Sensorgewebe überwacht Straßen Dank Sensorik Asphaltstraßen zerstörungsfrei überwachen

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Forscher haben ein Monitoringsystem entwickelt, mit dem sich nicht nur Schäden an der Oberfläche, sondern in der gesamten Asphaltschicht erkennen lassen. Das Herzstück des Systems ist ein Sensorgewebe. KI-Algorithmen zur Datenanalyse ergänzen das System.

Infrastrukturen wie Straßen bilden die Grundlage einer modernen Industriegesellschaft. Allerdings altern sie durch Verkehrsbelastung, Temperaturzyklen, Feuchtigkeit und Frost-Tau-Wechsel. Frühzeitige Rissbildung oder Setzungen können die Tragschicht und somit die Fahrbahnsicherheit gefährden. Zur Beurteilung des Zustands der Asphalttragschicht werden derzeit Bohrkerne entnommen. Das ist jedoch ein zerstörendes und aufwendiges Messverfahren, das die Straße zusätzlich schädigt und Straßensperrungen erfordert. Zudem kann diese Methode nur lokal sehr begrenzt angewendet werden. Dies kann zu langwierigen und ineffektiven Straßensanierungen führen, da das gesamte Schadensausmaß oftmals nicht rechtzeitig erkannt wurde.

Damit der Straßenzustand kontinuierlich und vor allem zerstörungsfrei überwacht werden kann. daran arbeiten Forscher des Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKI zusammen mit Partnern. Sie entwickeln ein Mess- und Auswertesystem, mit dem sich der Zustand der Asphalttragschicht kontinuierlich, flächendeckend und zerstörungsfrei für eine bessere Planbarkeit von Straßensanierungen überwachen lässt. Das System soll künftig die Bestimmung und Prognose des Degradationsgrades von Asphaltstraßen ermöglichen.

Die technologische Basis

Das Kernstück bildet ein Sensorgewebe aus Flachsfasern mit integriertem leitfähigem Draht. Dieses wird direkt in den Webprozess eingebracht und dient als großflächiger, mechanisch stabiler Sensorverbund. Elektronische Auswerteeinheiten erfassen Veränderungen in Widerstand oder Impedanz, um mikroskopische Risse und Deformationen im Asphalt frühzeitig zu erkennen. „Das Gewebe muss so ausgelegt sein, dass es zu keiner Gefügestörung im Asphalt kommt. Auch darf die Sensorik weder beim Webprozess noch beim Einlassen in die Straße geschädigt werden“, sagt Christina Haxter, Wissenschaftlerin am Fraunhofer WKI.

Das im Asphalt eingebettete Sensorgewebe soll kontinuierlich Messwerte liefern, aus denen sich Aussagen über den internen Zustand der Asphalttragschicht ableiten lassen. Durch die Belastungen, denen Straßen ausgesetzt sind, entstehen Beanspruchungen in der Asphalttragschicht und somit verändert sich auch der Zustand der elektrisch leitenden Sensorik.

Die elektronische Integration

Für die Datenerfassung sind kompakte, energieeffiziente Module entscheidend. Sie wandeln analoge Signale der Sensordrähte in digitale Informationen um und übertragen sie drahtgebunden oder per Funk an zentrale KI-Systeme. Die Elektronik muss hohe Anforderungen erfüllen: temperatur- und feuchtigkeitsbeständig, vibrationsresistent und langzeitstabil.

Spezielle Algorithmen werten die Sensordaten in Echtzeit aus, identifizieren Belastungsmuster und prognostizieren Materialschäden. Die Kombination aus Sensorgewebe und KI schafft so eine Grundlage für vorausschauende Instandhaltung und adaptive Infrastrukturüberwachung. Die Visualisierung der Daten erfolgt über eine im Projekt entwickelte Internet-Plattform mit Dashboard. Geplant ist, für Behörden, Anlieger, Unternehmen, Verkehrsteilnehmer und sonstige Betroffene von Bau- und Erhaltungsmaßnahmen alle relevanten Informationen über die Plattform aufzubereiten und zur Verfügung zu stellen.

Erste Tests in einem Gewerbegebiet

Nach ersten erfolgreichen Machbarkeitstests im Labor finden derzeit Tests mit einem Demonstrator auf einer ebenen Probestrecke in einem Gewerbegebiet statt. Das Sensorgewebe ist über den kompletten Straßenquerschnitt verlegt und somit über die Breite der gesamten Fahrspur eingebracht.

Auswertemessknoten erfassen bei Überfahrung des Demonstrators die Widerstandsänderungen in der Sensorik. Erste Testmessungen zeigen, dass das System die durch die Überfahrten eines Belastungsfahrzeugs (Test-Lkw) hervorgerufenen Verformungen erfassen kann. Dabei werden in den Messergebnissen sowohl die unterschiedlichen Achslasten als auch die Achskonfiguration des Fahrzeugs deutlich erkennbar. Langfristig sollen ähnliche Sensorgewebe auch in Brücken, Parkflächen oder Schienenverkehrssystemen eingesetzt werden. (heh)

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