Präventionsstrategien beim Transport fragiler Gemälde

Einsatz von MSR165 Datenlogger in einem KTI-Forschungsprojekt zur Risikoabschätzung für Schock- und Vibrationsimmissionen

Autoren: Cornelius Palmbach, Thomas Fankhauser, Matthias Läuchli, Anita Hoess und Nathalie Bäschlin, Berner Fachhochschule / Hochschule der Künste Bern

Die Anzahl Kunsttransporte nimmt weltweit kontinuierlich zu. Gemälde sind dabei grossen Belastungen und Risiken wie Erschütterungen und Vibrationen ausgesetzt. Das Handling der Gemälde innerhalb der Museen, das Laden und Umladen von Transportkisten, die Lkw-Fahrten über holprige Strassen oder der Frachtumschlag an Flughäfen sind typische risikobehaftete Situationen, in denen es zu Schäden an den Gemälden kommen kann. Das Forschungsprojekt (www.gemaeldetransport.ch) hat zum Ziel, die Klassifizierung der transportbedingten Schock- und Vibrationsimmissionen, die Risikoeinschätzung und Ermittlung von Toleranzwerten sowie die Entwicklung von Präventionsstrategien neu anzugehen. Die mit einem neu entwickelten Simulationsgerät im Labor durchgeführten Messreihen und die ergänzend vorgenommenen Messungen während realen Gemäldetransporten dienen als Grundlage für die Bewertung aktueller und die Entwicklung neuer Verpackungsmethoden. Das interdisziplinäre Forschungsteam setzt sich aus Fachleuten des Fachbereichs Konservierung und Restaurierung KuR an der Berner Fachhochschule BFH / Hochschule der Künste Bern HKB und des Instituts für mechatronische Systeme ifms an der BFH-TI in Burgdorf zusammen. Unterstützt wird das Projekt von vier Wirtschaftspartnern: Einer Schweizerischen Versicherungsgesellschaft sowie den drei wichtigsten Schweizer Kunsttransportfirmen. Fachleute aus verschiedenen Schweizer Museen begleiten das Projekt als Praxispartner.

Monitoring realer Transporte zur Klassifizierung der Schock- und Vibrationsimmissionen

Um im Rahmen des Forschungsprojektes die während eines realen Kunsttransports auf ein Gemälde in einer Transportkiste einwirkenden Schocks und Vibrationen aufzuzeichnen, kam bis vor kurzem ein nach wissenschaftlichen Kriterien individuell zusammengestelltes Messsystem zum Einsatz. Dieses besteht aus einer Controller-Einheit, einer externen Batterie und mehreren externen Beschleunigungssensoren. Damit sind kontinuierliche Messungen mit einer sehr hohen Messgenauigkeit (Messrate bis 2000Hz) während mehreren Tagen möglich (grosse Akkukapazität, Speicherkapazität je nach verwendetem USB-Stick bis 32 GB). Dieses System ist zwar sehr leistungsstark und präzise, aber nicht praxistauglich. Zum Einen sind die einzelnen Komponenten recht teuer und aufwändig in der Bedienung (selbst geschriebene Benutzersoftware, separates Batterieladegerät), zum Anderen ist es sehr schwer und unhandlich. Es kann daher nicht mit einem Gemälde zusammen in der Transportkiste verstaut werden, sondern muss in einer separaten Technikkiste mitgeführt werden, welche über Kabel mit den innerhalb der Transportkiste befestigten Beschleunigungssensoren verbunden ist. Als Alternative bot sich daher ein Logger vom Typ MSR165 an, in einer Konfiguration mit internem triaxialen Beschleunigungssensor, internem Feuchtigkeitssensor sowie zusätzlichem Slot für eine 4GB Micro SD-Karte zur Erweiterung der Speicherkapazität. Dieser Logger ermöglicht nachwievor kontinuierliche Transportmessungen (ohne Schwellwerte) mit einer Dauer von bis zu 3 Tagen bei einer Messrate von maximal 1600Hz. Durch Reduzierung der Messrate lässt sich die maximale Laufzeit sogar noch weiter verlängern. Um die Speicherkapazität der SD-Karte voll ausnutzen zu können, wurde der Logger mit aktiviertem Ringspeicher verwendet. Dabei werden jedoch sobald die SD-Karte voll ist die ältesten Daten automatisch überschrieben und dadurch gelöscht. Daher wurde im Vorfeld die maximal mögliche Messdauer ermittelt, so dass als Startkriterium die voraussichtliche Uhrzeit des Transportbeginns und als Stoppkriterium die Uhrzeit, an dem der Speicher voll ist, programmiert werden konnte.

Aufgrund der sehr geringen Aussenmasse, des geringen Gewichts sowie der im Logger selbst eingebauten Sensoren und Stromversorgung kann der MSR165 direkt am Rahmen eines Gemäldes oder im Inneren der Transportkiste befestigt werden. Es müssen keine Kabel verlegt werden, welche beim Handling der Transportkiste hinderlich wären. Die Möglichkeit, den Akku einfach über den USB-Anschluss eines Notebooks aufladen und gleichzeitig die Messparameter programmieren zu können, erleichtern die Handhabung des Loggers erheblich gegenüber dem zuvor eingesetzten Messsystem.

Bisher wurde der MSR165 lediglich dazu verwendet, die Schocks und Vibrationen am Rahmen eines Gemäldes oder an der Innenwand einer Transportkiste zu messen. Die Gerätekonfiguration mit vier zusätzlichen analogen Eingängen ermöglicht es jedoch, einen weiteren uniaxialen Beschleunigungssensor anzuschliessen, so dass auch die Schwingungen des Trägergewebes des Gemäldes erfasst werden können. Für den Fremdsensor bedarf es jedoch einer zusätzlichen, selbst entwickelten externen Speisung.

Nicht nur mechanische Belastungen, sondern auch Klimaschwankungen können zu Schäden an Gemälden führen. Daher wurde bei den Transportmessungen eine Gerätekonfiguration mit internem Feuchtigkeitssensor verwendet, so dass sich mit einem einzigen Gerät neben den Schocks und Vibrationen auch Luftfeuchtigkeit und Temperaturverlauf innerhalb der Transportkiste aufzeichnen lassen.

Vergleichende Messungen zur Bewertung aktueller Transportverpackungen

Die Art des Gemäldes, der Transportweg und der Transportmodus bestimmen die Art der Verpackung. Vom einfachen Einhüllen in Luftpolsterfolie bis zur aufwändigen Doppelklimaschutzkiste werden in der Praxis zahllose Methoden und Materialkombinationen angewendet, um sowohl die Schockereignisse als auch die kontinuierlich einwirkenden Vibrationen während eines Gemäldetransports zu reduzieren. Um das Dämpfungsvermögen der bestehenden Verpackungssysteme der Wirtschaftspartner bewerten und miteinander vergleichen zu können, wurden Testfahrten mit luftgefederten Lkws durchgeführt. Auf jedem Lkw befanden sich gleichzeitig bis zu acht identische Testgemälde, die jeweils unterschiedlich verpackt waren. Dadurch sollte sichergestellt werden, dass jedes der verpackten Testgemälde annähernd den gleichen Belastungen ausgesetzt wird. An jedem der Testgemälde war ein MSR165 mit der oben beschriebenen Konfiguration befestigt, der die auf den Rahmen einwirkenden Erschütterungen während der Fahrt über Landstrassen, Autobahnen und im Stadtverkehr aufzeichnete. Um zu untersuchen, wie gut die verschiedenen Verpackungssysteme die von den Lkws erzeugten Erschütterungen dämpfen, wurden mit dem selbst zusammengestellten Messsystem zusätzlich bei jeder Fahrt die Erschütterungen am Boden und an den Wänden der Lkws aufgezeichnet.

Die MSR165 waren so programmiert, dass die Aufzeichnung (Messrate 1600Hz, kontinuierlich ohne Schwellwerte) per Taster manuell gestartet und gestoppt werden konnte. Zur Auswertung wurden die Messdaten in CSV-Dateien umgewandelt und anschliessend mit Hilfe der Software Matlab ausgewertet. Um das Übertragungsverhalten der Erschütterungen vom Lkw zu den verpackten Testgemälden beurteilen zu können, wurden die Maximalwerte, die RMS-Level (quadratischer Mittelwert) und die dominanten Frequenzen ermittelt. Die Ergebnisse sollen Aufschluss über Vor- und Nachteile der verschiedenen Verpackungsmethoden liefern und Ansatzpunkte für Optimierungsmöglichkeiten aufzeigen. Die weiteren Fortschritte und Ergebnisse des Forschungsprojektes können auf folgender Website nachverfolgt werden: www.gemaeldetransport.ch