Unzählige Autos und Züge fahren im Laufe der Jahre über eine Stahlbrücke – die einen Fluss überqueren kann oder auch ein tiefes Tal. Das Bauwerk ist dadurch ständig wechselnden Belastungen ausgesetzt: Denn der Verkehr versetzt die Brücke in leichte Schwingungen, die den Stahl mit den Jahren ermüden lassen. Vor allem an den Schweißnähten können sich so nach und nach Risse bilden. Ausbesserungen sind dann nötig, erläutert Milad Mehdianpour von der BAM.
"Es gibt verschiedenen Methoden, einen Riss, den man früh erkannt hat, zu reparieren: Die Stelle ausschleifen, noch mal nachschweißen und so weiter, und so fort. Aber je früher ich diesen Riss finde, umso schneller und sicherer kann ich diese Stelle reparieren. Wenn der Riss zu weit fortgeschritten ist und in das Grundmaterial reingegangen ist, dann ist der Reparaturaufwand immens."
Um Risse zu entdecken, wird eine Brücke in Deutschland alle sechs Jahre einer Hauptprüfung unterzogen. Die Prüfer müssen dabei oft mehrere Kilometer Schweißnähte ansehen und nach kleinsten Rissen absuchen. Wird dabei etwa ein nur wenige Millimeter kurzer Anriss übersehen, kann der in den kommenden Jahren sukzessive größer werden. Milad Mehdianpours Fazit:
"Die derzeitige Brückenprüfung lässt sich noch verbessern oder es ist möglich, eine größere Zuverlässigkeit reinzubringen, wenn man zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit zum Übersehen von Anrissen reduzieren kann."
Um die Prüfung entsprechend zuverlässiger zu machen, haben die BAM-Forscher einen Lumineszenzanstrich entwickelt - und der soll selbst kleinste Rissbildungen leuchten lassen. Diese Schicht wird zunächst wie eine Farbe auf den Stahl auftragen. Wird die bestrichene Stelle jetzt abgedunkelt und Schwarzlicht ausgesetzt, leuchtet sie, erläutert Milad Mehdianpour.
"Die Lumineszenzschicht besteht aus einem Klebstoff, der in der Lage ist, sehr gut an dem Untergrund zu haften. Diesen Klebstoff versetzen wir mit einem Pulver, das in der Lage ist, Lumineszenzlicht abzugeben. Das Pulver finden Sie auch in Geldscheinen zum Beispiel. Und diese Mischung tragen wir auf die kritischen Stellen auf."
Allerdings: Die Lumineszenzschicht leuchtet grundsätzlich immer, wenn sie im Dunkeln unter Schwarzlicht gerät. Damit die eingestrichene Schweißnaht nicht komplett leuchtet, sondern nur die in ihr vorhandenen Risse, haben die BAM-Forscher die Schicht mit einer schwarzen Farbe dünn übermalt, also abgedeckt. Erst Risse in Untergrund und Farbe emittieren dann das neongrüne Licht.
"Reißt das Bauteil durch eine Ermüdungsbeanspruchung, führt das dazu, dass beide Schichten, sowohl die Lumineszenzschicht als auch die Abdeckschicht, von unten her aufreißen. Die Rissufer, so klein sie auch sein mögen, die strahlen dann Licht aus. Und wenn ich dann anschließend bei der Untersuchung mit Schwarzlicht an das Bauteil rangehe, bin ich in der Lage, kleinste Haarrisse dadurch zu sehen, dass da aus dem Riss Licht austritt."
Im Labor ist das Verfahren bereits gelungen. In ersten Versuchen haben die Forscher längliche Stahlplatten entsprechend präpariert und wechselnden Belastungen ausgesetzt. Selbst winzige Risse konnten so frühzeitig entdeckt werden. Und auch im Inneren von Brücken lässt sich das Verfahren praktisch gut einsetzen, glaubt Milad Mehdianpour. Im Außenbereich müsste die Brücke abgedunkelt werden.
"Das Wichtigste ist die Dunkelheit. Also sie können dann mit Schwarzlicht rangehen an die Brücke, an die kritischen Details und gucken, wo was leuchtet. In der Regel würde man dann zwei Lampen mitnehmen. Eine normale und dann, wenn man die kritische Stelle erreicht hat, macht man die normale Lampe aus und die Schwarzlichtlampe an und guckt. Wenn da kein Riss ist und wenn da nichts leuchtet, dann geht man weiter zum nächsten Punkt und so weiter und so fort."
Derzeit prüfen die Forscher im Labor, wie sicher sich Risse in anderen Stahlkonstruktionen entdecken lassen – und sie suchen nach weiteren Anwendungsmöglichkeiten. Denn auch für Stahlmasten von Windkraftanlagen etwa, die wechselnden Belastungen durch Wind oder Wellen ausgesetzt sind, kann das Verfahren geeignet sein.
"Es gibt verschiedenen Methoden, einen Riss, den man früh erkannt hat, zu reparieren: Die Stelle ausschleifen, noch mal nachschweißen und so weiter, und so fort. Aber je früher ich diesen Riss finde, umso schneller und sicherer kann ich diese Stelle reparieren. Wenn der Riss zu weit fortgeschritten ist und in das Grundmaterial reingegangen ist, dann ist der Reparaturaufwand immens."
Um Risse zu entdecken, wird eine Brücke in Deutschland alle sechs Jahre einer Hauptprüfung unterzogen. Die Prüfer müssen dabei oft mehrere Kilometer Schweißnähte ansehen und nach kleinsten Rissen absuchen. Wird dabei etwa ein nur wenige Millimeter kurzer Anriss übersehen, kann der in den kommenden Jahren sukzessive größer werden. Milad Mehdianpours Fazit:
"Die derzeitige Brückenprüfung lässt sich noch verbessern oder es ist möglich, eine größere Zuverlässigkeit reinzubringen, wenn man zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit zum Übersehen von Anrissen reduzieren kann."
Um die Prüfung entsprechend zuverlässiger zu machen, haben die BAM-Forscher einen Lumineszenzanstrich entwickelt - und der soll selbst kleinste Rissbildungen leuchten lassen. Diese Schicht wird zunächst wie eine Farbe auf den Stahl auftragen. Wird die bestrichene Stelle jetzt abgedunkelt und Schwarzlicht ausgesetzt, leuchtet sie, erläutert Milad Mehdianpour.
"Die Lumineszenzschicht besteht aus einem Klebstoff, der in der Lage ist, sehr gut an dem Untergrund zu haften. Diesen Klebstoff versetzen wir mit einem Pulver, das in der Lage ist, Lumineszenzlicht abzugeben. Das Pulver finden Sie auch in Geldscheinen zum Beispiel. Und diese Mischung tragen wir auf die kritischen Stellen auf."
Allerdings: Die Lumineszenzschicht leuchtet grundsätzlich immer, wenn sie im Dunkeln unter Schwarzlicht gerät. Damit die eingestrichene Schweißnaht nicht komplett leuchtet, sondern nur die in ihr vorhandenen Risse, haben die BAM-Forscher die Schicht mit einer schwarzen Farbe dünn übermalt, also abgedeckt. Erst Risse in Untergrund und Farbe emittieren dann das neongrüne Licht.
"Reißt das Bauteil durch eine Ermüdungsbeanspruchung, führt das dazu, dass beide Schichten, sowohl die Lumineszenzschicht als auch die Abdeckschicht, von unten her aufreißen. Die Rissufer, so klein sie auch sein mögen, die strahlen dann Licht aus. Und wenn ich dann anschließend bei der Untersuchung mit Schwarzlicht an das Bauteil rangehe, bin ich in der Lage, kleinste Haarrisse dadurch zu sehen, dass da aus dem Riss Licht austritt."
Im Labor ist das Verfahren bereits gelungen. In ersten Versuchen haben die Forscher längliche Stahlplatten entsprechend präpariert und wechselnden Belastungen ausgesetzt. Selbst winzige Risse konnten so frühzeitig entdeckt werden. Und auch im Inneren von Brücken lässt sich das Verfahren praktisch gut einsetzen, glaubt Milad Mehdianpour. Im Außenbereich müsste die Brücke abgedunkelt werden.
"Das Wichtigste ist die Dunkelheit. Also sie können dann mit Schwarzlicht rangehen an die Brücke, an die kritischen Details und gucken, wo was leuchtet. In der Regel würde man dann zwei Lampen mitnehmen. Eine normale und dann, wenn man die kritische Stelle erreicht hat, macht man die normale Lampe aus und die Schwarzlichtlampe an und guckt. Wenn da kein Riss ist und wenn da nichts leuchtet, dann geht man weiter zum nächsten Punkt und so weiter und so fort."
Derzeit prüfen die Forscher im Labor, wie sicher sich Risse in anderen Stahlkonstruktionen entdecken lassen – und sie suchen nach weiteren Anwendungsmöglichkeiten. Denn auch für Stahlmasten von Windkraftanlagen etwa, die wechselnden Belastungen durch Wind oder Wellen ausgesetzt sind, kann das Verfahren geeignet sein.