Fraunhofer IIS: Hightech-Sensoren könnten Brücken retten

Seit dem Einsturz der Dresdner Carolabrücke im September 2024 wird viel über das Thema Verkehrsinfrastruktur diskutiert. Denn das Unglück hat die Aufmerksamkeit auf ein flächendeckendes Problem gelenkt: Fachleute schätzen, dass etwa 8.000 Autobahnbrücken und 18.000 Kilometer Schienen eigentlich saniert werden müssen – das wären Kosten von mehr als 100 Milliarden Euro.

Für Brückenprüfungen gibt es zwar ein genormtes System, doch ein kontinuierliches Monitoring fehlt. Genau das wäre nötig, um den Zustand der Bauwerke im Blick zu behalten. Der Markt für Spezial-Sensorik ist klein, die Technik bisher zu teuer. Das Team des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS hat deshalb nach einer günstigen Alternative gesucht – mit Erfolg.

Smarte Lösungen für alte Bauwerke

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben ein ehrgeiziges Ziel: Deutschlands Bauwerke sollen mithilfe intelligenter Sensoren sicherer werden. Leitlinie ist dabei die DIN 1076, die regelmäßige Prüfungen vorschreibt, aber kein laufendes Monitoring.

Als Mitglied der Gesellschaft für Bauwerksmonitoring DeGeBaM setzt sich das Fraunhofer IIS dafür ein, Sensorik dauerhaft in diese Norm zu integrieren. So könnten präzisere Daten über Schäden oder die wahrscheinliche Restlebensdauer gewonnen werden. Doch die Kostenfrage bleibt: Hochsensible Messgeräte sprengen meist den Etat kommunaler Bauverwaltungen.

Technik aus dem autonomen Fahren übertragen

Der entscheidende Einfall kam von Christoph Sohrmann und seinem Team. Die Forschenden haben erkannt, dass Komponenten aus der Fahrzeugtechnologie ähnliche Anforderungen erfüllen müssen, wie sie für die Überwachung der Infrastruktur benötigt werden: Sie müssen unter anderem exakte Ergebnisse liefern, robust sein und temperaturresistent.

Künftig sollen daher Radarsensoren, eigentlich für autonomes Fahren entwickelt, auch Brücken überwachen. Sie ermöglichen es, kleinste Risse oder Materialverschiebungen zu erkennen. MEMS-Sensoren etwa, bisher aus Autos bekannt, können sogar feine Spannungsveränderungen akustisch erfassen. Die Kosten liegen dabei um ein Vielfaches unter klassischen Bauüberwachungssystemen.

Reallabor mit viel versprechenden Ergebnissen

Ganz ohne Umbau funktioniert die Übertragung natürlich nicht. Die Signalverarbeitung aus der Fahrzeugwelt hat eine geringere Auflösung, sodass Anpassungen nötig sind. In einem Reallabor der TU Dresden haben Forschende an einer 45 Meter langen Versuchsbrücke taktile Sensorik in Verbindung mit berührungsloser Messung per Radar getestet, um Referenzwerte zu erhalten.

Sohrmann erklärt: „Unsere Radarsensoren messen selbst minimale Vibrationen und Verschiebungen im Submillimeterbereich – ideal für das sogenannte Structural Health Monitoring.“ Die Daten sind Grundlage für angepasste Konzepte zur Überwachung der Infrastruktur, die später in echten Bauprojekten Anwendung finden könnten.

Kooperation als Schlüssel zum Erfolg

Damit die neuartige Sensorik ihren Zweck erfüllt, ist eine intensive Zusammenarbeit mit anderen Fachleuten unerlässlich. Die Datenerhebung und -auswertung erfolgt durch Baulastträger und Ingenieurbüros, die für die Verkehrssicherheit verantwortlich sind. „Welche Daten brauchen wir? Wie detailliert müssen sie sein?“, beschreibt Sohrmann die typischen Fragen im Projektalltag. Mit der Unterstützung von Steffen Marx, Professor an der TU Dresden, wurde das Pilotvorhaben von Beginn an praxisnah gestaltet.

Testläufe an Eisenbahnbrücken

Für die Messungen haben die Forschenden Radarinstrumente an oder unter Brücken platziert. Kurze Messkampagnen liefern erste Ergebnisse, während Langzeitbeobachtungen über Jahre wertvolle Entwicklungsdaten ermöglichen. Das Anschlussprojekt RICARES, gestartet 2026, wird von der Sächsischen Aufbaubank gefördert.

RICARES konzentriert sich auf Eisenbahnbrücken, lässt sich aber auch auf Straßenbauwerke übertragen. Im Mittelpunkt steht die Synchronisation vieler Sensoren sowie deren Optimierung durch Linsen und Reflektoren. Das Ziel: ein standardisiertes System, das sich skalierbar in ganz Deutschland einsetzen lässt.

Die gewonnenen Daten sollen dann helfen, frühzeitig Belastungsgrenzen zu erkennen und langfristig Sanierungsausgaben zu senken. Gemeinsam mit Industriepartnern plant das Fraunhofer-Team Anschlussprojekte, die das Prinzip der günstigen und robusten Sensorik in den Alltag der Bauwerksüberwachung übertragen.