Eine neue innovative Messmethode von SuessCo Sensors für Risse und Bewegungen im Mikrometerbereich vollzieht eine rasante Entwicklung. Der neue Ansatz nutzt Magnetfeldsensorik und modernste IOT-Technologie, funktioniert aber auch Plug & Play. Noch stehen vornehmlich Brücken und Tunnel im Fokus.
Donnerstag-Nachmittag in Baden-Württemberg: ein verkehrsreiches Wochenende steht an, doch die Infrastruktur droht zu streiken. Konkret steht eine Brücke im Verdacht, der Belastung nicht standzuhalten. Fachleute, Verkehrsexperten und Politiker diskutieren. Ist der Verdacht technisch begründet? Muss man ihn ernst nehmen? Soll man sie gleich sperren? Die Risikoeinschätzung läuft auf Hochtouren. Dort wo Gefahr ist, gibt es auch Rettung, wusste schon der schwäbische Dichter Friedrich Hölderin. Beim Vermessungsspezialisten nicht weit entfernt gibt es eine neue Überwachungslösung, die ist schnell, hochgenau und Plug & Pay installierbar. Also Freitag morgens zum Vermessungs-Shop fahren, zur Mittagszeit die neue Technik installieren und ein schnelles, aber hoch verlässliches Insight gewinnen: Die Brücke hat nur auf Temperaturschwankungen reagiert und hält der Verkehrsbelastung stand. Also Rettung: Der Verkehr konnte noch Freitagabend freigegeben werden.
Das Besondere bei dieser Geschichte: Sie ist nicht frei erfunden. Sie ist echt (beziehungsweise sehr ähnlich). Sie könnte jedenfalls theoretisch derzeit fast überall auf der Welt (außer in China natürlich) passieren. Denn alle Länder besonders der westlichen Welt haben ähnliche Probleme mit ihren Brücken. In den 1960er und 1970er Jahren vielerorts in Betrieb genommenen kommen sie in die Jahre – und waren damals beileibe nicht für das massive Verkehrsaufkommen der vergangenen Jahrzehnte ausgelegt.
Fiktiver Messschrieb für die Bewegung von Infrastruktur (wie Brücken) im Bereich von Mikrometern. SuessCo Sensors nutzt dafür die passende Metapher des Pulsschlags.
Hintergrund der Firma SuessCo
Entscheidender Hauptakteur der Geschichte ist das österreichische Unternehmen SuessCo Sensors GmbH, das seit nunmehr 8 Jahren allerlei interessante Neuentwicklungen im, grob gesagt, IOT-Umfeld, getätigt hat und seit vier Jahren eine Technologie auf den Markt gebracht hat, die eine Miniaturisierung von 3D- und 6D-Sensorik sowie Kommunikationstechnologie darstellt, extrem klein ist, sehr energieeffizient, hochgenau und auch noch Plug & Play installierbar. Kein Wunder, dass die sogenannte erfinderische Höhe so offensichtlich ist, dass das Unternehmen die Patentanmeldung für Europa und die USA(!) schon erfolgreich gemeistert hat.
Hauptgegenstand der Messungen sind zwar „nur“ Risse, Fugen und Brückenlager, das hat es aber in sich. Es gibt zwar schon viele Sensoren dieser Art auf dem Markt, aber nicht in 3D bzw. 6D (mit Rotation), der Genauigkeit in allen Dimensionen und der integrierten Kommunikationstechnik. Das von außen kleine, geradezu aufreizend unscheinbare Objekt benötigt lediglich LTE-M oder in besonderen Empfangs-Situationen wie etwa dem Tunnelbau WiFi, um seine Daten an eine zentrale Auswertungssoftware zu senden. Aufgrund der hohen Energieeffizienz überlebt das Objekt bis zu zehn Jahre autonom am Einsatzort, es kann aber auch am (PV-)Netz versorgt werden (was meist nicht nötig ist). Über eine simple Batterieklappe kann die Einsatzzeit nahezu beliebig verlängert werden, falls die notwendigen Batterietypen auch noch in 70 Jahren verfügbar sind (Vorsicht Ironie).
Die Sensorik – auch die ist für die erfinderische Höhe groß und nicht-trivial, wie es beim Patentverfahren so schön heißt – hat ihren Anteil. Sie basiert auf Magnetfeldsensoren, die nicht nur wenig Energie verbrauchen, sondern auch Messwerte im Bereich von rund 50 Mikrometern(!) liefern. „Das wird derzeit zwar selbst im Brückenmotoring noch nicht gefordert, aber wer weiß, wofür es noch genutzt werden kann“, sagt Ernst Windhör, Co-Gründer der Firma. Ursprünglich stammt die Technik aus dem Bereich von Bremstechnik im Automobilbereich, besser gesagt aus den ABS-Entwicklungen, wo kleinste Deformationen und Messgrößen eine entscheidende Rolle spielen.
Bei der Suche nach neuen Anwendungsfeldern für die Technik stießen die Wiener, deren Technischer Co-Gründer Professor Dieter Süss ist, eine weltweite Koryphäe auf dem Gebiet der mathematischen Modellierung von magnetischen Materialien. Kurz: Der Physiker ist vor allem für den wissenschaftlichen Sensor-Teil zuständig.
Einer von vielen Anwendungsfällen sind Brücken, hier zum Beispiel für die Erfassung kleinster Bewegungen bei Lagern (Beton, Stahl und mitunter hochelastische Baustoffe). Quelle: SuessCo Sensors GmbH
Booster für Ingenieursvermessung
Damit sorgt die Technik für neue Erkenntnisgewinne von Ingenieuren, die das Verhalten von Infrastruktur aller Art hinsichtlich ihrer Bewegung supergenau messen können. „Man kann sehr gut sehen, ob eine Bewegungs-Anomalie ursächlich auf eine mechanische oder thermische Belastung zurückgeht“, sagt Windhör. Was abstrakt klingen mag, beschreibt exakt einen der Vorteile (wie in Baden-Württemberg erlebt). Beispiele dieser Art gibt es bereits viele. Bei einer Brücke in Ostösterreich fand die SuessCo-Technologie beispielsweise heraus, dass das aufkommende Brückenproblem gar nicht vom Strömungsdruck des akuten Hochwassers herrührte, sondern von großen Temperaturschwankungen. Damit überrascht man selbst so manchen Fachmann.
Ein weiterer Clou: Es ist sogar kostengünstig. „Als wir anfingen, uns speziell mit Brückenmonitoring zu beschäftigen, dachte ich intuitiv, das sieht aus wie ein Patient auf der Intensivstation: große Mengen an Sensoren und Kabeln suggerierten ein solches Bild, dass nicht nur auf großen Leiden des Patienten hindeutet, sondern unter betriebswirtschaftlicher Sicht auch auf hohe Kosten“, so Windhör, der unter anderem studierter Betriebswirt ist. Der Start-Up-Ehrgeiz war also geweckt und wenig später stellte sich prompt der Erfolg ein. Der aktuelle Trend geht auch dahin. Anstatt alle Brücken auf einmal neu bauen zu müssen, fragt man eher nach validem Monitoring, um die Nutzungsdauer zu verlängern. Die Hamburger Köhlbrandbrücke mit den beim Bund aufgehängten Forschungsprojekt „Digitaler Zwilling“ lässt grüßen.
Die Liste der schon umgesetzten Projekte ist bereits lang. Sie reichen von der schnellsten Achterbahn der Welt in Abu Dhabi bis hin zu den derzeit modernsten und spektakulärsten Brücken wie der Friesenbrücke. Experten wissen: die Brücke ist drehbar und in der Höhenlage verstellbar, da sie einen Kreuzungspunkt von Wasserstraße und ICE-Trasse kreuzt. Noch ambitionierter geht kaum.
Beim Start-up zählt aber nicht nur die Spitze des technologisch Machbaren, sondern auch die Breite, also die Skalierbarkeit. Hier stehen besonders Brücken und Tunnel im Fokus (siehe die Rastatt-Geschichte rechts). In Mexiko wird derzeit eine Brücke für die Verkehrsbelastung der WM-Zeit im Sommer getestet.
Metapher des Pulsschlags der Brücke
Aktuell gibt es auch die erste Anbahnung für ein Projekt rund um alpine Gefahren. Hier sucht man auch nach immer genaueren, autonomen und einfach installierbaren Sensoren und will lernen, das komplexe Feld zu verstehen. Oder anders gesagt: Man muss lernen, denn das Georisiko ist gigantisch. Bei den Brücken stehen Risse und Fugen im Fokus, aber nicht nur. Viele Anwendungen befassen sich auch mit dem Verhalten der Brückenlager, die aus magnetischen Materialien (Stahl) etc. oder modernen Polymeren bestehen, deren langfristige Elastizität entscheidend ist und bisher nur „manuell“ überwacht werden konnten. Dafür hat heutzutage niemand mehr Zeit, Geld und Personal. „Wir liefern den Pulsschlag der Brücke“, sagt Windhör, sich wohl bewusst, dass dies nur eine Metapher ist. Die aber sitzt! Genauso wie die Frage nach dem „Kilometerstand“ der Brücke, „die jeder Brücken-Experte sofort versteht, aber sich mit der Antwort noch sehr schwertut“, berichtet Windhör von typischen Gesprächssituationen bei Projektanbahnungen.
SuessCo ist klar, dass es mit dem Infrastruktur- und Geomonitoring auf einem Gebiet unterwegs ist, das die Chancen der Digitalisierung noch bei weitem nicht ausschöpft. Hier ist nicht nur Disruption gefragt, sondern vor allem Zusammenarbeit. Die SuessCo-Technologie kann in verschiedenen Projekten verschiedene Rollen einnehmen. Zum Beispiel arbeitet die im österreichischen St-Pölten ansässige Firma auch mit AUGMENTERRA GmbH, die auf satellitenbasierte inSAR-Technologie spezialisiert sind. Damit kann man langfristige Erdbewegungen erkennen, wie sie etwa bei Absenkungen durch Steinkohlebergbau auftauchen und auch für Infrastruktur relevant sein können. Hier kann die SuessCo-Technologie zur Validierung oder Ergänzung der Messmethoden eingesetzt werden – oder umgekehrt, je nach Anwendungsfall.