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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren zur Durchführung einer Verdichtungsoperation, und insbesondere ein System und ein Verfahren zur Durchführung einer Verdichtungsoperation durch einen Verdichter.
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Hintergrund
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Die Vorbereitung von Straßen, Baustellen, Böschungen und anderer Oberflächen erfordert oft eine Verdichtung, um gewünschte Materialeigenschaften zu schaffen. Um die Materialverdichtung zu erleichtern, werden oft Verdichter (auch als Verdichtungsmaschinen) eingesetzt, um Erde, Kies, Asphalt und andere Materialien zu verdichten. Verdichter können zum Beispiel eine drehende Walze oder Trommel mit einer oder mehreren drehbaren Walzenanordnungen umfassen, die über das zu verdichtende Material rollen. Die drehende Walze kann ein statisches Walzensystem sein, in dem das Gewicht des Verdichters und der Walze die Verdichtung erzeugt. Einige Verdichter umfassen einen Vibrationsmechanismus, der einen Verdichtungsaufwand liefert, um das Verdichtungsverfahren zu fördern, allgemein auf der Grundlage der Eigenschaften des zu verdichtenden Materials und der Stufe des Verdichtungsbetriebs.
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Der Verdichtungsbetrieb umfasst allgemein das mehrmalige Fahren eines oder mehrerer Verdichter über einen Arbeitsbereich, bis dieser auf einen Zielwert verdichtet ist. Material, das verdichtet wird, ist normalerweise anfänglich weich und von niederer Dichte, bevor die Verdichtung beginnt. Nach jedem Durchgang wird das Verdichtungsniveau des Materials inkrementell erhöht und daher sollten die darauf folgenden Durchgänge mit einem unterschiedlichen Verdichtungsaufwand durchgeführt werden. Üblicherweise wird dieser Effekt unter Verwendung zweier oder mehrerer verschiedener Verdichter in Reihe erzielt, wobei jeder der Verdichter auf einen unterschiedlichen Verdichtungsaufwand eingestellt ist.
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Derzeitige Ansätze zur Entscheidung und Veränderung der Einstellung des Vibrationsmechanismus greifen meist auf das Urteil und die Wahrnehmung einer Bedienperson zurück, was einen wesentlichen Schulungsaufwand und Vorbereitungszeit für die Bedienperson erfordert. Diese Ansätze sind anfällig für menschliche Fehler und neigen dazu, eine inkonsistente Qualität zu ergeben. Dementsprechend tritt beim Bau von langen Straßen und Autobahnen eine beträchtliche Anzahl von Belagsfehlern und Rollunebenheiten auf. Diese Mängel neigen dazu, die Bauzeit und -kosten zu erhöhen.
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Das
US-Patent Nr. 6,236,923 (im Folgenden als das "’923-er Patent” bezeichnet) beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Befüllungsdrucks an einen Pneumatik-Verdichter. Das ’923-er Patent beschreibt, dass das Verfahren und die Vorrichtung Mittel zum dynamischen Bestimmen eines Dichteniveaus eines zu verdichtenden Materials, ein Steuersystem zum Bestimmen eines gewünschten Befüllungsdrucks als eine Funktion der Dichte, und ein Befüllungsdrucksystem zum Einstellen des Befüllungsdrucks in Ansprechen auf den gewünschten Befüllungsdruck. In einem Beispiel beschreibt das ’923-Patent, dass das Steuersystem das Dichteniveau des Materials als eine Funktion der Anzahl von Durchgängen des Pneumatik-Verdichters über einen Verdichtungsbereich bestimmt.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein System zur Verdichtung eines Arbeitsbereichs geschaffen. Das System umfasst einen Verdichter mit einem variablen Vibrationsmechanismus zur Lieferung eines Verdichtungsaufwands an den Arbeitsbereich. Das System umfasst des Weiteren einen Positionssensor, um Positionsdaten für den Verdichter zu erzeugen. Das System umfasst des Weiteren ein Steuergerät in Kommunikation mit dem Positionssensor und dem variablen Vibrationsmechanismus. Das Steuergerät ist dazu ausgestaltet, eine Durchgangszählung für den Arbeitsbereich auf der Grundlage der Positionsdaten zu bestimmen. Das Steuergerät ist des Weiteren dazu ausgestaltet, einen Ziel-Verdichtungsaufwand für den Arbeitsbereich auf der Grundlage der Durchgangszählung zu bestimmen. Das Steuergerät ist des Weiteren dazu ausgestaltet, den Verdichtungsaufwand auf den Ziel-Verdichtungsaufwand zu modifizieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verdichters geschaffen, der einen Verdichtungsaufwand über einem Arbeitsbereich bereitstellt. Das System umfasst das Erzeugen der Positionsdaten für den Verdichter. Das Verfahren umfasst des Weiteren das Bestimmen einer Durchgangszählung für den Arbeitsbereich auf der Grundlage der Positionsdaten. Das Verfahren umfasst des Weiteren das Bestimmen eines Ziel-Verdichtungsaufwands für den Arbeitsbereich auf der Grundlage der Durchgangszählung. Das Verfahren umfasst ferner das Modifizieren des Verdichtungsaufwands auf den Ziel-Verdichtungsaufwand.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verdichter bereitgestellt. Der Verdichter umfasst einen Rahmen und eine Verdichterwalze, die mit dem Rahmen wirkverbunden ist. Der Verdichter umfasst auch einen variablen Vibrationsmechanismus, der an die Verdichterwalze gekoppelt ist. Der variable Vibrationsmechanismus ist dazu ausgestaltet, einen Verdichtungsaufwand an einen Arbeitsbereich zu liefern. Der Verdichter umfasst des Weiteren ein Steuersystem. Das System umfasst einen Positionssensor, der dazu ausgestaltet ist, Positionsdaten für den Verdichter zu erzeugen. Das Steuersystem umfasst des Weiteren ein Steuergerät in Kommunikation mit dem Positionssensor und dem variablen Vibrationsmechanismus. Das Steuergerät ist dazu ausgestaltet, die Positionsdaten zu empfangen. Das Steuergerät ist ferner dazu ausgestaltet, eine Durchgangszählung für den Arbeitsbereich auf der Grundlage der Positionsdaten zu bestimmen. Das Steuergerät ist des Weiteren dazu ausgestaltet, einen Ziel-Verdichtungsaufwand für den Arbeitsbereich auf der Grundlage der Durchgangszählung zu bestimmen. Das Steuergerät ist des Weiteren dazu ausgestaltet, den Verdichtungsaufwand auf den Ziel-Verdichtungsaufwand zu modifizieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 veranschaulicht eine diagrammatische Plandarstellung eines Verdichters in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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2 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Steuersystems in Verbindung mit einem variablen Vibrationsmechanismus des Verdichters von 1 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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3 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Steuersystems in Verbindung mit einem variablen Vibrationsmechanismus des Verdichters von 1 in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
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4 veranschaulicht eine diagrammatische Darstellung einer Anzeigevorrichtung des Verdichters von 1, die eine Karte oder Abbildung zeigt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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Detaillierte Beschreibung
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Im Folgenden wird nun im Detail auf spezielle Aspekte oder Merkmale Bezug genommen, für die Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Wo immer dies möglich ist, werden innerhalb der Zeichnungen entsprechende oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, um auf gleiche oder entsprechende Teile zu verweisen.
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1 ist eine beispielhafte schematische Darstellung eines Systems 10 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In 1 wird eine diagrammatische Plandarstellung eines Verdichters 100 (auch als eine Verdichtungsmaschine bezeichnet) dargestellt. Der Verdichter 100 kann sich auf einen beliebigen Typ von Maschine zur Verdichtung eines Belagsmaterials beziehen, wie beispielsweise etwa Erde, Sand, Kies, lockeres Gestein, Asphalt, Recyclingbeton, bituminöse Mischungen oder ein beliebiges anderes verdichtbares Material. Zum Beispiel kann der Verdichter 100 einen Trommelverdichter, einen Plattenverdichter, einen selbstfahrenden Verdichter, einen hinter einer Asphaltiermaschine hergeschleppten Verdichter oder eine beliebige andere Verdichtungsvorrichtung umfassen, die im Stand der Technik bekannt ist. In der Veranschaulichung von 1 ist der gezeigte Verdichter 100 ein Asphaltverdichter. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass ein beliebiger Typ des Verdichters verwendet werden kann, etwa ein Erdverdichter, Deponieverdichter, Werksverdichter, etc.
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1 veranschaulicht auch eine Darstellung eines Arbeitsbereichs 12, der in Form eines Streifens dargestellt ist, auf dem ein zu verdichtendes Belagsmaterial 14 abgelegt ist. Der Arbeitsbereich 12 kann Teil einer größeren Arbeitsstelle (in 4 dargestellt) sein, an der mehrere Verdichter 100 arbeiten können, um den Verdichtungsvorgang abzuschließen. Das heißt, die größere Arbeitsstelle kann in mehrere Arbeitsbereiche 12 unterteilt sein. Die Arbeitsbereiche 12 können von beliebiger Größe sein, sind aber in der Regel so dimensioniert, dass eine genaue Messung des Verdichtungszustands der Gesamtheit des Arbeitsbereichs 12 und die Anzeige des Verdichtungszustands der Arbeitsbereiche 12 an die Bedienperson des Verdichters 100 möglich ist. Ein zu groß dimensionierter Arbeitsbereich 12 würde mehrere Verdichtungszustände aufweisen, während ein zu kleiner Arbeitsbereich 12 die Verdichtung der Arbeitsstelle komplizierter machen würde, da die Bedienperson nicht in der Lage wäre, den Verdichtungszustand eines spezifischen Arbeitsbereichs 12 zu steuern, ohne umliegende Arbeitsbereiche 12 zu beeinflussen. In einem Beispiel kann jeder Arbeitsbereich 12 eine Fläche von 1/3 Meter mal 1/3 Meter sein. Der Arbeitsbereiche 12 kann an die Bedienperson des Verdichters 100 als eine Karte (in 4 dargestellt) angezeigt werden, die einen Durchgangszählungszustand des Arbeitsbereichs 12 angibt, welche Arbeitsbereiche 12 bereits den gewünschten Verdichtungszustand aufweisen, und welche Arbeitsbereiche 12 weiteren Verdichtungsaufwand benötigen, um den gewünschten Verdichtungszustand zu erreichen.
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Der Verdichter 100 kann einen Rahmen 104 und eine Bedienerkabine 106 umfassen, die an dem Rahmen 104 getragen wird und eine Bedienereingabevorrichtung, etwa ein Lenkrad 108 oder ähnliche Steuervorrichtung zur Steuerung einer Fahrtrichtung des Verdichters 100, aufweist. Der Verdichter 100 kann des Weiteren einen Motor 110 umfassen. Der Motor 110 kann an dem Rahmen 104 getragen werden und kann dazu ausgestaltet sein, mechanische und/oder elektrische Leistung an den Verdichter 100 zu liefern. Der Motor 110 kann eine Reihe von geeigneten Motortypen umfassen. Zum Beispiel kann der Motor 110 einen Verbrennungsmotor, einen elektrischen Generator, eine Fluidpumpe oder eine beliebige andere geeignete Vorrichtung umfassen, die dazu ausgestaltet ist, den Verdichter 100 vorzutreiben. In einem Beispiel kann der Motor 110 dazu ausgestaltet sein, Leistung an die Komponenten des Verdichters 100 bereitzustellen, wie etwa einen ersten Motor 112, einen zweiten Motor 114, und weitere Systeme des Verdichters 100. Die Motoren 112, 114 können über elektrische Leitungen, Flüssigkeitsleitungen oder eine beliebige andere geeignete Verbindung wirkmäßig mit dem Motor 110 gekoppelt sein. Wo der Motor 110 zum Beispiel elektrische Leistung liefert, können die Motoren 112, 114 Elektromotoren sein. Wo alternativ der Motor 110 hydraulische Leistung liefert, können die Motoren 112, 114 Fluidmotoren sein.
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Der Verdichter 100 kann verschiedene Komponenten umfassen, um den Verdichtungsbetrieb zu erleichtern, und verhindert ferner eine Lockerung und Zerkleinerung des Belagsmaterials 14 während des Verdichtungsbetriebs. Der Verdichter 100 kann ein oder mehrere Verdichtungselemente umfassen, etwa eine erste Verdichterwalze 116 und eine zweite Verdichterwalze 118. Die erste Verdichterwalze 116 und die zweite Verdichterwalze 118 können drehbar an dem Rahmen 104 montiert sein. Die erste Verdichterwalze 116 und die zweite Verdichterwalze 118 können jeweils mit dem ersten Motor 112 und dem zweiten Motor 114 wirkverbunden sein, so dass der erste Motor 112 die erste Verdichterwalze 116 antreiben kann und der zweite Motor 114 die zweite Verdichterwalze 118 antreiben kann.
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In einer Ausführungsform kann der Verdichter 100 des Weiteren einen variablen Vibrationsmechanismus 120 umfassen. Der variable Vibrationsmechanismus 120 kann in Verbindung mit den Verdichtungswalzen 116, 118 angeordnet sein. Insbesondere kann der variable Vibrationsmechanismus 120 einen ersten Vibrationsmechanismus 122 und einen zweiten Vibrationsmechanismus 124 umfassen, die jeweils mit der ersten Verdichterwalze 116 und der zweite Verdichterwalze 118 gekoppelt sind. In einem Beispiel können der erste Vibrationsmechanismus 122 und der zweite Vibrationsmechanismus 124 jeweils mit dem ersten Motor 112 und dem zweiten Motor 114 wirkverbunden sein. Der variable Vibrationsmechanismus 120 kann dazu ausgestaltet sein, einen Verdichtungsaufwand an einen Arbeitsbereich 12 zu liefern. Insbesondere kann der variable Vibrationsmechanismus 120 dazu ausgestaltet sein, die Verdichtungswalzen 116, 118 mit einer vorbestimmten Frequenz und Amplitude vibrieren zu lassen, in Abhängigkeit von den Anforderungen des Verdichtungsbetriebs. Es kann in Betracht gezogen werden, dass der Verdichtungsaufwand direkt proportional zur Amplitude der Vibration ist, und in der Regel umgekehrt proportional zur Frequenz der Vibration. Daher erfordert eine Erhöhung im Verdichtungsaufwand eine Erhöhung in der Amplitude der Vibration, und umgekehrt.
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Es sollte klar sein, dass der Begriff ”variabler Vibrationsmechanismus” nicht auf Mechanismen begrenzt werden kann, die einen Verdichtungsaufwand unter Verwendung von nur Vibrationen der Verdichtungselemente liefern, sondern sich auch auf andere Typen von Mechanismen beziehen kann, die einen Verdichtungsaufwand unter Verwendung zum Beispiel oszillatorischer Hin- und Herbewegung der Verdichtungselemente liefern. In den folgenden Absätzen wird die Funktion des variablen Vibrationsmechanismus 120 in Bezug auf den ersten Vibrationsmechanismus 122 beschrieben. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass dieselbe Beschreibung auch auf den zweiten Vibrationsmechanismus 124 Anwendung findet. In einigen Beispielen kann der erste Vibrationsmechanismus 122 ein oder mehrere Gewichte (nicht dargestellt) umfassen, die in einem Innenvolumen der ersten Verdichterwalze 116 angeordnet sind. Das eine oder die mehreren Gewichte können in einer außermittigen Stellung außerhalb einer gemeinsamen Achse (nicht dargestellt) angeordnet sein, um die sich die erste Verdichterwalze 116 dreht. Das heißt, die Gewichte sind exzentrisch in Bezug auf die gemeinsame Achse positioniert und in der Regel in Bezug aufeinander um die gemeinsame Achse beweglich, um einen variablen Grad von Unwucht während der Drehung der Gewichte zu produzieren. Wenn sich die erste Verdichtungswalze 116 dreht, leiten die außermittigen oder exzentrischen Positionen der Gewichte oszillierende oder Vibrationskräfte in die erste Verdichtungswalze 116 ein, die dann auf den zu verdichtenden Arbeitsbereich 12 ausgeübt werden.
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Die Amplitude der Vibrationen, die durch eine solche Anordnung drehbarer, exzentrischer Gewichte produziert werden, kann variiert werden, indem die Position der exzentrischen Gewichte in Bezug aufeinander um ihre gemeinsame Achse geändert wird. Dies variiert die durchschnittliche Verteilung von Masse, d. h., des Schwerpunkts, in Bezug auf die gemeinsame Achse der Gewichte. Es kann in Betracht gezogen werden, dass die Amplitude in einer solchen Anordnung zunimmt, wenn sich der Schwerpunkt von der gemeinsamen Achse der Gewichte weg bewegt, und sich gegen Null verringert, wenn der Schwerpunkt sich zu der gemeinsamen Achse hin bewegt. Ferner kann das Variieren der Drehzahl der Gewichte um ihre gemeinsame Achse die Frequenz der Vibrationen verändern, die durch eine solche Anordnung drehender exzentrischer Gewichte produziert werden. In einigen Beispielen sind die exzentrisch positionierten Gewichte so angeordnet, dass sie sich im Inneren der ersten Verdichterwalze 116 unabhängig von deren Drehung drehen können, um eine bessere Steuerung über die Veränderung der Amplitude und/oder Frequenz der Vibration der ersten Verdichterwalze 116 während des Verdichtungsbetriebs zu haben.
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In der Regel werden sowohl die Amplitude als auch die Frequenz der Vibration gesteuert, um den Grad der Verdichtung zu variieren. Durch Verändern des Abstands der exzentrischen Gewichte von der gemeinsamen Achse in dem variablen Vibrationsmechanismus 120 wird der Amplitudenteil des Verdichtungsaufwands modifiziert. Durch Verändern der Drehzahl der exzentrischen Gewichte um die gemeinsame Achse wird der Frequenzteil des Verdichtungsaufwands modifiziert. Zusätzlich können sowohl der Amplitudenteil als auch der Frequenzteil des Verdichtungsaufwands des variablen Vibrationsmechanismus 120 gleichzeitig durch Verändern sowohl des Abstands der exzentrischen Gewichte als auch der Drehzahl der exzentrischen Gewichte in Bezug auf die gemeinsame Achse modifiziert werden. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf eine solche Anordnung von exzentrischen Gewichten, wie sie oben beschrieben wurde, begrenzt. In einigen Beispielen können andere Typen des variablen Vibrationsmechanismus, die den Verdichtungsaufwand des Verdichters 100 modifizieren, eingesetzt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Des Weiteren sollte klar sein, dass der Verdichter 100 weniger oder mehr zusätzliche Komponenten umfassen kann, die dazu konstruiert sind, das Belagsmaterial 14 zu verdichten, und dennoch den gewünschten Verdichtungsaufwand über dem Arbeitsbereich 12 zu erzielen. Zum Beispiel kann der Verdichter 100 nur ein Verdichtungselement umfassen, etwa die erste Verdichterwalze 116, und umfasst Reifen anstelle der zweiten Verdichterwalze 118. Des Weiteren können die Verdichtungswalzen 116, 118 verschiedene Oberflächenkonfigurationen umfassen, um die Verdichtung des Belagsmaterials 14 zu erleichtern; so kann etwa die Oberfläche der Verdichtungswalzen 116, 118 allgemein glatt sein und/oder eine mit besetzter Oberfläche.
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Wie in 1 schematisch abgebildet, kann der Verdichter 100 ein Steuersystem 126 zur Steuerung des Verdichtungsbetriebs über dem Arbeitsbereich 12 umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Steuersystem 126 sich entfernt von dem Verdichter 100 befinden und ein Teil des Systems 10 sein. Die Begriffe ”Steuersystem 126” und ”System 10” wurden für diese Ausführungsform austauschbar verwendet. Das Steuersystem 126 steuert die Leistung, die von dem Motor 110 an die Motoren 112, 114 geliefert wird, und steuert somit den Verdichtungsaufwand, der von dem variablen Vibrationsmechanismus 120 produziert wird. 2 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform der Steuersystems 126. Die in 2 dargestellten Blöcke stellen verschiedene Komponenten des Steuersystems 126 dar, und die verschiedenen Linien stellen ferner die Signalleitungen dar, die zur Datenkommunikation zwischen den verschiedenen Komponenten des Steuersystems 126 ausgestaltet sind. Die Richtungspfeile stellen die Übertragung von Daten von einer Komponente zur anderen Komponente des Steuersystems 126 dar.
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In einer Ausführungsform kann das Steuersystem 126 einen Positionssensor 200 umfassen. Der Positionssensor 200 kann dazu ausgestaltet sein, die Position des Verdichters 100 zu bestimmen, insbesondere in Bezug auf den Arbeitsbereich 12. In einem Beispiel kann der Positionssensor 200 an dem Verdichter 100 angeordnet sein. Der Positionssensor 200 kann eines oder mehrere aus den folgenden umfassen: globales Positionierungssystem (GPS), globales Navigationssatellitensystem (GNSS), laserbasiertes Positionierungssystem, System auf Trilaterations-/Triangulationsbasis unter Verwendung von Mobilfunk- oder Wi-Fi-Netzwerken, Pseudosatellit, Funkmess- und Wahrnehmungssensor. In anderen Beispielen kann der Positionssensor 200 eine externe Komponente sein, die dazu ausgestaltet ist, die Bewegung des Verdichters 100 unter Verwendung von Radar oder ähnlicher Nachverfolgungssysteme zu verfolgen. Es können jedoch auch andere Positionsbestimmungssysteme verwendet werden, zum Beispiel Koppelnavigation oder dergleichen. Der Positionssensor 200 kann dazu ausgestaltet sein, Positionsdaten ‘X’ zu erzeugen, die die Bewegung des Verdichters 100 angeben.
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In einigen Beispielen kann das Steuersystem 126 auch einen Verdichtungssensor 202 umfassen. Der Verdichtungssensor 202 kann sich an einer oder beiden der Verdichtungswalzen 116, 118 des Verdichters 100 befinden. Der Verdichtungssensor 202 kann dazu ausgestaltet sein, Verdichtungsdaten ‘C’ entsprechend der Dichte des Belagsmaterials 14, das verdichtet wird, zu erzeugen, während der Verdichter 100 den Arbeitsbereich 12 überquert. Der Verdichtungssensor 202 kann von einem beliebigen, im Stand der Technik bekannten Typ sein, und einen oder mehrere Beschleunigungsmesser, bodendurchdringende Radarsensoren, Schallsensoren, Messräder, nukleare Dichtesensoren, Vibrationssensoren, und dergleichen umfassen. Alternativ kann der Verdichtungssensor 202 indirekte Technologien verwenden, zum Beispiel, Maschinenleistungsnutzungsindikatoren, Temperaturindikatoren, Bewegungswiderstandsindikatoren, oder beliebige Kombinationen dieser Technologien, für den jeweiligen Zweck.
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In einigen Beispielen kann das Steuersystem 126 auch einen Temperatursensor 204 umfassen, der dazu ausgestaltet ist, Temperaturdaten ‘T’ des Arbeitsbereichs 12 zu erzeugen. In einem Beispiel kann der Temperatursensor 204 ein Temperatursensor vom berührungslosen Typ sein, der in der Lage ist, aus der Ferne die Temperatur des über dem Arbeitsbereich 12 verlegten Belagsmaterials 14 zu erfassen, ohne dass ein Abschnitt des Temperatursensors 204 in physischen Kontakt mit dem Arbeitsbereich 12 gelangen muss. Zum Beispiel kann der Temperatursensor 204 ein Wärmebildnehmer oder ein Temperaturscanner sein, der in einem "Zeilenabtast-"Modus arbeitet. In anderen Beispielen kann der Temperatursensor 204 ein geeigneter Temperatursensor vom Kontakttyp sein, beispielsweise etwa ein Thermoelement mit einer Sensorstelle, die an eine der Verdichtungswalzen 116, 118 platziert ist.
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Ferner kann in einigen Beispielen das Steuersystem 126 auch einen Feuchtigkeitssensor 206 umfassen, der dazu ausgestaltet ist, Feuchtigkeitsdaten ‘T’ des Arbeitsbereichs 12 zu erzeugen. In einem Beispiel kann der Feuchtigkeitssensor 206 ein Mikrowellensensor sein, der dazu ausgestaltet ist, den Feuchtigkeitsgehalt des Belagsmaterials 14 abzutasten, ohne es zu berühren, während der Verdichter 100 den Arbeitsbereich 12 überquert. In anderen Beispielen kann der Feuchtigkeitssensor 206 den Feuchtigkeitsgehalt indirekt unter Verwendung einer anderen Eigenschaft des Belagsmaterials 14 messen, wie etwa des elektrischen Widerstands, der Dielektrizitätskonstante, oder der Interaktion mit Neutronen, als Ersatz für den Feuchtigkeitsgehalt.
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In einem Beispiel kann das Steuersystem 126 auch eine Sensornabe 208 umfassen, die in Signalkommunikation mit verschiedenen Sensoren 200, 202, 204, 206 steht, die dem Verdichter 100 zugeordnet sind. Die Sensornabe 208 kann dazu ausgestaltet sein, die Daten von den Sensoren 200, 202, 204, 206 zu sammeln. Insbesondere kann die Sensornabe 208 die Positionsdaten ‘X’ von dem Positionssensor 200, die Verdichtungsdaten ‘C’ von dem Verdichtungssensor 202, die Temperaturdaten ‘T’ von dem Temperatursensor 204 und die Feuchtigkeitsdaten ‘M’ von dem Feuchtigkeitssensor 206 sammeln. Die Sensornabe 208 kann als ein Kommunikationskanal zwischen den Sensoren 200, 202, 204, 206 und anderen Komponenten des Steuersystems 126 dienen. Es kann in Betracht gezogen werden, dass die Sensornabe 208 einen beliebigen bekannten Kommunikationsstandard, etwa Wi-Fi, Bluetooth, Infrarot oder beliebige Kombination davon verwendet werden kann.
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In einer Ausführungsform kann das Steuersystem 126 ferner ein Steuergerät 210 umfassen. Das Steuergerät 210 kann eine Logikeinheit unter Verwendung eines oder mehrerer integrierter Schaltkreise, Mikrochips, Mikrocontroller, Mikroprozessoren sein, die eine Zentraleinheit (CPU), graphische Verarbeitungseinheit (GPU), einen digitalen Signalprozessor (DSP), ein feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA), oder einen Teil davon, bilden, oder andere Schaltungen, die zur Ausführung von Anweisungen oder Durchführung von logischen Operationen geeignet sind. Es sollte klar sein, dass weitere periphere Schaltkreise wie Puffer, Haltekreise, Schalter etc. je nach Wunsch innerhalb des Steuergeräts 210 oder separat davon implementiert sein können. Verschiedene andere Schaltungen können ebenfalls dem Steuergerät 210 zugeordnet sein, wie etwa Stromversorgungsschaltkreise, Signalanpassungsschaltkreise, Solenoidansteuerungsschaltkreise oder andere Typen von Schaltkreisen.
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Des Weiteren sollte klar sein, dass das Steuergerät 210 einem Softwareprodukt zugeordnet sein kann, das auf einem nicht flüchtigen computerlesbaren Speicher (nicht dargestellt) gespeichert ist, und Daten und computerimplementierbare Anweisungen umfassen kann, welche, wenn sie durch das durch das Steuergerät 210 ausgeführt werden, den Verdichter 100 veranlassen, den Verdichtungsbetrieb auszuführen. Das nichtflüchtige computerlesbare Medium kann einen Speicher umfassen, etwa RAM, ROM, Flash-Speicher, eine Festplatte etc. Der computerlesbare Speicher kann auch ausgestaltet sein, um elektronische Daten zu speichern, die mit dem Betrieb des Verdichters 100 in Verbindung stehen.
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Informationen von der Sensornabe 208, einschließlich der Positionsdaten ‘X’, der Verdichtungsdaten ‘C’, der Temperaturdaten ‘T’ und der Feuchtigkeitsdaten ‘M’ können an das Steuergerät 210 über drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationssysteme übertragen werden. In einem Beispiel können die Positionsdaten ‘X’, die Verdichtungsdaten ‘C’, die Temperaturdaten ‘T’ und die Feuchtigkeitsdaten ‘M’ temporär in dem Speicher des Steuergeräts 210 gespeichert sein. In einem Beispiel kann das Steuergerät 210 ein erstes Modul 212 und ein zweites Modul 214 umfassen, und dazu ausgestaltet sein, die die empfangenen Daten verarbeiten, um den Verdichtungsbetrieb zu steuern. Es kann in Betracht gezogen werden, dass das erste Modul 212 und das zweite Modul 214 Algorithmen sind, die dazu ausgestaltet sind, Daten auf der Grundlage vorbestimmter Anweisungen zu verarbeiten.
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In einer Ausführungsform kann das erste Modul 212 das Steuergerät 210 konfigurieren, um die Positionsdaten ‘X’ zu verarbeiten, um eine Durchgangszählung ‘N’ zu bestimmen, die die Anzahl der Durchgänge angibt, die der Verdichter 100 über dem Arbeitsbereich 12 ausgeführt hat. Die Algorithmen zur Bestimmung der Anzahl von Durchgängen unter Verwendung der Positionsdaten sind in der Technik wohl bekannt und wurden hierin nicht beschrieben, um die Offenbarung knapp und deutlich zu halten. Der Fachmann kann in Betracht ziehen, dass jeder Durchgang, den der Verdichter 100 über dem Arbeitsbereich 12 ausgeführt hat, mit einem Dichteniveau des Materials in dem Arbeitsbereich 12 korreliert, und wenn die Anzahl der Durchgänge steigt, verändert sich die Dichte des Belagsmaterials 14 um eine vorbestimmte Menge. Daher besteht Bedarf, den Verdichtungsaufwand für einen darauf folgenden Durchgang des Verdichters 100 unter Berücksichtigung der Veränderung in der Dichte des Belagsmaterials 14 mit dem vorhergehenden Durchgang zu verändern. Das zweite Modul 214 kann das Steuergerät 210 konfigurieren, um einen Ziel-Verdichtungsaufwand ‘V’ für den darauf folgenden Durchgang des Verdichters 100 über dem Arbeitsbereich 12 auf der Grundlage der bestimmten Durchgangszählung ‘N’ zu bestimmen.
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Der Ziel-Verdichtungsaufwand ‘V’ entspricht zumindest einem Amplitudenwert und/oder einem Frequenzwert für den variablen Vibrationsmechanismus 120 des Verdichters 100. In einem Beispiel kann das Steuergerät 210 Echtzeitinformationen über die Positionsdaten ‘X’ während des Verdichtungsbetriebs liefern. Des Weiteren bestimmt das Steuergerät 210 die Durchgangszählung ‘N’ in Echtzeit, und bestimmt dynamisch den Ziel-Verdichtungsaufwand ‘V’ für den Verdichtungsbetrieb.
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In einigen Beispielen kann das zweite Modul 214 das Steuergerät 210 konfigurieren, um den Ziel-Verdichtungsaufwand ‘V’ insbesondere in Ansprechen auf die Veränderung der Dichte des Belagsmaterials 14 mit jedem Durchgang des Verdichters 100 über dem Arbeitsbereich 12 einzustellen. Das heißt, das Steuergerät 210 stellt den Ziel-Verdichtungsaufwand ‘V’ auf der Grundlage der Verdichtungsdaten ‘C’ ein, die von der Sensornabe 208 kommend empfangen werden. In weiteren Beispielen kann das Steuergerät 210 auch zum Teil die Temperaturdaten ‘T’ und die Feuchtigkeitsdaten ‘M’ berücksichtigen, um den Ziel-Verdichtungsaufwand ‘V’ für jeden darauffolgenden Durchgang des Verdichters 100 über dem Arbeitsbereich 12 einzustellen.
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In einer Ausführungsform kann das Steuergerät 210 den Ziel-Verdichtungsaufwand ‘V’ auf den variablen Vibrationsmechanismus 120 übertragen. Des Weiteren stellt der variable Vibrationsmechanismus 120 zumindest die Amplitude und die Frequenz der Vibration für eine oder beide von erstem Vibrationsmechanismus 122 und zweitem Vibrationsmechanismus 124 auf den Amplitudenwert und den Frequenzwert entsprechend dem Zielverdichtungsaufwand ‘V’ ein. Zu diesem Zweck stellen der erste Vibrationsmechanismus 122 und der zweite Vibrationsmechanismus 124 die Stellung und/oder die Drehzahl der exzentrischen Gewichte, die im Inneren der Verdichtungswalzen 116, 118 angeordnet sind, wie oben erläutert ein. Somit kann in einem Beispiel der Verdichter 100 den Arbeitsbereich 12 mit einer ersten Amplitude und/oder ersten Frequenz für einen Durchgang oder einen Satz von Durchgängen überqueren, und mit einem zweiten Amplituden- und/oder zweiten Frequenzwert für einen darauffolgenden Durchgang oder einen darauffolgenden Satz von Durchgängen, und so weiter.
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In einer Ausführungsform, wie sie in 3 veranschaulicht ist, kann das Steuersystem 126 auch eine Bedienersteuervorrichtung 300 umfassen, die in Signalkommunikation mit dem Steuergerät 210 angeordnet ist. Es ist ersichtlich, dass einige der Komponenten des Steuersystems 126, wie etwa die Sensoren 200, 202, 204, 206 und die Sensornabe 208, zur Vereinfachung nicht dargestellt wurden. Die Bedienersteuervorrichtung 300 kann eine Anzeigevorrichtung 302 umfassen, die dazu ausgestaltet ist, die Daten entsprechend dem Ziel-Verdichtungsaufwand ‘V’ von dem Steuergerät 210 zu empfangen und eine Bedienperson des Verdichters 100 über den Amplitudenwert und den Frequenzwert in numerischer oder beliebigen anderen Formen zu informieren, entsprechend dem Ziel-Verdichtungsaufwand ‘V’. Des Weiteren kann die Bedienersteuervorrichtung 300 eine Eingabevorrichtung 304 umfassen, die dazu ausgestaltet ist, einen Eingang ‘I’ von einer Bedienperson des Verdichters 100 zu empfangen. In solchen Ausführungsformen kann das Steuersystem 126 den Verdichtungsaufwand auf den Ziel-Verdichtungsaufwand ‘V’ in Ansprechen auf das Empfangen des Eingangs ‘I’ modifizieren, das heißt, der Verdichtungsaufwand wird nur modifiziert, nachdem die Bedienperson den Ziel-Verdichtungsaufwand ‘V’ akzeptiert hat. Es kann in Betracht gezogen werden, dass die Anzeigevorrichtung 302 und die Eingabevorrichtung 304 eine Einheit in der Form eines berührungsempfindlichen Bildschirms oder dergleichen sein kann.
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In einigen Beispielen kann das Steuersystem 126 des Weiteren eine Geländekarte der zu verdichtenden Arbeitsstelle umfassen. 4 veranschaulicht eine Darstellung der Anzeigevorrichtung 302, die eine beispielhafte Karte 400 der Arbeitsstelle 402 für die Bedienperson anzeigt. Die Karte 400 kann in dem Bordspeicher gespeichert sein, oder auf einem Cloudserver, der mit dem Steuersystem 126 über auf herkömmliche Weise bekannte Kommunikationssysteme in Kommunikation steht. Wie gezeigt kann die Arbeitsstelle 402 in eine Anzahl von Rastern 404 mit einer gewünschten Auflösung unterteilt sein. In einem Beispiel kann jedes Raster 404 den Arbeitsbereich 12 darstellen. In anderen Beispielen kann jedoch der Arbeitsbereich 12 nur ein Abschnitt eines Rasters 404 sein oder sich über mehrere Raster 404 verteilen. Es sollte klar sein, dass die gezeigte Größe und Gestalt der Raster 404 rein beispielhaft ist. Der Positionssensor 200 kann dazu ausgestaltet sein, die Position des Verdichters 100 in Bezug auf den Arbeitsbereich 12 zu bestimmen, während der Verdichter 100 die Arbeitsstelle 402 überquert. Des Weiteren kann das Steuergerät 210 dazu ausgestaltet sein, jedes Raster 404 oder den Arbeitsbereich 12 in der Karte 400 mit der Durchgangszählungsinformation ‘N’ zu aktualisieren. In der Veranschaulichung sind die Raster 404 mit unterschiedlichen Schraffierungen dargestellt, die anzeigen, dass die Durchgangszählung ‘N’ für die jeweiligen Raster 404 oder den Arbeitsbereich 12 in der Karte 400 unterschiedlich sind. Die Anzeigevorrichtung 302 kann auch eine Skala oder Legende zeigen, um die Schraffierungen mit der Durchgangszählung ‘N’ in Beziehung zu setzen. Die durch die Anzeigevorrichtung 302 dargestellten Informationen können von der Bedienperson verwendet werden, um den Verdichtungsvorgang visuell zu überprüfen.
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Es kann in Betracht gezogen werden, dass zumindest für bestimmte Verdichtungsvorgänge zwei oder mehr Verdichter 100 involviert sind, um den Verdichtungsvorgang über dem Arbeitsbereich 12 abzuschließen; in einem solchen System 10 können die Steuerungssysteme 126 jedes der zwei oder mehr Verdichter 100 miteinander synchronisiert sein. Alternativ können alle involvierten Verdichter 100 ein gemeinsames externes Steuersystem 126 aufweisen, das mit den variablen Vibrationsmechanismen 120 aller involvierten Verdichter 100 in Kommunikation steht, um deren Verdichtungsaufwände zu modifizieren, um die Ziel-Verdichtungsaufwände ‘V’ zu erreichen. Der zweite Verdichter (nicht dargestellt) kann einen zweiten variablen Vibrationsmechanismus aufweisen, um einen zweiten Verdichtungsaufwand an den Arbeitsbereich 12 zu liefern, und einen zweiten Positionssensor, der zweite Positionsdaten für den zweiten Verdichter liefert. Das Steuergerät 210 steht in Kommunikation mit dem zweiten Positionssensor und dem zweiten variablen Vibrationsmechanismus, und ist dazu ausgestaltet, die Durchgangszählung ‘N’ für den Arbeitsbereich 12 auf der Grundlage der Positionsdaten ‘X’ und der zweiten Positionsdaten zu bestimmen.
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Daher kann ein erster Verdichter 100 den Arbeitsbereich 12 mit einer ersten Amplitude und/oder ersten Frequenz für einen Durchgang oder einen Satz von Durchgängen überqueren. Dann kann ein zweiter Verdichter den Arbeitsbereich 12 mit einer zweiten Amplitude und/oder zweiten Frequenz für einen darauf folgenden Durchgang oder Satz von darauf folgenden Durchgängen überqueren, und so weiter. Es sollte klar sein, dass ein Verdichter 100 mehrere Durchgänge mit demselben Verdichtungsaufwand durchführen kann, und dann ein zweiter Verdichter eingesetzt werden kann, um eine weitere Runde mehrerer Durchgänge mit einem unterschiedlichen Verdichtungsaufwand durchzuführen. In diesem Fall kann das Steuersystem 126 auch als alternatives oder ergänzendes Befehlszentrum dienen, wo der Bediener den Fortschritt des Verdichtungsvorgangs überwachen, Karten des Arbeitsbereichs ansehen etc. kann.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die vorliegende Offenbarung findet neben anderen potenziellen Anwendungen mögliche Anwendung bei allen Verdichtungsvorgängen, die eine Verdichtungsmaschine mit einem variablen Vibrationsmechanismus einschließen, um einen Verdichtungsaufwand bereitzustellen. Insbesondere unterstützt die vorliegende Offenbarung die Minimierung einer erneuten Lockerung und Zerkleinerung des Belagsmaterials, und des Weiteren verhindert sie Schäden am Verdichter durch hohen Verdichtungsaufwand während des Verdichtungsbetriebs. Die vorliegende Offenbarung erreicht dies durch Bestimmen einer Durchgangszählung des Verdichters über einem bestimmten zu verdichtenden Arbeitsbereich, und somit Bestimmen eines Ziel-Verdichtungsaufwands für den variablen Vibrationsmechanismus, um das Belagsmaterial über diesem Arbeitsbereich zu verdichten.
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Bei einem Verdichtungsvorgang verändert jeder Durchgang des Verdichters über dem Arbeitsbereich die Dichte des Belagsmaterials in diesem Arbeitsbereich, und mit der steigenden Anzahl der Durchgänge nimmt auch die Dichte des Belagsmaterials zu. Daher wäre es effizienter, jedes Mal, wenn ein darauf folgender Durchgang über dem Arbeitsbereich ausgelöst wird, den Verdichtungsaufwand inkrementell zu erhöhen, die Amplitude und/oder die Frequenz der Vibration der Verdichtungselemente zu verringern bzw. zu erhöhen. Im Allgemeinen bereitet der Auftragnehmer vor dem Start des Verdichtungsvorgangs einen "Teststreifen" vor; dabei wird eine kurze Straßenstrecke vorbereitet, und die Ergebnisse dieses Teststreifens liefern dem Auftragnehmer Informationen, etwa die Anzahl der erforderlichen Durchgänge und den erforderlichen Verdichtungsaufwand für jeden Durchgang, um die gewünschte Verdichtung des Belagsmaterials zu erreichen. Zum Beispiel kann der Auftragnehmer entscheiden, dass der Verdichtungsvorgang sechs Durchgänge erfordert, wobei die ersten zwei Durchgänge mit einem ”hohen” Verdichtungsaufwand durchgeführt werden müssen, die nächsten beiden Durchgänge mit einem ”mittleren” Verdichtungsaufwand, und die letzten zwei Durchgänge mit einem ”niedrigen” Verdichtungsaufwand.
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In herkömmlicher Weise wird ein solcher Verdichtungsvorgang unter Verwendung von zwei oder mehr verschiedenen Verdichtern in Reihe abgeschlossen, wobei die jeweils folgenden Verdichter auf einen geringeren Verdichtungsaufwand eingestellt sind. Zum Beispiel können für den obigen Fall drei Verdichter verwendet werden, wobei der erste Verdichter die ersten zwei Durchgänge mit ”hohem” Verdichtungsaufwand ausführt, der zweite Verdichter die nächsten zwei Durchgänge mit ”mittlerem” Verdichtungsaufwand durchführt, und der dritte Verdichter die letzten beiden Durchgänge mit ”niedrigem” Verdichtungsaufwand durchführt, je nach Erfordernis. In einigen Fällen kann die Bedienperson nur einen Verdichter mit variablem Vibrationsmechanismus einsetzen, der die Durchgänge je nach Bedarf ausführt. Solche Ansätze sind jedoch mühevoll, da die Bedienperson(en) oder der Baustellenleiter die Anzahl der über demselben Arbeitsbereich ausgeführten Durchgänge überwachen muss; daher liegt hier eine potenzielle Quelle für menschliche Fehler. Fehler, etwa die Verwendung eines höheren Verdichtungsaufwands als vorgeschrieben, könnten zu einer Zerstörung des Belagsmaterials führen, oder ein geringerer Verdichtungsaufwand als vorgeschrieben könnte dazu führen, dass eine höhere Anzahl von Durchgängen erforderlich ist, was den gesamten Arbeitsauftrag ineffizient und inkonsistent in der Qualität werden lässt.
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Daher wäre es vorteilhaft, diese Funktion der Modifikation des Verdichtungsaufwands unter Berücksichtigung der Durchgangszählung ohne viel menschliche Intervention zu automatisieren. Das Steuersystem 126 der vorliegenden Offenbarung berücksichtigt Informationen über die Durchgangszählung ‘N’, das heißt, die Anzahl der Durchgänge, die bereits von dem Verdichter 100 über denselben Arbeitsbereich 12 ausgeführt wurde, um dadurch den Ziel-Verdichtungsaufwand ‘V’ für den darauf folgenden Durchgang auf der Grundlage dieser Informationen zu bestimmen. Das Steuersystem 126 ist des Weiteren in der Lage, automatisch den Verdichtungsaufwand auf den Ziel-Verdichtungsaufwand ‘V’ zu modifizieren. Die vorliegende Offenbarung unterstützt dabei die Automatisierung des Verdichtungsvorgangs und führt zu geringeren Arbeitskosten, und hilft den Auftraggebern, potenziell teure Fehler in dem Verdichtungsvorgang zu verringern. Die vorliegende Offenbarung erlaubt es, den Verdichtungsaufwand des Verdichters 100 für den Arbeitsbereich 12 auf der Grundlage der Durchgangszählung ‘N’ proaktiv zu verändern, bevor der Verdichter 100 an dem Arbeitsbereich 12 ankommt.
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Während die vorliegende Offenbarung hauptsächlich die Informationen über die Durchgangszählung ‘N’ zum Bestimmen des Ziel-Verdichtungsaufwands ‘V’ des variablen Vibrationsmechanismus 120 verwendet, können im Betrieb viele andere Eigenschaften und Datenparameter, die einem Fachmann bekannt sind, in das Bestimmen des Verdichtungsaufwands einfließen, der durch den variablen Vibrationsmechanismus 120 ausgegeben wird. Die vorliegende Offenbarung zieht die Verwendung weiterer Faktoren wie etwa die Verdichtungsdaten ‘C’, die Temperaturdaten ‘T’ und die Feuchtigkeitsdaten ‘M' zusätzlich zu der Durchgangszählung ‘N’ zum Bestimmen des Verdichtungsaufwands in Betracht. Wenn in einem Beispiel das Steuersystem 126 auf der Grundlage der Durchgangszählung ‘N’ bestimmt, dass der Verdichter 100 den ersten Durchgang ausführt, und die Verdichtungsdaten ‘C’ nahelegen, dass das Belagsmaterial 14 im Wesentlichen bereits verdichtet ist; dann kann das Steuersystem 126 den Durchgang mit relativ geringerem Verdichtungsaufwand abschließen, verglichen mit dem Verdichtungsaufwand, den es andernfalls verwendet haben würde. Wenn in einem weiteren Beispiel das Steuersystem 126 auf der Grundlage der Durchgangszählung ‘N’ bestimmt, dass der Verdichter 100 den ersten Durchgang ausführt, und die Temperaturdaten ‘T’ nahelegen, dass das Belagsmaterial 14 ”heiß” ist, kann das Steuersystem 126 den Durchgang mit hohem Verdichtungsaufwand abschließen. Wenn jedoch das Steuersystem 126 auf der Grundlage der Durchgangszählung ‘N’ bestimmt, dass der Verdichter 100 den ersten Durchgang ausführt, und die Temperaturdaten ‘T’ nahelegen, dass das Belagsmaterial 14 ”kalt” ist, kann das Steuersystem 126 den Durchgang mit relativ geringerem Verdichtungsaufwand als im vorhergehenden Fall abschließen.
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Während Aspekte der vorliegenden Offenbarung insbesondere unter Bezugnahme auf die obigen Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene zusätzliche Ausführungsformen durch Abwandlung der offenbarten Maschinen, Systeme und Verfahren in Betracht gezogen werden, ohne vom Geist und Umfang des Offenbarten abzuweichen. Solche Ausführungsformen sollen ebenfalls in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, auf der Grundlage der Ansprüche und jeglicher Äquivalente davon.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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