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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Straßendeckenfertigungssystem und insbesondere auf ein Straßendeckenfertigungssystem, das eingebettete Messeinrichtungen verwendet.
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Hintergrund
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Eine Fertigung von Straßen, Baustellen, Böschungen und anderen Oberflächen erfordert häufig eine Verdichtung, um erwünschte Materialeigenschaften herzustellen. Verdichtungsmaschinen bzw. Bodenverdichter werden eingesetzt, um unterschiedliche Straßendeckenmaterialien zu verdichten, wie beispielsweise Erde, Schotter und ein Asphaltmaterial. Der erwünschte Grad an Materialverdichtung kann basierend auf der Art von Material, das verdichtet wird und/oder den Zuständen des Materials, wie beispielsweise dem Feuchtigkeitsgehalt der Erde und der Asphalttemperatur, variieren. Verdichtungsgrade sind zum Erhalt der Stabilität des Straßendeckenmaterials wichtig. Wenn sie nicht ausreichend verdichtet sind, fehlt Straßendeckenoberflächen ausreichende Festigkeit, um Verkehrslasten zu tragen und sie sind nicht haltbar. Asphalt und andere Straßendeckenmaterialien können dauerhaft verformt werden, wenn sie übermäßig verdichtet werden. Während eines Verdichtungsprozesses kann der Grad an Materialverdichtung gemessen und bezüglich einer Übereinstimmung mit Auftragsspezifikationen evaluiert werden.
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Traditionelle Verfahren zum Bestimmen einer Materialverdichtung haben Dichtemessungen und physische Tests bzw. Versuche beinhaltet. Dichtemessungen werden unter Verwendung eines speziellen Instruments durchgeführt, wie beispielsweise eines Nukleardichtemessers. Physische Bodentests werden durch verschiedene Verfahren durchgeführt, wie beispielsweise eine Nukleardichteanzeige bzw. NG (NG = nuclear gauge), ein Leichtgewichts-Deflektometer bzw. LWD (LWD = light weight deflectometer), ein Fallgewichts-Deflektometer bzw. FWD (FWD = falling weight deflectometer) und durch eine dynamische Kegelrammsonde bzw. DCP (DCP = dynamic cone penetrometer). Obwohl sie für einige Anwendungen geeignet sind, kann es mühselig sein, diese Verfahren auf einen gesamten Projektbereich anzuwenden. Zudem können einige Verfahren auch zu einer physischen Zerstörung der Projektoberfläche führen, wenn beispielsweise Kernproben genommen werden. Weiter können diese Verfahren zeitaufwändig sein, da sie üblicherweise getrennt vom Verdichtungsprozess durchgeführt werden.
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Ein alternatives System zum Überwachen einer Verdichtung einer Oberfläche ist im
U.S. Patent Nr. 6,122,601 (”dem '601-Patent”) von Swanson et al. beschrieben, das am 19. September 2000 erteilt wurde. Das '601-Patent beschreibt einen Bodenverdichter mit einem Verdichtungsmesser, der ein Vibrationsansprechen des Bodenverdichters beim Bestimmen der Verdichtung einer Oberfläche, die von dem Bodenverdichter überquert wird, berücksichtigt. Der Bodenverdichter hat intrinsische Vibrationen vom Vibrationsmechanismus der Walzen des Bodenverdichters, die den Bodenverdichter in Vibration versetzen, wenn er sich bewegt. Der Verdichtungsmesser nimmt an, dass sich, wenn das verdichtete Material dichter wird, das Vibrationsansprechen des Bodenverdichters ändert. Der Verdichtungsmesser des '601-Patentes misst das Schwingungsansprechen des Asphalts, der verdichtet wird und korreliert das Ansprechen mit dem Verdichtungsgrad des Asphaltes. Die Korrelation basiert auf einem mathematischen Modell, das unter Anderem solche Parameter wie die Masse des Bodenverdichters, die Beschleunigung der Bodenverdichtervibrationen, die Art der Straßendecke, die Art der Mischung und die Art der Basis berücksichtigen muss.
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Das System des '601-Patentes kann in seiner Genauigkeit begrenzt sein. Erstens können Messungen, die von dem System vorgenommen werden, durch das Vibrationsansprechen der unteren Tragschicht unter der neuen Asphaltschicht beeinflusst werden. Zweitens trifft das mathematische Modell Annahmen und behandelt bestimmte Parameter als vernachlässigbar, um das Modell zu vereinfachen. Unter Anderem aufgrund dieser Faktoren ist ein mathematisches Modell einer Asphaltdichte möglicherweise nicht so genau wie eine tatsächliche Messung einer Asphaltdichte.
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Das offenbarte System ist darauf gerichtet, eines oder mehrerer der oben dargelegten Probleme und/oder anderer Probleme des Standes der Technik zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Steuern eines Straßendeckenfertigungsprozesses gerichtet. Das Verfahren weist das Mischen wenigstens eines Sensors unter ein Straßendeckenmaterial und das Verteilen des Straßendeckenmaterials an einem erwünschten Ort auf. Das Verfahren kann auch das Überwachen eines Drahtlossignals von dem Sensor während des Straßendeckenfertigungsprozesses aufweisen. Das Verfahren kann weiter das Steuern des Straßendeckenfertigungsprozesses basierend auf dem Drahtlossignal aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf einen Sensor zur Verwendung in einem Straßendeckenfertigungsprozess gerichtet. Der Sensor kann eine Hülle aufweisen, die konfiguriert ist, um einer erwünschten Verdichtungskraft standzuhalten, wenn er in ein Straßendeckenmaterial eingebettet wird und ein Abfühlelement, das in die Schale eingekapselt ist und konfiguriert ist, um einen Straßendeckenparameter des Straßendeckenmaterials abzufühlen. Der Sensor kann auch ein Verarbeitungsmodul aufweisen, das mit dem Abfühlelement verbunden ist und eine Antenne, die mit dem Verarbeitungsmodul verbunden ist und eine Antenne, die konfiguriert ist, um ein Signal auszustrahlen bzw. zu senden, das die Straßendeckenparameter anzeigt.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Straßendeckenfertigungssystem gerichtet. Das Straßendeckenfertigungssystem kann wenigstens einen Sensor und eine Straßendeckenfertigungsmaschine, die konfiguriert ist, um eine Mischung von Straßendeckenmaterial und des wenigstens einen Sensors auf einer Oberfläche zu verteilen. Das Straßendeckenfertigungssystem kann auch einen Bodenverdichter, der konfiguriert ist, um die Mischung zu verdichten, die von der Straßendeckenfertigungsmaschine verteilt wurde, und einen Leser, der konfiguriert ist um mit dem wenigstens einen Sensor zu kommunizieren, aufweisen. Das Straßendeckenfertigungssystem kann weiter eine Steuervorrichtung aufweisen, die mit dem Leser in Kommunikation steht und konfiguriert ist, um den Betrieb des Verdichters basierend auf einer Ausgabe des Lesers zu beeinflussen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht eines Straßendeckenfertigungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ist eine bildliche Darstellung eines bespielhaften offenbarten Sensors, der in dem Straßendeckenfertigungssystem der 1 verwendet werden kann;
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3 ist eine bildliche Darstellung eines weiteren beispielhaften offenbarten Sensors, der in dem Straßendeckenfertigungssystem der 1 verwendet werden kann;
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4 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes offenbartes Verfahren abbildet, das von dem Straßendeckenfertigungssystem der 1 durchgeführt wird; und
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5 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres beispielhaftes offenbartes Verfahren abbildet, das von dem Straßendeckenfertigungssystem der 1 durchgeführt wird
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Detaillierte Beschreibung
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Mit Bezug auf 1 ist dort ein Straßendeckenfertigungssystem 10 gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Straßendeckenfertigungssystem 10 kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Maschinen aufweisen und beinhaltet in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel eine Straßendeckenfertigungsmaschine 12 und eine Verdichtungsmaschine bzw. einen Bodenverdichter 16. Die verschiedenen Maschinen des Straßendeckenfertigungssystems 10 sind etwa so gezeigt, wie sie während einer Fertigung einer Straßendecke mit einem Straßendeckenmaterial M auf einem Straßenbett S vorkommen können. Die Straßendeckenfertigungsmaschine 12 kann sich über ein Straßenbett S fortbewegen und kann Straßendeckenmaterial M verteilen, welches nachfolgend vom Bodenverdichter 16 verdichtet wird. Wie weiter hierin beschrieben ist, kann das Straßenfertigungssystem 10 konfiguriert sein, um den Bodenverdichter 16 und optional zusätzliche Bodenverdichter zu steuern, um die Glätte der Straßendecke, die Tiefe und/oder einen Verdichtungsgrad von Straßendeckenmaterial M zu optimieren.
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Die Straßendeckenfertigungsmaschine 12 kann im Allgemeinen einen Rahmen 50 aufweisen, der konfiguriert ist, um einen Fülltrichter 52 zum temporären Lagern von Straßendeckenmaterial M zu tragen. In dem offenbarten Ausführungsbeispiel kann das Straßendeckenmaterial M ein Asphaltmaterial sein, das ein Aggregat bzw. Schüttgut und ein Bindemittel aufweist. Es sei jedoch bemerkt, dass andere Materialien alternativ verwendet werden können, wie beispielsweise Schotter und/oder andere bekannte Straßendeckenmaterialien. Die Straßendeckenfertigungsmaschine 12 kann weiter eine Einspeisungsfördervorrichtung 54 und eine Förderschnecke (Förderschnecken) 55 aufweisen, die konfiguriert sind, um Straßendeckenmaterial M aus dem Fülltrichter 52 auf dem Straßenbett S zum üblichen Einebnen, vorläufigen Verdichten, zur Dickensteuerung usw. mittels einer Glättbohle 56 zu verteilen. Die Straßendeckenfertigungsmaschine 12 kann weiter eine Vielzahl von mit dem Boden in Eingriff stehenden Elementen 51, wie beispielsweise Räder oder Raupen, die konfiguriert sind, um Vortrieb für die Straßenfertigungsmaschine 12 vorzusehen, und eine Bedienerstation 60 aufweisen.
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Der Fülltrichter 52 kann eine offene Oberseite haben, um Straßendeckenmaterial M von irgendeinem bekannten Mechanismus aufzunehmen, beispielsweise von einem Kipplastwagen. Der Fülltrichter 52 kann auch ein offene Unterseite haben, um es einer Einspeisungsfördervorrichtung 54 und Förderschnecke 55 zu gestatten, Material M aus dem Fülltrichter 52 heraus und auf dem Straßenbett S zu verteilen. Der Fülltrichter 52 kann fest in den Rahmen 50 der Straßendeckenfertigungsmaschine 12 integriert sein. Die Seitenwände des Fülltrichters 52 können fest oder alternativ schwenkbar sein, um eine maximale Kapazität während Straßendeckenfertigungsprozessen und eine minimale Breite während eines Transports zu gestatten.
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Eine oder mehrere Einspeisungsfördervorrichtungen 54 können mit dem Boden bzw. der Unterseite des Fülltrichters 52 verbunden sein. Wenn mehrere Einspeisungsfördervorrichtungen verwendet werden, können sie Seite an Seite angeordnet sein und parallel zueinander laufen. Die Einspeisungsfördervorrichtung 54 kann Straßendeckenmaterial M von dem Fülltrichter 52 zu einem hinteren Teil der Straßendeckenfertigungsmaschine 12 transportieren, wo Straßendeckenmaterial M hinter der Straßendeckenfertigungsmaschine 12 auf dem Straßenbett S verteilt und vor der Glättbohle 56 durch die Förderschnecke 55 bewegt werden kann.
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Die Glättbohle 56 kann am hinteren Teil der Straßendeckenfertigungsmaschine 12 angebracht sein und kann konfiguriert sein, um das Straßendeckenmaterial M, das von der Einspeisungsfördervorrichtung 54 und der Förderschnecke 55 verteilt wird, zu ebnen, zu formen und/oder zu positionieren. Üblicherweise kann das Straßendeckenmaterial M über die Straßendeckenfertigungsmaschine 12 mit einer unregelmäßigen Dicke gemäß dem Oberflächenprofil des Straßenbettes S verteilt werden. Das Oberflächenprofil des verteilten Straßendeckenmaterials M kann umgekehrt zum Profil des Straßenbettes S variieren. Zum Beispiel können relativ dünnere Abschnitte von Straßendeckenmaterial über erhöhte Teile des Straßenbettes S verteilt werden und relativdickere Abschnitte von Straßendeckenmaterial M können über Vertiefungen im Straßenbett S verteilt werden. Die Höhe der Glättbohle 56 kann ansprechend auf diese Variationen gemäß in der Technik bekannten Mechanismen verändert werden.
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Die Straßendeckenfertigungsmaschine 12 kann auch eine Mischeinrichtung 62 aufweisen, die konfiguriert ist, um eine Lieferung von Sensoren 66 mit dem Straßendeckenmaterial M zu mischen, bevor die Glättbohle 56 das Straßendeckenmaterial M formt. Die Mischeinrichtung 62 kann einen Sensorfülltrichter 68 und eine Verhältnissteuervorrichtung 70 aufweisen.
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Der Sensorfülltrichter 68 kann jeglicher Behälter sein, der konfiguriert ist, um temporär eine Vielzahl von Sensoren aufzunehmen. Der Sensorfülltrichter 68 kann Sensoren 66 an eine Verhältnissteuervorrichtung 70 speisen, welche den Fluss von Sensoren 66 in ein Straßendeckenmaterial M regeln kann. Die Verhältnissteuervorrichtung 70 kann den Fluss von Sensoren 66 basierend auf beispielsweise der Vorwärtsfahrgeschwindigkeit der Straßendeckenfertigungsmaschine 12 regeln. Es sei jedoch bemerkt dass die Verhältnissteuerung 70 alternativ andere Mechanismen nutzen kann, um Sensoren 66 zu verteilen oder dass die Verhältnissteuerung 70 einer manuellen Bedienung durch einen Nutzer unterliegen kann, wenn dies erwünscht ist. Da die Sensoren 66 auf verhältnisgesteuerte Weise in das Straßendeckenmaterial M gemischt werden können, kann die Verteilung entlang des Straßenbettes S so gesteuert werden, dass sie relativ gleichmäßig ist, so dass die Beabstandung zwischen jedem eingebetteten Sensor 66 relativ gleichmäßig ist. Zum Beispiel kann die Mischeinrichtung 62 Sensoren 66 so in das Straßendeckenmaterial M mischen, dass ein Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Sensoren 66 in einem Streifen von Straßendeckenmaterial M ungefähr 5–10 Fuß ist. Es sei jedoch bemerkt, dass andere Beabstandungsdistanzen alternativ verwendet werden können, die es einem Nutzer gestatten, genau eine Verdichtung zu jedem Zeitpunkt entlang eines einzelnen Streifens von Straßendeckenmaterial M zu bestimmen.
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Die Mischeinrichtung 62 kann konfiguriert sein, um die Sensoren 66 mit Straßendeckenmaterial M in dem Fülltrichter 52 an der Einspeisungsfördervorrichtung 54 zu mischen, oder zu jeder Zeit, bevor das Straßendeckenmaterial M die Glättbohle 56 erreicht. Es sei jedoch bemerkt, dass die Sensoren 66 alternativ mit dem Straßendeckenmaterial M vor der Platzierung im Fülltrichter gemischt werden können, oder durch die Förderschnecke 55 gemischt werden können, falls die erwünscht ist.
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Der Bodenverdichter 16 kann einen Rahmen 34 aufweisen, der wenigstens eine vordere Verdichtungswalze 36 hat. In dem offenbarten Ausführungsbeispiel weist der Bodenverdichter 16 auch eine hintere Verdichtungswalze 38 auf, die an den Rahmen 34 gekoppelt ist. Der Bodenverdichter 16 kann weiter eine Steuervorrichtung 43 aufweisen, die einen Leser 44 aufweist, der konfiguriert ist, um mit den Sensoren 66, die in das Straßendeckenmaterial M eingebettet sind, zu kommunizieren. Es sei jedoch bemerkt, dass die Steuervorrichtung 43 möglicherweise nicht integral mit dem Bodenverdichter 16 ist, wenn dies erwünscht ist. Die Steuervorrichtung 43 kann auch betriebsmäßig mit einer GPS-Einrichtung 47 verbunden sein. Der Leser 44 kann konfiguriert sein, um Drahtlossignale an eingebettete Sensoren 66 zu senden und Drahtlossignale zurück von den eingebetteten Sensoren 66 zu empfangen. Alternativ kann der Leser 44 nur konfiguriert sein, um Drahtlossignale von eingebetteten Sensoren 66 zu empfangen. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann das Drahtlossignal ein HF-Signal bzw. RF-Signal sein und der Leser 44 kann ein RFID-Leser sein. Es sei jedoch bemerkt, dass alternativ eine andere geeignete Form von Drahtlossignal und Leser verwendet werden kann.
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Nun mit Bezug auf 2 ist ein Sensor 66 gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Sensor 66 kann eine Drahtloseinrichtung sein und kann eine Hülle 210, wenigstens ein Abfühlelement 220 und eine integrierte Schaltung 230 aufweisen, die mit dem Abfühlelement 220 verbunden ist. Die integrierte Schaltung 230 kann ein Verarbeitungsmodul 240, ein Speichermodul 250, eine Antenne 260 und eine passive Energiespeichereinrichtung 270 aufweisen. Die Größe des Sensors 66 wird normalerweise in Bezug zur Größe des Materials M stehen. Das heißt, wenn der Sensor 66 zu groß ist, kann er signifikante Leerstellen hinterlassen und den Verdichtungsprozess negativ beeinflussen. In dem offenbarten Ausführungsbeispiel kann der Sensor 66 einen Durchmesser von ungefähr 0,1 bis 5 cm haben. Es sollte jedoch klar sein, dass alternativ ein anderer geeigneter Durchmesser verwendet werden kann. Die Hülle 210 kann konfiguriert sein, um das Abfühlelement 220 und die integrierte Schaltung 230 einzukapseln und wenigstens einer minimalen Verdichtungskraft standzuhalten, wenn sie in das Straßendeckenmaterial M eingebettet wird. Die minimale Verdichtungskraft kann größer sein als ein erwünschter Verdichtungsgrad des Straßendeckenmaterials M, wie beispielsweise ungefähr 400 kPa. Es sollte jedoch klar sein, dass alternativ andere Verdichtungsgrade genutzt werden können, abhängig von dem spezifischen Straßendeckenfertigungsprozess und dem Straßendeckenmaterial. Die Hülle 210 kann aus Glas, Hochtemperaturkunststoff, Metall, Zement oder aus einem anderen geeigneten Material hergestellt sein.
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Das Abfühlelement 220 kann in der Lage sein, einen Straßendeckenparameter abzufühlen, der von einem Verdichtungsprozess beeinflusst werden kann, der auf dem Straßendeckenmaterial M ausgeführt wird, oder der einen Verdichtungprozess, der auf dem Straßendeckenmaterial M ausgeführt wird, beeinflussen kann. Das Abfühlelement 220 kann beispielsweise ein Wärmefühler oder ein Thermistor sein, der in der Lage ist, einen Straßendeckenparameter abzufühlen, wie beispielswiese die Temperatur der Oberfläche des Sensors 66. Die abgefühlte Temperatur wäre gleich der Kerntemperatur des Straßendeckenmaterials M, das von der Straßendeckenfertigungsmaschine 12 verteilt und nachfolgend von dem Bodenverdichter 16 verdichtet wird. Das Abfühlelement 220 kann alternativ ein Dehnungsmessgerät sein, das in der Lage ist, die Spannungsdehnung auf der Außenfläche des Sensors 66 zu messen, oder kann eine Reiß- bzw. Bruchscheibe verkörpern, die eine Schaltung aufbricht, was anzeigt, dass ein Druckniveau überschritten wurde. Wenn Bruchscheiben verwendet werden, kann der Sensor 66 mehrere Bruchscheiben aufweisen, die ausgelegt sind, bei unterschiedlichen Druckniveaus aufzubrechen. Eine Spannungsdehnung, die von dem Abfühlelement 220 abgefühlt wird, kann ein Straßendeckenparameter sein, der direkt einen Verdichtungsgrad des Straßendeckenmaterials M anzeigt. Das Abfühlelement 220 kann auch eine Vorrichtung sein, die in der Lage ist, einen Feuchtigkeitspegel an der Oberfläche des Sensors 66 abzufühlen, wenn das Straßendeckenmaterial M ein Erdmaterial ist.
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Das Verarbeitungsmodul 240 kann eine einzelne Verarbeitungsvorrichtung oder eine Vielzahl von Verarbeitungsvorrichtungen sein. Das Verarbeitungsmodul 240 kann ein Mikroprozessor, ein Mikro-Controller, ein Digitalsignalprozessor, ein Mikrocomputer, eine zentrale Verarbeitungseinheit bzw. CPU, eine feldprogrammierbare Gatteranordnung bzw. FPGA (FPGA = field programmable gate array), eine programmierbare Logikeinrichtung, ein Zustandsmaschine, ein Logikschaltkreis, ein analoger Schaltkreis, ein digitaler Schaltkreis oder alternativ jegliche Einrichtung sein, die analoge oder digitale Signale manipulieren kann. Das Verarbeitungsmodul 240 kann ein Signal vom Leser 44 verarbeiten und kann einen Satz von Betriebsbefehlen ausführen, wie beispielsweise Straßendeckenparameter, die von dem Abfühlelement 220 abgefühlt werden, in Daten zu konvertieren, die zurück zum Leser 44 durch Antenne 260 übertragen bzw. ausgestrahlt werden. Die Daten, die die Straßendeckenparameter darstellen, können dann verwendet werden, um den Straßendeckenfertigungsprozess zu beeinflussen.
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Das Speichermodul 250 kann eine einzelne Speichervorrichtung, eine Vielzahl von Speichervorrichtungen und/oder ein eingebetteter Schaltkreis des Verarbeitungsmoduls 240 sein. Das Speichermodul 250 kann ein Lesespeicher bzw. ROM, ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff bzw. RAM, ein flüchtiger Speicher, ein nicht flüchtiger Speicher, ein statischer Speicher, ein dynamischer Speicher, ein Flash-Speicher und/oder jegliche Vorrichtung sein, die digitale Information speichert. Das Speichermodul 250 kann Betriebsbefehle für das Verarbeitungsmodul 250 speichern und kann Daten speichern, die Straßendeckenparameter darstellen, die vom Abfühlelement 220 abgefühlt werden. Das Speichermodul 250 kann auch eindeutige Identifikationsinformation speichern, die für jeden individuellen Sensor 66 oder für einen Satz von individuellen Sensoren 66 spezifisch ist. Zum Beispiel kann die eindeutige Identifikationsinformation ein einzigartiger eindeutiger alphanumerischer Code sein.
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Die Antenne 260 kann eine oder mehrere Monopolantennen oder Dipolantennen aufweisen und kann weiter eine Übertragungsleitung, eine Impedanzabgleichsschaltung und/oder ein Transformator-Balun bzw. ein Transformator-Symmetrierglied aufweisen. Es sei jedoch bemerkt, dass andere bekannte Konfigurationen einer Antenne alternativ verwendet werden können. Die Antenne 260 kann elektrisch mit dem Verarbeitungsmodul 240 verbunden sein und kann konfiguriert sein, um ein Signal vom Leser 44 zu empfangen und auch ein Signal zurück zum Leser 44 zu senden. Die Antenne 260 kann auch eindeutige Identifikationsinformation zusätzlich zu den abgefühlten Straßendeckenparametern übertragen bzw. ausstrahlen.
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In einigen Ausführungsbeispielen kann der Sensor 66 möglicherweise keine an Bord befindliche aktive Leistungsquelle bzw. On-Board-Aktivleistungsquelle haben. Insbesondere kann der Sensor 66 als eine passive Einrichtung bekannt sein, die eine passive Energiequelle 270, wie beispielsweise einen Kondensator, hat. Die passive Energiequelle 270 kann durch elektromagnetische Wellen mit Leistung versorgt werden, die vom Leser 44 gesendet und von der Antenne 260 empfangen werden. Da der Sensor 66 keine aktive Leistungsquelle erfordert, kann der Sensor 66 eine relativ lange Nutzlebensdauer haben. Zudem können Produktionskosten für den Sensor 66 gering sein.
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Nun mit Bezug auf 3 ist dort ein Sensor 300 gemäß einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Sensor 300 kann auch eine eingekapselte Vorrichtung ähnlich dem Sensor 66 der 2 sein. Eine Hülle 310, ein Abfühlelement 320, eine integrierte Schaltung 330, ein Verarbeitungsmodul 340, ein Speichermodul 350 und eine Antenne 360 können im Wesentlichen ähnlich den Komponenten sein, die oben in Bezug auf Sensor 66 beschrieben sind. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 2 hat der Sensor 300 jedoch eine an Bord befindliche Leistungsquelle bzw. On-Board-Leistungsquelle 370.
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Die an Bord befindliche Leistungsquelle 370 kann eine Batterie sein und ein Sensor 300 kann als eine aktive Einrichtung bekannt sein. Die an Bord befindliche Leistungsquelle 370 kann es dem Sensor 300 gestatten, einen größeren Sende- bzw. Ausstrahlbereich, mehr Prozessorleistung und mehr Speicherkapazität zu haben. Es sei jedoch bemerkt, dass die an Bord befindliche Leistungsquelle 370 in Verbindung mit einer passiven Energiespeichervorrichtung, wie beispielsweise einem Kondensator, verwendet werden kann, um die Energienutzung des Sensors 300 zu verbessern.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das offenbarte System kann auf jeden Straßendeckenfertigungsprozess anwendbar sein, bei dem es wichtig ist, die richtigen Verdichtungsgrade des Straßendeckenmaterials zu erreichen oder eine Verdichtung bei optimalen Temperaturen durchzuführen. Das System ist insbesondere auf Straßendeckenfertigungsanwendungen anwendbar, bei denen es wünschenswert ist, Messungen von Verdichtungsgraden in Echtzeit, genau und/oder umfassend während oder nach dem Verteilen des Straßendeckenmaterials zu erhalten. Zudem können Zeit und Brennstoffkosten verringert werden, weil Straßenfertigungsprozesse gestoppt werden, bevor unnötige Durchgänge ausgeführt werden. Ein beispielhafter Straßendeckenfertigungsprozess wird nun beschrieben.
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In 4 ist ein Flussdiagramm 400 gezeigt, das einen Straßendeckenfertigungsprozess gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Der Prozess des Flussdiagramms 400 kann am Steuerblock 410 beginnen, bei dem eine Mischeinrichtung 62 der Straßendeckenfertigungsmaschine 12 Sensoren 66 oder 300 mit Straßendeckenmaterial M mischt. Wie oben angezeigt, kann das Mischen an jeglicher Stelle in der Straßendeckenfertigungsmaschine 12 auftreten oder kann alternativ auftreten, bevor das Straßendeckenmaterial M in den Fülltrichter 52 geladen wird.
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Vom Steuerblock 410 kann der Prozess zum Steuerblock 420 weitergehen, wo die kombinierte Mischung des Straßendeckenmaterials M und der Sensoren 66 oder 300 vom Fülltrichter 52 durch die Einspeisungsfördervorrichtung 54 und die Förderschnecke 55 transportiert und am erwünschten Ort verteilt wird, wie beispielsweise auf dem Straßenbett S. Die Sensoren 66 oder 300 können so verteilt werden, dass eine relativ gleichmäßige Beabstandung zwischen aufeinander folgenden Sensoren vorliegt, die in einem Streifen von Straßendeckenmaterial M verteilt sind. Die Verteilung und Beabstandung kann so ausgewählt sein, dass ein Nutzer akkurat den Verdichtungsgrad für die Gesamtheit eines Projektbereiches, wie beispielsweise einer Straße, einer Baustelle, einer Böschung oder von Ähnlichem bestimmen kann. Alternativ können die Sensoren 66 oder 300 nur an spezifischen Teststellen innerhalb des Straßendeckenmaterials M auf dem Straßenbett S verteilt sein.
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Die abgelagerte Mischung kann dann einem Verdichtungsprozess beim Steuerungsblock 430 unterworfen werden, beispielsweise durch den Bodenverdichter 16. Der Bodenverdichter 16 kann ein oder mehr Durchgänge über einen gegebenen Streifen des Straßendeckenmaterials M, das von der Straßendeckenfertigungsmaschine 12 verteilt wurde, ausführen. Der Bodenverdichter 16 kann entweder über eine autonome Steuerung oder eine Bedienersteuerung betrieben werden, um einen erwünschten Satz von Straßendeckenparametern zu erreichen. Die Straßendeckenparameter können auf einem Satz von Straßendeckenfertigungsspezifikationen und Bodenverdichterspezifikationen basieren. Die Straßendeckenfertigungsspezifikationen können die Zusammensetzung, Partikelgröße und den erwünschten Verdichtungsgrad des Straßendeckenmaterials M aufweisen. Die Bodenverdichterspezifikationen können die Bodenverdichtergeschwindigkeit, Fahrtrichtung und andere Faktoren aufweisen, die sich auf einen Energietransfer zwischen dem Bodenverdichter 16 und dem Straßendeckenmaterial M beziehen. Es sollte jedoch klar sein, dass jegliche geeigneten Straßendeckenspezifikationen und Bodenverdichterspezifikationen alternativ verwendet werden können, um einen erwünschten Straßendeckenparameter zu bestimmen.
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Sowohl während als auch nachdem der Straßendeckenfertigungsprozess bei Steuerblock 430 ausgeführt wurde, können Echtzeit-Messungen an dem Steuerblock 440 erlangt werden durch Überwachen auf ein Drahtlossignal von den eingebetteten Sensoren 66 oder 300. Wenn passive Sensoren 66 in das Straßendeckenmaterial M eingebettet werden, kann der Leser 44 ein Signal aussenden, das von der Antenne 260 empfangen und durch das Verarbeitungsmodul 240 verarbeitet wird. Das Verarbeitungsmodul 240 kann dann eine Ausgabe von dem Abfühlelement 220 bestimmen, welches Spannungsdehnung, Druck, Temperatur, Feuchtigkeitspegel und/oder jeglicher andere Straßendeckenparameter sein kann, der nützlich ist, um Straßendeckenfertigungsprozesse zu untersuchen. Die Ausgabe des Abfühlelementes 220 kann dann durch die integrierte Schaltung 230 durch die Antenne 260 abgestrahlt bzw. übertragen werden. Die integrierte Schaltung 230 kann auch eindeutige Identifikationsinformation zusammen mit der Ausgabe des Abfühlelementes 220 übertragen. Alternativ kann, wenn aktive Sensoren 300 in das Straßendeckenmaterial M eingebettet werden, die integrierte Schaltung 300 aktiv eine Ausgabe vom Abfühlelement 320 an den Leser 44 am Bodenverdichter 16 übertragen, mit ohne ohne zunächst ein Signal von dem Leser 44 zu empfangen. Es sei jedoch bemerkt, dass sogar dann, wenn aktive Sensoren 300 in das Straßendeckenmaterial M eingebettet sind, die Antenne 360 immer noch auf ein Signal, das von dem Leser 44 übertragen wird, ansprechen kann. Zusätzlich ist der Leser 44 möglicherweise nicht angeschaltet, nachdem die Straßendeckenfertigungsmaschine 12 eine geeignete Entfernung von dem Bodenverdichter 16 entfernt ist, wenn dies erwünscht ist, um dabei zu helfen, Interferenz mit Sensoren 66 zu vermeiden, die noch auf der Straßendeckenfertigungsmaschine 12 vorliegen.
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Echtzeit-Messungen von Sensoren 66 oder 300 können einem tatsächlichen Grad an Verdichtung des Straßendeckenmaterials M entsprechen. Die Spannungsdehnung, die an der Oberfläche der Sensoren 66 oder 300 gemessen wird, kann äquivalent sein zur Verdichtung des Straßendeckenmaterials M. Aufgrund von Luftleerräumen im Straßendeckenmaterial M wird das Straßendeckenmaterial M nach jedem nachfolgenden Durchgang des Bodenverdichters 16 kompakter. Ein erwünschter Verdichtungsgrad des Straßendeckenmaterials M kann nach einem oder mehreren Durchgängen durch den Bodenverdichter 16 über einen Streifen von Straßendeckenmaterial M, das von der Straßendeckenfertigungsmaschine 12 verteilt wurde, auftreten. Nachdem ein erwünschter Verdichtungsgrad, wie beispielweise 400 kPa erreicht worden ist, ist es möglich, dass nachfolgende Durchgänge zu einer übermäßigen Verdichtung des Straßendeckenmaterials M führen können. Es sei jedoch bemerkt, dass alternativ andere erwünschte Verdichtungsgrade verwendet werden können, und zwar basierend auf dem Straßendeckenfertigungsprozess und/oder dem Straßendeckenmaterial. Echtzeit-Messungen können es einem Nutzer oder einer Steuervorrichtung 43 gestatten, einen präzisen Punkt zu bestimmen, wenn ein Verdichtungsgrad des Straßendeckenmaterials M einen erwünschten Schwellenwert erreicht hat, so dass bestimmt werden kann, dass der Straßendeckenfertigungsprozess abgeschlossen ist. Das heißt, die Steuervorrichtung 43 kann einen Betrieb der wenigstens einen Verdichtungswalze des Bodenverdichters 16 basierend auf einer Ausgabe des Lesers 44 beeinflussen. Zum Beispiel kann die Steuervorrichtung 43 die Geschwindigkeit, den Vibrationspegel, die Anzahl von Durchgängen oder die Richtung des Bodenverdichters 16 ändern.
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Alternativ oder zusätzlich können andere Straßendeckenparameter genutzt werden, um den Straßendeckenfertigungsprozess zu beeinflussen. Zum Beispiel kann eine Kenntnis der Kerntemperatur beeinflussen, wann eine Verdichtung ausgeführt werden kann. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann anfänglich eine Verdichtung durchgeführt werden, während ein Straßendeckenmaterial M über einer ersten Schwellentemperatur, beispielsweise 190°F liegt. Während das Straßendeckenmaterial M unter einer ersten Schwellentemperatur und über einer zweiten Schwellentemperatur, zum Beispiel 135°F liegt, wird möglicherweise keine Verdichtung durchgeführt. Eine Verdichtung kann wieder aufgenommen werden, wenn sich das Straßendeckenmaterial M unter die zweite Schwellentemperatur abkühlt. Es sollte jedoch klar sein, dass alternativ andere geeignete Werte für die ersten und zweiten Schwellentemperaturen verwendet werden können, abhängig vom spezifischen Straßendeckenfertigungsprozess und Straßendeckenmaterial.
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Weiter kann eine Restfeuchtigkeit Qualitäts- bzw. Verhaltensprobleme beim Erdmaterial verursachen. Ein Nutzer kann bestimmen, dass ein Feuchtigkeitsgehalt eines Erdmaterials über einem akzeptablen erwünschten Schwellenwert liegt. Ansprechend darauf kann ein Nutzer bestimmen, dass ein Trocknungsprozess erforderlich sein kann oder dass das Erdmaterial ein erneutes Mischen erfordern kann. Noch weiter kann der Feuchtigkeitsgrad verwendet werden, um zu bestimmen, wann eine Bewässerung des Erdmaterials geeignet sein könnte.
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Die Steuerung des Straßendeckenfertigungsprozesses kann auf der Ausgabe des Drahtlossignals basieren. Zum Beispiel kann, basierend auf den Echtzeit-Messungen, die im Steuerblock 440 erlangt werden, eine Bestimmung bei Steuerblock 450 durchgeführt werden, ob ein erwünschter Verdichtungsgrad oder Straßendeckenparameter erreicht worden ist. Wenn ein erwünschter Verdichtungsgrad in der Umgebung eines gegebenen Sensors 66 oder 300 erreicht worden ist, kann bestimmt werden, dass der Straßendeckenfertigungsprozess in dieser Umgebung abgeschlossen ist und der Bodenverdichter 16 kann sich in einen neuen Bereich bewegen oder am Steuerblock 460 enden. Diese Bestimmung kann von einem Bediener basierend auf den Daten von den eingebetteten Sensoren 66 oder 300 durchgeführt werden. Alternativ kann die Bestimmung vom Steuersystem 43 vorgenommen werden. Zum Beispiel kann das Steuersystem 43 auf einen erwünschten Verdichtungsgrad basierend auf Straßendeckenfertigungsspezifikationen Bezug nehmen und kann den erwünschten Verdichtungsgrad mit einem tatsächlichen Verdichtungsgrad, der von den Sensoren 66 oder 300 ausgegeben wird, vergleichen. Zudem können Verdichtungsgrad- oder Straßendeckenfertigungsprozessdaten von Sensoren 66 oder 300 mit GPS-Daten von der GPS-Einrichtung 47 korreliert werden, um die abgefühlten Daten gegenüber Zeit und Ort zu überwachen und zu speichern. Diese Daten können verwendet werden, um einem Auftraggeber zu zeigen, dass der erwünschte Verdichtungsgrad erreicht worden ist und dass der erwünscht Straßendeckenfertigungsprozess ausgeführt worden ist. Wenn ein erwünschter Verdichtungsgrad nicht bei Block 450 erreicht worden ist, dann kann der Prozess dazu zurückkehren, die Steuerblöcke 430–450 auszuführen, bis der erwünschte Verdichtungsgrad erreicht worden ist.
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Die Sensoren 66 oder 300 können auch auf eine andere Weise verwendet werden, wenn dies erwünscht ist, um einen Ursprungsort von Material, das in dem Straßendeckenfertigungsprozess verwendet wird, nachzuverfolgen. In 5 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das einen Materialnachverfolgungsprozess gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt. Der Materialnachverfolgungsprozess kann bei Anwendungen nützlich sein, bei denen es erwünscht ist, die Quelle eines bestimmten Materials zu verifizieren, das in dem Straßendeckenfertigungsprozess verwendet wird. Zum Beispiel kann ein Kunde befürchten, dass nach dem Auswählen und Bezahlen eines Premium-Ausgangsmaterials der Anbieter stattdessen ein geringerwertigeres Material oder Ersatzmaterial an einen zweiten Ort, wie beispielsweise einen Projektbereich liefern wird. Bei nicht vorhandener direkter Überwachung des Ausgangsmaterialtransports von dem Ursprungsstandort zum zweiten Standort kann ein Kunde eingeschränkte Mechanismen haben, um zu verifizieren, dass das ursprünglich ausgewählte Ausgangsmaterial geliefert worden ist und in einem Straßendeckenfertigungsprozess am zweiten Ort verwendet wird. Der Nachverfolgungsprozess kann bei Steuerblock 510 beginnen, wo die Sensoren 66 oder 300 in ein Ausgangsmaterial an einem Ursprungsort gemischt werden, wie beispielsweise ein Mineralaggregatausgangsmaterial, ein Felsausgangsmaterial, Erde, Muttermoden oder jegliches andere geeignete Ausgangsmaterial, das bei Verdichtungs- und Straßendeckenfertigungsprozessen verwendet wird. Die Sensoren 66 oder 300 können gleichmäßig oder zufällig per Hand oder durch jegliche geeignete Mischvorrichtung untergemischt werden. Die Sensoren 66 oder 300 können eindeutige Identifikationsinformation beinhalten.
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Der Prozess kann zu Steuerblock 520 weitergehen, wo Signale von den Sensoren 66 oder 300 an dem zweiten Ort überwacht werden, an dem ein Straßendeckenfertigungsprozess mit dem Ausgangsmaterial durchgeführt wird. Zum Beispiel können Drahtlossignale von den Sensoren, die in der Straßendecke eingebettet sind, die aus dem Ausgangsmaterial gebildet wird, bei Steuerblock 530 an dem zweiten Ort empfangen werden. Bei Steuerblock 530 kann, durch Überwachen eines Signals von den Sensoren 66 oder 300, ein Nutzer in der Lage sein, eine Straßendeckenfertigungsprozesscharakteristik zu bestimmen. Zum Beispiel kann, wenn ein Signal von wenigstens einem der Sensoren 66 oder 300 mit eindeutiger Identifikationsinformation in der Straßendecke an dem zweiten Ort detektiert wird, ein Nutzer zuversichtlich wissen, dass das Ausgangsmaterial in dem Straßendeckenfertigungsprozess an dem zweiten Ort verwendet wurde, und der Nachverfolgungsprozess kann bei Steuerblock 540 enden. Wenn keine Drahtlossignale von den Sensoren mit eindeutiger Identifikationsinformation detektiert werden, dann kann ein Nutzer vermuten, dass das Ausgangsmaterial nicht in dem Straßendeckenfertigungsprozess an dem zweiten Ort verwendet wurde, und der Nachverfolgungsprozess kann beim Steuerblock 550 enden. Da die Sensoren 66 oder 300 eindeutige Identifikationsinformation enthalten können, kann ein Anbieter daran gehindert werden, einen Kunden irrezuführen, indem er jeglichen gegebenen Sensor 66 oder 300 in ein ausgetauschtes Material einfügt. Der Materialnachverfolgungsprozess kann alternativ auf Drahtlossignale von den Sensoren bei der Lieferung des Ausgangsmaterials an dem zweiten Ort überwachen. Da Ersatzmaterialien unterschiedliche Eigenschaften haben können, können möglicherweise Leistungsstandards nicht erreicht werden, wenn irrtümlich Ersatzmaterialien in einem Straßendeckenfertigungsprozess verwendet werden. Der Materialnachverfolgungsprozess kann eine Leistungsstandardüberprüfung unterstützen und einen Betrug des Lieferanten möglicherweise verhindern.
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Es wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Straßendeckenfertigungssystem vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele des Straßendeckenfertigungssystems werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung des hierin offenbarten Straßendeckenfertigungssystems offensichtlich. Die Beschreibung und die Beispiele sollen nur als Beispiele betrachtet werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen beansprucht wird.