Kleine Sensoren verhindern Einstürze effektiv

Innovation von SINTEF-Wissenschaftlern erkennt selbst kleinste Schäden im Frühstadium

Eingestürzte Windkraftanlage: Winzige Sensoren verhindern Einstürze (Foto: sintef.no)

Trondheim (pte003/15.02.2023/06:10)

Wenige Millimeter große Sensoren können frühzeitig Schäden an Schiffen, Brücken, Windgeneratoren und anderen Artefakten erkennen und melden, ehe diese so groß werden, dass sie zerstört werden. Entwickelt hat sie Guido Sordo vom Institut für intelligente Sensoren und Mikroelektronik am SINTEF. Der Sensor funktioniert ähnlich wie die Saite eines Streichinstruments. Diese schwingt, wenn sie gestrichen wird, mit einer bestimmten Frequenz. Das tut auch der Sensor, doch dessen Schwingungsfrequenz ändert sich, wenn sich die Struktur ändert, an der er befestigt ist. Das lässt sich nutzen, um einen Alarm auszulösen, der die Aufsichtsbehörden dazu bringt, das jeweilige Bauteil zu überprüfen.

600 Kilometer Umleitung

"Der Ausfall einer einzigen Struktur kann sich als sehr teuer erweisen. Deshalb ist es wichtig, unsere Konstruktionen zu überwachen", meint Sordo. So hätten Schäden an der Autobahnbrücke über den Fluss Badderelva rechtzeitig erkannt und großer Schaden vermieden werden können. Wegen schwerer Schäden war sie am 31. Mai gesperrt worden. Die Umleitungsstrecke führte über Finnland und hatte eine Länge von 600 Kilometern.

Auch einstürzende Masten von Windenergieanlagen haben hohe Folgekosten. Und die Sperrung der Talbrücke Rahmede im Zuge der deutschen Autobahn 45, die täglich für ein Verkehrschaos sorgt, hätte durch frühzeitige Schadensbehebung möglicherweise verhindert werden können. Aktives Element des Sensors ist eine nur einen Millimeter lange Faser, die von einem mikroelektromechanischen System angeregt wird und mit einer bestimmten Frequenz in einer Vakuumkammer mit den Abmessungen drei Mal vier Millimeter schwingt, die 250 Mikrometer hoch ist. Die Frequenz lässt sich messen. Bleibt sie konstant, besteht kein Handlungsbedarf.

Minimaler Stromverbrauch

Es gibt bereits Sensoren auf dem Markt, die Strukturschäden aufgrund von Frequenzänderungen erkennen, sagt Sordo. Doch diese seien wegen ihrer großen Abmessungen nur in bestimmten Fällen einsetzbar. Die SINTEF-Sensoren dagegen ließen sich überall anbringen. Weil sie so klein sind, benötigen sie nur wenig Energie, der von örtlichen netzunabhängigen Stromerzeugern wie Solarzellen geliefert werden kann. "Wir arbeiten derzeit allein daran, den Sensor zur Serienreife zu bringen. Doch jetzt laden wir industrielle Partner ein, sich zu beteiligen", schließt Sordo.

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