Bodenverdichtungssystem mit positionsbezogener Dokumentation von Maschinen- und Verdichtungsdaten

Die Erfindung betrifft ein Bodenverdichtungssystem nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Es sind Bodenverdichtungssysteme bekannt, bei denen eine Bodenverdichtungsvorrichtung, wie z. B . eine Vibrationsplatte oder eine Vibrationswalze, mit einer Dokumentationsvorrichtung aus- gestattet ist, um während des Betriebs die aktuelle Position der Bodenverdichtungsvorrichtung zu erfassen.

Aus der US 5,646,844 ist ein Bodenbearbeitungssystem bekannt, bei dem außer der Position von Frontladern in der Horizontalen auch deren Position in der Vertikalen erfasst wird. Aus der änderung der Vertikalposition der Frontlader erlaubt das System Rückschlüsse auf den Arbeitsfortschritt bei der Einebnung eines Untergrunds. Auf diese Weise kann das System z. B. eine Hilfestellung beim Einebnen von Gelände bieten.

In der DE 103 17 160 Al wird ein System zur automatisierten Bodenverdichtung beschrieben. Dabei ist eine Positionserfas- sungseinrichtung vorgesehen, die permanent die aktuelle Position der Bodenverdichtungsvorrichtung erfasst und anzeigt. Die Posi- tionsdaten der Bodenverdichtungsvorrichtung können protokolliert werden, um nachträglich festzustellen, dass das von der Bodenverdichtungsvorrichtung zu verdichtende Gebiet vollständig überfahren wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Bodenverdichtungssysteme weiterzuentwickeln, so dass eine überwachung der Verdichtungsqualität nicht nur während der Verdichtungsarbeit, sondern auch bei nachträglicher Auswertung möglich wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Bodenverdichtungssystem mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Demnach umfasst das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem außer einer Bodenverdichtungsvorrichtung auch eine Dokumentationsvorrichtung, die - ähnlich wie beim Stand der Technik - eine Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen einer aktuel- len Position der Bodenverdichtungsvorichtung und zum Erzeugen von entsprechenden Positionsdaten aufweist. Weiterhin umfasst die Dokumentationsvorrichtung erfindungsgemäß eine Prozessda- tenerfassungseinrichtung zum Erfassen von Prozessdaten des Verdichtungsprozesses sowie eine Auswerteeinrichtung, mit der die Positionsdaten und die Prozessdaten einander zuordenbar und speicherbar sind.

Das bedeutet, das bei dem erfindungsgemäßen Bodenverdichtungssystem nicht nur die Positionsdaten, sondern auch die sich beim Verdichten ergebenden Prozessdaten speicherbar sind. Dabei werden die Prozessdaten den Positionsdaten derart zugeordnet, dass auch nachträglich für jede beliebige Position, die die Bodenverdichtungsvorrichtung während des Verdichtungsvorgangs eingenommen hat, die zugeordneten Prozessdaten ausles- bar sind. Die Prozessdaten können dabei alle Arten von Daten sein, die den Arbeits- bzw. Verdichtungsprozess betreffen oder wiederspiegeln. Insbesondere erlauben die Prozessdaten Rückschlüsse auf die Intensität und Qualität der Verdichtungsarbeit, wie unten noch ausführlich erläutert wird.

Damit hat einerseits der Bediener der Bodenverdichtungsvorrichtung schon während des Verdichtungsvorgangs die Möglichkeit, die Qualität seiner Verdichtungsarbeit zu überwachen und gegebenenfalls gezielt Nachverdichtungen von einzelnen Stellen des zu verdichtenden Bodens vorzunehmen. Andererseits aber kann

der Vorgesetzte des Bedieners, z. B. auch der Bauunternehmer, jederzeit nachträglich den Verdichtungsvorgang nachvollziehen und die dabei erreichte Qualität überprüfen. Der Bauunternehmer gewinnt qualitätsbestimmende Daten, die er auch für den Nachweis der ordentlich durchgeführten Arbeiten benötigt. Bei einem eventuellen späteren Streit über Bauschäden kann er bei ordnungsgemäßer Datenlage dokumentieren, dass ihn kein Verschulden trifft. Dies kann erhebliche wirtschaftliche Vorteile bieten. Insgesamt erlangt der Bauunternehmer die Möglichkeit, die Arbeitsqualität seiner Mitarbeiter zu überwachen und zu dokumentieren.

Vorzugsweise umfassen die Positionsdaten die Daten einer Position der Bodenverdichtungsvorrichtung in der Horizontalen. Zu- sätzlich kann es zweckmäßig sein, auch die Position der Bodenverdichtungsvorrichtung in der Vertikalen zu erfassen.

Dabei können die Positionsdaten je nach geforderter Präzision in Form von relativen und /oder absoluten Ortskoordinaten erfass- bar sein. Zur Erfassung von relativen Ortskoordinaten sind vorzugsweise im Bereich des Arbeitsgebietes Fixpunkte zu setzen, auf die sich die Relativposition der Bodenverdichtungsvorrichtung beziehen soll. Die Relativposition kann dann - bezogen auf die jeweiligen Fixpunkte - z. B. mit Hilfe von Lasersteuerungssys- temen ermittelt werden. Als absolute Ortskoordinaten gelten z. B . die Erdkoordinaten (Längen- und Breitengrade), die mit Hilfe von GPS-Systemen o. ä. bereitgestellt werden können.

Ein Relativ-Koordinatensystem kann auch etabliert werden, ohne weitere Fixpunkte zu setzen. Z.B. kann ausgehend von dem Positionserfassungssystem ein Koordinatensystem willkürlich gewählt werden. Alle Koordinaten werden dann relativ zu diesem Koordinatensystem angegeben.

Die Prozessdaten können vorzugsweise unterschiedlicher Natur

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seln. Dazu gehören Zeitdaten, Maschinenleistungsdaten, nämlich insbesondere Antriebs- oder Schwingungserreger-bezogene Daten, Kursdaten, auf die Bodenverdichtungsvorrichtung bezogene Orientierungsdaten, Verdichtungsdaten oder Reaktionsdaten der Bodenverdichtungsvorrichtung. Vorzugsweise werden für jede Position der Bodenverdichtungsvorrichtung mehrere Prozessdaten erfasst und gespeichert, um eine ausreichende Informationsbreite zu erreichen, mit der auch später noch die Qualität der Verdichtungsarbeit beurteilt werden kann. Grundsätzlich genügt es aber auch, wenn nur ein Typ von Prozessdaten positionsgebunden gespeichert wird.

Vorzugsweise sind die Prozessdaten durch die Prozessdatenerfas- sungseinrichtung wenigstens teilweise unter Nutzung der Positi- onsdaten generierbar. Wie später noch dargelegt wird, können als Prozessdaten z. B. der Bewegungsweg oder die Geschwindigkeit der Bodenverdichtungsvorrichtung über Grund genutzt werden. Die dafür notwendigen Informationen lassen sich sehr leicht aus den Positionsdaten herleiten. Der Bewegungsweg der Bodenver- dichtungsvorrichtung z. B. entspricht einer Aneinanderreihung der jeweiligen Positionsdaten. Die Geschwindigkeit der Bodenverdichtungsvorrichtung lässt sich in einfacher Weise aus der änderung der Position der Bodenverdichtungsvorrichtung über die Zeit ermitteln.

Die Zeitdaten sind vorteilhafterweise in Form von absoluten Zeitinformationen (Uhrzeit, Datum) oder in Form von relativen Zeitinformationen (z. B. bezogen auf den Beginn des Verdichtungsvorgangs) erfassbar. Die Erfassung von absoluten Zeitinformationen in Verbindung mit einer justiziablen, also dauerhaften und unveränderbaren Speicherung der Daten erlaubt es, die Daten auch als Beweismittel für einen Rechtsstreit wegen Bauschadenshaftung zu verwenden.

Als Maschinenleistungsdaten eignen sich vorzugsweise die Dreh-

zahl und/oder Leistung eines zu dem Antrieb gehörenden Motors, die Drehzahl und/oder Leistung der Schwingungserregereinrichtung oder die Frequenz und/oder Amplitude einer von der Schwingungserregereinrichtung erzeugten Schwingung. Anhand dieser Daten lässt sich ermitteln, welche Energie jeweils in den Boden eingebracht wird. Da erfindungsgemäß diese Daten zusammen mit den Positionsdaten gespeichert werden können, lässt sich jederzeit rückschauend ermitteln, welche Verdichtungsenergie an welcher Stelle des Bodens eingeleitet wurde.

Als Kursdaten eignen sich der Bewegungsweg (Kurs) oder die Geschwindigkeit der Bodenverdichtungsvorrichtung über Grund. Weiterhin kann die Lenkbewegung der Bodenverdichtungsvorrichtung - entweder bezogen auf ein absolutes Erd-Inertialsystem (Kreisel-Kompass) oder in Form einer Relativbewegung - erfasst werden. Ebenso kann die Gierbewegung um die Hochachse der Bodenverdichtungsvorrichtung erfasst werden. Sofern als Prozessdaten die Daten zum Bewegungsweg in der Auswerteeinrichtung gespeichert werden sollen, ist es sehr zweckmäßig, darüber hinaus zusätzlich weitere Prozessdaten zu speichern, da die Bewegungsweg-Daten allein nur bedingt Auskunft über die Qualität eines Verdichtungsprozesses geben können. Insbesondere sagen die Angaben über den Bewegungsweg der Bodenverdichtungsvorrichtung nichts darüber aus, wie lange eine jeweilige Stelle ver- dichtet worden ist bzw. welche Verdichtungsenergie an der Stelle in den Boden eingeleitet wurde.

Die als Prozessdaten interessanten Orientierungsdaten können z. B. die Ausrichtung (Heading) der Bodenverdichtungsvorrichtung oder der Vorhalt der Bodenverdichtungsvorrichtung, nämlich eine Abweichung von Ausrichtung und tatsächlichem Kurs der Bodenverdichtungsvorrichtung sein.

Die Erfassung der Ausrichtung bzw. des Vorhalts erlangt vor al- lern dann Bedeutung, wenn die Bodenverdichtungsvorrichtung

eine Vibrationsplatte mit rechteckiger Bodenkontaktplatte ist. Bei einer Abweichung von Ausrichtung und Kurs steht die Bodenkontaktplatte schräg zur Fahrtrichtung der Vibrationsplatte, so dass der Boden im Bereich der quer zur Fahrtrichtung überstehenden Ecken der Bodenkontaktplatte nur durch eine relativ kleine Fläche der Bodenkontaktplatte und damit auch nur kurz überfahren wird. Dementsprechend wird in diesen Bereichen verhältnismäßig wenig Verdichtungsenergie in den Boden eingebracht. Bei entsprechender Dokumentation mit dem erfindungsgemäßen Boden- Verdichtungssystem können derartige Probleme von dem Bediener frühzeitig erkannt werden, so dass er die dementsprechend zu wenig verdichteten Bereiche nachverdichten kann.

Aufgrund der so ermittelten Prozessdaten kann dem Bediener z.B. die von ihm überfahrene Fläche auf einem Bildschirm graphisch in aufbereiteter Form dargestellt werden. Durch Einfärben der Fläche oder durch eine geeignete 3D-Darstellung kann der Bediener unmittelbar Informationen darüber erhalten, welcher Verdichtungsenergie-Betrag an welcher Stelle des Bodens einge- bracht wurde. Je nach Einfärbung der Fläche oder Höhenlage der 3D-Darstellung wurde an der jeweiligen Stelle viel oder wenig Energie eingebracht bzw. der Boden stark oder nur gering verdichtet.

Die ebenfalls als Prozessdaten geltenden Verdichtungsdaten geben Auskunft über den Verdichtungszustand, insbesondere über die änderung des Verdichtungszustands des Bodens. Als Verdichtungsdaten eignen sich vorzugsweise die im Betrieb zu messende Federsteifigkeit des Bodens, die Dämpfung der Verdich- tungsbewegung, die Beschleunigung (auch: änderung der Beschleunigung) des Bodenkontaktelements, die änderung des Abstands zwischen Obermasse und Untermasse sowie die änderung des Schwingungsverhaltens des Bodenkontaktelements. Es sind im Stand der Technik bereits zahlreiche Methoden beschrieben, mit denen das Verdichtungsergebnis, z. B. die mit zunehmender

Verdichtung steigende Federsteifigkeit des Bodens, ermittelt werden kann. Auch das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem ist in der Lage, unter Nutzung eines oder mehrerer dieser Verfahren bereits im Betrieb Informationen über den Verdichtungszu- stand des Bodens zu erlangen. Eine bewährte Methode ist dabei die änderung des Schwingungs- bzw. Beschleunigungsverhaltens des Bodenkontaktelements. Auch die änderung des Abstands zwischen Obermasse und Untermasse, also insbesondere die änderung der Schwingungsamplitude des Bodenkontaktelements im Verhältnis zur Obermasse, lässt Rückschlüsse auf den Verdichtungszustand des Bodens zu.

Als Reaktionsdaten der Bodenverdichtungsvorrichtung werden vorzugsweise Daten erfasst, die sich aus dem Verhalten der Bo- denverdichtungsvorrichtung durch die Reaktionskräfte beim Verdichtungsvorgang ergeben. Zu den Reaktionsdaten gehören insbesondere die Bewegung einer den Antrieb aufweisenden Obermasse der Bodenverdichtungsvorrichtung, die Beschleunigung der Obermasse, die Neigung der Obermasse längs und / oder quer zu einer Fahrtrichtung der Bodenverdichtungsvorrichtung sowie die Nickbewegung von Obermasse oder Bodenkontaktelement bezüglich der Längs- und/oder Querachse der Bodenverdichtungsvorrichtung.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erlaubt die Auswerteeinrichtung aufgrund einer festgestellten änderung von auf die Vertikale bezogenen Positionsdaten Angaben über eine geänderte Schütthöhe, eine Verdichtung und/ oder eine Setzwirkung des zu verdichtenden Bodens. Sofern die Bo- denverdichtungsvorrichtung über frisch aufgeschüttetes Gut fährt, ändert sich ihre Höhenlage. Im Zuge der nachfolgenden Verdichtungswirkung senkt sich die Vertikalposition wieder ab, was durch die Auswerteeinrichtung erfasst und angezeigt werden kann.

Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Teil der Dokumentationsvorrichtung an oder in der Bodenverdichtungsvorrichtung vorgesehen. Dies betrifft insbesondere die Einrichtungen, die zur Erfassung der Positions- oder Prozessdaten erforderlich sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn wenigstens ein Teil der Dokumentationsvorrichtung räumlich getrennt von der Bodenverdichtungsvorrichtung angeordnet ist. Dies betrifft insbesondere die Elemente der Dokumentationsvorrichtung, die nicht unmittelbar zum Erfassen der Positions- oder Prozessdaten genutzt werden müssen, z. B. die Auswerteeinrichtung, eine Speichereinrichtung oder eine Anzeige. Grundsätzlich werden die Einrichtungen der Dokumentationsvorrichtung unter Verwendung von elektronischen Schaltungen realisiert, die jedoch schwingungsempfindlich sind. Aufgrund der naturgemäß hohen Schwingungen im Bereich der Bodenverdichtungsvorrichtung ist es daher sehr vorteilhaft, wenn - soweit möglich - die Elemente der Dokumentationsvorrichtung an anderer Stelle, z. B. am Rand des zu verdichtenden Geländes, positionierbar sind. Die Datenübertragung kann dann über Kabel oder auch kabellos erfolgen.

Alternativ können aber auch sämtliche Bauelemente der Dokumentationsvorrichtung direkt auf der Bodenverdichtungsvorrichtung vorgesehen sein, so dass keine zusätzlichen Geräte außer- halb der Bodenverdichtungsvorrichtung aufgebaut und gehandhabt werden müssen. Dies kann insbesondere im rauhen Baustellenbetrieb Vorteile haben, wo teure elektronische Geräte schnell abhanden kommen könnten.

Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung mit einer Speichereinrichtung verbindbar, in der die einander zugeordneten Positionsund Prozessdaten speicherbar sind.

Die Speichereinrichtung kann vorteilhafterweise derart ausgestal- tet werden, dass sie die in ihr gespeicherten Daten unverlierbar

und unveränderbar speichert. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die während des Verdichtungsvorgangs entstehenden Daten unveränderlich gespeichert werden, damit die Speichereinrichtung auch in einem späteren Rechtsstreit, z. B . wegen Bauschadenshaftung, als Beweismittel zugelassen werden kann.

Die Speichereinrichtung sollte von der Auswerteeinrichtung trennbar sein, um sie nach Abschluss der Verdichtungsarbeiten nachfolgend - z. B. im Büro des Bauleiters - auswerten zu kön- nen oder für spätere Dokumentationen aufzubewahren.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung mit der Speichereinrichtung kabellos verbindbar. Es ist dementsprechend insgesamt von Vorteil, wenn die Speichereinrichtung von der Bodenverdichtungsvorrichtung räumlich trennbar ist.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Auswerteeinrichtung eine Sollwertvorgabeeinrichtung für die Vorgabe von Prozessdaten auf. Durch die Auswerteeinrichtung ist dann ein sinnvoller Abgleich von Sollwerten und Istwerten der betreffenden Prozessdaten durchführbar. Die Auswerteeinrichtung kann auf diese Weise dem Bediener unmittelbar während der Verdichtungsarbeit anzeigen, ob die jeweils geforderten Sollwerte schon erreicht sind oder Korrekturen bzw. weitere Maßnahmen zur Bodenverdichtung erforderlich sind.

Vorzugsweise ist eine Anzeigevorrichtung vorgesehen, auf der die Abweichungen von Sollwerten und Istwerten der Prozessdaten angezeigt werden können. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung mit einer Ausgabeeinrichtung verbindbar, über die die einander zugeordneten Positions- und Prozessdaten an eine getrennt von der Bodenverdichtungsvorrichtung vorgesehene Empfangseinrichtung aus- gebbar sind. Durch diese Trennung ist es möglich, dass wenigs-

tens ein Teil der Dokumentationsvorrichtung räumlich getrennt von der Bodenverdichtungsvorrichtung angeordnet ist.

Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung mit der Ausgabeein- richtung kabellos verbindbar.

Weiterhin kann an der Bodenverdichtungsvorrichtung eine Anzeigevorrichtung vorgesehen sein, auf der wenigstens ein Teil der er- fassten oder von der Auswerteeinrichtung erstellten Daten an- zeigbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bodenverdichtungsvorrichtung eine Vibrationsplatte ist, da sich bei Vibrationsplatten grundsätzlich der Verdichtungserfolg, wie z. B. auch der zurück- gelegte Kurs, sehr viel schwieriger erfassen lässt, als z. B. bei einer Vibrationswalze.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der Fi- guren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Bodenverdichtungssystem; und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bei dem erfindungsgemäßen Bodenverdichtungssystem verwendeten Dokumentationsvorrichtung.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den prinzipiellen Auf- bau eines erfindungsgemäßen Bodenverdichtungssystems.

Das Bodenverdichtungssystem weist eine als Bodenverdichtungsvorrichtung dienende Vibrationsplatte 1 und eine durch einen gestrichelten Kasten gekennzeichnete Dokumentationsvorrichtung 2 auf. Wie sich aus der Darstellung ergibt, kann zumindest ein

Teil der Dokumentationsvorrichtung 2 direkt an die Vibrationsplatte 1 angegliedert sein, während ein anderer Teil der Dokumentationsvorrichtung 2 räumlich von der Vibrationsplatte 1 entfernt ist. Wie später noch erläutert wird, ist es auch möglich, die Dokumentationsvorrichtung 2 vollständig an der Vibrationsplatte 1 anzuordnen. Ebenso kann angestrebt werden, den überwiegenden Teil der Dokumentationsvorrichtung 2 von der Vibrations- platte 1 zu trennen, um sie vor schädlichen Schwingungseinflüssen zu schützen.

Die Vibrations platte 1 ist in bekannter Weise aufgebaut. Sie weist eine Untermasse 3 auf, auf der über eine Federeinrichtung 4 eine Obermasse 5 schwingend beweglich gelagert ist.

Bestandteil der Untermasse 3 ist eine als Bodenkontaktelement dienende Bodenkontaktplatte 6, die eine Schwingungserregereinrichtung 7 trägt. Die Schwingungserregereinrichtung 7 weist hier beispielhaft zwei gegenläufig drehbar und formschlüssig miteinander gekoppelte Unwuchtwellen 8 auf, deren gegenläufige Dreh- bewegung in üblicher Weise eine gerichtete Schwingung erzeugt und in die Bodenkontaktplatte 6 einleitet. Jedoch sind auch andere Typen von Schwingungserregereinrichtungen 7 möglich, die im Stand der Technik bekannt sind. Der konkrete Aufbau der Schwingungserregereinrichtung 7 ist für die Ausführung der Er- findung ohne Belang.

Die Schwingungserregereinrichtung 7 bzw. die Unwuchtwellen 8 werden durch einen zu der Obermasse gehörigen Antrieb 9 drehend angetrieben. Der Antrieb 9 weist meist einen Verbren- nungsmotor auf, der über einen Riementrieb oder eine Hydraulikeinrichtung die Drehbewegung auf die Unwuchtwellen 8 überträgt.

Die Drehzahl des Antriebs 9 sowie die Phasenlage der Unwucht- wellen 8 und - gegebenenfalls - die Relativlage einzelner Un-

wuchtelemente der Unwuchtwellen 8 zueinander können über eine Fernsteuerung 10 vom Bediener eingestellt werden. Im gezeigten Beispiel werden die Steuerdaten der Fernsteuerung 10 über eine Infrarotstrecke auf ein Infrarotauge 1 1 zu der Vibrations- platte 1 übertragen. Ebenso ist es bekannt, die Steuerdaten über eine Funkstrecke oder über Kabel zu übermitteln. Weiterhin ist es möglich, dass die Vibrationsplatte 1 ergänzend oder alternativ eine Deichselsteuerung aufweist, über die der Bediener die Möglichkeit hat, die Vibrationsplatte manuell, teilweise auch durch direkte Körperkrafteinwirkung zu steuern. Für die Erfindung eignen sich demnach sämtliche Arten von Vibrationsplattensteuerungen.

Die Dokumentationsvorrichtung 2 ist in Fig. 1 nur stark schema- tisiert in Form eines gestrichelten Kastens dargestellt. Einzelheiten ergeben sich aus Fig. 2.

Demnach weist die Dokumentationsvorrichtung eine Positionserfassungseinrichtung 12 auf, zum Erfassen der aktuellen Position der Vibrationsplatte 1 während des Verdichtungsvorgangs und zum Erzeugen von entsprechenden Positionsdaten.

Als Positionserfassungseinrichtung eignet sich z. B. ein auf der Vibrationsplatte 1 angeordneter GPS-Empfänger oder ein dem vergleichbares System, mit dem in bekannter Weise GPS-Daten, nämlich insbesondere Angaben über den aktuellen Längen- und Breitengrad der Vibrationsplatte, ermittelt werden können. Das GPS-System kann zur Genauigkeitsverbesserung auch mit einer lokalen Differenzialkorrektur ausgestattet sein.

Alternativ - z. B. bei erhöhten Genauigkeitsanforderungen - kann auch ein lokal vorhandenes Positionsbestimmungssystem auf Laserbasis genutzt werden, mit dem meist relative Positionsdaten, bezogen auf ein lokales Koordinatensystem am Verdichtungsort, ermittelbar sind. Für die Positionserfassungseinrichtung 12 ist es

wichtig, kontinuierlich bzw. mit relativ kurzen Zeitabständen (z. B. einige Sekunden) möglichst präzise Informationen über den Aufenthaltsort der Vibrationsplatte 1 zu erhalten.

Die Systeme sind meist ortsfest am Rande des Arbeitsfeldes aufgestellt. Die Positionsdaten können dann z.B. über Funk an ein auf dem Verdichtungsgerät angebrachtes Auswertesystem mitgeteilt werden bzw. dem räumlich getrennten Auswerte- / Dokumentationssystem übermittelt werden.

Als Positionsdaten müssen wenigstens Daten bezüglich der Position der Bodenverdichtungsvorrichtung in der Horizontalen ermittelt werden, also Informationen bezüglich der Längen- und Breitengrade bzw. X- und Y-Koordinaten. Soweit erforderlich, können auch zusätzliche Informationen bezüglich der Position in der Vertikalen erfasst werden (Z-Koordinate). Hierzu ist es meist erforderlich, ein Laser-Positionsbestimmungssystem vorzusehen, um die Höhenlage der Bodenverdichtungsvorrichtung 1 zuverlässig und mit ausreichender Präzision bestimmen zu können. Die Z-Koordinate eignet sich nämlich - wie später noch erläutert wird - u. a. dazu, die Setz- und Verdichtungswirkung beim Verdichtungsvorgang bzw. die Erhöhung des Bodens durch eine frische Schüttlage zu ermitteln. Da die dabei auftretenden Höhenänderungen lediglich im Bereich von Zentimetern oder gar Millimetern liegen, bestehen hohe Präzisionsanforderungen an die Bestimmung der Z-Koordinate.

Weiterer Bestandteil der Dokumentationsvorrichtung 2 ist eine Prozessdatenerfassungseinrichtung 13, mit der je nach Ausges- taltung eine Vielzahl von Prozessdaten des Verdichtungsprozesses gemessen, ermittelt, berechnet und ausgewertet werden können.

Die Prozessdaten lassen sich in mehrere Obergruppen gruppie- ren, nämlich Zeitdaten, Maschinenleistungsdaten, Kursdaten,

Orientierungsdaten, Verdichtungsdaten und Reaktionsdaten. Die einzelnen Gruppen werden nachfolgend erläutert:

Als Zeitdaten sind insbesondere Zeitinformationen in absoluter oder relativer Form geeignet. Dazu gehört die Uhrzeit (absolute Zeit) oder der Zeitverlauf nach Beginn eines Verdichtungsvorgangs (relative Zeit).

Als weitere Prozessdaten können die Maschinenleistungsdaten erfasst werden, also Daten, die den Antrieb 9 und die Schwingungserregereinrichtung 7 betreffen. Insbesondere eignen sich dabei Drehzahl oder Leistung des zu dem Antrieb 9 gehörenden Motors bzw. der Schwingungserregereinrichtung 7 (Unwuchtwellen 8). Ebenso kann die Frequenz und /oder die Amplitude der von der Schwingungserregereinrichtung 7 erzeugten Verdichtungsschwingung erfasst werden.

Die Maschinenleistungsdaten liefern einen ziemlich genauen Hinweise darauf, wieviel Verdichtungsenergie in den Boden ein- gebracht wird. Dabei ist davon auszugehen, dass die Verlustenergie (Wärme, Reibung, etc.) bereits im Vorfeld im Wesentlichen bekannt ist und von der vom Motor abgegebenen Energie abgezogen werden kann.

Als besonders wichtige Prozessdaten gelten die Kursdaten. Hierzu gehören der Bewegungsweg (Kurs) der Vibrationsplatte 1 über Grund, die Geschwindigkeit der Vibrationsplatte 1 über Grund, die Lenkbewegung - entweder bezogen auf ein absolutes Inertial- system oder in Form einer Relativbewegung - sowie eine Gierbe- wegung um die Hochachse der Vibrationsplatte 1.

Zur Bestimmung der Kursdaten ist es sehr hilfreich, wenn bei der Prozessdatenerfassung auch die parallel ermittelten Positionsdaten genutzt werden können. So ist es besonders einfach, den Kurs der Bodenverdichtungsvorrichtung anhand der Abfolge von

Einzelpositionen zu ermitteln. Hierbei kann der Kurs entweder kontinuierlich oder getaktet mit bestimmten Zeitabständen (Zehntelsekunden, ganze Sekunden, mehrere Sekunden) erfasst werden.

Die Geschwindigkeit der Bodenverdichtungsvorrichtung lässt sich ebenfalls sehr einfach aus der änderung der ermittelten Positionsdaten, bezogen auf die verstrichene Zeit, errechnen.

Zum Erfassen von Lenk- oder Gierbewegungen der Vibrationsplatte 1 können spezielle Sensoren (Gierratensensor, Kreiselkom- pass) genutzt werden. Hierzu sei auch auf die DE 100 53 446 Al verwiesen, die diesbezüglich weitere Angabe macht.

Als Prozessdaten können weiterhin die Orientierungsdaten genutzt werden, wobei darunter die Orientierung der Bodenverdichtungsvorrichtung zu verstehen ist. Dies betrifft insbesondere die Ausrichtung (Heading) der Bodenverdichtungsvorrichtung oder den Vorhalt der Bodenverdichtungsvorrichtung, nämlich eine Abweichung von Ausrichtung und Kurs. Insbesondere beim Querfahren auf einem schrägem Gelände ist es bei der Vibrationsplatte 1 erforderlich, sie bezüglich dem eigentlichen Bewegungsweg leicht schräg zu stellen, damit durch die Vortriebs Wirkung der Schwingungserregereinrichtung 7 auch eine Kraft gegen den ab- schüssigen Hang erzeugt wird, um ein Abdriften der Vibrationsplatte 1 zu vermeiden. Dadurch entsteht eine mitunter erhebliche Abweichung zwischen der Ausrichtung der Bodenverdichtungsvorrichtung (Richtung der Maschinenlängsachse) und dem tatsächlichen Kurs über Grund.

Von besonderem Interesse können Prozessdaten sein, die die Verdichtungsdaten umfassen. Hierzu gehören insbesondere die jeweilige Federsteifigkeit beschreibenden Größen wie Steife- und Schermodul des Bodens, die Dämpfung der Verdichtungsbewe- gung, die änderung des Schwingungsverhaltens der Bodenkon-

taktplatte 6, die Beschleunigung der Bodenkontaktplatte 6 oder die änderung des Abstands zwischen Ober- und Untermasse 3, 5.

Für die Messung der Federsteifigkeit des Bodens sind im Stand der Technik bereits verschiedene Systeme beschrieben worden, die im Wesentlichen auf ein Erfassen der Bewegung des Bodenkontaktelements, also z. B. der Bodenkontaktplatte 6, gerichtet sind. Dabei wird auch die Bewegung der Obermasse 5 hinzugezogen. Bei weichem, lockerem Untergrund kann sich die Bodenkon- taktplatte 1 frei bewegen, so dass die Obermasse 5 verhältnismäßig in Ruhe bleibt. Bei einem härteren Untergrund, z. B. bei zunehmender Verdichtung, erfährt die Bodenkontaktplatte 6 Schläge, die zwangsläufig auch über die Federeinrichtung 4 an die Obermasse 5 weitergegeben werden. Durch entsprechende Be- schleunigungssensoren und Auswertungen lassen sich so Informationen über den Verdichtungszustand des Bodens, also z. B. über seine Federsteifigkeit, gewinnen.

Ergänzend hierzu kann es von Vorteil sein, wenn als Prozessda- ten Reaktionsdaten der Bodenverdichtungsvorrichtung genutzt werden, nämlich insbesondere die oben bereits beschriebene Bewegung (Beschleunigung) der Obermasse 5, die Neigung der Obermasse 5 bezüglich der Längs- oder Querachse der Vibrationsplatte 1 sowie eventuelle Nickbewegungen von Obermasse 5 oder Bodenkontaktplatte 6. Die Reaktionsdaten werden in engem Zusammenhang mit den Verdichtungsdaten stehen.

Mit der Prozessdatenerfassungseinrichtung 13 sind je nach Ausgestaltung geeignete Sensoren 14 gekoppelt, die die erforderli- chen Prozessinformationen bereitstellen können. Dazu gehören die bereits erwähnten Gierratensensoren, aber auch Drehzahlsensoren, Beschleunigungssensoren, etc.

Die Dokumentationsvorrichtung 2 weist eine Auswerteeinrich- tung 15 auf, der die Positionsdaten von der Positionsdatenerfas-

sungseinrichtung 12 und die Prozessdaten von der Prozessdaten- erfassungseinrichtung 13 zugeführt werden. In der Auswerteeinrichtung 15 werden die Positionsdaten und die Prozessdaten einander jeweils zugeordnet und schließlich in einer Speicherein- richtung 16 gespeichert. Bei der Speicherung muss sichergestellt werden, dass die Positionsdaten und die Prozessdaten stets eindeutig und damit letztendlich untrennbar miteinander verbunden sind, so dass jederzeit, also auch später noch für jede beliebige Position, die die Bodenverdichtungsvorrichtung während eines Verdichtungsvorgangs eingenommen hat, die zugehörigen, genau an dieser Position vorhandenen Prozessdaten auslesbar sind.

Zusätzlich zu den Positionsdaten sollten dabei stets auch die zu den Prozessdaten gehörenden Zeitdaten gespeichert werden, um die erforderliche Eindeutigkeit herzustellen. So ist es z. B. üblich, dass eine Vibrationsplatte mehrfach das gleiche Gebiet überfährt, also mehrfach die gleiche Position einnimmt, so dass für identische Positionsdaten je nach Zeitpunkt unterschiedliche Prozessdaten vorliegen können. Um die Prozessdaten eindeutig zuordnen zu können, ist daher als weiteres Differenzierungskriterium die Speicherung der zugehörigen Zeitdaten erforderlich.

Bei den in der Speichereinrichtung 16 gespeicherten Positionsdaten sind die zur Definition der Position in der Horizontalen erfor- derlichen X- und Y-Koordinaten abgespeichert. Ergänzend können auch noch - wie oben bereits dargelegt - die Z-Koordinaten für die Vertikale gespeichert werden.

Als Prozessdaten sollten vorzugsweise stets die den jeweiligen Po- sitionsdaten zugeordneten Zeitdaten (t) gespeichert werden. Außerdem ist es zweckmäßig, die Positionsdaten für die Vertikale (Z-Koordinate) zu speichern, um den Verdichtungsfortschritt zu dokumentieren. Ebenso können Maschinenleistungsdaten (P) oder Maschinen- bzw. Erregerdrehzahlen (n) gespeichert werden. Zudem können je nach Ausgestaltung beliebige andere oder wei-

tere Prozessdaten, wie oben genannt, in der Speichereinrichtung 16 abgespeichert werden.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Speichereinrichtung 16 ergeben sich somit für jede jeweils ausgewertete Position Wertepaare (Tupel) mit unter Umständen einer Vielzahl von Einzelwerten. Zur Speicherung eignet sich daher eine tabellarische Speicherung, wie in Fig. 2 gezeigt. Selbstverständlich sind auch andere Speicherverfahren denkbar, mit denen die Wertepaare bzw. Tupel zuverlässig gespeichert werden können.

Mit der Auswerteeinrichtung 15 ist weiterhin eine Anzeigeeinrichtung 17 verbunden, auf der ein Teil der Positions- und/oder Prozessdaten während des Betriebs angezeigt werden kann. Ebenso ist es möglich, dass auf der Anzeigeeinrichtung 17 Abweichungen zwischen einem z. B. vom Bediener vorgegebenen Sollwert für Prozessdaten und den tatsächlich vorhandenen Istwerten angezeigt werden.

Weiterhin ist mit der Auswerteeinrichtung 15 eine Ausgabeeinrichtung 18 gekoppelt, die eine Schnittstelle darstellt, über die die einander zugeordneten Positions- und Prozessdaten an eine getrennt von der Auswerteeinrichtung 15 vorgesehene Empfangseinrichtung 19 ausgebbar sind. Die Empfangseinrichtung 19 kann dann entweder die Speichereinrichtung 16 aufweisen oder mit einem eigenen Speicher ausgestattet sein, um die Ergebnisse der Auswerteeinrichtung 15 zu dokumentieren.

Die Speichereinrichtung 16 kann mit der Auswerteeinrichtung 15 lösbar verbunden sein, um z. B. nach Beendigung eines Arbeitsvorgangs die Speichereinrichtung 16 von der Auswerteeinrichtung 15 und damit von der Bodenverdichtungsvorrichtung 1 zu trennen. Die Speichereinrichtung 16 kann dann an einem separaten Ort gelagert werden, um den Arbeitsvorgang dauerhaft zu do- kumentieren. Ebenso ist es möglich, die Daten aus der Spei-

chereinrichtung 16 auszulesen und auf einem preiswerten Speichermedium (CD-ROM) dauerhaft abzuspeichern.

Wie Fig. 1 zeigt, ist es möglich, dass direkt an der Vibrationsplat- te 1 lediglich die notwendigsten Einrichtungen zum Erfassen der Positionsdaten und der Prozessdaten vorgesehen sind. Im gezeigten Beispiel sind daher die Positionserfassungseinrichtung 12 und die Prozessdatenerfassungseinrichtung 13 direkt an der Vibrationsplatte 1 vorgesehen, während die Auswerteeinrichtung 15 mit der Speichereinrichtung 16 räumlich getrennt angeordnet ist. Die Daten können dann über eine entsprechende Datenübertragungsstrecke (Funk, Infrarot, Kabel) übertragen werden.

Es ist auch denkbar, anstelle der Prozessdatenerfassungseinrich- tung 13 lediglich die Sensoren 14 direkt an der Vibrationsplatte 1 anzuordnen und deren Daten an die räumlich getrennte Prozess- datenerfassungseinrichtung 13 zu übertragen. ähnliches gilt für die Positionserfassungseinrichtung 12.

Dabei ist grundsätzlich anzustreben, so wenig elektronische Bauteile wie möglich direkt an der stark schwingungsbehafteten Vibrationsplatte 1 vorzusehen, um eine Beschädigung der meist empfindlichen Elektronik zu vermeiden.

Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die gesamte Dokumentationsvorrichtung 2 in die Vibrationsplatte 1 zu integrieren. Es sollten dann lediglich Vorkehrungen getroffen werden, um die Daten aus der Speichereinrichtung 16 dauerhaft getrennt von der Vibrationsplatte 1 speichern zu können.

Für die Qualitätsüberwachung müssen Daten erfasst werden, die bei in-situ aber auch bei einer nachträglichen Auswertung Aussagen zum Arbeitsablauf erlauben. Wichtige qualitätsrelevante Informationen sind dabei die Schütthöhe einer zusätzlich zu ver- dichtenden Lage und die Verdichtungssetzung nach jedem über-

gang, aber auch die Vortriebsgeschwindigkeit und die Ausrichtung der Sollvortriebsrichtung im Verhältnis zum tatsächlichen Bewegungsweg (Vorhalt). Bei längerfristigen Abweichungen kann dementsprechend auf eine seitliche Neigung des Untergrunds zum Bewegungsweg geschlossen werden. Die Daten können einen vierdimensionalen Raum (x, y, z, t) aufspannen, dem weitere Prozessdaten zugeordnet sein können.

Auf die Verdichtungswirkung können verschiedene Maschinenpa- rameter Einfluss nehmen, die bei Bedarf als Prozessdaten gespeichert werden können. Fällt z. B. die Motor- oder Erregerdrehzahl stark ab, geht zwangsläufig auch die Verdichtungsarbeit stark zurück. Wird eine hohe Motorleistung benötigt, kann dementsprechend viel Energie in den Boden eingetragen werden. Dies kann auf einen noch lockeren oder bindigen Boden schließen lassen. Wenn die Motorleistung stark schwankt, ist zu vermuten, dass das zu verdichtende Material stark inhomogen ist. Häufige oder starke Drehbewegungen um die Hochachse (Gierbewegungen) deuten auf Bodeninhomogenitäten oder Unebenheiten hin.

Bei der vorstehenden Ausführungsform wurde das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem anhand einer Vibrationsplatte erläutert. Selbstverständlich kann anstelle einer Vibrationsplatte auch eine Verdichtungswalze - gegebenenfalls auch mit Schwin- gungserreger - verwendet werden, deren Positions- und Prozessdaten in analoger Form verarbeitet werden.