Symposium: Alles Schwingt. Mechanische Schwingungen wirken auf Kunstwerke

Der Einfluß von Schwingungen und zyklische Stoßbelastungen auf den Zustand von Objekten: Grenzen und praktische Lösungen

Mit der schnellwachsenden Zahl nationaler und internationaler Leihgaben, Bauprojekte und Veranstaltungen in und in der Nähe von Museen und anderen kulturhistorischen Institutionen wächst die Sorge um die Sicherheit wertvoller Objekte und Sammlungen gegen Beschädigung durch mechanische Belastungen wie Schwingungen und Stöße. Fragen nach sicheren Grenzen für derartige Belastungen und nach Abhilfemaßnahmen kommen dementsprechend auf. In den letzten Jahren wird daher immer mehr auf diesem Gebiet geforscht. Es werden Lösungen für diese Probleme gesucht.
Die Welt der Konservierung und Restaurierung des Kulturerbes ist naturwissenschaftlich gesehen vor allem von der Chemie geprägt. Daher ist es für Viele aus dieser Welt nicht ganz einfach, der ingenieurwissenschaftlichen Herangehensweise zu folgen.
In diesem Vortrag werden Grundbegriffe mechanischer Belastungen und die Wirkung mechanischer Belastungen auf Objekte vorgestellt. Desweiteren werden einfache Grenzen und praktische Lösungen gegen Beschädigungen durch Schwingungen und zyklischen Stoßbelastungen besprochen.

U.S. Practice in Vibration Control at Museums: Predicting Vibrations Using Preconstruction Testing

Control of vibrations caused by heavy construction in and around museum buildings is critical in order to avoid vibration-induced damage to art objects and fragile buildings elements, where present. In previous publications, the authors described a vibration control methodology they have utilized at numerous museums across the United States. An essential part of that methodology is prediction, well before construction begins, of vibration magnitudes inside the museum. Based on this prediction, the museum can decide where to deinstall or stabilize works of art before construction commences (often an expensive and time-consuming process), or where the contractor may need to restrict construction methods in order to limit transmitted vibrations. This presentation will briefly summarize the overall vibration control methodology and then describe in detail the preconstruction vibration testing and analysis that the authors used to prediction vibrations for three museum construction projects, as well as how well those predictions compared to actual vibration levels measured during the construction.

Transport of pastel paintings: fatigue damage due to vibrations

Pastel paintings are considered as one of the most fragile works of art because the medium is poorly bound to the support. Each handling and transport represents thus a risk of losing pastel agglomerates. In 2014, a collaboration between the Rijksmuseum, the Cultural Heritage Agency of the Netherlands and Delft Technical University was initiated. This research aims at predicting fatigue damage of 18th century pastel paintings subjected to vibrations during transport. This paper discusses important initial results of this study.
Fatigue tests were conducted on mock-ups representative of 18th century pastel portraits. These mock-ups were made using handmade paper and pastel sticks were selected after a technical survey of the Rijksmuseum collection. The fatigue tests were stopped when failure, or unacceptable damage, was reached. The results were plotted as Wöhler diagrams or S-N curves, which relate vibration levels to the number of cycles (duration) to failure.
The first fatigue tests indicate that damage due to vibration is cumulative. The S-N curves obtained are typical for other materials and objects, where pastel mock-ups subjected to high vibration amplitudes reach failure before the ones subjected to lower vibration amplitudes. Further, the results suggest that the properties of the pastel mock-ups, such as the roughness of the support, the morphology of the pastel particles and the presence of fixative, play an important role in the fatigue behaviour for a given vibration environment.

Schwingungsberechnung elastischer Kontinua – die Kunst der Modellierung

Um zielgerichtet Maßnahmen zur passiven, aktiven oder semi-aktiven Minderung von Lärm- und Vibrationserscheinungen konzipieren und auslegen zu können, ist es hilfreich, die aus Messungen bekannten physikalischen Phänomene mittels geeigneter Modellbildung analytischen oder numerischen Analysen zugänglich zu machen. Hierfür sind neben dem Festlegen der Systemgrenze, Randbedingungen und die dynamisch bewegten Strukturelemente – zum Teil idealisiert – jedoch physikalisch korrekt durch mathematische Modelle zu beschreiben, um die Güte von Abhilfemaßnahmen effizient bewerten zu können. Im Vortrag wird auf Techniken und Anwendungsbeispiele für schwingende Leichtbaustrukturen Bezug genommen und ein Ausblick auf die Anwendung dieser Methoden zur Analyse von Ölgemälden gegeben

„Ohne Theorie geht es nicht! - Grundlagen der Schwingungen, Schwingungsbelastungen und Abhilfemaßnahmen“

Alles schwingt. Auch unsere Kunst- und Kulturgüter. Doch was sind Schwingungen überhaupt und was ist die Ursache der Schwingungen? Wie können die Schwingungen beeinflusst werden? Diesen Fragestellungen widmet sich dieser Vortrag. Dazu wird von  verschiedenen Darstellungsmöglichkeiten der Schwingungen ausgegangen und besprochen, welche Informationen daraus gezogen werden können. Anschließend werden Einblicke in die Welt der Eigenschwingungen und Resonanzeffekte gegeben. Einfluss- und Abhilfemaßnahmen werden abschließend behandelt.

„Die Schwingungsuntersuchungen an Beckmanns Fastnacht“

Schwingungen können auch nützlich sein. Die Art und Weise, wie ein Objekt schwingt, ist eine physikalische Folge seines Zustandes. Dieser Zusammenhang erlaubte es, eine Untersuchungsmethode auf Basis der Eigenschwingungen zu entwickeln, die auch verdeckte Schädigungen sichtbar macht. Mit dieser Methode wurde Beckmanns „Fastnacht“ vor und nach der Restaurierung untersucht. Die Ergebnisse zeigen die Bedeutung, den Nutzen und die Notwendigkeit restauratorischer Maßnahmen und sind Gegenstand dieses Vortrages.

Die Restaurierung an Beckmanns Fastnacht aus dem Jahr 1925

Das sogenannte Hochzeitsbild von Max Beckmann erlebte eine wechselvolle Geschichte. Durch politische Repressionen und die daraus resultierenden Belastungen diverser Transporte erlitt das großformatige Gemälde Schäden, die weitreichende Restaurierungsmaßnahmen notwendig machten. Die unzureichende Spannung des Gemäldes führte zu Überlegungen inwieweit sich optimaler Schwing,- und Rückseitenschutz sowie Verglasung nachweislich positiv auf das Vibrationsverhaltens des Bildträgers auswirken.

A "vibrational reference" for collections in transit

Because of the lack of guidelines, it is difficult to evaluate the risks due to vibrations for artworks in transit. Thus, vibrations on traveling artworks were measured with accelerometers from 2011 to 2016, to help understand mechanical hazard occurring during journeys. This constitutes an experimental database that can be used to optimize loan conditions, to specify normal and abnormal shipping conditions, to audit environments of transit and handling practices and to check the performance of the crates. The journey of Olympia in Russia in 2016 illustrates the method.
A paper on this subject has just been submitted for "Patrimoines", the journal of the INP.

Good vibrations - Identifizierung von Hohlstellen in Wandmalereien mit digital-holografischer Schwingungsmessung

Für die Erhaltung von historischen Fresken ist die Lokalisierung und Quantifizierung von Putzablösungen und die zeitliche Entwicklung solcher abgelösten Bereiche von großer Bedeutung. Um dies berührungslos und ohne Einrüstung vom Boden aus zu bewerkstelligen, werden hierzu in einem neuartigen Verfahren zunächst die Hohlstellen in den Malereien mit Schall aus einem Lautsprecher zu submikroskopisch kleinen Schwingungen angeregt. Mit einem speziell entwickelten Schwingungsmesssystem auf Basis der digitalen Holografie können solche Problembereiche dann weitgehend automatisch detektiert und letztlich in einer Schadenskartierung zur Verfügung gestellt werden.
 
Co.-Autoren: Prof.Dr. Klaus Hinsch, Dr. Holger Joost

Das Monitoring von Schock und Vibration während Gemäldetransporten
Anwendung im Museumskontext

Stosseinwirkung beim Handling von Transportkisten oder Vibrationen während langen Lkw-Transporten können unter ungünstigen Bedingungen durch Resonanzen an Gemälden im Inneren der Verpackung verstärkt werden. Basierend auf den Erkenntnissen des Forschungsprojektes Transport fragiler Gemälde (www.gemaeldetransport.ch, 2010-2014) wurde ein Konzept für ein Monitoring von Gemäldetransporten erarbeitet, welches auf die Anforderungen des Museumsalltags angepasst ist.
In Kooperation mit dem Kunstmuseum Bern werden regelmässig Monitorings von innerkontinentalen und Überseetransporten durchgeführt. Mit Zwei-Punkt-Messungen werden dreiachsig die Beschleunigung bei 1600 Hz sowie die Klimadaten aufgezeichnet. Gemessen wird in unmittelbarer Nähe des Werkes und auf der Aussenseite des Transportbehältnisses.
Dieses Messkonzept erlaubt das Erfassen des Dämpfungsvermögens des Verpackungssystems bezüglich Stössen, Vibrationen und klimatischer Einflüsse. Die differenzierte Darstellung der Daten ermöglicht es den Museumsfachleuten die unterschiedlichen Transportmodi (Handling, Lkw, Flugzeug,...) bezüglich der Anzahl auftretender Stösse und der Dauer der Belastung zu beurteilen und eine entsprechende Risikoanalyse für anstehende Transporte zu erstellen.
Der Beitrag gibt Einblick in ausgewählte Forschungsergebnisse. Anhand von Case Studies sollen die praktischen Anwendungsmöglichen – vom Leihgesuch zum Verpackungskonzept, vom Monitoring zur Risikoabschätzung – anschaulich vermittelt werden.