksichtigt werden, dass bei der Maßnahme c2) der zweite Feder-Kraftanteilabschnitt unter Berücksichtigung eines Entlastungssteifigkeitsfaktors derart ermittelt wird, dass bei einem Übergang von der Phase abnehmender Eindringtiefe der Vibrationswalze zu einer Außer-Kontakt-Phase der Feder-Kraftanteil und der Dämpfer-Kraftanteil einander im Wesentlichen vollständig kompensieren, wobei in der Außer-Kontakt-Phase die wenigstens eine Vibrationswalze im Wesentlichen nicht in Kontakt mit dem zu verdichtenden Boden ist. Der Entlastungssteifigkeitsfaktor kann einen den Zustand des Bodens repräsentierenden Steifigkeitsparameter bilden. Ein derartiger Entlastungssteifigkeitsfaktor kann somit bei Berücksichtigung grundsätzlich gleicher mathematischer Zusammenhänge für den Feder-Kraftanteil in den beiden Abschnitten in einfacher Art und Weise das unterschiedliche Kraftverhalten zum Ausdruck bringen, wobei die Maßgabe, dass zum Zeitpunkt des Übergangs in die Außer-Kontakt-Phase die beiden Kraftanteile einander kompensieren, eine für die Bestimmung des Entlastungssteifigkeitsfaktors wesentliche Randbedingung darstellt.In particular, the different force behavior can be taken into account in that, in measure c2), the second spring force component section is determined taking into account a relief stiffness factor in such a way that during a transition from the phase of decreasing penetration depth of the vibrating roller to an out-of-contact phase, the spring force component and the damper force component essentially completely compensate each other, wherein in the out-of-contact phase the at least one vibrating roller is essentially not in contact with the soil to be compacted. The unloading stiffness factor can constitute a stiffness parameter representing the condition of the soil. Such a relief stiffness factor can thus express the different force behavior in a simple way, taking into account basically the same mathematical relationships for the spring force component in the two sections, with the proviso that at the time of the transition to the out-of-contact phase the two Force components compensate each other, is an essential boundary condition for determining the unloading stiffness factor.

In dem Bodenmodell können die beiden Kraftanteile, also der Feder-Kraftanteil und der Dämpfer-Kraftanteil, als die Bodenkontaktkraft im Wesentlichen bestimmende Faktoren vorgesehen sein, so dass die Maßnahme c) eine Maßnahme c4) umfassen kann zum Ermitteln der Bodenkontaktkraft für einen Vibrationszyklus auf Grundlage des bei der Maßnahme c2) ermittelten Feder-Kraftanteils und des bei der Maßnahme c3) ermittelten Dämpfer-Kraftanteils.In the soil model, the two force components, i.e. the spring force component and the damper force component, can be provided as factors that essentially determine the soil contact force, so that measure c) can include a measure c4) for determining the soil contact force for a vibration cycle on the basis the spring force component determined in measure c2) and the damper force component determined in measure c3).

Wird bei der Maßnahme e) erkannt, dass die Abweichung des Simulations-Zusammenhangs von dem Mess-Zusammenhang eine vorbestimmte Abweichungsschwelle nicht unterschreitet, was bedeutet, dass bei dem Vergleich zwischen den beiden Zusammenhängen eine zu große Abweichung erkannt wird, können die Maßnahmen c) bis e) unter Veränderung wenigstens eines Simulationsparameters bei Durchführung der Maßnahme c) wiederholt werden, bis die Abweichung des Simulations-Zusammenhangs von dem Mess-Zusammenhang die vorbestimmte Abweichungsschwelle unterschreitet. Es kann somit eine iterative Annäherung des aus der Simulation unter Berücksichtigung des Bodenmodells ermittelten Simulations-Zusammenhangs an den ausschließlich unter Berücksichtigung von Messdaten gewonnenen Mess-Zusammenhang vorgenommen werden, bis diese einander im Wesentlichen entsprechen.If it is recognized in measure e) that the deviation of the simulation context from the measurement context does not fall below a predetermined deviation threshold, which means that the comparison between the two contexts detects too great a deviation, measures c) to e) be repeated while changing at least one simulation parameter when carrying out measure c) until the deviation of the simulation context from the measurement context falls below the predetermined deviation threshold. An iterative approximation of the simulation relationship determined from the simulation, taking into account the ground model, to the measurement relationship obtained exclusively taking measurement data into account can thus be undertaken until these essentially correspond to one another.

Um die Übereinstimmung eines unter Berücksichtigung des Bodenmodells erhaltenen Wertes für einen Simulationsparameter mit dem für einen derartigen Wert des Simulationsparameters tatsächlich existierenden Zustand des verdichteten Bodens noch weiter zu verbessern, kann ein Korrelationsfaktor zwischen dem bei der Maßnahme e) als im Wesentlichen den entsprechenden Bodenparameter repräsentierend bestimmten Simulationsparameter und einem Messwert des Bodenparameters des verdichteten Bodens ermittelt werden. Hierzu kann beispielsweise in einem Versuch ein Boden, beispielsweise Asphaltmaterial, verdichtet werden, und nach dem Vorliegen eines aus der Simulation sich ergebenden Wertes für einen oder mehrere Simulationsparameter kann der so bearbeitete Boden unter Laborbedingungen bzw. bei in-situ Vergleichsversuchen untersucht werden, um den tatsächlich existierenden Wert eines entsprechenden Bodenparameters zu ermitteln. Aus der Abweichung zwischen dem aus der Simulation bzw. dem Bodenmodell sich ergebenden Wert und dem messtechnisch beispielsweise im Labor bestimmten Wert kann dann ein diese beiden Werte verknüpfender Korrelationsfaktor bestimmt werden. Liegt ein derartiger Korrelationsfaktor auf der Grundlage einer Untersuchung vor, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erhalt eines Istwertes eines Bodenparameters der bei der Maßnahme e) als im Wesentlichen den entsprechenden Bodenparameter repräsentierend bestimmte Simulationsparameter mit einem derartigen bekannten Korrelationsfaktor verknüpft werden.In order to further improve the correspondence of a value obtained for a simulation parameter, taking into account the soil model, with the condition of the compacted soil that actually exists for such a value of the simulation parameter, a correlation factor can be determined between the value determined in measure e) as essentially representing the corresponding soil parameter Simulation parameters and a measured value of the soil parameter of the compacted soil are determined. For this purpose, for example, a soil, for example asphalt material, can be compacted in a test, and once a value for one or more simulation parameters resulting from the simulation is available, the soil processed in this way can be examined under laboratory conditions or in in-situ comparative tests in order to to determine the actually existing value of a corresponding soil parameter. A correlation factor linking these two values can then be determined from the deviation between the value resulting from the simulation or the soil model and the value determined by measurement, for example in the laboratory. If such a correlation factor is available on the basis of an investigation, the method according to the invention for obtaining an actual value of a soil parameter can link the simulation parameter determined in measure e) as essentially representing the corresponding soil parameter to such a known correlation factor.

Um die bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Informationen über den Zustand des verdichteten Bodens noch während des Verdichtungsbetriebs berücksichtigen zu können, können die Maßnahmen a) bis e) während der Bewegung des Bodenverdichters bei Durchführung eines Verdichtungsvorgangs wiederholt durchgeführt werden. Die Information über den Zustand des Bodens kann dann in Echtzeit in einem Regelprozess dazu genutzt werden, einen Bodenverdichter derart zu betreiben, dass für den zu verdichtenden Boden Bodenparameter erhalten werden, welche vor Durchführung des Verdichtungsvorgangs aufgestellte Anforderungen erfüllen.In order to be able to take into account the information about the state of the compacted soil provided when carrying out the method according to the invention during the compaction operation, measures a) to e) can be carried out repeatedly during the movement of the soil compactor when carrying out a compaction process. The information about the The condition of the soil can then be used in real time in a control process to operate a soil compactor in such a way that soil parameters are obtained for the soil to be compacted, which meet the requirements set before the compaction process is carried out.

Insbesondere für die Zwecke der Qualitätssicherung kann bei Durchführung eines Verdichtungsvorgangs ein Datensatz mit einer Mehrzahl von Positionen an dem zu verdichtenden Boden und dem in Zuordnung dazu jeweils bestimmten Wert des wenigstens einen bei Durchführung der Maßnahmen a) bis e) als im Wesentlichen einen Bodenparameter repräsentierend bestimmten Simulationsparameters erzeugt werden. Ein derartiger Datensatz kann dann als Grundlage für die Dokumentation eines durchgeführten Verdichtungsvorgangs genutzt werden.In particular for the purposes of quality assurance, when carrying out a compaction process, a data set with a plurality of positions on the soil to be compacted and the value determined in association therewith of the at least one when carrying out measures a) to e) can be determined as essentially representing a soil parameter Simulation parameters are generated. Such a data record can then be used as a basis for the documentation of a compression process that has been carried out.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1

eine Seitenansicht eines in vereinfachter Form dargestellten Bodenverdichters;

Fig. 2

ein Diagramm, das die im Verlaufe eines Vibrationszyklus an einer Vibrationswalze des Bodenverdichters der Fig. 1 auftretenden Beschleunigungen orthogonal zu einer Oberfläche eines zu verdichtenden Bodens und parallel zu dieser Oberfläche darstellt;

Fig. 3

ein aus dem Diagramm der Fig. 2 abgeleitetes Arbeitsdiagramm mit der über einem Schwingweg der Vibrationswalze in einer Arbeitsrichtung aufgetragenen Bodenkontaktkraft;

Fig. 4

die Bewegung der Vibrationswalze des Bodenverdichters der Fig. 1 über mehrere Vibrationszyklen hinweg;

Fig. 5

ein physikalisches Ersatzmodell eines zu verdichtenden Bodens;

Fig. 6

eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung eines Simulations-Zusammenhangs zwischen der Bodenkontaktkraft und dem Schwingweg der Vibrationswalze in der Arbeitsrichtung.

The present invention is described below with reference to the accompanying figures. It shows:

1

a side view of a soil compactor shown in simplified form;

2

a diagram that during a vibration cycle on a vibratory roller of the soil compactor 1 accelerations occurring orthogonal to a surface of a soil to be compacted and parallel to this surface;

3

one from the diagram of the 2 Derived working diagram with the ground contact force plotted against a vibration path of the vibrating roller in a working direction;

4

the movement of the vibratory roller of the soil compactor 1 over several vibration cycles;

figure 5

a physical substitute model of a soil to be compacted;

6

one of the 3 Corresponding representation of a simulation relationship between the ground contact force and the vibration path of the vibratory roller in the working direction.

In Fig. 1 ist ein Bodenverdichter allgemein mit 10 bezeichnet. Der sich in einer Bewegungsrichtung B auf einem zu verdichtenden Boden 12 bewegende Bodenverdichter 10 ist mit einem Hinterwagen 14 und einem schwenkbar daran getragenen Vorderwagen 16 aufgebaut. Am Hinterwagen 14 sind ein Antriebsaggregat und durch dieses zum Bewegen des Bodenverdichters 10 in der Bewegungsrichtung B bzw. entgegengesetzt zu dieser Richtung angetriebene Antriebsräder 18 vorgesehen. Ferner ist am Hinterwagen 14 ein Bedienstand 20 für eine den Bodenverdichter 10 bedienende Bedienperson vorgesehen. Aus dem Bedienstand heraus kann die Bedienperson den Bodenverdichter 10 zur Durchführung eines Verdichtungsvorgangs betreiben, wobei der Bedienperson an einer Anzeigeeinheit 22 für den Verdichtungsvorgang relevante Informationen angezeigt werden können.In 1 a soil compactor is generally denoted by 10 . The soil compactor 10 moving in a movement direction B on a soil 12 to be compacted is constructed with a rear carriage 14 and a front carriage 16 pivotably carried thereon. A drive assembly and drive wheels 18 driven by it for moving the soil compactor 10 in the direction of movement B or opposite to this direction are provided on the rear carriage 14 . Furthermore, an operator's stand 20 for an operator operating the soil compactor 10 is provided on the rear vehicle 14 . From the control station, the operator can operate the soil compactor 10 to carry out a compaction process, with information relevant to the compaction process being able to be displayed to the operator on a display unit 22 .

Am Vorderwagen 16 ist als Verdichtungswerkzeug eine Verdichterwalze bzw. Vibrationswalze 24 um eine zur Zeichenebene der Fig. 1 orthogonal stehende Walzendrehachse W drehbar getragen. In den beiden axialen Endbereichen der Verdichterwalze 24 bzw. eines Mantels 26 derselben ist diese über elastische Aufhängungsanordnungen am Vorderwagen 16 derart aufgehängt, dass die Vibrationswalze 24 bezüglich des Vorderwagens 16 quer zur Walzendrehachse W ausgelenkt werden kann. Der Verdichterwalze 24 kann ein Antriebsmotor zugeordnet sein zum Antreiben derselben zur Rotation um die Walzendrehachse W.On the front end 16 as a compression tool is a compactor roller or vibrating roller 24 to a plane of the 1 orthogonal roll axis of rotation W rotatably supported. In the two axial end regions of the compactor roller 24 or a casing 26 thereof, it is suspended via elastic suspension arrangements on the front carriage 16 in such a way that the vibrating roller 24 can be deflected transversely to the roller axis of rotation W with respect to the front carriage 16 . A drive motor can be assigned to the compactor roller 24 in order to drive it to rotate about the roller axis of rotation W.

Eine derartige Auslenkung der Vibrationswalze 24 kann durch eine im Inneren derselben angeordnete Unwuchtanordnung 28 mit wenigstens einer um die Walzendrehachse W zur Drehung antreibbaren Unwuchtmasse mit zur Walzendrehachse W exzentrischem Massenschwerpunkt hervorgerufen werden. Die Rotation der Unwuchtanordnung 28 um die Walzendrehachse W und die dabei auftretenden und auf die Vibrationswalze 24 übertragenen, orthogonal zur Walzendrehachse W wirkenden Fliehkräfte erzeugen eine periodische Auslenkung der Vibrationswalze 24 bezüglich des Vorderwagens 16. Diese Auslenkung bzw. die auf die Vibrationswalze 24 bei Rotation der Unwuchtanordnung 28 wirkenden Kräfte können durch der Vibrationswalze 24 zugeordnete Beschleunigungssensoren 30, 32 erfasst werden. Dabei kann der Beschleunigungssensor 30 zum Erfassen einer Vertikalbeschleunigung a_z ausgebildet bzw. angeordnet sein, also einer Beschleunigung, welche im Wesentlichen orthogonal zur Oberfläche des zu verdichtenden Bodens 12 gerichtet ist. Der Beschleunigungssensor 32 kann zur Erfassung einer translatorischen Horizontalbeschleunigung a_x ausgebildet bzw. angeordnet sein, also einer Beschleunigung, welche im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des zu verdichtenden Bodens 12 gerichtet ist. Beispielsweise können die beiden Beschleunigungssensoren 30, 32 an einer Lagerschale eines die Vibrationswalze 24 in einem ihrer axialen Endbereiche bezüglich des Vorderwagens 16 drehbar lagernden Lagers vorgesehen sein. Es ist darauf hinzuweisen, dass beispielsweise auch an beiden axialen Endbereichen der Vibrationswalze 24 ein derartiges Paar aus Beschleunigungssensoren 30, 32 vorgesehen sein kann, um die auf die Vibrationswalze 24 wirkenden Beschleunigungen bzw. Kräfte in beiden axialen Endbereichen erfassen zu können.Such a deflection of the vibrating roller 24 can be caused by an unbalanced arrangement 28 arranged in the interior of the same, having at least one unbalanced mass which can be driven to rotate about the roller axis of rotation W and whose center of mass is eccentric to the axis of rotation W of the roller. The rotation of the unbalanced arrangement 28 about the roller axis of rotation W and the centrifugal forces that occur and are transmitted to the vibrating roller 24 and act orthogonally to the roller axis of rotation W produce a periodic deflection of the vibrating roller 24 with respect to the front end 16. This deflection or the forces acting on the vibrating roller 24 when the unbalance arrangement 28 rotates can be detected by the acceleration sensors 30, 32 assigned to the vibrating roller 24. In this case, the acceleration sensor 30 can be designed or arranged to detect a vertical acceleration a _z , ie an acceleration which is directed essentially orthogonally to the surface of the soil 12 to be compacted. The acceleration sensor 32 can be designed or arranged to detect a translational horizontal acceleration a _x , ie an acceleration which is directed essentially parallel to the surface of the soil 12 to be compacted. For example, the two acceleration sensors 30 , 32 can be provided on a bearing shell of a bearing that supports the vibration roller 24 in one of its axial end regions so that it can rotate with respect to the front end 16 . It should be pointed out that such a pair of acceleration sensors 30, 32 can also be provided on both axial end areas of the vibrating roller 24 in order to be able to detect the accelerations or forces acting on the vibrating roller 24 in both axial end areas.

Die Fig. 2 veranschaulicht die durch die Beschleunigungssensoren 30, 32 im Verlaufe eines Vibrationszyklus, also beispielsweise einer vollständigen Umdrehung der Unwuchtanordnung 28, auftretende Vertikalbeschleunigung a_z und Horizontalbeschleunigung a_x. Dabei zeigt das Diagramm der Fig. 2 einen Betriebszustand, bei welchem aufgrund der durch die Unwuchtanordnung 28 generierten Kräfte die Vibrationswalze 24 periodisch bei jedem Vibrationszyklus vom zu verdichtenden Boden 12 zeitweilig abhebt und darauffolgend wieder auf diesen aufschlägt und dabei in den zu verdichtenden Boden 12 eindringt.the 2 1 shows the vertical acceleration a _z and horizontal acceleration a _x occurring through the acceleration sensors 30, 32 in the course of a vibration cycle, ie, for example, a complete revolution of the unbalanced mass arrangement 28. The diagram shows the 2 an operating state in which, due to the forces generated by the unbalance arrangement 28, the vibrating roller 24 periodically lifts off the soil 12 to be compacted during each vibration cycle and then hits it again, thereby penetrating into the soil 12 to be compacted.

Zum Zeitpunkt t₁ hebt die Vibrationswalze 24 vom zu verdichtenden Boden 12 ab, so dass die auf die Vibrationswalze 24 wirkende Kraft im Wesentlichen bestimmt ist aus dem Produkt der Masse der Vibrationswalze 24 und der zu jedem Zeitpunkt auftretenden Beschleunigung sowie aus der Kraft aus der Vibrationserregung und aus der statischen Achslast. Zum Zeitpunkt t₂ kommt die Vibrationswalze 24 wieder in Kontakt mit dem zu verdichtenden Boden 12 und dringt im Verlaufe dieser Bewegung zunehmend in den Boden 12 ein und verdichtet diesen dabei. In dieser Phase, in welcher die Vibrationswalze 24 in Kontakt mit dem Boden 12 ist, also zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₁, wirkt zwischen dem Boden 12 und der Vibrationswalze 24 eine Bodenkontaktkraft F_b, welche wesentlich auch bestimmt ist durch die vom Boden 12 auf die durch die Vibrationswalze 24 ausgeübte Belastung generierte Reaktion. Mit zunehmendem Eindringen der Vibrationswalze 24 in den zu verdichtenden Boden 12 nimmt die Bodenkontaktkraft F_b zu, bis zu einem Zeitpunkt t₃ die Bodenkontaktkraft F_b ihren maximalen Wert F_bmax erreicht. Es ist in Fig. 2 deutlich zu erkennen, dass in dem Zustand maximaler Bodenkontaktkraft F_bmax die Kraft nicht exakt orthogonal zum Boden 12 orientiert ist, sondern leicht nach vorne geneigt ist, was im Wesentlichen darauf zurückzuführen ist, dass der Bodenverdichter 10 sich während eines derartigen Vibrationszyklus in der Bewegungsrichtung B voran bewegt und daher die Vibrationswalze 24 bei ihrer Abwärtsbewegung auf den Boden 12 zu schräg nach vorne gerichtet in diesen eindringt. Die Richtung, welche im Wesentlichen der Ausrichtung der maximalen Bodenkontaktkraft F_b entspricht, wird als Arbeitsrichtung A betrachtet. Eine dazu orthogonal stehende Richtung wird als Normalenrichtung N auf die Arbeitsrichtung A betrachtet.At time t ₁ , vibratory roller 24 lifts off soil 12 to be compacted, so that the force acting on vibratory roller 24 is essentially determined from the product of the mass of vibratory roller 24 and the acceleration occurring at any point in time, as well as from the force from the vibration excitation and from the static axle load. At time t ₂ , the vibrating roller 24 again comes into contact with the soil 12 to be compacted and penetrates in the course of this Movement increasingly into the ground 12 and compacts it. In this phase, in which the vibrating roller 24 is in contact with the ground 12, i.e. between the times t ₂ and t ₁ , a ground contact force F _b acts between the ground 12 and the vibrating roller 24, which is also essentially determined by the force exerted by the ground 12 to the load exerted by the vibratory roller 24 generated reaction. With increasing penetration of the vibrating roller 24 into the soil 12 to be compacted, the soil contact force F _b increases until at a point in time t ₃ the soil contact force F _b reaches its maximum value F _bmax . It is in 2 clearly recognizable that in the state of maximum ground contact force F _bmax the force is not oriented exactly orthogonal to the ground 12, but is slightly inclined forwards, which is essentially due to the fact that the soil compactor 10 moves during such a vibration cycle in the direction of movement B moves forward and therefore the vibratory roller 24 penetrates into the ground 12 directed obliquely forwards during its downward movement. The direction that essentially corresponds to the orientation of the maximum ground contact force F _b is considered to be the working direction A. A direction orthogonal thereto is considered to be the normal direction N to the working direction A.

In Fig. 2 ist weiter zu erkennen, dass über einen Vibrationszyklus hinweg der die Entwicklung der Beschleunigungen darstellende Verlauf bedingt durch die auf der Vibrationswalze 24 ruhende Last des Vorderwagens 16 bzw. auch des Hinterwagens 14 um einen diesen Lastfaktor repräsentierenden, konstanten Versatz V nach unten verschoben ist, wobei auch hier der orthogonal zur Oberfläche des Bodens 12 konstant wirkende Lastanteil berücksichtigt wird.In 2 It can also be seen that over the course of a vibration cycle, the curve representing the development of the accelerations is shifted downwards by a constant offset V, which represents this load factor, due to the load of the front carriage 16 and also of the rear carriage 14 resting on the vibrating roller 24, where here too, the load component acting constantly orthogonally to the surface of the floor 12 is taken into account.

Durch zweimalige Integration der im Diagramm der Fig. 2 für einen Vibrationszyklus dargestellten bzw. messtechnisch erfassten Beschleunigungen kann für jeden Vibrationszyklus ein die Auslenkung s_w der Vibrationswalze 24 in der Arbeitsrichtung A repräsentierender Schwingweg ermittelt werden. Aus dieser für jeden Zeitpunkt eines Vibrationszyklus ermittelbaren Auslenkung s_w der Vibrationswalze 24 und der gleichermaßen für jeden Zeitpunkt des Vibrationszyklus bekannten Bodenkontaktkraft F_b kann ein in Fig. 3 dargestellter Mess-Zusammenhang Z_M zwischen der Bodenkontaktkraft F_b und der Auslenkung s_w ermittelt werden. Dieser Mess-Zusammenhang Z_M stellt ein Arbeitsdiagramm dar, wobei die von der den Mess-Zusammenhang Z_M repräsentierenden Kurve umschlossene Fläche die geleistete Verdichtungsarbeit repräsentiert.By integrating twice in the diagram of 2 For a vibration cycle shown or metrologically recorded accelerations, a vibration path representing the deflection s _w of the vibrating roller 24 in the working direction A can be determined for each vibration cycle. _{An in} 3 displayed measurement relationship Z _M between the ground contact force F _b and the deflection s _w can be determined. This measurement context Z _M represents a work diagram, with the area enclosed by the curve representing the measurement context Z _M representing the compression work performed.

Im Diagramm der Fig. 3 repräsentiert der Zeitpunkt t₁ wieder den Zeitpunkt, zu welchem die Vibrationswalze 24 den Kontakt zum Boden 12 verliert und von diesem abhebt. Zum Zeitpunkt t₂ kommt die Vibrationswalze 24 mit dem Boden 12 wieder in Kontakt. Im Verlaufe der dann erfolgenden Eindringbewegung nimmt die Bodenkontaktkraft F_b zu, bis sie zum Zeitpunkt t₃ ihr Maximum F_bmax erreicht. Zum Zeitpunkt t₄ ist der Zustand eines maximalen Eindringens in den Boden 12 erreicht und es erfolgt eine Bewegungsrichtungsumkehr, bis zum Zeitpunkt t₁ die Vibrationswalze 24 wieder vom Boden 12 abhebt. Somit vollzieht die Vibrationswalze 24 in einem Vibrationszyklus eine Bewegung mit einer Amplitude A_s bezogen auf einen Mittelpunkt der Auslenkung s_w in der Arbeitsrichtung A.In the diagram of 3 represents the time t ₁ again the time at which the vibratory roller 24 loses contact with the ground 12 and lifts off from it. At time t ₂ the vibratory roller 24 comes into contact with the ground 12 again. In the course of the penetration movement that then takes place, the ground contact force F _b increases until it reaches its maximum F _bmax at time t ₃ . At time t ₄ the state of maximum penetration into the soil 12 is reached and the direction of movement is reversed until at time t ₁ the vibrating roller 24 lifts off the soil 12 again. Thus, in a vibration cycle, the vibrating roller 24 performs a movement with an amplitude A _s in relation to a center point of the deflection s _w in the working direction A.

Der in Fig. 3 dargestellte Zusammenhang kann ausgewertet werden, um Information über den Zustand des Bodens 12 zu erlangen. So kann aus der Steigung des näherungsweise linearen Verlaufs des Mess-Zusammenhangs Z_M zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ beispielsweise ein näherungsweiser Zusammenhang mit der Steifigkeit bzw. Belastungssteifigkeit des Bodens und somit auch dem erreichten Verdichtungsgrad hergestellt werden. Wie bereits angeführt, kann aus der vom Mess-Zusammenhang Z_M umschlossenen Fläche auf die Verdichtungsarbeit und somit auch die in den Boden 12 eingebrachte Energie geschlossen werden. Derartige Auswertungen eines Mess-Zusammenhangs Z_M, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, ermöglichen im Zusammenhang mit einer Flächendeckenden Dynamischen Verdichtungs-Kontrolle jedoch nur eine vergleichsweise beschränkte Bereitstellung von Information über den Zustand des Bodens, insbesondere da eine Veränderung von Prozessparametern, wie z. B. der Fahrgeschwindigkeit des Bodenverdichters 12, auch zu einer Veränderung dieses Zusammenhangs und somit zu anderen Auswertungsergebnissen führt.the inside 3 The context shown can be evaluated in order to obtain information about the condition of the floor 12 . From the slope of the approximately linear profile of the measurement relationship Z _M between times t ₂ and t ₃ , for example, an approximate relationship with the stiffness or load stiffness of the soil and thus also the degree of compaction achieved can be established. As already mentioned, the compaction work and thus also the energy introduced into the soil 12 can be inferred from the area enclosed by the measurement context Z _M . Such evaluations of a measurement context Z _M , as shown in 3 is shown, allow only a comparatively limited provision of information about the condition of the soil in connection with a comprehensive dynamic compaction control, especially since a change in process parameters such. B. the driving speed of the soil compactor 12, also leads to a change in this relationship and thus to other evaluation results.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, unter Berücksichtigung eines derartigen Mess-Zusammenhangs Z_M, wie er für einen Vibrationszyklus in Fig. 3 dargestellt ist, eine umfassendere und präzisere Aussage über den Zustand des Bodens 12 treffen zu können. Die hierfür erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen werden im Folgenden erläutert.The present invention aims to, taking into account such a measurement relationship Z _M as it is for a vibration cycle in 3 is shown to be able to make a more comprehensive and precise statement about the state of the floor 12 . The measures provided for this according to the invention are explained below.

Die Fig. 4 zeigt die Bewegung der Vibrationswalze 24 während mehrerer aufeinanderfolgender Vibrationszyklen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass derartige Vibrationszyklen im Vergleich zu der Abrollbewegung der Vibrationswalze 24 vergleichsweise kurzzeitige Ereignisse sind. Die Unwuchtanordnung 28 rotiert mit einer Drehzahl von mehreren 10 Umdrehungen pro Sekunde, während eine vollständige Umdrehung der Vibrationswalze 24 bei der Bewegung des Bodenverdichters 10 in der Bewegungsrichtung B im Allgemeinen mehrere Sekunden in Anspruch nimmt. Dies bedeutet, dass während einer vollständigen Umdrehung der Vibrationswalze 24 die Anzahl der Vibrationszyklen im Bereich von 100 oder mehr liegen kann. Dies wiederum bedeutet, dass die während jedes Vibrationszyklus auftretende Abrollbewegung bzw. Rotation der Vibrationswalze 24 vernachlässigt werden kann.the 4 Figure 12 shows the movement of the vibrating roller 24 during several consecutive vibrating cycles. It must be taken into account here that such vibration cycles are comparatively brief events in comparison to the rolling movement of the vibrating roller 24 . The unbalance arrangement 28 rotates at a speed of several tens of revolutions per second, while a complete revolution of the vibrating roller 24 during the movement of the soil compactor 10 in the direction of movement B generally takes several seconds. This means that during one complete revolution of the vibrating roller 24, the number of vibrating cycles can be in the range of 100 or more. This in turn means that the rolling movement or rotation of the vibration roller 24 occurring during each vibration cycle can be neglected.

In Fig. 4 zeigt die Kurve K die Bewegung des Mittelpunktes der Vibrationswalze 24, also der Walzendrehachse W, im Verlaufe aufeinanderfolgender Vibrationszyklen in der Horizontalrichtung x und der Vertikalrichtung z. Diese Bewegung setzt sich im Wesentlichen zusammen aus der durch den Betrieb der Unwuchtanordnung 28 hervorgerufenen periodischen Auf-Ab- bzw. Vorwärts-Rückwärts-Bewegung der Vibrationswalze 24 und der dieser im Wesentlichen einer Orbitalbewegung der Walzendrehachse W entsprechenden Bewegung überlagerten Bewegung des Bodenverdichters 10 und damit auch der Vibrationswalze 24 in der Bewegungsrichtung B. Deutlich zu erkennen ist ein bei einer derartigen periodisch abhebenden Bewegung der Vibrationswalze 24 auftretendes Bewegungsmuster, bei welchem bei jedem zweiten Vibrationszyklus die Vibrationswalze 24 stärker vom Boden 12 abhebt als in einem jeweils dazwischen liegenden Vibrationszyklus. Ein derartiges Bewegungsmuster wird vor allem dann auftreten, wenn eine vergleichsweise starke Verdichtung des Bodens 12 erreicht ist. Bei vergleichsweise wenig verdichtetem Boden 12 kann in jeder Periode der Bewegung der Vibrationswalze 24 diese den gleichen Bewegungsverlauf aufweisen, also im wesentlichen auch in gleichem Ausmaß vom Boden 12 abheben.In 4 the curve K shows the movement of the center of the vibrating roller 24, ie the roller axis of rotation W, in the course of successive vibration cycles in the horizontal direction x and the vertical direction z. This movement is essentially made up of the periodic up-down or forward-backward movement of vibrating roller 24 caused by the operation of unbalance arrangement 28 and the movement of soil compactor 10 superimposed on this movement, which essentially corresponds to an orbital movement of roller axis of rotation W, and thus also of vibratory roller 24 in the direction of movement B. A movement pattern that occurs with such a periodically lifting movement of vibratory roller 24 can be clearly seen, in which in every second vibration cycle the vibratory roller 24 is lifted off the ground 12 more than in an intervening vibration cycle. Such a movement pattern will primarily occur when a comparatively strong compaction of the ground 12 has been reached. At comparatively Little compacted soil 12 can have the same course of movement in each period of movement of the vibrating roller 24, ie lift off the soil 12 essentially to the same extent.

Der Verlauf der Kurve K kann rechnerisch bestimmt werden aus den durch die Beschleunigungssensoren 30, 32 erfassten Beschleunigungen a_z und a_x und der beispielsweise auch messtechnisch erfassten Geschwindigkeit, mit welcher der Bodenverdichter 10 sich in der Bewegungsrichtung B bewegt. Während die durch die Bewegung der Unwuchtanordnung 28 hervorgerufene Bewegung der Vibrationswalze 24 durch die zweifache Integration des aus den gemessenen Beschleunigungen sich ergebenden Verlaufs abgeleitet werden kann, kann die dieser Bewegung überlagerte Bewegung in der Bewegungsrichtung B durch Multiplizieren der bekannten bzw. erfassten Geschwindigkeit des Bodenverdichters 10 mit der Zeit ermittelt werden, so dass für jeden Zeitpunkt der durch die Kurve K repräsentierte Ort und die Bewegungsrichtung des Zentrums der Verdichterwalze 24 bekannt sind.The course of the curve K can be determined arithmetically from the accelerations a _z and a _x detected by the acceleration sensors 30, 32 and the speed at which the soil compactor 10 moves in the direction of movement B, also detected by measurement, for example. While the movement of the vibrating roller 24 caused by the movement of the unbalance arrangement 28 can be derived by integrating the curve resulting from the measured accelerations twice, the movement superimposed on this movement in the direction of movement B can be derived by multiplying the known or recorded speed of the soil compactor 10 can be determined over time, so that the location represented by the curve K and the direction of movement of the center of the compactor roller 24 are known for each point in time.

Mit der unter Berücksichtigung der Beschleunigungen a_z und a_x und der Bewegungsgeschwindigkeit des Bodenverdichters 10 in der Bewegungsrichtung B ermittelte Kurve K bzw. der durch diese repräsentierten Bewegung der Vibrationswalze 24 während der aufeinanderfolgenden Vibrationszyklen wird es möglich, unter Berücksichtigung der Geometrie des zu verdichtenden Bodens 12 für jeden Vibrationszyklus eine in Fig. 4 durch die Größe 2b repräsentierte Aufstands-Umfangslänge der Vibrationswalze 24 im Verlaufe eines jeweiligen Vibrationszyklus, also beim Eindringen und der Zurückbewegung der Vibrationswalze 24 in den Boden 10, rechnerisch zu ermitteln.With the curve K determined taking into account the accelerations a _z and a _x and the movement speed of the soil compactor 10 in the direction of movement B, or the movement of the vibrating roller 24 represented by it during the successive vibration cycles, it is possible to take into account the geometry of the soil to be compacted 12 for each vibration cycle one in 4 by the variable 2b represented contact circumferential length of the vibrating roller 24 in the course of a respective vibration cycle, ie when penetrating and moving back the vibrating roller 24 in the ground 10 to be determined by calculation.

Die Fig. 4 zeigt anhand des im letzten dargestellten Vibrationszyklus mit Strichlinie angedeuteten Verlaufs der Oberfläche des Bodens 12, dass dieser Verlauf vor dem Auftreffen der Vibrationswalze 24 auf den Boden 12 im letzten dargestellten Vibrationszyklus im Wesentlichen definiert ist durch einen rechts erkennbaren, im Wesentlichen geradlinigen Abschnitt des noch nicht durch die Vibrationswalze 24 beaufschlagten Bodens 12, und einen kreissegmentartig gekrümmten Abschnitt, welcher sich aus dem letzten vollständigen Vibrationszyklus und der dabei auftretenden Verformung des Bodens 12 ergibt. Die Berührungslinie S dieser beiden Abschnitte der Oberfläche des Bodens 10 repräsentiert den Bereich, in welchem zum Zeitpunkt t₂ die Vibrationswalze 24 im letzten dargestellten Vibrationszyklus in Kontakt mit dem Boden 12 tritt.the 4 shows on the basis of the course of the surface of the soil 12 indicated by a dashed line in the last vibration cycle shown that this course before the vibrating roller 24 hits the soil 12 in the last vibration cycle shown is essentially defined by an essentially straight section of the not yet visible on the right soil 12 acted upon by the vibrating roller 24, and a section curved in the manner of a segment of a circle, which results from the last complete vibration cycle and the deformation of the floor 12 that occurs in the process. The line of contact S of these two sections of the surface of the soil 10 represents the area in which the vibratory roller 24 comes into contact with the soil 12 at time t ₂ in the last vibration cycle shown.

Ausgehend von einem näherungsweise linienartigen Kontakt im Bereich S über die gesamte axiale Länge der Vibrationswalze 24 bzw. des Walzenmantels 26 derselben nimmt die Aufstands-Umfangslänge 2b im Verlaufe der Eindringbewegung der Vibrationswalze 24 in den Boden 12, also im Wesentlichen zwischen dem Zeitpunkt t₂ und dem Zeitpunkt t₄, zu welchem die maximale Eindringtiefe erreicht ist, zu. Das Produkt aus der Aufstands-Umfangslänge 2b und der axialen Länge 2a des Walzenmantels 26 ergibt für jeden Zeitpunkt der Eindringbewegung die Fläche, über welche die Vibrationswalze 24 mit dem zu verdichtenden Boden 12 in Kontakt ist.Starting from an approximately linear contact in area S over the entire axial length of the vibrating roller 24 or the roller shell 26 of the same, the circumferential contact length 2b increases in the course of the penetration movement of the vibrating roller 24 into the soil 12, i.e. essentially between the time t ₂ and the point in time t ₄ at which the maximum penetration depth is reached. The product of the contact circumferential length 2b and the axial length 2a of the roller shell 26 gives the area over which the vibrating roller 24 is in contact with the soil 12 to be compacted for each point in time of the penetrating movement.

Diese Fläche bzw. die Aufstands-Umfangslänge 2b kann aufgrund des Umstandes, dass mit der Kurve K bekannt ist, wie die Vibrationswalze 24 sich bewegt, und dass, wie die Fig. 4 dies zeigt, grundsätzlich bekannt ist bzw. angenommen werden kann, welche Geometrie der Boden 12 in demjenigen Bereich aufweist, in welchem die Vibrationswalze 24 bei einem jeweiligen Vibrationszyklus mit diesem in Kontakt tritt, mathematisch ermittelt werden. Dabei kann in einer vereinfachenden Annahme unterstellt werden, dass die Vibrationswalze 24 im Verlaufe eines Vibrationszyklus über deren axiale Länge hinweg gleichmäßig in Kontakt mit dem Boden 12 tritt und somit gleichmäßig in diesen eindringt. Weiter kann als vereinfachende Annahme unterstellt werden, dass im Verlaufe eines vollständigen Vibrationszyklus nach dem Erreichen des Zeitpunkts t₁ beim Übergang von einer Entlastung zu einem Kontaktverlust im Mess-Zusammenhang Z_M der Fig. 3, der Boden 12 seine Form im Wesentlichen beibehält. Bei komplexeren Modellen kann auch messtechnisch bzw. rechnerisch berücksichtigt werden, dass die Vibrationswalze 24 taumelt, also an beiden axialen Enden nicht gleichartig in den Boden 12 eindringt, was beispielsweise dadurch erfasst werden kann, dass in Zuordnung zu beiden axialen Enden der Vibrationswalze 24 jeweilige Sensoren 30, 32 vorgesehen sind. Es kann dann auch rechnerisch berücksichtigt werden, dass über die axiale Länge der Vibrationswalze 24 hinweg diese in verschiedenem Ausmaß in den Boden 12 eindringt und somit über die Länge der Vibrationswalze 24 hinweg sich unterschiedliche Aufstands-Umfangslängen 2b ergeben.This area or the contact perimeter length 2b can due to the fact that is known with the curve K, as the vibrating roller 24 moves, and that, as the 4 this shows that it is fundamentally known or can be assumed which geometry the floor 12 has in that area in which the vibrating roller 24 comes into contact with it in a respective vibration cycle, can be determined mathematically. It can be assumed in a simplifying assumption that the vibration roller 24 comes into contact with the soil 12 uniformly over its axial length over the course of a vibration cycle and thus penetrates it uniformly. It can also be assumed as a simplifying assumption that in the course of a complete vibration cycle after time t ₁ has been reached during the transition from a relief to a loss of contact in the measurement context Z _M of the 3 , the bottom 12 retains its shape substantially. In the case of more complex models, it can also be taken into account metrologically or mathematically that the vibratory roller 24 wobbles, i.e. does not penetrate the soil 12 in the same way at both axial ends, which can be detected, for example, by the fact that respective sensors are assigned to both axial ends of the vibratory roller 24 30, 32 are provided. It can then also be taken into account mathematically that over the axial length of the vibrating roller 24 across this penetrates to different extents in the ground 12 and thus across the length of the vibrating roller 24 different contact perimeter lengths 2b result.

Die Fig. 4 zeigt, dass die Aufstands-Umfangslänge 2b grundsätzlich aufgeteilt ist in zwei bezüglich eines Aufstandszentrums Z nicht symmetrische, also nicht gleich lange Umfangslängenabschnitte b_h und b_v. Dabei ist das Aufstandszentrum Z beispielsweise definiert durch denjenigen Bereich, in welchem beispielsweise im Zustand der maximalen Eindringung eine durch die Walzendrehachse W in der Vertikalrichtung z hindurchlaufende Linie den Boden 12 schneidet. Diese auch aus der Berechnung der Aufstands-Umfangslänge 2b sich ergebende bzw. ableitbare Asymmetrie hinsichtlich der Längen der beiden Umfangslängenabschnitte b_h und b_v gibt Aufschluss über die Schiebewirkung der Vibrationswalze 24 und hängt auch ab vom Verformungsverhalten des Bodens 12 und kann somit genutzt werden, um eine Aussage über den Zustand des Bodens 12 während der Verdichtung zu treffen. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die Kenntnis über diese Asymmetrie alleine aus messtechnisch erfassbaren Größen, nämlich den Beschleunigungen a_z und a_x und der Bewegungsgeschwindigkeit des Bodenverdichters in der Bewegungsrichtung B, unter Verwendung mathematischer Berechnungsmethoden bei Berücksichtigung der geometrischen Verhältnisse des Bodens erhalten werden kann, ohne dass dafür irgendwelche hinsichtlich des Aufbaus des Bodens nicht bekannte Informationen berücksichtigt werden müssen.the 4 shows that the circumferential length of the insurgency 2b is basically divided into two circumferential length sections b _h and b _v that are not symmetrical with respect to a center of insurgency Z, that is, they are not of equal length. The contact center Z is defined, for example, by that area in which, for example, in the state of maximum penetration, a line running through the roller axis of rotation W in the vertical direction z intersects the ground 12 . This asymmetry with regard to the lengths of the two circumferential length sections bh and bv, which also results _from the calculation of the contact circumferential length _2b and can be derived, provides information about the pushing effect of the vibrating roller 24 and also depends on the deformation behavior of the soil 12 and can therefore be used to make a statement about the condition of the soil 12 during compaction. It should be pointed out here that the knowledge of this asymmetry can be obtained solely from measurements that can be recorded, namely the accelerations a _z and a _x and the speed of movement of the soil compactor in the direction of movement B, using mathematical calculation methods taking into account the geometric conditions of the soil, without having to take into account any information not known about the structure of the soil.

Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zum Bereitstellen von Informationen über den Zustand des zu verdichtenden Bodens 12 wird für den Boden ein physikalisches Modell aufgestellt. In dem in Fig. 5 als ein Beispiel dargestellten Bodenmodell nach Kelvin-Voigt ist der Boden repräsentiert durch zwei Kraftanteile. Der Kraftanteil F_b,k entspricht einem Feder-Kraftanteil, welcher im Wesentlichen repräsentiert ist durch eine Federsteifigkeit K_(b). Der Kraftanteil F_b,c entspricht einem Dämpfer-Kraftanteil, welcher im Wesentlichen repräsentiert ist durch einen Dämpfungsparameter C_(b). Die zwischen dem gemäß diesem Modell sich verhaltenden Boden und der Vibrationswalze 24 wirkende Bodenkontaktkraft F_b kann somit als die Summe der beiden Kraftanteile F_b,k und F_b,c berechnet werden. Für das in Fig. 5 dargestellte Bodenmodell können beispielsweise gemäß dem Konusmodell nach Wolf für kompressible Böden die Federsteifigkeit K_(b) und der Dämpfungsparameter C_(b) mit den beiden nachfolgend angegebenen Formeln berücksichtigt werden: $$K_{\left(b\right)}=\frac{G\cdot b}{1-\nu }\cdot \left[\mathrm{3,1}\cdot {\left(\frac{a}{b}\right)}^{\mathrm{0,75}}+\mathrm{1,6}\right]$$

$$C_{\left(b\right)}=4\cdot \sqrt{2\cdot \rho \cdot G\cdot \frac{1-\nu }{1-2\cdot \nu }}\cdot a\cdot b$$

In the procedure according to the invention for providing information about the state of the soil 12 to be compacted, a physical model is set up for the soil. in the in figure 5 The soil model presented as an example according to Kelvin-Voigt is represented by two force components. The force component F _b,k corresponds to a spring force component, which is essentially represented by a spring stiffness K _(b) . The force component F _b,c corresponds to a damper force component, which is essentially represented by a damping parameter C _(b) . The ground contact force F _b acting between the ground behaving according to this model and the vibrating roller 24 can thus be calculated as the sum of the two force components F _b,k and F _b,c . for the inside figure 5 For example, in the soil model shown, the spring stiffness K _(b) and the damping parameter C _(b) can be taken into account with the two formulas given below according to the Wolf cone model for compressible soils: $$K_{\left(b\right)}=\frac{G\cdot \mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="b"\; filenames="imgf0001.png,imgf0003.png"\; state="\{\{state\}\}">b</figure-callout>}}{1-v}\cdot \left[3.1\cdot {\left(\frac{a}{b}\right)}^{0.75}+1.6\right]$$

$$C_{\left(b\right)}=4\cdot \sqrt{2\cdot \rho \cdot G\cdot \frac{1-\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="v"\; filenames="imgf0001.png,imgf0003.png"\; state="\{\{state\}\}">v</figure-callout>}}{1-2\cdot v}}\cdot a\cdot b$$

In diesen Formeln entspricht die Größe b der halben Aufstands-Umfangslänge 2b, deren Verlauf, wie vorangehend mit Bezug auf die Fig. 4 erläutert, für jeden Vibrationszyklus vom Zeitpunkt des Auftreffens der Vibrationswalze 24 auf den Boden 12 bis zum Erreichen des Kontaktverlustes rechnerisch ermittelt werden kann. Die Größe a entspricht der halben axialen Länge 2a der Vibrationswalze 24 bzw. des Walzenmantels 26, so dass das Produkt der halben axialen Länge a der Vibrationswalze 24 mit der im Verlaufe einer Eindringbewegung sich ändernden halben Aufstands-Umfangslänge b im Wesentlichen einem Viertel der Aufstandsfläche, mit welcher zu jedem Zeitpunkt die Vibrationswalze 24 im Verlaufe eines Vibrationszyklus in Kontakt mit dem Boden 12 ist. Die Größe v repräsentiert die Querdehnzahl des Bodens und kann unter der Annahme, dass der in dem Modell zu berücksichtigende Boden kompressibel ist mit einem Wert zwischen 0 und etwa 1/3 angenommen werden. Die Größe ρ entspricht der als näherungsweise konstant angenommenen Dichte des Aufbaumaterials des Bodens.In these formulas, the size b corresponds to half the uprising perimeter length 2b, the course of which, as previously with reference to the 4 explained, can be calculated for each vibration cycle from the point in time at which the vibrating roller 24 hits the ground 12 until the loss of contact is reached. The size a corresponds to half the axial length 2a of the vibrating roller 24 or the roller casing 26, so that the product of half the axial length a of the vibrating roller 24 with half the circumferential contact length b, which changes during the course of a penetrating movement, is essentially a quarter of the contact area, with which at all times the vibratory roller 24 is in contact with the ground 12 during a vibratory cycle. The variable v represents the Poisson's ratio of the soil and can be assumed to have a value between 0 and about 1/3, assuming that the soil to be considered in the model is compressible. The variable ρ corresponds to the density of the building material of the soil, which is assumed to be approximately constant.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass bei Verwendung anderer Modelle auch andere bzw. zusätzliche Größen, wie beispielsweise die Masse des Bodens Berücksichtigung finden können.It should be pointed out at this point that other or additional variables, such as the mass of the floor, can also be taken into account when using other models.

Die allgemein auch als Schubmodul bezeichnete Größe G kann unter Verwendung der folgenden Formel ermittelt werden: $$G=\frac{E_{\mathit{geo}}}{2\cdot \left(1+\nu \right)}$$

wobei die Größe E_geo den Elastizitätsmodul des Bodens wiedergibt.The quantity G, also commonly referred to as the shear modulus, can be determined using the following formula: $$G=\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="E\; geo"\; filenames="imgf0003.png"\; state="\{\{state\}\}">E</figure-callout>}}_{\mathit{geo}}}{2\cdot \left(1+v\right)}$$

where the variable E _geo represents the modulus of elasticity of the soil.

Unter Berücksichtigung dieser Größen a, b, v, p, E_geo können somit die Federsteifigkeit K_(b) und der Dämpfungsparameter C_(b) mit den vorangehend angegebenen Formeln (1), (2) und (3) ermittelt werden. Man erkennt, dass neben den als bekannt angenommenen bzw. rechnerisch ermittelten Größen p, v, a und b in dem vorangehend angeführten Beispiel eines Bodenmodells als wesentliche den Zustand des Bodens charakterisierende Größe dessen Elastizitätsmodul E_geo bzw. der diese Größe berücksichtigende Schubmodul eingeht.Taking these quantities a, b, v, p, E _geo into account, the spring stiffness K _(b) and the damping parameter C _(b) can thus be determined using the formulas (1), (2) and (3) given above. It can be seen that in addition to the variables p, v, a and b that are assumed to be known or calculated, in the above example of a soil model, the essential variable characterizing the condition of the soil is its modulus of elasticity E _geo or the shear modulus that takes this variable into account.

Unter Verwendung einer plausiblen Annahme für den Wert des Elastizitätsmoduls E_geo kann ein in Fig. 6 dargestellter Simulations-Zusammenhang Zs ermittelt werden, welcher beruhend auf dem in Fig. 5 dargestellten Bodenmodell und den anhand der vorangehenden Formeln (1) bis (3) beispielhaft angenommenen Größen Federsteifigkeit K_(b) und Dämpfungsparameter C_(b) ermittelt werden.Using a plausible assumption for the value of the Young's modulus E _geo , an in 6 simulation context Zs shown can be determined, which is based on the in figure 5 shown floor model and the values spring stiffness K _(b) and damping parameters C _(b) assumed by way of example using the preceding formulas (1) to (3).

Zur Ermittlung des in Fig. 6 dargestellten Simulations-Zusammenhangs Zs, welcher unter Berücksichtigung beispielsweise des in Fig. 5 dargestellten und durch die Formeln (1) bis (3) repräsentierten Bodenmodells den Zusammenhang zwischen der Bodenkontaktkraft F_b und der Auslenkung s_w der Vibrationswalze 24 in der Arbeitsrichtung A wiedergibt, werden für einen Vibrationszyklus die Kraftanteile F_b,k und F_b,c unter Verwendung der Formeln (1) und (2) für die Federsteifigkeit K_(b) und den Dämpfungsparameter C_(b) berechnet. Im Zusammenhang mit dem Feder-Kraftanteil F_b,k werden dabei jeweils durch eine Strich-Punkt-Strich-Linie repräsentierte Feder-Kraftanteilabschnitte F₁ und F₂ für eine Phase zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₄ mit zunehmender Eindringtiefe und eine Phase zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₁ mit abnehmender Eindringtiefe ermittelt. Damit kann berücksichtigt werden, dass ein derartiger Boden bei einer Belastung einerseits und einer Entlastung andererseits zueinander unterschiedliche Steifigkeitsverhalten aufweist, was durch das Einführen eines Entlastungssteifigkeitsfaktors für die Entlastungsphase, also die Phase abnehmender Eindringtiefe zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₁, berücksichtigt werden kann.To determine the in 6 simulation context Zs shown, which, taking into account, for example, in figure 5 shown and represented by the formulas (1) to (3) represents the relationship between the ground contact force F _b and the deflection s _w of the vibration roller 24 in the working direction A, for a vibration cycle the force components F _b,k and F _b,c calculated using formulas (1) and (2) for the spring stiffness K _(b) and the damping parameter C _(b) . In connection with the spring force component F _b,k , spring force component sections F ₁ and F ₂ , represented by a dash-dot-dash line, are shown for a phase between times t ₂ and t ₄ with increasing penetration depth and a phase between determined at times t ₄ and t ₁ with decreasing penetration depth. It can thus be taken into account that a soil of this type exhibits different stiffness behavior when loaded on the one hand and unloaded on the other hand, which can be taken into account by introducing a unloading stiffness factor for the unloading phase, i.e. the phase of decreasing penetration depth between times t ₄ and t ₁ .

Der Feder-Kraftanteilsabschnitt F₁ für die Belastungsphase, also die Phase zunehmender Eindringtiefe zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₄, kann durch Multiplikation der Federsteifigkeit K_(b) mit dem Schwingweg in Arbeitsrichtung A über diese Phase zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₄ berechnet werden. Die Fig. 6 zeigt dabei deutlich, dass ein von einem exakt linearen Kraftverlauf abweichender Verlauf erhalten wird. In entsprechender Weise kann der Verlauf für die Phase abnehmender Eindringtiefe zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₁ berechnet werden, wobei zusätzlich der bereits angesprochene Entlastungssteifigkeitsfaktor eingeht, indem das über dieses Zeitintervall zu integrierende Produkte aus Federsteifigkeit K_(b) und Schwinggeschwindigkeit in Arbeitsrichtung A mit dem Entlastungssteifigkeitsfaktor multipliziert wird. Als Randbedingung für den Entlastungssteifigkeitsfaktor ist dabei anzunehmen, dass zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Kontakt zwischen der Vibrationswalze 24 und dem Boden 12 endet, also zum Zeitpunkt t₁, zum Erreichen eines Kräftegleichgewichts der Feder-Kraftanteil F_b,k und der Dämpfer-Kraftanteil F_{b, c} einander kompensieren.The spring force component section F ₁ for the loading phase, i.e. the phase of increasing penetration depth between times t ₂ and t ₄ , can be calculated by multiplying the spring stiffness K _(b) by the oscillation path in working direction A over this phase between times t ₂ and t ₄ be calculated. the 6 clearly shows that a curve deviating from an exactly linear force curve is obtained. The course for the phase of decreasing penetration depth between the times t ₄ and t ₁ can be calculated in a corresponding manner, with the already mentioned unloading stiffness factor also being included, in that the product of the spring stiffness K _(b) and the vibration speed in the working direction A to be integrated over this time interval with is multiplied by the unloading stiffness factor. As a boundary condition for the relief stiffness factor, it can be assumed that at the point in time at which the contact between the vibrating roller 24 and the soil 12 ends, i.e. at point in time t ₁ , the spring force component F b,k and the damper force component F _b,k and the damper Force component F _{b, c} compensate each other.

Der Dämpfer-Kraftanteil F_b,c wird für einen jeweiligen Vibrationszyklus durch die Integration der gegebenenfalls mit einem materialabhängig auszuwählenden Dämpfungsfaktor zu multiplizierenden Produkt aus Dämpfungsparameter C_(b) und Schwinggeschwindigkeit in Arbeitsrichtung A erhalten und ist in Fig. 6 durch die Punkt-Linie zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₁ dargestellt. Deutlich zu erkennen ist dabei, dass zum Zeitpunkt t₄, also dann, wenn die Vibrationswalze 24 in maximalem Ausmaß in den Boden eingedrungen ist, der Dämpfer-Kraftanteil F_b,c Null ist, da in diesem Zustand der Boden 12 in Ruhe ist und somit geschwindigkeitsproportionale Kräfte zu Null werden. Zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₁, also bei einer Entlastung des Bodens 12, wirkt der Dämpfer-Kraftanteil F_b,c dem Feder-Kraftanteil F_b,k entgegen, bis zum Zeitpunkt t₁ diese beiden Kraftanteile F_b,k(t₁) und F_b,c(t₁) sich gegenseitig aufheben.The damper force component F _b,c is obtained for a respective vibration cycle by integrating the product of the damping parameter C _(b) and the vibration speed in the working direction A, which may have to be multiplied by a material-dependent damping factor, and is in 6 represented by the dotted line between times t ₂ and t ₁ . is clearly visible at the time t ₄ , i.e. when the vibrating roller 24 has penetrated the soil to the maximum extent, the damper force component F _b,c is zero, since in this state the soil 12 is at rest and forces are therefore proportional to the speed become zero. Between times t ₄ and t ₁ , i.e. when the floor 12 is relieved, the damper force component F _b,c counteracts the spring force component F _b,k , until time t ₁ these two force components F _b,k (t ₁ ) and F _b,c (t ₁ ) cancel each other out.

Der in Fig. 6 dargestellte Simulations-Zusammenhang Zs, welcher auf der Grundlage des Bodenmodells für einen Vibrationszyklus den Zusammenhang zwischen der Bodenkontaktkraft F_b und der Auslenkung s_w repräsentiert, wird durch das Addieren des Feder-Kraftanteils F_b,k und des Dämpfer-Kraftanteils F_b,c für jede Phase des Vibrationszyklus erhalten. Es ergibt sich somit ein Simulations-Zusammenhang Zs, welcher, was ein Vergleich der Fig. 3 und 6 deutlich zeigt, qualitativ mit dem Mess-Zusammenhang Z_M vergleichbar ist.the inside 6 The simulation context Zs shown, which represents the relationship between the ground contact force F _b and the deflection _sw on the basis of the soil model for a vibration cycle, is obtained by adding the spring force component F _b,k and the damper force component F _b,c obtained for each phase of the vibration cycle. This results in a simulation context Zs, which, what a comparison of 3 and 6 clearly shows that it is qualitatively comparable to the measurement context Z _M .

Durch geeignete Auswahl der in das Bodenmodell eingehenden Größen, insbesondere des Elastizitätsmoduls E_geo, wird es möglich, den Simulations-Zusammenhang Zs so zu beeinflussen bzw. zu verändern, dass dieser dem Mess-Zusammenhang im Wesentlichen entspricht. Hierzu kann sukzessive der Simulations-Zusammenhang Zs unter Verwendung geringfügig veränderter Eingangsgrößen, insbesondere unter Veränderung des einen wesentlichen Simulationsparameter darstellenden Elastizitätsmoduls E_geo, ermittelt werden und beispielsweise in einem Best-Fit-Prozess mit dem Mess-Zusammenhang Z_M verglichen werden. Hierzu können beispielsweise die über die Zeitdauer mindestens eines Vibrationszyklus gemittelte Bodenkontaktkraft F_bmittel, die maximale Bodenkontaktkraft F_bmax im Vibrationszyklus und die von der einen jeweiligen Zusammenhang Z_M bzw. Zs darstellenden Kurve umgrenzte Fläche als Vergleichsparameter miteinander verglichen werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die mittlere Bodenkontaktkraft F_bmittel im Wesentlichen der über die Vibrationswalze ausgeübten statischen Last entspricht, da im Mittel der Bodenverdichter sich weder aufwärts, noch abwärts bewegt.By suitably selecting the variables that go into the soil model, in particular the modulus of elasticity E _geo , it is possible to influence or change the simulation context Zs in such a way that it essentially corresponds to the measurement context. For this purpose, the simulation context Zs can be determined successively using slightly changed input variables, in particular by changing the modulus of elasticity E _geo , which represents an essential simulation parameter, and compared with the measurement context Z _M in a best-fit process, for example. For example, the ground contact force F _bmittel averaged over the duration of at least one vibration cycle, the maximum ground contact force F _bmax in the vibration cycle and the area delimited by the curve representing a respective relationship Z _M or Zs can be compared as comparison parameters. It should be noted that the average ground contact force F _bmittel essentially corresponds to the static load exerted by the vibrating roller, since on average the soil compactor moves neither up nor down.

Wird für jeden dieser Vergleichsparameter eine unter einer dafür jeweils vorgegebenen Schwelle liegende Abweichung erkannt, wird festgestellt, dass diese beiden Zusammenhänge Zs und Z_M einander im Wesentlichen entsprechen, also die Abweichung zwischen diesen eine vorbestimmte Abweichungsschwelle unterschreitet. Somit kann bestimmt werden, dass das zum Erhalt eines derartigen Simulations-Zusammenhangs verwendete Bodenmodell mit den dabei berücksichtigten Simulationsparametern den mit dem Bodenverdichter 10 verdichteten Boden mit hoher Genauigkeit wiedergibt. Es kann dann weiter bestimmt werden, dass ein oder mehrere der in dem Modell berücksichtigten Simulationsparameter, wie z. B. der Elastizitätsmodul E_geo, den entsprechenden Bodenparameter des Bodens 12 tatsächlich repräsentiert. In diesem Zustand kann dann ein derartiger Simulationsparameter im Rahmen einer Flächendeckenden Dynamischen Verdichtungs-Kontrolle als den Zustand des Bodens repräsentierender Parameter gespeichert werden. Auch andere dabei im Bodenmodell berücksichtigte Größen, wie z. B. der Entlastungssteifigkeitsfaktor oder der Dämpfungsfaktor, können im Zusammenhang mit dem Elastizitätsmodul als den Boden beschreibende Parameter gespeichert werden, selbstverständlich im Zusammenhang mit dem Ort, an welchem während eines jeweiligen Vibrationszyklus der Bodenverdichter 10 sich befindet. Auch weitere Größen, wie z. B. die vorangehend angesprochene Asymmetrie der Aufstands-Umfangslänge 2b können für die Auswertung bzw. die Beurteilung der Qualität des Bodens 12 aufgezeichnet werden.If a deviation below a predetermined threshold is detected for each of these comparison parameters, it is determined that these two relationships Zs and Z _M essentially correspond to one another, ie the deviation between them falls below a predetermined deviation threshold. It can thus be determined that the soil model used to obtain such a simulation context, with the simulation parameters taken into account, reproduces the soil compacted with the soil compactor 10 with a high level of accuracy. It can then be further determined that one or more of the simulation parameters considered in the model, such as e.g. B. the modulus of elasticity E _geo , the corresponding soil parameter of the soil 12 actually represents. In this state, such a simulation parameter can then be stored as a parameter representing the state of the soil as part of a comprehensive dynamic compaction control. Other variables taken into account in the soil model, such as e.g. the unloading stiffness factor or the damping factor, can be stored in connection with the modulus of elasticity as parameters describing the soil, of course in connection with the location at which the soil compactor 10 is located during a particular vibration cycle. Other sizes such as B. the previously mentioned asymmetry of the uprising perimeter length 2b can be recorded for the evaluation or assessment of the quality of the soil 12.

Auch weitere Größen, wie z. B. die Setzung des Bodens 12, also der Höhenunterschied zwischen dem Boden 12 vor dem Kontakt mit der Vibrationswalze 24 und danach, oder die durch inkrementelle Aufsummierung der wirkenden Kraft bzw. der vorhandenen Kontaktfläche entstehende Kontaktspannung können mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise beruhend auf der vorangehend beschriebenen Berechnung der Eindringbewegung der Vibrationswalze 24 in den Boden 12 ermittelt und aufgezeichnet bzw. bei der Ermittlung des Simulation-Zusammenhangs Zs berücksichtigt werden und beispielsweise auch als Simulationsparameter variiert werden. Aus den bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ermittelten bzw. berechneten Größen kann ferner beispielsweise aus der zur Arbeitsrichtung A orthogonalen Beschleunigung der Vibrationswalze 24 in der Normalenrichtung N die Phasenlage bzw. auch die Drehdichtung der Unwuchtanordnung 28 abgeleitet werden, beispielsweise wenn diese nicht messtechnisch erfasst wird. Alternativ oder zusätzlich kann insbesondere zur Bereitstellung von Information über die Phasenlage, also die Drehpositionierung, der Unwuchtanordnung 28 dieser ein Sensor zugeordnet sein, dessen Ausgangssignal die Phasenlage und damit auch die Drehrichtung der Unwuchtanordnung 28 reflektiert. Diese Information kann beispielsweise auch einfließen in die Erstellung des in Figur 3 dargestellten Mess-Zusammenhangs Z_M.Other sizes such as B. the settlement of the ground 12, i.e. the difference in height between the ground 12 before contact with the vibrating roller 24 and afterwards, or the contact stress resulting from incremental summation of the acting force or the existing contact area can be calculated with the procedure according to the invention based on the previously described Calculation of the penetration movement of the vibrating roller 24 into the ground 12 is determined and recorded or taken into account in the determination of the simulation context Zs and, for example, also varied as a simulation parameter. From the variables determined or calculated in the procedure according to the invention, the Phase position or the rotary seal of the unbalanced arrangement 28 can be derived, for example if this is not detected by measurement. Alternatively or additionally, in order to provide information about the phase position, ie the rotational positioning, the unbalanced arrangement 28 can be assigned a sensor whose output signal reflects the phase position and thus also the direction of rotation of the unbalanced arrangement 28 . This information can also flow into the creation of the in figure 3 shown measurement relationship Z _M .

Um die bei dem vorangehend beschriebenen Vergleich des Simulations-Zusammenhangs Zs mit dem Mess-Zusammenhang Z_M als einen jeweiligen Bodenparameter repräsentierend bestimmten Simulationsparameter, wie z. B. den Elastizitätsmodul E_geo, in noch bessere Übereinstimmung mit dem tatsächlichen Zustand eines Bodens zu bringen, kann im Feld- oder Laborversuch ein Zusammenhang zwischen einem so bestimmten Simulationsparameter und dem in einem dabei verdichteten Boden tatsächlich vorhandenen Wert des entsprechenden Bodenparameters in Form eines diese beiden Größen verknüpfenden Korrelationsfaktors bestimmt werden. Auch ein derartiger Korrelationsfaktor kann dann im Rahmen der Flächendeckenden Dynamischen Verdichtungs-Kontrolle dadurch Berücksichtigung finden, dass er mit dem entsprechenden Simulationsparameter verknüpft, also beispielsweise multipliziert wird, um somit einen den tatsächlichen Wert des entsprechenden Bodenparameters mit hoher Präzision wiedergebenden Parameter erzeugen zu können.In order to use the simulation parameters, _such as B. the modulus of elasticity E _geo , to bring it into even better agreement with the actual state of a soil, in field or laboratory tests a connection between a simulation parameter determined in this way and the value of the corresponding soil parameter actually present in a compacted soil can be used in the form of a this correlation factor linking both variables can be determined. Such a correlation factor can then also be taken into account within the scope of the area-wide dynamic compaction control by linking it to the corresponding simulation parameter, i.e. multiplying it, for example, in order to be able to generate a parameter that reflects the actual value of the corresponding soil parameter with high precision.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Vorgehensweise zum Bestimmen von Parametern, welche mit hoher Genauigkeit eine Aussagekraft über den Zustand eines verdichteten Bodens haben, Anwendung finden kann bei verschiedensten zu verdichtenden Untergründen. So kann die erfindungsgemäße Vorgehensweise beispielsweise beim Verdichten von Asphalt Anwendung finden, ebenso wie beim Verdichten des unter einer Asphaltlage aufzubauenden Bodens. Grundsätzlich kann diese Vorgehensweise also Anwendung finden bei sämtlichen granulären- bzw. plastischen Bodenmaterialien, welche vermittels eines derartigen mit einer Vibrationswalze arbeitenden Bodenverdichters verdichtet werden können. Weiter ist darauf hinzuweisen, dass die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch dazu genutzt werden kann, in Echtzeit während der Durchführung eines Bodenverdichtungsvorgangs nicht nur permanent in Zuordnung zu Verdichtungsorten jeweilige Parameter zu ermitteln und aufzuzeichnen, sondern auch in Rückkopplung den dem Bodenverdichtungsvorgang durchführenden Bodenverdichter so zu betreiben, dass unter Berücksichtigung des ermittelten Zustands des Bodens das Verdichtungsergebnis optimiert wird. Wird also bei Durchführung eines Verdichtungsvorgangs unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise erkannt, dass in bestimmten Bereichen eine ausreichende Verdichtung noch nicht erreicht ist, können derartige Bereiche durch entsprechendes Ansteuern des Bodenverdichters vermehrt oder wiederholt überfahren werden, während Bereiche, in welchen bereits ein ausreichender Verdichtungsgrad vorliegt, nicht weiter überfahren werden müssen. Es kann mithin also eine Regelung des Verdichtungsbetriebs durchgeführt werden, bei welcher der Bodenverdichter entweder automatisiert durch eine automatisierte Steuerung gezielt in bestimmte Bereiche eines zu verdichtenden Bodens bewegt wird, oder der einen Verdichter betreibenden Bedienperson Information darüber zugeführt wird, wo der Boden in welcher Art und Weise zu verdichten ist bzw. nicht mehr zu verdichten ist. Beispielsweise kann derartige Information auf der Anzeigeeinheit 22 graphisch dargestellt werden.Finally, it should be pointed out that the procedure according to the invention for determining parameters which have a high degree of accuracy as a statement of the condition of a compacted soil can be used with a wide variety of subsoils to be compacted. For example, the procedure according to the invention can be used when compacting asphalt, as well as when compacting the soil to be built up under an asphalt layer. In principle, this procedure can therefore be used with all granular or plastic soil materials which can be compacted by means of such a soil compactor working with a vibrating roller. It should also be pointed out that the procedure according to the invention can also be used not only to permanently determine and record the respective parameters in real time during the implementation of a soil compaction process in association with compaction locations, but also to operate the soil compactor carrying out the soil compaction process in feedback in such a way that the compaction result is optimized taking into account the determined condition of the soil. If, when carrying out a compaction process using the procedure according to the invention, it is recognized that sufficient compaction has not yet been achieved in certain areas, such areas can be driven over more or more often by appropriate control of the soil compactor, while areas in which there is already a sufficient degree of compaction no longer have to be traversed. It is therefore possible to regulate the compaction operation, in which the soil compactor is either moved automatically by an automated control system in a targeted manner into certain areas of a soil to be compacted, or the operator operating a compactor is supplied with information about where the soil is, in what type and Way is to be compressed or is no longer to be compressed. For example, such information can be presented graphically on the display unit 22 .

Zusammengefasst kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Bereitstellen von mit dem Verdichtungszustand eines Bodens in Zusammenhang stehender Information bei Durchführung eines Verdichtungsvorgangs mit einem Bodenverdichter wie folgt dargestellt werden:

1. a) Erfassen einer Vertikalbeschleunigung und einer Horizontalbeschleunigung einer Vibrationswalze bei Bewegung eines Bodenverdichters über einen zu verdichtenden Boden, beispielsweise vermittels eines oder mehrerer Unwuchtsensoren,
2. b) Ermitteln eines Mess-Zusammenhangs zwischen einer Bodenkontaktkraft und einer Auslenkung der Vibrationswalze für einen Vibrationszyklus unter Verwendung der bei der Maßnahme a) erfassten Vertikalbeschleunigung und Horizontalbeschleunigung,
3. c) Ermitteln eines Simulations-Zusammenhangs zwischen der Bodenkontaktkraft und der Auslenkung für einen Vibrationszyklus unter Verwendung eines wenigstens einen Simulationsparameter berücksichtigenden Bodenmodells,
4. d) Vergleichen des Simulations-Zusammenhangs mit dem Mess-Zusammenhang,
5. e) Bestimmen, dass ein Vorgabewert des wenigstens einen in dem Bodenmodell berücksichtigten Simulationsparameters im Wesentlichen einen entsprechenden Bodenparameter des zu verdichtenden Bodens repräsentiert, wenn der Simulations-Zusammenhang im Wesentlichen dem Mess-Zusammenhang entspricht.

In summary, the method according to the invention for providing information related to the compaction state of a soil when carrying out a compaction process with a soil compactor can be presented as follows:

1. a) detecting a vertical acceleration and a horizontal acceleration of a vibrating roller when a soil compactor moves over a soil to be compacted, for example by means of one or more imbalance sensors,
2. b) determining a measurement relationship between a ground contact force and a deflection of the vibrating roller for a vibration cycle Use of the vertical acceleration and horizontal acceleration recorded in measure a),
3. c) determining a simulation relationship between the ground contact force and the deflection for a vibration cycle using a soil model that takes into account at least one simulation parameter,
4. d) comparing the simulation context with the measurement context,
5. e) determining that a default value of the at least one simulation parameter taken into account in the soil model essentially represents a corresponding soil parameter of the soil to be compacted if the simulation context essentially corresponds to the measurement context.

Claims (15)

1. A method for providing information related to the compaction state of a soil when carrying out a compaction process with a soil compactor (10), wherein the soil compactor (10) comprises at least one vibratory roller (24) with an imbalance arrangement (28) rotating about a roller rotation axis (W) of the at least one vibratory roller (24), wherein in association with the at least one vibratory roller (24) an acceleration detection arrangement (30, 32) is provided for detecting a vertical acceleration (a_z) of the vibratory roller (24) substantially orthogonal to the soil (12) to be compacted and a horizontal acceleration (a_x) of the at least one vibratory roller (24) substantially parallel to the soil (12) to be compacted, comprising the operations:

   a) detecting the vertical acceleration (a_z) and the horizontal acceleration (a_x) of the at least one vibratory roller (24) when the soil compactor (10) moves over the soil (12) to be compacted,

   b) determining a measurement relationship (Z_M) between a ground contact force (F_b) and a deflection (s_w) of the vibratory roller (24) for at least one vibration cycle using the vertical acceleration (a_x) and horizontal acceleration detected in operation a),

   c) determining a simulation relationship (Zs) between the ground contact force (F_b) and the deflection (s_w) for at least one vibration cycle using a ground model taking into account at least one simulation parameter,

   d) comparing the simulation relationship (Z_S) determined in operation c) for at least one vibration cycle with the measurement relationship (Z_M) determined in operation b) for at least one vibration cycle,

   e) determining that a default value of the at least one simulation parameter taken into account in the ground model substantially represents a corresponding soil parameter of the soil (12) to be compacted, if the comparison carried out at operation d) shows that the simulation relationship (Z_S) determined for at least one vibration cycle substantially corresponds to the measurement relationship (Z_M) determined for at least one vibration cycle.
2. The method according to claim 1,
   characterised in that the operations b) and c) take into account the deflection in a working direction (A) of the vibratory roller (24) substantially corresponding to a direction of the maximum ground contact force (F_bmax).
3. The method according to claim 1 or 2,
   characterised in that operation c) comprises an operation c1) for determining a contact perimeter length (2b) of the vibratory roller (24) in the course of a vibration cycle, and that the contact perimeter length (2b) forms a simulation parameter of the ground model.
4. The method according to claim 3,
   characterised in that in operation c1) the contact perimeter length (2b) is determined on the basis of the vertical acceleration (a_z) and horizontal acceleration (a_x) determined in operation a) and based on a movement speed of the soil compactor (10) in a moving direction (B) of the soil compactor (10).
5. The method according to claim 3 or 4,
   characterised in that in operation c1) the contact perimeter length (2b) is determined with a front perimeter length section (b_v) preceding a contact centre in a moving direction (B) of the soil compactor (10) and a rear perimeter length section (b_h) trailing the contact centre in the movement direction (B) of the soil compactor (10), and in that an asymmetry parameter representing the condition of the soil (12) is formed on the basis of a length of the front perimeter length section (b_v) and a length of the rear perimeter length section (b_h).
6. The method according to any one of the preceding claims,
   characterised in that a soil elasticity modulus (E_geo) forms a simulation parameter of the ground model.
7. The method according to any one of the preceding claims,
   characterised in that the ground model takes into account a ground deformation behaviour represented at least by a spring force component (F_b,k) and a damper force component (F_b,c), and in that the operation c) comprises an operation c2) for determining the spring force component (F_b,k) and an operation c3) for determining the damper force component (F_b,c).
8. The method according to claim 3 and claim 6 and claim 7,
   characterised in that in operation c2) the spring force component (F_b,k) is determined as a function of the soil elasticity modulus (E_geo) and the contact perimeter length (2b), or/and in that in operation c3) the damper force component (F_b,c) is determined as a function of the soil elasticity modulus (E_geo) and the contact perimeter length (2b).
9. The method according to claim 7 or claim 8,
   characterised in that, in operation c2), the spring force component (F_b,k) is determined for a vibration cycle with a first spring force component portion (F₁) for a phase with increasing penetration depth of the vibratory roller (24) into the ground and with a second spring force component portion (F₂) for a phase with decreasing penetration depth of the vibratory roller (24).
10. The method according to claim 9,
    characterised in that in operation c2) the second spring force portion (F₂) is determined taking into account a relief stiffness factor in such a way that in a transition from the phase of decreasing penetration depth of the vibratory roller (24) to an out-of-contact phase the spring force component (F_b,k) and the damper force component (F_b,c) compensate each other substantially completely, wherein in the out-of-contact phase the at least vibratory roller (24) is substantially not in contact with the soil (12) to be compacted, wherein the relief stiffness factor can form a stiffness parameter representing the condition of the soil.
11. The method according to claim 10,
    characterised in that operation c) comprises an operation c4) for determining the ground contact force (F_b) for a vibration cycle based on the spring force component (F_b,k) determined in operation c2) and the damper force component (F_b,c) determined in operation c3).
12. The method according to one of the preceding claims,
    characterised in that, if it is detected during operation e) that the deviation of the simulation relationship (Zs) from the measurement relationship (Z_M) does not fall below a predetermined deviation threshold, operations c) to e) are repeated while changing at least one simulation parameter when operation c) is carried out, until the deviation of the simulation relationship (Zs) from the measurement relationship (Z_M) falls below the predetermined deviation threshold.
13. The method according to one of the preceding claims,
    characterised in that a correlation factor is determined between the simulation parameter determined in operation e) as substantially representing the corresponding soil parameter and a measured value of the soil parameter of the compacted soil (12), or in that, in order to obtain an actual value of a soil parameter, the simulation parameter determined in operation e) as substantially representing the corresponding soil parameter is linked to a correlation factor.
14. The method according to any one of the preceding claims,
    characterised in that operations a) to e) are repeatedly carried out during the movement of the soil compactor (10) when carrying out a compaction operation.
15. The method according to any one of the preceding claims,
    characterised in that, during a compaction process, a data set is generated with a plurality of positions on the soil (12) to be compacted and the value, determined in association therewith, of the at least one simulation parameter determined to be substantially representative of a soil parameter when carrying out operations a) to e).

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