Das Bundesministerium für Digitales und Verkehr hat im Jahr 2022 festgestellt, dass etwa 8000 Autobahnbrücken in Deutschland in einem sanierungsbedürftigen Zustand sind. Diese alarmierende Zahl verdeutlicht die Dringlichkeit, die Infrastruktur des Landes kontinuierlich zu überwachen. In diesem Kontext hat das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS ein neuartiges System zur permanenten Überwachung von Brücken entwickelt, das als „COMOBASE“ bekannt ist. Dieses modulare Schallemissionssystem bietet eine maßgeschneiderte Lösung, die nicht nur effizient, sondern auch kostengünstiger ist als die traditionellen Technologien.
Die Hauptmotivation der Forscher am Fraunhofer IKTS ist es, von universellen, teuren Messmethoden abzurücken und stattdessen anwendungsspezifische Systeme zu entwickeln. Dr. Lars Schubert, der Abteilungsleiter für Zustandsmonitoring und Prüfdienstleistungen am Fraunhofer IKTS, betont, dass viele Anwendungen lediglich einen kleinen Teil der Funktionen teurer Allround-Systeme benötigen. Daher wird die Monitoring-Technologie gezielt für spezifische Bauwerke wie Brücken, Drucktanks, chemische Industrieanlagen und Windkraftanlagen entworfen. Diese spezialisierte Herangehensweise ermöglicht es, die Kosten erheblich zu senken.
Ein zentrales Element der COMOBASE-Technologie ist das Prinzip der Schallemission. Wenn Bauwerke wie Brücken Schäden erleiden, beispielsweise durch Risse oder brüchige Spannstähle, entstehen akustische Signale. Diese Signale können mithilfe von Sensoren erfasst, lokalisiert und analysiert werden. Dr. Kilian Tschöke, ein Wissenschaftler am Fraunhofer IKTS, veranschaulicht dies mit dem Vergleich zu einer gerissenen Gitarrensaite: Jedes Schadensereignis erzeugt ein charakteristisches Geräusch, das von der Technologie detektiert und räumlich zugeordnet werden kann.
Im Gegensatz zu klassischen Prüfmethoden, die oft nur punktuell eingesetzt werden, ermöglicht das COMOBASE-System eine permanente Überwachung der Bauwerke. Man kann sich dies wie ein Langzeit-Stethoskop für Brücken vorstellen. Diese kontinuierliche Überwachung konzentriert sich insbesondere auf niedrige Frequenzen, die besser in massive Strukturen eindringen können. Dazu werden akustische Sensoren, möglicherweise auch Mikro-Elektro-Mechanische Systeme (MEMS), an strategischen Punkten des Bauwerks angebracht. Die dazugehörige Messtechnik, die die Signale aufnimmt, basiert auf einer speziell entwickelten Elektronik, die an die jeweiligen Anwendungen angepasst ist.
Das System nutzt die am Fraunhofer IKTS entwickelte PCUS-Technologie und besteht aus modularen Mess- und Interfacekarten, die an die Sensorik angeschlossen werden können. Ein Grundsystem kann 32 Kanäle gleichzeitig verarbeiten. Durch ein bereitgestelltes Software Development Kit haben Anwender die Möglichkeit, das System über eigene Prüfsoftware anzusprechen. Dr. Schubert hebt hervor, dass das Angebot stark individualisiert ist und bewusst auf technische Merkmale verzichtet wird, die für das Monitoring nicht notwendig sind. Das Ergebnis ist eine schlankere und kostengünstigere Hard- und Software.
Die Zielgruppe für diese innovative Lösung sind vor allem Ingenieurbüros, die im Auftrag von Kommunen und Infrastrukturbetreibern Gutachten erstellen. Tschöke erläutert, dass ihnen ein umfassendes, individualisiertes Paket angeboten wird, um infrastrukturelle Schäden zu identifizieren, zu analysieren und das bauliche Risiko entsprechend zu bewerten.
Aktuell wird das COMOBASE-System im Rahmen von Feldtests parallel zu etablierten Systemen an einer realen Brückenstruktur eingesetzt. Die bisherigen Ergebnisse sind vielversprechend: „Unsere Validierungen zeigen, dass wir mit deutlich geringerer Systemkomplexität die gleiche Aussagekraft erzielen können“, berichtet Schubert. In Zukunft plant das Fraunhofer IKTS, auch andere Technologien wie Glasfasersensorik für das infrastrukturelle Monitoring weiterzuentwickeln. Zudem wird im Projekt „Fit4Infrastructure“ am Standort Dresden-Klotzsche ein Applikationszentrum für Prüf- und Monitoringverfahren für infrastrukturelle Anwendungen eingerichtet.
Durch diese Entwicklungen wird nicht nur die Sicherheit von Brücken in Deutschland verbessert, sondern auch ein wichtiger Beitrag zur Effizienzsteigerung im Infrastruktursektor geleistet.
