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Forscher entwickeln günstigeres Monitoring für Brücken

An der Budapester Straße in Dresden erproben Forscher des Fraunhofer IKTS, wie Schallemissionssensoren Schäden in Brücken aufspüren.
Lauschen im Verborgenen: Sensoren testen an der Brücke Budapester Straße in Dresden, ob Stahl und Beton noch halten. © Fraunhofer IKTS
Von: Wissensland
8.000 Autobahnbrücken gelten in Deutschland als sanierungsbedürftig. Forschende des Fraunhofer IKTS in Dresden arbeiten an einem Messsystem, das Brücken rund um die Uhr überwacht, indem es auf sie hört. COMOBASE spürt Risse und Schäden durch akustische Signale auf, noch bevor sie gefährlich werden. Und das zu einem Bruchteil der bisherigen Kosten solcher Messungen.

Brücken, die wir überqueren, tragen unser Vertrauen. Doch viele von ihnen sind in schlechtem Zustand. 8.000 Autobahnbrücken stufte das Bundesministerium für Digitales und Verkehr 2022 als sanierungsbedürftig ein.

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (Fraunhofer IKTS) in Dresden wollen dabei helfen, Schäden früher zu erkennen – mit einem System, das Brücken buchstäblich zuhört. Das Messsystem heißt COMOBASE. Es nutzt sogenannte Schallemissionen, um Schäden im Inneren von Bauwerken aufzuspüren. 

Die Schallemissionsmessung an sich ist dabei nicht neu. Sie ist schon seit Langem etabliert. Neu ist, dass das Fraunhofer-Team die dafür nötige Messtechnik deutlich einfacher und kostengünstiger machen will.

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Wenn Risse Geräusche machen

Entsteht ein Riss in einer Brücke oder versagt ein tragendes Stahlelement im Inneren des Bauwerks, entstehen winzige akustische Signale. Es kommt zu Schallwellen, die sich durch das Material ausbreiten. Sensoren an der Brücke fangen diese Geräusche auf.

"Man kann sich das wie das Reißen einer gespannten Gitarrensaite vorstellen – jedes Schadensereignis erzeugt ein charakteristisches Geräusch, das wir mit unserer Technik detektieren und räumlich zuordnen können", erklärt Dr. Kilian Tschöke, Wissenschaftler am Fraunhofer IKTS. Das System arbeitet rund um die Uhr. Wie ein Langzeit-Stethoskop, das dauerhaft auf die Brücke aufgeklebt ist.

Während viele Brücken heute vor allem durch regelmäßige Inspektionen überwacht werden, erfassen moderne Monitoringsysteme kontinuierlich Messdaten. COMOBASE soll diese Dauerüberwachung einfacher machen. Die Sensoren erfassen dabei besonders tiefe Schallfrequenzen, die sich auch durch massive Bauwerke gut ausbreiten können.

Maßgeschneidert statt teuer

Der entscheidende Unterschied zu bisheriger Technik ist der Preis. Herkömmliche Messsysteme sind oft teuer, weil sie für viele verschiedene Einsatzzwecke gebaut werden. Das Dresdner Team geht einen anderen Weg.

"Meistens benötigt eine Anwendung nur einen geringen Prozentsatz dieser teuren Allround-Angebote. Wir entwickeln unsere Monitoringtechnik deshalb nicht nach dem Gießkannenprinzip, sondern exakt für den Einsatz an den entsprechenden Bauwerken", sagt Dr. Lars Schubert, Abteilungsleiter am Fraunhofer IKTS.

Durch diese Fokussierung lassen sich Hard- und Software schlanker bauen – und damit deutlich günstiger. Mehrere Sensoren können gleichzeitig Daten erfassen und helfen dabei, Schäden innerhalb eines Bauwerks genauer zu lokalisieren.

Erste Tests an echter Brücke in Dresden

Bereits heute läuft COMOBASE im Feldtest – parallel zu etablierten Systemen – an der Brücke an der Budapester Straße in Dresden. Erst vor Kurzem wurden am Bauwerk Mängel festgestellt, die Sperrungen notwendig machen. Die Ergebnisse des Tests sind vielversprechend. "Unsere Validierungen bestätigen, dass wir mit deutlich reduzierter Systemkomplexität die gleiche Aussagekraft erreichen können", sagt Schubert.

Je früher Schäden erkannt werden, desto gezielter lassen sich Reparaturen und Sanierungen planen. Das kann helfen, teure Folgeschäden oder unerwartete Sperrungen zu vermeiden.

Als Nächstes planen die Forschenden, auch andere Messtechnologien für die Infrastrukturüberwachung weiterzuentwickeln. Am Standort Dresden-Klotzsche entsteht zudem ein Applikationszentrum für Prüf- und Monitoringverfahren. Ein Ort, an dem künftig neue Lösungen für Brücken, Windräder und andere Bauwerke entwickelt werden sollen.

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