Infrastruktur überwachen Automobil-Radarsensorik überwacht Brücken und Gleise

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Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS

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Ein konstantes Monitoring der Verkehrsinfrastruktur in Deutschland ist teuer. Marode Infrastruktur ist jedoch noch teurer. Robuste Radarsensorik aus dem Automobilbereich kann Brücken, Schienen und andere Bauwerke überwachen.

Der Teileinsturz der Dresdner Carolabrücke im September 2024 war ein Weckruf für die deutsche Infrastrukturpolitik. Aktuell gelten mindestens 8.000 Autobahnbrücken und rund 18.000 Schienenkilometer in Deutschland als baufällig, der Sanierungsbedarf wird auf bis zu 100 Mrd. Euro geschätzt. Während die DIN 1076 zwar regelmäßige Bauwerksprüfungen vorschreibt, fehlt ein kontinuierliches Bauwerksmonitoring für solide Datengrundlagen zur Einschätzung von Sanierungsbedarfen. Das Problem: Der Markt für spezifische Bauwerksmonitoring-Sensorik ist klein und die Technik entsprechend teuer.

Bewährte Automobil-Sensorik für neue Anwendung

Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS verfolgt einen innovativen Ansatz: die Nutzung robuster Radarsensorik aus dem Automobilbereich für die Infrastrukturüberwachung. „Hohe Präzision, lange Lebensdauer, dauerhafte Belastung und Temperaturtoleranz von - 40 bis 120 °C? Da war die Antwort ganz klar: die Automobil-Sensorik“, erklärt Dr. Christoph Sohrmann, Gruppenleiter am Fraunhofer IIS.

Die ursprünglich für autonomes Fahren entwickelten Radarsensoren bieten einen entscheidenden Kostenvorteil: Sie liegen um den Faktor 10 oder sogar 100 unter den Kosten handelsüblicher Spezial-Sensorik für infrastrukturelle Überwachung. Hardware, Produktionsstandards, Cybersecurity-Aspekte und Selbstüberwachung können direkt von der automobilen Nutzung übernommen werden.

Technische Anpassungen für Millimeter-Präzision

Die Radar-Sensorik aus dem Automobilbereich ist jedoch nicht eins-zu-eins für das sogenannte Structural Health Monitoring (SHM) nutzbar. Die frequenzbasierte Verarbeitung bietet zu geringe Auflösung für kleinste Veränderungen an Bauwerken. Die Fraunhofer-Forscher haben daher eine phasenbasierte interferometrische Auswertung entwickelt, die statische Verschiebungen im Millimeter- oder sogar Submillimeterbereich sowie Schwingungen mit Frequenzen bis über 1.000 Hz messbar macht.

Zusätzlich zu Radarsensoren testen die Wissenschaftler MEMS-Sensoren, die ursprünglich in Fahrzeugen und Smartphones verbaut sind. Diese können beispielsweise Brüche in Spanndrähten von Spannbetonbrücken hören – ein Test an einer echten Brücke ist in Kooperation mit der MKP GmbH geplant.

Validierung im Reallabor: Von der Theorie zur Praxis

Im Reallabor der TU Dresden in Bautzen haben die Forschenden ihre Lösung an einer 45 Meter langen Versuchsbrücke getestet. Die bodengebundenen Radar-Interferometer werden an oder unter Brücken platziert und ermöglichen eine einfache Messung von Vibrationen im Rahmen des Condition Monitorings. Taktile Sensorik in Verbindung mit berührungsloser Radarmessung liefert dabei Referenzdaten für die Entwicklung und Validierung passender Monitoringkonzepte.

Entscheidend für den Erfolg ist der intensive Austausch zwischen den Gewerken. „Welche Daten müssen in welcher Genauigkeit und Frequenz erhoben werden? Sind die Ergebnisse leicht genug auslesbar?“, betont Sohrmann die Bedeutung der Zusammenarbeit mit Baulastträgern und Bauingenieur-Büros.

Anschlussprojekt RICARES: Fokus auf Eisenbahnbrücken

Das im Januar 2026 startende Anschlussprojekt RICARES wird durch die Sächsische Aufbaubank SAB unterstützt und fokussiert auf das Monitoring der Stabilität von Eisenbahnbrücken. Dabei sollen Fragen zur optimalen Sensorsynchronisation, Linsen- und Antennenoptimierung sowie zum Einsatz von Reflektoren geklärt werden. Die Technologie ist jedoch auch für Straßenbrücken anwendbar.

„Bezahlbare Sensorik ermöglicht es Baulastträgern, das Monitoring der Infrastruktur nicht nur bei Verdachtsfällen, sondern flächendeckend zu etablieren“, fasst Sohrmann das Potenzial zusammen. Besonders historische Daten über die Belastung der Bauwerke sind für die Analyse beginnender Schäden von großer Bedeutung.

Für die Elektronikbranche eröffnet dieser Ansatz neue Geschäftsfelder: Die Neu-Nutzung etablierter Automobil-Sensorik für Infrastruktur-Anwendungen zeigt, wie Synergien zwischen verschiedenen Branchen innovative und kostengünstige Lösungen für gesellschaftliche Herausforderungen schaffen können. (heh)

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