Fraunhofer benutzt Sensormatten für Überwachung des Straßenzustands

Forscher des Wilhelm-Klauditz-Instituts (WKI) des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung haben ein Sensorsystem auf Basis von Flachsfasern entwickelt, die in Asphaltstraßen eingebracht Aufschluss über den Zustand der Fahrbahn geben können. Beschädigungen, wie Risse und Löcher, sollen sich so in Echtzeit feststellen lassen.

Wie es mit einer Asphaltstraße im Inneren tatsächlich bestellt ist, lässt sich nur mit aufwendigen Messverfahren feststellen, heißt es in einer Mitteilung des Fraunhofer-Instituts. Um Schäden in tieferen Schichten aufzuspüren, müssen Bohrproben genommen und der Asphalt dabei teilweise zerstört werden. Das ist nicht wirtschaftlich.

Gewebte Sensoren

Das Verfahren der WKI-Wissenschaftler setzt deshalb auf in den Asphalt eingelassene Sensormatten, um Schäden frühzeitig erkennen zu können. Das Trägermaterial bildet ein Gewebe aus Flachsfasern, in denen 1 mm dicke leitfähige Sensordrähte eingewebt sind. Die Sensorik erstellen die Wissenschaftler mit einer Doppelgreifer-Webmaschine, die Sensormatten mit einer Breite von 50 cm und beliebiger Länge erstellen kann.

Die Festigkeit wird dabei durch eine hohe Garnstärke erreicht, was auch zu einer hohen Verschiebefestigkeit führt. Denn: Das Gewebe muss so stabil sein, dass es im Asphalt zu keinen unerwünschten Gefügestörungen kommt. Dabei helfen auch größere Garnabstände, erläutern die Forscher. Die Festigkeit sei hoch, heißt es, Belastungen bei der Installation und später durch die Witterung und die allgemeine Straßenbelastung halte das Sensormaterial aus. Die Sensormatte tauge so für eine kontinuierliche Messung von Daten, die Rückschlüsse auf den Straßenzustand geben.

Über eine Messeinrichtung werden Widerstandsänderungen in den Sensordrähten gemessen, die sich aus Beschädigungen in der Asphaltschicht ergeben. Die Daten werden dann von einer Analysesoftware ausgewertet. Die Software basiert auf Künstlicher Intelligenz (KI). Sie bestimmt bereits aufgetretene Schäden, kann jedoch auch Prognosen für zu erwartende Schäden abgeben. So sollen Probleme frühzeitig von Straßenbaubehörden erkannt und von Straßenbauern ausgebessert werden – noch bevor es teuer wird.

Die Daten sollen über eine Internet-Plattform verständlich aufbereitet und visualisiert werden, um sie Behörden, Anliegern, Unternehmen, Verkehrsteilnehmern und anderen von eventuellen Baumaßnahmen betroffenen Personen an die Hand zu geben.

Labor- und Praxistests

Erste Tests im Labor seien erfolgreich verlaufen. Derzeit erfolgen Praxistests auf einer Straße in einem Gewerbegebiet, die komplett mit dem Sensormaterial ausgestattet ist. Messstellen erfassen bereits Daten zu den Widerstandsänderungen. Diese seien so genau, dass sich bei Überfahrten eines Belastungsfahrzeugs sogar die genauen Achslasten ablesen lassen. Weitere Tests müssen noch zeigen, ob sich auch genaue Rückschlüsse auf Straßenschäden ziehen lassen.

Das Forschungsprojekt des WKI wird vom Bundesministerium für Verkehr gefördert. Beteiligt sind an dem Projekt außerdem Uhlig & Wehlig GmbH, AS+BE Asphalt- und Betonstraßenbau GmbH, Time4Innovation UG sowie die beiden Hochschulen Magdeburg-Stendal und Hannover.

(olb)