Flächendeckende dynamische Verdichtungskontrolle

Walzenzug mit Glattmantelbandage im Straßenbau

Eine Walze (alltagssprachlich Straßenwalze genannt) ist eine Baumaschine und zählt zur Gruppe der Verdichtungsgeräte. Mit ihrer Hilfe können großflächig bindige- und nichtbindige Böden, Trag- und Frostschutzschichten sowie Asphalt verdichtet werden. Eine ausreichende Verdichtung ist notwendig, um Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit gewährleisten zu können.

Grundsätzlich muss bei Walzen zwischen einer dynamischen (Verdichtung durch Bewegung) und einer statischen (Verdichtung durch Gewicht) Wirkungsweise bei der Verdichtung unterschieden werden.^[1] Sie kommen auf Baustellen im Erdbau und im Straßen- und Wegebau zum Einsatz. Je nach Einsatzort und zu verdichtendem Untergrund haben sich über die Zeit verschiedene Walzentypen entwickelt.

Geschichte

Walzen werden seit etwa 1830 im Straßen- und Erdbau eingesetzt und waren in der Frühzeit vorwiegend von Pferden gezogene Geräte. Sie bestanden anfangs aus Stein und später ausschließlich aus Gusseisen. Man beschwerte sie zusätzlich mit Steinen und mit einem Wasserballast.

Dampfwalzen wurden in den frühen 1860ern entwickelt und erfolgreich eingesetzt. Die Dampfwalzen sind im Prinzip selbstfahrende Lokomobile, bei denen die Räder durch Walzen ersetzt sind.

Die Dampfwalzen wurde Anfang des 20. Jahrhunderts von Walzen mit Dieselmotor verdrängt, wobei die grundsätzliche Konfiguration mit einer durchgehenden Walze vorne und zwei Walzenrädern hinten zunächst beibehalten wurde. Im Jahr 1911 wird schließlich die erste Dreiradwalze mit Dieselmotor von der Firma Hamm auf den Markt gebracht.^[2]

Die erste Tandemwalze, also eine Walze mit zwei angetriebenen Walzenbandagen, wird 1932 entwickelt. Die Wirkungsweise funktioniert jedoch noch ohne Vibration. Erst 1958 folgt die Tandemvibrationswalze.^[2] Diese Technik ermöglicht fortan eine wirkungsvollere und schnellere Verdichtungsarbeit. Vor der Einführung von Walzenzügen 1976^[2], wurde die Einzel-Vibrationswalze überwiegend als Anhänger von Planierraupen oder Traktoren gezogen.

Pferdegezogene Straßenwalze von 1800

Dampfwalze um 1902

Dreiradwalze mit Dieselmotor aus den 1950er Jahren

Einteilung

Walzenzug

Walzenzug mit Schaffußbandage

Der Walzenzug ist sowohl mit einer Walzenbandage als auch mit einer Luftbereifung ausgestattet. Beide Teile können entweder starr oder mittels einer Knicklenkung verbunden sein. Die Fahrerkabine befindet sich in der Mitte der Maschine, hinterhalb ist der Motorraum angeordnet. Von dort hat der Baumaschinenführer eine gute Sicht auf die Maschine. Um ein Ankleben lehmiger Böden an der Bandage zu verhindert werden diese vom Abstreifer, der sich direkt an der Bandage befindet, entfernt. Am hinteren Ende des Walzenzuges befindet sich ein zusätzliches Gewicht, um die Verdichtungsleistung zu erhöhen.

Der Fahrantrieb wird üblicherweise mit einem Dieselmotor über einen hydrostatischen Antrieb bewerkstelligt. Die Geräte sind mit einer Vibrationseinheit ausgestattet und erhalten eine Fahrerkabine mit ROPS-Schutzaufbau. Das Betriebsgewicht liegt je nach Bauart zwischen 4,5 und 18 t, die Leistung liegt zwischen 22 und 158 kW.^[3]

Bestandteile eines Walzenzuges

Bandage Luftbereifung Motorraum Knicklenkung Abstreifer Zusatzgewicht

Gummiradwalze

Gummiradwalze mit starrem Rahmen im Straßenbau

Die Gummiradwalze gehört zur Gruppe der statischen Walzen und bewirkt alleine durch ihr Gewicht eine Verdichtung des Untergrunds. Sie wird größtenteils in der Asphaltverdichtung eingesetzt, ist aber auch für den Erdbau geeignet. Auf einen Einsatz von Gummiradwalzen sollte verzichtet werden, wenn Asphaltschichten mit Ausfallkörnung eingebaut werden (Splittmastixasphalt) oder nichtbindige Böden verdichtet werden sollen.

Die Gummiräder der Maschine sind einzeln aufgehängt und verdichten den Untergrund mit Hilfe der Walk- und Knetwirkung. So wird ein Porenverschluss an der Oberfläche der Asphaltdecke erzielt. Der Baumaschinenführer kann den Luftdruck während des Einsatzes verändern und an die jeweiligen Erfordernisse anpassen. Gummiradwalzen können entweder mit starrem Rahmen oder mit einer Knicklenkung ausgestattet sein. Sie besitzen ein Betriebsgewicht von bis zu 14 t, was einer Einzelradlast von rund 1,8 t entspricht. Zu Verbesserung der Verdichtungsleistung kann die Gummiradwalze mit zusätzlichem Ballast (Wasser) versehen werden.

Tandemvibrationswalze

Tandemvibrationswalze mit Splittstreukübel im Asphaltbau

Tandemvibrationswalzen (auch Doppelvibrationswalze) besitzen zwei Walzenkörper mit Glattmantelbandage und werden zur Verdichtung von Walzasphalt verwendet. Kleinere handgeführte Geräte eignen sich auch für Verdichtungsaufgaben im Erdbau. Das Fahrerhaus ist wie beim Walzenzug mittig angeordnet, der Rahmen kann entweder starr oder mit Knicklenkung ausgestattet sein. Oberhalb der Walzenkörper oder unterhalb der Fahrerkabine sind Wassertanks angebracht, die zur Beschwerung der Tandemvibrationswalze dienen und die Berieselung der Bandagen ermöglichen. Die Berieselung ist notwendig, um ein Ankleben von frischem Asphaltmischgut zu verhindern.

Die Walzenkörper haben innen eine Vibrations- oder Oszillationseinheit, die bessere Verdichtungsergebnisse ermöglicht. Die Walze kann damit neben ihrer Flächenpressung auch dynamische Energie in die Asphaltschicht einleiten.

Am Heck der Tandemvibrationswalzen kann ein Splittstreukübel angebracht sein. Mit dessen Hilfe lässt sich die Oberfläche des frischen Asphaltbelages mit Sand oder Splitt abstreuen und auf diesem Weg die Anfangsgriffigkeit verbessern. Des Weiteren besitzt die Walze am Walzenkörper ein seitliches Schneidrad, mit dessen Hilfe die Asphaltkante geschnitten und angedrückt werden kann.

Dreiradwalze

Dreiradwalze mit Dieselmotor von 1964

Die Dreiradwalze liegt entwicklungsgeschichtlich zwischen der Dampfwalze und der Vibrationswalze. Ihre Bauweise ist dementsprechend einfach gehalten, eine Verdichtung mit Hilfe von Vibration ist nicht möglich. Die Fahrerkabinen sind einfache, nach allen Seiten offene Führerstände, die sich am Ende der Walze befinden. Die Dreiradwalze wirkt alleine durch ihr statisches Gewicht und besitzt keine Knicklenkung. Alle drei Räder sind mit einer Glattmantelbandage ausgestattet. Der Antrieb erfolgt über einen Dieselmotor.

Diese Maschinen werden bis heute in leicht gewandelter Form hergestellt und selbst einige der älteren Modelle sind weiterhin im Baustelleneinsatz. Grund dafür ist ihre einfache Wirkungsweise und die robuste Bauweise.

Grabenwalze

Grabenwalze im Leitungsbau

Grabenwalzen sind kleine Vibrationswalzen, die entweder direkt handgesteuert sind oder per Fernbedienung gelenkt werden. Die Fernsteuerung kommt zur Anwendung, damit der Maschinenführer nicht in den Graben hinabsteigen muss, um die Maschine zu bedienen. Dies hat den Vorteil, dass sich der Maschinenführer im Fall eines Grabeneinbruchs außerhalb des Gefahrenbereichs aufhält.

Aufgrund ihrer Größe und ihrer Wendigkeit werden sie überwiegend zur Verdichtung von Gräben im Kanal- und Leitungsbau eingesetzt. Sie besitzen in der Regel vier unabhängig von einander gesteuerte Schaffußbandagen zur Verdichtung von bindigem Bodenmaterial. Sie eignen sich dagegen nicht zur Verdichtung von felsigen Böden.

Technik und Ausstattung

Bandage

Je nach Anwendungsfall und Verdichtungsaufgabe kommen unterschiedliche Bandagen zum Einsatz. Die Bandage bezeichnet den Mantel des Walzenkörpers. Folgende Arten von Bandagen werden verwendet:

• Glattmantelbandage
• Stampf- oder Schaffußbandage
• Gürtelradbandage
• Gitterradbandage
• Scheibenradbandage
• Polygonbandage

Glattmantelbandagen werden zur Verdichtung von Asphalt oder nichtbindigem Boden verwendet. Die Stampf- oder Schaffußbandagen sowie die Polygonbandagen sind für den Einsatz auf bindigen Böden vorgesehen. Die Gürtelrad-, Gitterrad- oder Scheibenradbandagen wirken besonders effektiv bei der Verdichtung von felsigem Untergrund, da sie die Felsbestandteile zertrümmern können.

Vibrations- und Oszillationseinheit

Moderne Walzen besitzen die Fähigkeit neben ihrem Eigengewicht zusätzliche Energie in den Untergrund einzuleiten. Durch das Einbringen von Verdichtungsenergie kommt es zu Kornumlagerungen im Boden oder im Asphalt und damit zu einer Reduzierung des Porengehaltes. Bei der Verdichtung mit Vibration wirkt im Walzenkörper eine Unwucht, die eine schlagende Bewegung erzeugt. Vorteil dieser Technik ist eine effektive und hohe Verdichtungsleistung, allerdings entstehen durch diese Art der Verdichtung Erschütterungen in verschiedenen Frequenzbereichen. Die Technologie der Oszillationsverdichtung reduziert diese unerwünschten Erschütterungen indem zwei Unwuchten im Walzenkörper eingebaut werden. Die Wirkungsrichtung der Verdichtungsenergie verläuft dann nicht mehr vertikal sondern horizontal.

Verdichtungskontrolle

Die so genannte flächendeckende dynamische Verdichtungskontrolle (kurz FDVK) ist ein Prüfverfahren zur Kontrolle der Verdichtungsleistung von Walzen, das seit 1988 eingesetzt wird.^[2] Dazu ist die Walze mit einem entsprechenden Messgerät ausgestattet, welches während des Überfahrens des Bodens Messungen anstellt. Im Grunde wird dabei die veränderte Rückprallbeschleunigung des Bodens auf den vibrierenden Walzenkörper ausgewertet. Die Messergebnisse werden dem Walzenführer grafisch auf einem Display im Fahrerhaus ausgegeben und können bei Bedarf ausgedruckt werden.

Zur Beurteilung der Tragfähigkeit des Untergrunds wird die Walze zuvor kalibriert. Dabei werden Dichte und E_V2-Werte mit Feldversuchen (beispielsweise Plattendruckversuch) bestimmt und mit den Messaufzeichnungen der Walze abgeglichen.

Sicherheit

Kippgefahr beim Walzen

Da Walzen im Erd- und Straßenbau in Bereichen mit erhöhter Absturz- oder Kippgefahr, wie etwa Böschungskanten, Grabenränder oder Fahrbahnabsätze, eingesetzt werden, ist mit entsprechender Vorsicht zu fahren. Zusätzlich werden die Maschinen mit ROPS-Schutzeinrichtungen versehen, die im Falle eines Überschlages Verformungen an der Fahrerkabine vermindern und den Überlebensraum im Inneren der Fahrerkabine sichern.

Die gesetzlichen Unfallverhütungsvorschriften sehen vor, dass nur Personen eine Walze bedienen dürfen, die unterwiesen, körperlich und geistig geeignet sowie mindestens 18  Jahre alt sind. Die Belastungen des Maschinenführers durch Lärm und Erschütterung sind bei dieser Maschine verstärkt vorhanden und können durch das Tragen eines Gehörschutzes und durch spezielle Fahrersitze reduziert werden.

Hersteller

Dampfwalzen zählten zu den ersten motorisierten Baumaschinen und wurde in ihrer Anfangszeit von einer Vielzahl von Herstellern gefertigt. Einen Namen konnte sich beispielsweise Henschel, Kaelble oder Zettelmeyer machen. Im Gegensatz zu den Unternehmen, die heute noch produzieren, wie etwa Ammann, BOMAG, Hamm oder Wacker, sind diese jedoch von der Herstellung zurückgetreten.

Siehe auch

• Liste von Baumaschinen und Baugeräten
• Liste der Baumaschinenhersteller

Weblinks

• Dampfwalze Ruthemeyer bei dampfkultur.de

Einzelnachweise

1. ↑ Manfred Hoffmann: Zahlentafeln für den Baubetrieb. Teubner Verlag, Wiesbaden 2006, ISBN 3-519-65220-X, S. 637. 
2. ↑ ^{a b c d} Felix Kernze: Faszination Strassenbau. Motorbuch Verlag, Stuttgart 2005, ISBN 3-6130-2499-3, S. 13ff. 
3. ↑ Horst König: Maschinen im Baubetrieb. Teubner Verlag, Wiesbaden 2005, ISBN 3-5190-0495-X, S. 195.