34 Schwerpunkt: Verdichtung Abbildung 2: Paarweise Betrachtung des prinzipiellen Dichteverlaufes zweier Asphaltmischgüter mit unterschiedlichen Verdichtungswiderständen C in Abhängigkeit von der Anfangsraumdichte ρ 0 und der Anzahl der Walzübergänge n mit der Verdichtungsenergie E pro Walzübergang (Materialkennwerte aus [5], Bild 4, Erläuterungen im nachfolgenden Text) ρ (S = 50) Marshall-Raumdichte, ρ (k = 0,98) auf die Marshall-Raumdichte bezogenes Dichteniveau, ρ (k ≥ 0,98) dem geforderten Dichte niveau entsprechende Raumdichte, T 0 Anfangsverdichtungstemperatur, k 0 Anfangsverdichtungsgrad (Vorverdichtung), k Verdichtungsgrad, n (k ≥ 0,98) erforderliche Anzahl der Walzübergänge n, um ein über den Verdichtungsgrad k definiertes Dichteniveau zu erreichen, Δ Differenz, i Index (bereits in Teil I veröffentlicht, zum besseren Verständnis hier noch einmal) ρ 2.3* (k ≥ 0,98) = 2,387 g/cm³ steigern zu können. Es wird unterstellt, dass das System nach Erreichen der Raumdichte ρ 2.3* (n = 2) = 2,275 g/cm³ sukzessive abregelt. Die der Asphaltschicht von der Walze angebotene Verdichtungsenergie wird mit Hilfe des variablen Erregerfaktors ƒ err* schrittweise zurückgenommen, gleichzeitig wird der Faktor ƒ E* in zwei Schritten von 1,00 auf 0,88 reduziert. Nach dem Erreichen und Überschreiten des geforderten Dichteniveaus ρ (k = 0,98) wird die Walze weiter im Messmodus betrieben. Auch in diesem Fall wird aufgrund der geringeren Anfangsraumdichte ρ 0,2.1* das geforderte Dichteniveau mit ρ 2.1* (k ≥ 0,98) = 2,381 g/cm³ später erreicht. Bedingt durch die Zunahme der Raumdichte (und damit der Steifigkeit) wird der variable Erregerfaktor ƒ err* nach dem dritten Walzübergang (dem zweiten mit Vibration) schrittweise von 1,00 auf 0,84 reduziert und der Eintrag der Verdichtungsenergie entsprechend vermindert. Da allerdings in dem Abschnitt mit der höheren Vorverdichtung (2.3*) das geforderte Dichteniveau bereits erzielt wurde, wird der zusätzlich erforderliche Walzübergang fünf im Messmodus (ƒ err* = 0,15; ƒ E* = 0,37) ausgeführt, weshalb die Steigerung der Raumdichte im Vergleich zum Abschnitt 2.1* deutlich geringer ausfällt und den Abbau des zwischen den beiden Anfangsraumdichten ρ 0,2.1* und ρ 0,2.3* bestehenden Dichteunterschiedes begünstigt, der mit fünf Walzübergängen von 0,194 g/ cm³ (Δk 0 = 8,00 %) auf Δr* (k ≥ 0,98) = 0,021 g/cm³ (Δk = 0,87 %) reduziert wird. Dieses ausgezeichnete Ergebnis lässt sich allerdings nur erreichen, wenn die Anfangsraumdichten innerhalb einer Walzbahn nicht zu stark schwanken und damit keine größeren Änderungen des Verstellwinkels α mit den damit verbundenen längeren Regelzeiten fordern. Beim Einsatz einer selbstregelnden Walze, deren maximale Verdichtungsenergie beispielsweise mit einem Erregerfaktor ƒ err** = 0,94 auf 96 % begrenzt ist (blaue Linien), sind im Anschluss an einen statischen Walzübergang ebenfalls nur drei dynamische Walzübergänge erforderlich, um die Anfangsraumdichte ρ 0,2.3** von 2,138 g/cm³ auf ρ 2.3** (k ≥ 0,98) = 2,381 g/cm³ steigern zu können. Auch in diesem Fall regelt das System nach Erreichen der Raumdichte ρ 2.3** (n = 2) = 2,271 g/cm³ ab, ƒ err** ändert sich in zwei Schritten von 0,94 auf 0,78. Nach dem Erreichen und Überschreiten des geforderten Dichteniveaus ρ (k = 0,98) wird die Vibration nach dem vierten Walzübergang auf den unteren Grenzwert zurückgenommen (ƒ err** = 0,15; ƒ E** = 0,37). Aufgrund der geringeren Anfangsraumdichte ρ 0,2.1** wird in diesem Fall das geforderte Dichteniveau mit ρ 2.1** (k ≥ 0,98) = 2,405 g/cm³ erst nach sechs Walzübergängen erreicht und überschritten. Der variable Erregerfaktor ƒ err** wird nach dem dritten Walzübergang (dem zweiten mit Vibration) in drei Schritten von 0,94 auf 0,70 reduziert und der Eintrag der Verdichtungsenergie entsprechend vermindert: ƒ E** geht von 0,96 auf 0,78 zurück. Da auch hier in dem Abschnitt mit der höheren Vorverdichtung (2.3**) das geforderte Dichteniveau wiederum bereits nach dem vierten Walzübergang (nach dem dritten mit Vibration) erzielt wurde, werden die zwei zusätzlichen Walzübergänge fünf und sechs nur im Messmodus ausgeführt. Der zwischen den beiden Anfangsraumdichten ρ 0,2.1** und ρ 0,2.3** bestehende Dichteunterschied von 0,194 g/cm³ (Δk 0 = 8,00 %) wird mit insgesamt sechs Walzübergängen fast vollständig abgebaut: Δρ** (k ≥ 0,98) = 0,005 g/cm³ (Δk = 0,22 %). Obwohl im Vergleich zum vollen Leistungsangebot der selbstregelnden Walze ein zusätzlicher Walzübergang ausgeführt werden muss, ist man mit der Entscheidung, die Verdichtungsleistung nicht im vollen Umfang auszuschöpfen, qualitativ auf der sichereren Seite. Da die Änderungen des Verstellwinkels α von vornherein 7|2019
Schwerpunkt: Verdichtung 35 begrenzt werden, wirken sich die gleichen Schwankungen in den Anfangsraumdichten innerhalb einer Walzbahn geringer aus und die Antworten des Systems auf die im Zuge der Verdichtung abnehmenden Steifigkeitsunterschiede erfolgen in unmittelbarer Nähe des Messortes. Wenn also bei unterschiedlichem Ausgangsniveau der Raumdichten eines Asphaltmischgutes die mit einer selbstregelnden Walze maximal angebotene Verdichtungsenergie nicht begrenzt und mit der Verdichtung bei der üblichen, bindemittelspezifischen Temperatur des Asphaltmischgutes begonnen wird, dann nehmen gegenüber der ungeregelten Verdichtung die Unterschiede zwischen den Endraumdichten stärker ab. Bei denselben Unterschieden zwischen den Anfangsraumdichten führt die Begrenzung der maximal angebotenen Verdichtungsenergie unter Inkaufnahme eines gegebenenfalls zusätzlich erforderlichen Walzüberganges zu einer weiteren Verminderung der Unterschiede zwischen den Endraumdichten. Maschinentechnische Umsetzung des theoretischen Ansatzes Im Zuge der Entwicklung des Mess- und Regelsystems Auto Adjustable Compaction (AAC) wurden von der Fa. Caterpillar die o. g. Erkenntnisse auf dessen Wirkungsweise mit der Möglichkeit übertragen, die Empfindlichkeit des Systems den gegebenen Bedingungen noch feiner anpassen zu können. Das Regelprinzip basiert auf der Verwendung von Beschleunigungsaufnehmern zur Ermittlung der Bandagendynamik und deren Einfluss auf die Kontaktkraft zwischen Bandage und zu verdichtender Asphaltschicht. Die Analyse der Bandagenbeschleunigung erfolgt im Zeitbereich. Die fortlaufend berechnete Kontaktkraft wird mit einem Zielwert verglichen. Ausgehend von der neutralen Stellung „0“ kann der Walzenfahrer eine mehr oder weniger aggressivere Arbeitseinstellung (+5 … 0 … -5) wählen. Beim Überschreiten definierter Grenzen wird die stufenlos verstellbare Amplitude des Kreisschwingers mit Hilfe sehr geringer und schneller Änderungen des Verstellwinkels α zwischen den beiden Unwuchtmassen m u,1 und m u,2 (vgl. Abb. 1) automatisch geändert, was einen fortlaufend dosierten Eintrag der für die jeweilige Asphaltschicht möglichen Verdichtungsenergie garantiert. In den Verdichtungsmodi „-1“ bis „-5“ wird früher zurückgeregelt. Für dünnere Asphaltschichten ist die effektive Amplitude von Anfang an begrenzt. Caterpillar rüstet beide – unabhängig voneinander arbeitenden – Bandagen seiner selbstregelnden Tandem-Vibrationswalzen mit dem AAC-System aus. Aufgrund seiner Erfahrung kann der Walzenfahrer 7|2019
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