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Vibrationsverfanren und Vibrationsvorrichtung.
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Zusatz zu Patent ....
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(Patentanmeldung P 16 54 616.0) Die Erfindung betrifft ein Vibrationsverfahren
sowie eine Vibrationsvorrichtung zum Verdichten zuVerdichten beispielsweise des
Erdreichs und ist insbesondere auf das Messen oder Anzeigen des erzielten Verdichtungsgrades
gerichtet.
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In der deutschen Patentanmeldung P 16 34 616.0 der Anmelderin ist
ein Verfahren zum Feststellen des Verdichtungsgrades des
Erdreiches
beschrieben, auf dessen Oberfläche ein Teil einwirkt, das durch eine anregende Kraft
von im wesentlichen konstanter Amplitude und Frequenz in Schwingungen versetzt wird.
Die Frequenz liegt dabei oberhalb der Resonanzfrequenz des Systems, das von dem
schwingenden Teil und dem Erdreich gebildet wird. Das in der oben genannten Patentanmeldung
beschriebene Verfahren besteht darin, daß man von der Bewegung des schwingenden
Teils Signale ableitet und von diesen Signalen wiederum ein weiteres Signal ableitet,
welches proportional zur maximalen augenblicklichen Amplitude der Vibrationsbewegung
des schwingenden Teils ist. Die Verfahren sowie die Vorrichtungen zur Ableitung
dieses Signals sind beschrieben.
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Diese Verfahren beruhen auf mathematisch korrekten Prinzipien, weisen
jedoch bestimmte Nachteile auf, die in der Praxis zu einer beschränkten Genauigkeit
der erhaltenen Ergebnisse führen. Bei einer Vibrationswalze beispielsweise wird
die Walze, die den schwingenden Teil darstellt, zusätzlich zu der die Schwingungen
direkt erzeugenden anregenden Kraft, ausgeübt in der Regel von einer Exzenterwelle,
einer Anzahl von anderen Kräften unterworfen. Diese Kräfte entstehen durch Bewegungen
der Walze in ihrer Aufhängung aufgrund von Bodenunebenheiten, und zwar insbesondere
aufgrund von Steinbrocken od.dgl.
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Weiterhin können Kräfte entstehen durch Torsionsschwin--2-gungen
der
Walze relativ zu ihrer Aufhängung1 durch Maschinenvibrationen und durch harmonische
Schwingungen zu der durch die Wechselwirkung zwischen Walze und Boden erzeugten
Grundfrequenz. Diese Kräfte rufen Beschleunigungen der Walze hervor, die den oder
die Wandler ansprechen lassen. Von dem oder den Wandlern werden Signale abgenommen,
aus denen sich die maximale augenblickliche Amplitude ergibt. Die Kräfte haben weiterhin
zur Folge, daß die Bewegung der Walze von einer Bewegungsbahn abweicht, die aus'zwei
einfachen harmonischen linearen Bewegungen der gleichen Frequenz -zusammengesetzt
ist.
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Selbst wenn man aperiodische Beschleunigungen außer Acht läßt, so
bedeutet dies, daß die maximale augenblickliche Beschleunigung nicht proportional
zur maximalen augenblicklichen Amplitude ist.
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Wenn ein in sämtlichen Richtungen ansprechender Wandler verwendet
wird, so hat dies zur Folge, daßälle diese zusätzlichen Beschleunigungen,die in
der Ebene der Bewegungsbahn auftreten, den Wandler zur Abgabe von falschen Slslalen
anregen, während der Wandler tatsächlich Veränderungen in der radialen Beschleunigung
relativ zum Pol der Bewegungsbahn messen soll. Diese Veränderungen sind klein relativ
zur maximalen radialen Beschleunigung.
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Es wurde¢gefunden, daß die falschen Signale ein derartiges Ausmaß,bezogen
auf das erforderliche Signal,annehmen, daß
letzteres aus den Ausgangssignalen
des Wandlers nicht zurückgewonnen werden kann, ohne daß dabei ein erhebliches Maß
an EmpFindlichkeit bei der Messung von Verdichtungsunterschieden auftritt.
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Werden zwei Wandler mit rechtwinklig zueinander liegenden Anspreachsen
verwendet, so ist es erforderlich, nach einer Behandlung der Ausgangssignale der
Wandler (in der Praxis besteht diese Behandlung in einer Filtration, um so weit
wie möglich falsche Signale auszuschalten sowie in einer zweifachen Integration,
um ein Signal zu erhalten, das mehr der Versetzung als der Beschleunigung proportional
ist) die Signale zusammenzufassen, um ein Signal zu erhalten, das proportional zur
augenblicklichen Amplitude der Versetzung ist. Dabei müssen die Signale quadriert
und summiert werden und anschließend muß die Quadratwurzel aus der Summe gezogen
werden. Die elektronische Ausrüstung zur Durchführung dieser Operationen ist allgemein
bekannt. Die gesamte Vorrichtung wird dementsprechend teuer, sofern ein hoher Grad
an Genauigkeit erforderlich ist,und es können außerdem beachtliche Ungenauigkeiten
auftreten, und zwar einerseits aufgrund der Tatsache, daß die Ungenauigkeiten, die
sich aus falschen Signalen ergeben, in den beiden Kanälen zusammengefaßt werdentlnd
andererseits aufgrund einer fehlerhaften Behandlung
der Signale,
sofern man kein spezielles Überwachungssystem (sophis ticated equipment) verwendet.
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Es wurde gefunden, daß in der Praxis die Empfindlichkeit derartiger
Verfahren so weit reicht, daß der erzielte Verdichtungsgrad unter Verwendung wirtschaftlich
ausführbarer Vorrichtungen mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 10% gemessen
werden kann. Obwohl dies nicht ungünstig ist im Vergleich mit bekannten Methoden,
bei denen Proben genommen werden (abgesehen von den Fällen, in denen der Mittelwert
einer-großen Anzahl von Ergebnissen gebildet wird), so ist dennoch ein höherer Grad
an Genauigkeit und Empfindlichkeit äußerst wünschenswert. Der Grund hierfür liegt
darin, daß die Verdichtung während der ersten Behandlungsschritte sehr schnell fortschreitet,
die Zunahme der Verdichtung in den späteren Behandlungsschritten jedoch ganz erheblich
nachläßt. - Dabei ist dann eine empfindliche Messung von Wichtigkeit, sofern eine
äußerst gleichmäßige Verdichtung erzielt werden soll.
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Überraschenderweise wurde nun gewunden, daß diese Schwierigkeiten
überwunden werden können, und daß ein beachtlich hoher Grad an Empfindlichkeit und
Genauigkeit erzielt werden kann, indem man solche Verfahren und Vorrichtungen zur
Ableitung eines zur maximalen augenblicklichen Amplitude proportionalen Signals
verwendet, die nicht den
Versuch machen, einen mathematisch genauen
Wert zu liefern, sondern vielmehr in der Regel lediglich einen Näherungswert angeben.
Es wurde gefunden, daß die Verbesserungen, die in der Ausschaltung von Fehlern während
der Behandlung und aufgrund falscher Signale liegen, bei weitem jeglichen Verlust
an Genauigkeit aufgrund mathematischer Ungenauigkeiten ausgleichen.
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Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Anzeigen des Verdichtungsgrades
eines Materials unter der Oberflächenwirkung eines Teils, das einer periodischen,
Schwingungen erzeugenden Kraft von im wesentlichen konstanter Frequenz und Amplitude
unterworfen ist, in-dem die maximale augenblickliche Amplitude der Bahn eines Punktes
des schwingenden Teils mit einem vorher geeichten Niveau oder Maß verglichen wird,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß die augenblickliche Beschleunigung des schwingenden
Teils ständig in zwei Achsen gemessen wird, die in dem Bereich liegen, in dem die
Achse der maximalen augenblicklichen Amplitude erwartet werden kann, das die Meßachsen
einen Abstand zueinander einhalten, so daß mindestens eine ausreichend nahe bei
der Achse der maximalen Amplitude liegt, daß die Meßwerte jeder Achse unabhängig
voneinander zweimal über der Zeit integriert werden, und daß das resultierende größte
Signal ausgewählt wird, um ein im wesentlichen der maximalen augenblicklichen Amplitude
proportionales Signal zu ergeben.
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Indem man die augenblickliche Beschleunigung
in einer ausreichenden Anzahl von Achsen mißt, kann man jedes erwUnschten Grad der
Annäherung an mathematische Genauigkeit erzielen. Dabei wird außerdem die Aufnahme
falscher Signale weitgehend vermindert, da von diesen Signalen lediglich die Komponente
aufgenommen wird, die in die Richtung der Achse des ausgewählten Wandlers fällt.
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Außerdem brauchen die Signale nicht zusammengefaßt zu werden. Darüber
hinaus wirkt die doppelte Integration der Signale nicht nur dahingehend, daß falsche
Signale eliminiert werden, sondern es erfolgt auch ein automatischer Ausgleich jeglicher
geringfügigen Veränderungen in der Anregungsfrequenz der Maschine.
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Nach der Erfindung-wird eine Vibrationsvorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens geschaffen mit einem schwingenden Teil, der auf die Fläche des zu
verdichtenden Materials aufsetzbar ist, mit einer Einrichtung -an dem Teil? um ihn
periodischen, Schwingungen erzeugenden Kräften von im wesentlichen konstanter Frequenz
und Amplitude zu unterwerfen, mit einer Mehrzahl von Beschleunigungsmessern an dem
schwingenden Teil, die auf dessen Beschleunigungen in verschiedenen Achsen ansprechen,
wobei die Achsen relativ zu einem Bereich von Achsen angeordnet sind, in denen erfahrungsgemäß
die maximale augenblickliche Vibrationsamplitude auftritt,
damit
mindestens ein Wandler immer auf einer Achse angeordnet ist, die ausreichend nahe
bei der tatsächlichen Achse der maximalen augenblicklichen Amplitude liegt, und
damit die maximale augenblickliche Amplitude auf der Achse des Wandlers im wesentlichen
gleich der maximalen augenblicklichen Vibrationsamplitude ist, mit Mitteln, um die
Ausgangssignale der Wandler aufzunehmen und zweimal über der Zeit zu integrieren,
mit Mitteln, um das größte dieser integrierten Signale auszuwählen und ein Signal
zu bilden, das im wesentlichen direkt proportional zur augenblicklichen maximalen
Vibrationsamplitude ist und mit einer Einrichtung, die das ausgewählte Signal aufnimmt
und auf das Signal anspricht, um ein weiteres Signal zu Ubertragen, das zu Steuerungszwecken
bei mindestens einem Wert des ersten Signals dient, der einem vorbestimmten Verdichtungsgrad
entspricht.
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Die Einrichtung, die auf das ausgewählte Signal anspricht, kann ein
Meßgerät sein, das eine kontinuierliche Anzeige der Stärke des zweiten Signals gibt.
Die Einrichtung kann auch so ausgelegt sein, daß sie anzeigt, wenn dieses Signal
ein bestimmtes Niveau erreicht.
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Die Vorrichtung ist vorzugsweise als Vibrationswalze ausgebildet,
wobei die den Boden berührende und in einem Rahmen gelagerte Walze den schwingenden
Teil darstellt.
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Die Einrichtung zur Aufbringung der anregenden Kraft ist dabei als
schnell umlaufendes exzentrisches und in der Walze gelagertes, Gewicht ausgebildet.
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In dem Fall, in dem die'Vorrichtung als Walze ausgebildet ist, sind
die Wandler vorzugsweise so angeordnet, daß ihre Ansprechachsen radial zur Walzenachse
liegen, damit die Wandler nicht auf Torsionsschwingungen der Walze relativ zu ihrer
Aufhängung ansprechen. In diesem Fall sitzen die Wandler auf den Lagergehäusen der
Walze, so daß die Rotation der Walze nicht auf sie übertragen werden kann. Geht
man nach der Erfindung vor, so gehören die Lagergehäuse zum schwingenden Teil, da
sie mit diesem vibrieren.
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Die Wandler sind vorteilhafterweise als piezoelektrische Beschleunigungsmesser
ausgebildetJ wobei der Ausgang 3edes Beschleunigungsmessers an einen Integrationskanal
angeschlossen ist. Dieser besteht aus einem Pufferverstärker -mit nachgeschalteten
zwei Stufen eines -summierenden Verstärkers, wobei die beiden Stufen wechselstromgek'op-peit
sind. Die Ausgänge d-er integrierenden Kanäle sind an Detektoren angesehlossen,
die so vorgespannt sind5, daß sie ein Signal abgeben, das dem Spitzenwert des größten
dieser Ausgänge proportional ist. Die'ses :Signa-l wird einem Meßgerät bzw einer
Schaltung zugeführt,
die eine Lampe in Abhängigkeit von einer vorher
eingestellten Signalstärke in Betrieb nimmt.
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Vorzugsweise sind in dem Fall in dem die Vorrichtung als Walze ausgebildet
ist, zwei Wandler vorgesehen, die auf den Lagergehäusen der Walze derart angeordnet
sind, daß ihre Ansprechachsen einen Winkelbetrag von 250 einschließen. Sie liegen
symmetrisch zum Mittelpunkt des Bereichs der Lagen, die die Achse der maximalen
augenblicklichen Amplitude erwartungsgemäß einnimmt.
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Auf den beiliegenden Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Vorrichtung
nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ende einer Lageraufhängung einer
als Vibrationswalze ausgebildeten Walze entlang der Linie I-I in Fig. 2.
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Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Lagers.
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Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm der Schaltung, die zur Verarbeitung
der Ausgänge der Wandler dient Nach Fig. 1 und 2 besteht eine Vibrationswalze au
einer Walze R, von der lediglich ein Teil einer Seitenwand
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ist und de in einem Lager J sitzt. Das Lager wird von einem Gehäuse 112 getragen,
das über eine in Querrichtung beanspruchte Gummiaufhängung 113 an einer Platte sitzt.
Die Piatte ihrerseits ist an einem Rahmen F für die Walze befestigt. Das Gehäuse
112 trägt Halterungen 115, an denen in einer Richtung ansprechende piezoelektrische
Bes chleunigungswandl er T1 und T2 derart angeordnet sind, daß ihre ausgerichteten
Ansprechachsen die Walzenachse schneiden. ueber Lager silo, von denen nur eines
gezeigt ist, sitzt drehbar in der Walze eine Exzenterwelle S, die über einen nicht
gezeigten Motor angetrieben wird.
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Die Drehzahl Motors wird so gesteuert, daß sie im wesentlichen konstant
oberhalb der Resonanzfrequenz des Systems liegt, das von der Walze und dem unter
der Wirkung der Walze stehenden Material gebildet wird. Dies entspricht dem normalen
Vorgehen bei der Anwendung von Vibrationswalzen.
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Die Wandler T1 und T2 schließen zwischen sich einen relativ kleinen
Winkel ein. Vorliegende Versuche haben gezeigt, daß die Neigung der Hauptachse der
elliptischen Bewegungsbahn eines Punktes auf der Walze (d.h. die maximale augenblickliche
Amplitude) in einem Winkelbereich von 680, in den meisten Fällen in einem Winkelbereich
von 460 schwankt. Die Amplitude der~elliptischen Bahn bleibt natürlich im wesentlichen
konstant über einen erheblichen - 11 -
Winkelbereich auf beiden
Seiten der Hauptachse. Die Breite dieses Bereichs hängt ab von der Länge der kleinen
Ellipsenachse. In der Tat wurde ein Bereich der Neigung beobachtet,der zwischen
420 und llo° lag, gemessen im Uhrzeigersinn von der Horizontalen aus, und zwar bei
einer Drehung der Welle S gegen den Uhrzeigersinn. Demgegenüber lag dieser Bereich
bei einem Erdreich, das für eine Verfestigung geeignet war, zwischen 420 und 880,
gemessen von der Horizontalen. Der Mittelwert der letztgenannten Winkelbeträge liegt
bei 65°. Sind also die beiden Beschleunigungsmesser jeweils in einem Winkel von
0k = 52 1/20 und ß ß 77 1/20 zur Horizontalen angeordnet, so weicht der Ausgangswert
des Beschleunigungsmessers, der den gröbsten Ausgangswert liefert, selbst unter
ungünstigsten Bedingungen nicht um mehr als 1,8 von dem Ausgangswert ab, der der
tatsächlichen Hauptachse entsprechen würde.
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Bei vorliegenden praktischen Ergebnissen konnte innerhalb der Bereiche
der Versuchsgenauigkeit, d.h. innerhalb von + o,5 keine Abweichung festgestellt
werden. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Versuche mit einer begrenzten Anzahl
von Walzen durchgeführt wurden. Versuche mit anderen Walzen könnten etwas abweichende
Lagen der Wandler erforderlich machen, jedoch ändert sich damit das der Erfindung
zu Grunde liegende Prinzip in keiner Weise. Darüber hinaus können, sofern dies durch
die besonderen
Eigenschaften einer-Walze oder den geforderten Genauigkeitsgrad
erforderlich wird, mehr als zwei Wandler verwendet werden. Jedoch scheint in der
Regel,dieVerwendung yon zwei Wandlern angemessen zu sein.
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Die Signale der beiden Wandler werden unabhängig voneinander behandelt.
Dabei wird das auf diese Weise erhaltene größte Signal ausgewählt, um um Amplitude
der Hauptachse der elliptischen Bahn anzuzeigen. Da dieses Signal aus dem Ausgang
lediglich eines in einer Richtung ansprechenden Wandlers stammt, wird nicht nur
die Aufnahme fehlerhafter Signale vermindert, sondern es werden auch die Ungenauigkeiten
vermieden, die aufgrund der Summierung der' -Fehler zweier Kanäle und auf Grund;
der für das Zusammenfassen erforderlichen Arbeitsschritte auStreten.
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In der Praxis und bei der Verwendung, der Schritte zur'Verarbeitung
der Signale, wie sie im weiteren im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wird, dürfte
die Genautgkeit der erzielten Ergebnisse innerhalb der Ablesegenauigkeit des Meßgerätes
M nach Fig. 3 liegen,, d.h. bei etwa 0,5ß.
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In Fig. 3 ist ein Blockdiagrammbder Schaltung eines Rechners gezeigt,
der in getrennten Kanälen die Ausgänge der Wandler T1 und T2 verarbeiten sowie ein
Ausgangssignal liefern kann, das proportional zur Amplitude in der Hauptachse
der
Schwingungsbahn der Walze Rist. Weiterhin besitzt der Rechner eine Anzeigevorrichtung,
die den Verdichtungsgrad sowohl auf einem Meßgerät M als auch in einer Lampe L sichtbar
macht, wobei die Anzeige bei einem vorgewählten Maß der erzielten Verdichtung erfolgt.
In der Praxis kann auch nur eines dieser Geräte, d.h. entweder das Meßgerät M oder
die Lampe L, und zwar vorzugsweise das Meßgerät, verwendet werden' wobei dann der
Teil der Schaltung, der lediglich dem nicht verwendeten Gerät dient, fortgelassen
wird. Es sind zwei Verarbeitungskanäle gezeigt, und zwar sind beide Kanäle identisch
ausgebildet.
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Werden mehr als zwei Wandler verwendet, so können zusätzliche Kanäle
angefügt werden.
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Wie bereits oben erwähnt, sind die Wandler T1 und T2 als piezoelektrische
Beschleunigungsmesser ausgebildet und weisen daher eine entsprechend hohe Ausgangsimpedanz
auf. Der Ausgang jedes Beschleunigungsmessers wird daher einem Pufferverstärker
2 zugeführt, die eine hohe Eingangs-und eine niedrige Ausgangsimpedanz besitzt.
Der Ausgang der Verstärker 2 ist an ein Paar von wechselstromgekoppelten in Serie
geschalteten summierenden verstärkern 4 und 6 angeschlossen. Die Charakteristik
dieser Verstärker ist derart, daß sie oberhalb einer bestimmten Frequenz, die in
bekannter Weise durch die Werte der verwendeten Komponenten bestimmt wird, als Integratoren
arbeiten und
unterhalb dieser Frequenz als Differenziergeräte wirken.
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Der Dämpfungs- oder Abklingbereich zu jeder Seite dieser Frequenz
liegt bei 6db pro Oktave. Die Komponenten der Verstärker sind so ausgewählt, daß
diese Übergangsfrequenz unterhalb der auf die Walze einwirkenden Schwingungsfrequenz
liegt, damit die Verstärker den gewünschten Integrationseffekt aufweisen. Die erwähnten
Eigenschaften bringen jedoch zwei wertvolle Nebeneffekte mit sich. Einerseits variiert
der Verstärkungsgrad der beiden in Serie geschalteten Verstärker derart, daß geringe
Veränderungen der Schwingungsfrequenz genau aurgehoben werden, da sich im Falle
derartiger Veränderungen der Schwingungsfrequenz die Schwingungsamplitude im Quadrat
der Frequenz ändert, d.h. mit 12db pro. Oktave. Zum zweiten werden sämtliche unerwünschten
Freauenzen außer der Ubergangsfrequenz des Verstärkers gedämpft. Es sei darauf hingewiesen,
daß der Haupterfekt der durchgeführten doppelten Integration darin liegt, aus dem
Ausgang des Wandlers die Komponente der Grundfrequenz der Walzenvibrationherauszuziehen,
da der Ausgang des die zweite Integration durchführenden Verstärkers 6 eines jeden
Paares nahezu einereine Sinusschwingung bei dieser Frequenz darstellt, wobei der-Anteil
der harmonischen Schwingungen auf, ein geringes Maß reduziert wird. Im Hinblick
auf die vorliegende Beschreibung kann die doppelte Integration auch durch andere
Schaltungen
bewirkt werden, beispielsweise durch einen Schwingkreis, der einen ähnlichen Effekt
hervorruft.
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Jedoch würde eine derartige andere Schaltung; sofern sie nicht mit
einem weiteren Filter von geeigneter Filtercharakteristik kombiniert wäre, in der
Regel nicht den ersten der oben angegebenen Vorteile erzielen. Dieser Vorteil ist'aber
von beachtlicher Wichtigkeit, da es in der Praxis bei üblicher Maschinenregelung
nicht möglich ist, die Schwingfrequenz der Walze absolut konstant oder frei von
Abweichungen zu halten.
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Die Ausgänge der Verstärker 6 werden entweder direkt oder nach ihrem
Durchgang durch weitere Pufferverstärker 8 Detektoren 14 zugeleitet, deren Belastung
von einer Schaltung mit dem Meßgerät M und einem Kondensator lo geliefert wird.
Die Zeitkonstante des Meßgerätkreises ist so hoch, daß sich das über dem Meßgerät
aufgebaute Potential dem Spitzenwert des gleichgerichteten Ausgangs des Verstärkers
annähert, der den höchsten Ausgangswert besitzt.
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Dieser Ausgangswert unterliegt einer Anzeige, die vorbestimmt ist
durch ein Bezugspotential, das von einem Bezugsnetz 12 aufgebracht wird. Das aufgebaute
Potential spannt umgekehrt den Detektor vor, der mit dem anderen Verstärker verbunden
istl und blockiert auf diese Weise dessen Ausgang. Der Kondensator 16 dämpft die
Bewegungen des Meßgerätes erheblich und stellt auf diese Weise eine
weitere
Filterung irgendwelcher aperiodischen Eingangssignale aufgrund von Bodenunebenheiten
od.dgl. dar. Da der Ausgang des Verstärkers 6 einer reinen Sinusschwingung sehr
nahe kommt, ist oftmals die Verwendung eines Null-Spitzenwertdetektors oder eines
negativen Null-Spitzenwedetektors angemessen. Vorzugsweise wird jedoch zur Erzielung
genauester Ergebnisse unter sämtlichen Umständen ein negativer Spitzenwert- positiver
Spitzenwert-Detektor verwendet, da auf diese Weise jegliche Asymmetrie der Schwingungsform
des Ausgangs relativ zur Nullachse berücksichtigt werden kann.
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Bei den Ausführungen des obigen Absatzes ist davon ausgegangen worden,
daß als Meßgerät M ein Meßgerät mit beweglicher Spule verwendet wird. Da derartige
Meßgeräte nicht immer besonders betriebssicher sind, wenn sie unter ständig vibrierenden
Bedingungen eingesetzt werden, kann es vorzuziehen sein, ein Servomeßgerät zu verwenden.
In diesem Falle mag ein Vorteil darin liegen, die Detektoren 14 so abzuwandeln,
daß ,sie in einer Rückkopplungsschleife des Servometers angeordnet sind. Die Rückkopplung
dient dazu, die Detektoren vorzuspannen. Anstelle des ServomeB-gerätes kann ein
Meßschreiber verwendet werden, wenn eine ständige Wiedergabe des Fortgangs der Verdichtung
erforderlich ist. Außerdem läßt sich, sofern angenommen wird, daß die Ausgänge der
Verstärker 6 einer genauen Sinusschwingung
folgen, was in vielen
Fällen keine wesentliche Einbuße an Genauigkeit mit sioh bringt, eine Anordnung
eines Detektor/Meßgerätes verwenden, die r.m.s.
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Anzeigen (r.m.s. readings) liefert, sofern sie geeignet ist, den größeren
von zwei Ausgangswerten auszuwählen.
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In jedem Falle jedoch soll die Meßgerätanzeige im wesentlichen propoPtional
zum Spitzenwert des größeren Ausgangs sein.
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Die Ausgänge der Verstärker können zusätzlich oder wahlweise auch
an einen weiteren Detektor 18 angeschlossen sein. Dieser gleicht dem Detektor 14
und weist einen Speicherkondensator 20 auf. Der Ausgang ist an einen Pufferverstärker
22 angeschlossen, um den Detektor mit einer hohen Impedanz zu versehen und dafür
zu sorgen, daß sein Ausgang sehr genau dem Spitzenwert des aufgebrachten Signals
entspricht. Der Ausgang des Verstärkers 22 ist an einen Eingang eines Differentialverstärkers
24 angeschlossen, wobei ein veränderbares Bezugspotential über ein geeichtes Potentiometer
26 an den anderen Eingang angelegt ist. Der Ausgang des Verstärkers 24 führt zu
einer Diode oder einem elektronischen Schalter 28, der die Lampe L derart steuert,
daß sie eingeschaltet wird, wenn der Eingangswert an dem einen Eingang den durch
das Potentiometer 26 bestimmten Eingangswert übersteigt.
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Als Eicheinteilung für die Skala des Meßgerätes M oder für das Potentiometer
26 kann man in bequemer Weise das Verhältnis zwischen der Länge der Hauptachse der
elliptischen Bahn und der Länge ihres Durchmessers verwenden, gemessen bei frei
schwingender Walze, d.h.
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wenn die Walze vom Boden abgehoben ist. Die Skala ist in beiden Fällen
linear und so eingeteilt, daß sie Anzeigen zwischen kleiner als 1:1 und mindestens
dem maximalen Verhältnis gestattet, das in der Praxis auftritt.
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Die verschiedenen Komponenten der Anzeigevorrichtung werden wthrend
der Herstellung S elngestellt, daß die Skalenanzeigen des Meßgerätes und des Potentiometers
26 genau proportional zu der Amplitude eines Wechselstromsignals sind, das an den
Ausgang beider zweiten summierenden Verstärker 6 angelegt wird. Wenn die Einheit
an einer Walze befestigt wird, ist es lediglich erforderli¢h, die Walze anzw eben,
so daß sie frei'vibrieren kann,und die Verstärkung Jedes der beiden integrierenden
Kanäle (mindestens ein Verstärker in Jedem Kanal besitzt eine verstellbare Verstärkung)
so einhustellen, daß das Meßgerät M 1,0 anzeigt bzw. die Lampe gerade anspricht,
wenn das Potentiometer, auf 1,0 eingestellt ist. Es wird angenommen, daß in der
Praxis eine Gradeinteilung zwischen 0,98 (d.h. gerade unter 1,0) und 2,2 in vielen
Fällen geeignet ist. Es kann sich jedoch auch herausstellen, daß größere oder kleinere
Skalenbereiche für
unterschiedliche Walzen erforderlich sind.
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Bei analogen Ausführungsformen wird die Erfindung angewendet auf
Vibrationsvorrichtungen mit Konsolen zum Verdichten von Erde oder auf Vorrichtungen
mit Schwingbalken, wie sie verwendet werden zum Verfestigen von frisch gegossenem
Beton, und. zwar unter der Voraussetzung, daß der Beton eine ausreichend trockene
Mischung darstellt, die kein thixotropes Verhalten unter dem Einfluß von Schwingungen
aufweist. Bisher war es schwierig, mit derartigen Vorrichtungen übereinstimmende
Ergebnisse zu erzielen, und zwar insbesondere dann, wenn die Vorrichtungen von relativ
ungeübtem Personal bedient wurden, da es keine einfache und direkte Methode gab,
mit der festgestellt werden konnte, wann der erforderliche Grad der Verfestigung
erreicht war.
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Ein Vibrationsverfestiger mit einer Konsole oder einem Schuh als
schwingender Teil, über den die Vibration auf den zu verfestigenden Boden übertragen
wird, kann in der gleichen Weise wie eine Vibrationsrolle über ein umlaufendes exzentrisches
Gewicht angeregt werden. In diesem Fall kann eine im wesentlichen identische Vorrichtung
verwendet werden, wie sie bereite oben im Zusammenhang mit einer Vibrationswalze
beschrieben wurde. Dabei befestigt man die Wandleranordnung anstelle an der Walze
an
dem Schuh oder an der Konsole.
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Es sei darauf hingewiesen, daß bei allen beschriebenen Ausführungsformen
Bes chl eunigungswandl er verwendet.wurden, um ein für die Verarbeitung vorgesehenes
Signal zu ergeben. Es waren daher Integrationsschritte erforderlich, um ein zweites
zur maximalen augenblicklichen Amplitude proportionales Signal zu erzeugen.
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Mag es auch auf den ersten Blick vorteilhaft erscheinen, Wandler für
die Geschwindigkeit oder die Versetzung zu verwenden (obwohl darauf hingewiesen
wird, daß viele dieser Wandler tatsächlich Beschleunigungswandler sind, die bereits
einen integrierten Ausgang aufweisen) -und eine derartige Verwendung wird auch im
Rahmen der Erfindung nicht ausgeschlossen - so wird dennoch die Verwendung von piezoelektrischen
Beschleunigungswandlern vorgezogen, da diese robust, leicht erhältlich und ohne
weiteres an jedem geeigneten Punkt des schwingenden Teils der entsprechenden Vorrichtung
befestigbar sind. Die dabei erforderliche Integration gestattet es, Interferenzerscheinungen
zu unterdrücken und, wie oben erwähnt, Unterschiede in der. Schwingungsfrequenz
auszugleichen. Weitere Vorteile piezoelektrischer Beschleunigungsmesser liegen darin
daß sie in genau ausgerichteter Richtung ansprechen und daß ihre Ansprechbarkeit
bei geringen Frequenzen stark abfällt, und zwar insbesondere unterhalb der Prequenzen,
mit
der das schwingende Teil angeregt wird. Damit erzeugen die in der Regel langsamen
Bewegungen in der Aufhängung nur ein geringes oder gar kein Signal.
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Es sei außerdem darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung nach der
Erfindung ohne weiteres an bereits bestehenden Maschinen angeordnet werden kann,
da es lediglich erforderlich ist, den oder die Wandler in geeigneter Ausrichtung
am schwingenden Teil der Maschine zu befestigen und einen Anschluß zu einem Kasten
zu schaffen, der die Rechen- und Anzeigevorrichtung enthält. Letztere kann entweder
durch eingebaute Batterien oder, sofern vorhanden, durch das elektrische Netz der
Maschine versorgt werden. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß komplexere Verbindungen
erforderlich sind, wenn die Vorrichtung direkt die Geschwindigkeit steuern soll,
mit der sich die Maschine über den Boden bewegt. In diesem Fall kann anstelle der
Lampe L ein von einem Relais gesteuerter Geschwindigkeitswechsler verwendet werden.