Spätestens seit dem Einsturz der Carolabrücke ist es ein Dauerthema: Wie könnten Deutschlands Infrastrukturbauwerke so überwacht werden, dass Schäden frühzeitig entdeckt werden? Mit dem modularen Schallemissionssystem „COMOBASE“ präsentiert das Fraunhofer IKTS eine neue Lösung zum permanenten Infrastrukturmonitoring. Sie sei deutlich kostengünstiger als herkömmliche Technologien, so das Institut.
Die Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS (Fraunhofer IKTS) setzen bei COMOBASE auf ein anwendungsspezifisch optimiertes System anstatt auf universelle, teure Messtechnik. „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 wie zum Beispiel Brücken, Drucktanks, Anlagen der chemischen Industrie oder auch Windrädern – und können dadurch die Kosten deutlich reduzieren“, erklärt Dr. Lars Schubert, Abteilungsleiter für Zustandsmonitoring und Prüfdienstleistung am Fraunhofer IKTS. „Durch Skalierung erwarten wir in Zukunft noch weitere Kosteneinsparungen.“
Die Technologie basiert auf einem physikalischen Prinzip: Schäden wie Risse oder brechende Spannstähle setzen bei der Entstehung akustische Signale frei. Diese Schallemissionen werden von Sensoren erfasst, lokalisiert und ausgewertet. „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“, erläutert Dr. Kilian Tschöke, Wissenschaftler am Fraunhofer IKTS.
Langzeit-Stethoskop für Bauwerke
Im Gegensatz zu klassischen Prüfverfahren, die nur punktuell eingesetzt werden, ermöglicht COMOBASE eine permanente Überwachung – vergleichbar mit einem Langzeit-Stethoskop für Bauwerke. Diese Überwachung konzentriert sich besonders auf niedrige Frequenzbereiche, die massive Strukturen besser durchdringen können. Dafür werden akustische Sensoren, perspektivisch auch MEMS-Sensoren, kurz für „Mikro-Elektro-Mechanische Systeme“, an strategischen Punkten des Bauwerks befestigt.
Für die Messtechnik, die die Signale aufnimmt, haben die Forschenden eine anwendungsspezifisch zugeschnittene Elektronik entwickelt. Das System basiert auf der am Fraunhofer IKTS entwickelten PCUS-Technologie und besteht aus modularen Mess- und Interfacekarten zum Anschluss an die Sensorik. Ein Grundsystem verarbeitet 32 Kanäle parallel. Über ein bereitgestelltes Software Development Kit besteht die Möglichkeit, das System über eine kundeneigene Prüfsoftware anzusprechen. „Unser Angebot ist hoch individualisiert. Dabei verzichten wir bewusst auf technische Eigenschaften, die für das Monitoring nicht erforderlich sind. Dadurch können wir die Hard- und Software deutlich schlanker und kostengünstiger gestalten“, so Fraunhofer IKTS-Forscher Lars Schubert.
Adressaten der neuen Lösung sind vor allem Ingenieurbüros, die im Auftrag von Kommunen und Infrastrukturbetreibern Gutachten erstellen. „Wir bieten Ingenieursbüros ein vollständiges individualisiertes Paket, um infrastrukturelle Schäden zu erkennen, auszuwerten und das bauliche Risiko entsprechend zu bewerten“, betont Tschöke.
Erfolgreiche Validierung im Praxiseinsatz
In aktuellen Feldtests wird COMOBASE bereits parallel zu etablierten Systemen an einer realen Brückenstruktur eingesetzt. Die Ergebnisse sprechen für sich: „Unsere Validierungen bestätigen, dass wir mit deutlich reduzierter Systemkomplexität die gleiche Aussagekraft erreichen können“, sagt Schubert.
Im nächsten Schritt plant das Fraunhofer IKTS die Weiterentwicklung auch anderer Technologien, zum Beispiel Glasfasersensorik, für das infrastrukturelle Monitoring. Zudem wird im Projekt „Fit4Infrastructure“ am Fraunhofer IKTS‑Standort in Dresden‑Klotzsche ein Applikationszentrum für Prüf‑ und Monitoringverfahren für Infrastrukturanwendungen aufgebaut. Weitere Informationen >>>