Automobil-Sensorik schützt Deutschlands Infrastruktur
Marode Brücken, hohe Sanierungskosten und fehlende Daten: Deutschlands Infrastruktur steht unter Druck. Forschende des Fraunhofer IIS setzen auf eine überraschend einfache Lösung – kostengünstige Automobil-Sensorik für ein flächendeckendes Bauwerksmonitoring.
Durch Anpassungen kann die Radarsensorik autonomer Fahrzeuge für infrastrukturelle Monitoring genutzt werden.
Foto: Fraunhofer IIS
Mit dem Teileinsturz der Dresdner Carolabrücke im September 2024 wurde die deutsche Infrastrukturpolitik wach gerüttelt. Mindestens 8.000 Autobahnbrücken sowie rund 18.000 Schienenkilometer gelten aktuell als sanierungsbedürftig. Der Investitionsbedarf wird auf bis zu 100 Milliarden Euro geschätzt. Ein kontinuierliches Monitoring von Brücken, Schienen und Ingenieurbauwerken könnte Schäden frühzeitig erkennen – wurde jedoch bislang aufgrund hoher Kosten häufig vernachlässigt.
Einen innovativen Ansatz verfolgt der Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS: Die Nutzung robuster und millionenfach bewährter Radarsensorik aus dem Automobilbereich für das Bauwerksmonitoring. Ziel ist es, Sicherheit zu erhöhen, Sanierungen gezielter zu planen und langfristig Kosten zu sparen.
Intelligente Sensorik als Schlüssel zur längeren Lebensdauer
Die Prüfung von Brücken in Deutschland ist durch die DIN 1076 geregelt. Zwar sind regelmäßige Bauwerksprüfungen vorgesehen, ein dauerhaftes Monitoring zur kontinuierlichen Datenerfassung jedoch nicht. Genau hier setzt das Fraunhofer IIS an. Als Mitglied der Deutschen Gesellschaft für Bauwerksmonitoring (DeGeBaM) engagiert sich das Institut dafür, Sensorik künftig als festen Bestandteil der Norm zu etablieren.
Ein zentrales Problem bleibt jedoch der Markt: Spezialisierte Sensorik für das Bauwerksmonitoring ist teuer, da sie in kleinen Stückzahlen produziert wird. Eine Alternative musste her.
Kosten sparen durch die Neu-Nutzung etablierter Technik
Auf der Suche nach einer wirtschaftlichen Lösung wurde man im Automobilbereich fündig. „Hohe Präzision, lange Lebensdauer, dauerhafte Belastung und Temperaturtoleranz von minus 40 bis plus 120 Grad Celsius? Da war die Antwort ganz klar: die Automobil-Sensorik“, erklärt Dr. Christoph Sohrmann, Gruppenleiter am Fraunhofer IIS. Er beschreibt weiter: „Denkbar sind zum Beispiel sogenannte MEMS-Sensoren, bisher nur in Fahrzeugen oder auch Handys verbaut, die einen Bruch in den Spanndrähten von Spannbetonbrücken ‚hören‘ können. Dieses Prinzip werden wir in Kürze mit der Firma MKP GmbH an einer echten Brücke testen. Vor allem aber nutzen wir Radarsensoren, ursprünglich entwickelt für autonomes Fahren.“
Der Kostenvorteil ist erheblich: Handelsübliche Spezial-Sensorik ist bis zu 100-mal teurer als adaptierte Fahrzeug-Sensorik. Zudem können bewährte Standards aus der Automobilindustrie übernommen werden.
Anpassung der Technik ist nötig
Für sogenannte »Structural Health Monitoring« (SHM) kann die Radar-Sensorik aus dem Automobilbereich nicht eins-zu-eins genutzt werden, da es verschiedene Schädigungsprozesse an Bauwerken detektieren will. Für die Feststellung kleinster Veränderungen am Bauwerk, die entscheidend sein können, bietet die frequenzbasierte Verarbeitung aus dem Fahrzeugbereich eine zu geringe Auflösung für die Feststellung von kleinsten Veränderungen an Bauwerken.
Präzise Messungen dank Radar-Interferometrie
Im Reallabor der TU Dresden in Bautzen testeten die Forschenden Radar- und taktile Sensorik an einer 45 Meter langen Versuchsbrücke. „Unsere Radarsensoren ermöglichen dabei eine sehr einfache Messung von Vibrationen an Bauwerken im Rahmen des Condition Monitorings sowie SHM-Kampagnen“, sagt Sohrmann und meint: „Unsere Lösung nutzt eine phasenbasierte interferometrische Auswertung der Daten, durch die auch statische Verschiebungen im Millimeter- oder sogar Submillimeterbereich sowie Schwingungen mit Frequenzen bis über 1.000 Hz messbar werden.“
Flächendeckendes Monitoring als Zukunftsvision
Messkampagnen werden von Baulastträgern beauftragt und in enger Zusammenarbeit mit Bauingenieurbüros ausgewertet. Ein intensiver interdisziplinärer Austausch ist dabei entscheidend. Unterstützung erhielt das Projekt von Prof. Steffen Marx von der TU Dresden.
Im Anschlussprojekt RICARES, das im Januar 2026 startet, wird die Technologie weiterentwickelt – mit Fokus auf Eisenbahnbrücken und einen Transfer der Technik auf Straßenbrücken. „Bezahlbare Sensorik ermöglicht es Baulastträgern, das Monitoring der Infrastruktur nicht nur bei Verdachtsfällen, sondern flächendeckend zu etablieren“, so Sohrmann. „Diese Chance sollten sie nutzen, denn insbesondere die historischen Daten über die Belastung der Bauwerke sind für die Analyse beginnender Schäden eine große Hilfe.“
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