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| Fr, 12.06.2009 10:27

Historische Gebäude – drahtlos überwacht

Historische Gebäude und Strukturen sollten als Kulturdenkmale in ihrer reichen Architektur und mit möglichst originalen Materialien für kommende Generationen erhalten werden. Auch für die regionale Wirtschaft haben historische Objekte oft eine erhebliche Bedeutung. Sie zu konservieren, ist eine viele wissenschaftliche Gebiete umfassende Herausforderung; dies gilt auch für den Schutz vor umweltbedingten Zerfallsprozessen.

Heilig-Kreuz-Münster in Schwäbisch-Gmünd (Foto: Autenrieth/Thurek)

Heilig-Kreuz-Münster in Schwäbisch-Gmünd (Foto: Autenrieth/Thurek)


Bisher war die Überwachung meist auf die wenig effiziente visuelle Inspektion oder auf die Erfassung von Klima- und Luftverschmutzungsdaten als Basis für die Schadensvorhersage beschränkt. Wissenschaftler der Universität Stuttgart entwickeln nun gemeinsam mit weiteren Forschungseinrichtungen aus mehreren Ländern Europas intelligente drahtlose Systeme für die Dauerüberwachung historischer Gebäude. Damit können Eigentümer oder Restauratoren vor Gefahren gewarnt oder Empfehlungen zum weiteren Vorgehen gegeben werden.

An fünf historischen Stätten in unterschiedlichen Klimazonen, darunter der Museumsinsel Berlin, den Portalen des Münsters in Schwäbisch-Gmünd oder der Altstadt von Hebron in den Palästinensischen Autonomiegebieten, testen die Fachleute die neuen Systeme. Im Rahmen der Reihe „Forschung hinter den Kulissen“ erläuterte Prof. Christian Große von der Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart am 9. Juni die Forschungsarbeiten und zeigte mit einem Protoypen des Drahtlosmessgeräts, wie mit dem Auge nicht wahrnehmbare Schäden aufgespürt werden können.

Intelligente Messtechnik spürt Schäden auf
Christian Große zeigt an dem Prototypen eines drahtlosen Sensorknotens, dessen Sensoren an einer historischen Steinsäule befestigt sind, welche Daten aufgenommen und in Echtzeit ausgewertet werden. Es erscheinen an einem mehrere Meter entfernten Computer (der sich unter realen Bedingungen auch in dem Büro eines Restaurators befinden könnte) Messwerte zu Temperatur- und Dehnungsänderungen. Eine Besonderheit stellt die Messung der Schallemissionsaktivität dar, die das Wachsen von Rissen ankündigt. „Werte für Temperatur und Dehnung müssen immer gemeinsam betrachtet werden“, erläutert Große, „erst wenn eine Schallemission, die man sich als Mikroerdbeben im Gestein vorstellen kann, normale Werte überschreitet und die Werte für Temperatur und Dehnung ebenfalls aus dem Rahmen fallen, können Schädigungsprozesse stattfinden, die weitere Untersuchungen erfordern.“ Die intelligenten Messgeräte sollen die Dauerüberwachung historischer Gebäude vereinfachen, in dem sie viele Parameter gleichzeitig beobachten und auswerten. „Miniaturisierte robuste Sensoren werden an den Gebäuden installiert und geben so Aufschluss über Temperatur, Feuchtigkeit, Windgeschwindigkeit, Materialdehnung, Risse, Schallemission, Vibration, Bestrahlungsstärke oder gar über einen möglichen chemischen Angriff“, erläutert er das Ziel der Forschungsarbeiten. Ein wichtiger Baustein ist dabei – basierend auf integrierten Materialmodellen – die intelligente Datenverarbeitung im Sensorknoten. Dies bedeutet, dass die Sensorik in die Lage versetzt wird, die gemessenen Daten eigenständig zu bewerten und zu filtern. So werden nur relevante Daten an den Zentralcomputer gesendet und die Eigentümer oder Restauratoren entsprechend gewarnt oder mit Empfehlungen zum Vorgehen versehen.

An dem Vorhaben sind insgesamt 14 Forschungsinstitutionen aus Deutschland, Italien, Österreich, Polen, Kroatien und den Palästinensischen Autonomiegebieten beteiligt. Unter Federführung der Universität Stuttgart werden die intelligenten Systeme unter realen Bedingungen getestet; dazu werden an fünf historischen Stätten Fallstudien durchgeführt. „Mit der Museumsinsel in Berlin und den Portalen des Münsters in Schwäbisch-Gmünd, dem Palazzo Malvezzi der Provinz Bologna, der Altstadt von Hebron und der Schlosskapelle Schönbrunn in Wien verfügen wir über Objekte aus drei verschiedenen Klimazonen sowie über Indoor- und Outdoor-Objekte“, erläutert Große. Er erwartet, dass die intelligenten Systeme, die im Rahmen des mit 1,4 Millionen Euro von der Europäischen Union geförderten Projekts „Smart Monitoring of Historic Structures (smoohs)“ entwickelt werden, spätestens in zwei Jahren einsatzreif sind.

Für eine breitere Anwendung dieser Techniken setzt er zudem auf die Entwicklung benutzerfreundlicher modularer Software auf Open Source Basis, die kontinuierlich verbessert und erweitert werden kann, sowie auf preiswerte Miniatursensorik (ein einzelner Messknoten wird zwischen 100 und 200 Euro kosten). Und die Anwendungsbereiche der neuen Technik sind vielfältig: Diese kann das ganze Spektrum von der Überwachung historischer Gebäude  über routinemäßige Sicherheitschecks etwa an Autobahnbrücken bis zu Stabilitätsprüfungen an Gebäuden beispielsweise bei starker Schneelast oder nach Erdbeben abdecken. 

Von Windenergieanlagen bis zum Weltall
Doch sind dies nicht die einzigen Felder, auf denen die Stuttgarter Materialfachleute mit zerstörungsfreien Messmethoden punkten können. So haben sie gerade ein Forschungsprojekt des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie zur zerstörungsfreien Prüfung der Rotorblätter von Windenergieanlagen abgeschlossen. Dabei wurde ein Robotersystem entwickelt, das die bisher übliche „Klopfprüfung“ der Rotorflügel nachempfindet und prüft, ob Schäden im Material die Funktion beeinträchtigen oder gar einen Austausch des Flügels erfordern. In einem anderen, gerade gestarteten Projekt der Deutschen Forschungsgemeinschaft untersuchen die Forscher um Christian Große gemeinsam mit weiteren Forschungseinrichtungen aus Deutschland so genannte Impakt-Krater von Meteoriten. Davon erhofft man sich Aufschluss über die Entstehung des Weltalls.

(Quelle: Uni Stuttgart)