Effiziente Überwachung von Brückeninfrastrukturen
Im Jahr 2022 bewertete das Bundesministerium für Digitales und Verkehr rund 8.000 Autobahnbrücken als sanierungsbedürftig. Vor diesem Hintergrund gewinnt die kontinuierliche Überwachung dieser Bauwerke zunehmend an Bedeutung. Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) hat mit dem modularen Schallemissionssystem „COMOBASE“ eine innovative Lösung entwickelt, die speziell auf die Anforderungen des Infrastrukturmonitorings zugeschnitten ist und kosteneffizienter arbeitet als herkömmliche Verfahren.
Anwendungsspezifische Monitoringtechnik zur Kostenreduktion
Das Fraunhofer IKTS verfolgt bei der Entwicklung seiner Monitoringlösungen einen zielgerichteten Ansatz: Statt universeller und teurer Messtechnik werden Systeme konzipiert, die exakt auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmt sind. „Viele Anwendungen benötigen nur einen Bruchteil der Funktionen, die Allround-Systeme bieten. Deshalb entwickeln wir unsere Technik speziell für Bauwerke wie Brücken, Druckbehälter, Anlagen der chemischen Industrie oder Windenergieanlagen. Dadurch lassen sich die Kosten erheblich senken“, erläutert Dr. Lars Schubert, Abteilungsleiter für Zustandsmonitoring und Prüfdienstleistung am Fraunhofer IKTS. Durch Skalierung der Systeme sind weitere Einsparungen zu erwarten.
Schallemissionsverfahren: Akustische Signale als Indikatoren für Schäden
Die zugrundeliegende Technologie basiert auf dem physikalischen Prinzip der Schallemission: Entstehende Schäden wie Risse oder brechende Spannstähle erzeugen akustische Signale, die von Sensoren erfasst, lokalisiert und analysiert werden können. Dr. Kilian Tschöke, Wissenschaftler am Fraunhofer IKTS, vergleicht das mit dem Klang einer gespannten Gitarrensaite, die reißt – jedes Schadensereignis erzeugt ein charakteristisches Geräusch, das das System erkennt und räumlich zuordnet. Im Gegensatz zu punktuellen Prüfmethoden erlaubt COMOBASE eine dauerhafte Überwachung, vergleichbar mit einem Langzeit-Stethoskop für Bauwerke. Dabei liegt der Fokus auf niedrigen Frequenzen, die tief in massive Strukturen eindringen. Die akustischen Sensoren, künftig auch Mikro-Elektro-Mechanische Systeme (MEMS), werden an strategisch relevanten Stellen montiert.
Modulare Elektronik und flexible Softwareintegration
Für die Signalaufnahme wurde eine speziell angepasste Elektronik entwickelt, die auf der PCUS-Technologie des Fraunhofer IKTS basiert. Das System setzt sich aus modularen Mess- und Interfacekarten zusammen und verarbeitet bis zu 32 Kanäle gleichzeitig. Über ein Software Development Kit (SDK) kann die Lösung in kundenspezifische Prüfsoftware integriert werden. „Wir verzichten bewusst auf unnötige technische Features, um Hard- und Software schlank und kostengünstig zu gestalten“, so Schubert.
Zielgruppen und Praxiserprobung
Hauptnutzer der Lösung sind Ingenieurbüros, die im Auftrag von Kommunen und Infrastrukturbetreibern Gutachten erstellen. „Wir stellen den Ingenieuren ein maßgeschneidertes Komplettpaket zur Verfügung, mit dem infrastrukturelle Schäden erkannt, ausgewertet und das bauliche Risiko bewertet werden kann“, erklärt Tschöke.
Derzeit wird COMOBASE in Feldtests an einer realen Brücke parallel zu etablierten Systemen eingesetzt. Die Validierungsergebnisse zeigen, dass trotz reduzierter Systemkomplexität vergleichbare Aussagekraft erzielt wird. Schubert betont: „Unsere Tests bestätigen die Effizienz und Zuverlässigkeit unseres Ansatzes.“
Ausblick und Weiterentwicklung
Das Fraunhofer IKTS plant, weitere Technologien wie Glasfasersensorik für das infrastrukturelle Monitoring zu entwickeln. Im Rahmen des Projekts „Fit4Infrastructure“ entsteht am Standort Dresden-Klotzsche ein Applikationszentrum zur Erprobung von Prüf- und Monitoringverfahren für infrastrukturelle Anwendungen.
Zusammenfassung
- Rund 8.000 Autobahnbrücken in Deutschland gelten als sanierungsbedürftig.
- COMOBASE ermöglicht eine kosteneffiziente, dauerhafte Überwachung mittels Schallemissionssensorik.
- Systeme sind anwendungsspezifisch optimiert und modular aufgebaut.
- Akustische Signale werden zur frühzeitigen Schadensdetektion genutzt.
- Praxisnahe Validierung bestätigt die Leistungsfähigkeit der Technologie.
- Zukünftige Entwicklungen umfassen Glasfasersensorik und ein neues Applikationszentrum.
