Projekt 34760/01

Terahertz-Strahlung zur Evaluation von restauratorischen Behandlungsschritten Modellhafte Erarbeitung neuer Verfahren zur Überprüfung des Eindringens und der Ausbreitung von Konsolidierungsmitteln bei der Behandlung von geschädigten Kunstwerken aus[…]

Projektdurchführung

Technische Hochschule Köln Institut für Restaurierungs- und Konservierungswissenschaft (CICS)
Gustav-Heinemann Ufer 54
50678 Köln

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Terahertzstrahlung ist eine vielversprechende Technologie zur Untersuchung von Kunstwerken und könnte eine wertvolle Ergänzung bisheriger strahlungsbasierter und bildgebender Untersuchungs-methoden werden. Durch die Vorteile der Strahlung können zerstörungsfrei Erkenntnisse gewonnen werden, für die sonst Proben entnommen werden müssen. Bislang stand bei der Anwendung dieses Spektralbereichs vor allem die kunsttechnologische Erforschung im Vordergrund. Dieses Projekt stellt die Untersuchung des Zustandes und die Kontrolle restauratorischer Maßnahmen in den Mittelpunkt.
Ein bisher ungelöstes Problem in der Restaurierung stellt die Konsolidierungsmaßnahme der Bildschicht dar: Von der Kenntnis über den genauen Umfang der Ablösungen der Bildschicht über das kontrollierte Einbringen des Festigungsmittels bis hin zur sicheren Niederlegung ist bisher alles von Erfahrung, Fingerspitzengefühl und Glück des Restaurators abhängig. Ziel dieses Projektes ist, durch die Untersuchung von Gemälden mittels Terahertzstrahlung den Festigungsbedarf, also den Umfang der Bildschichtablösungen und Hohlstellen, zu ermitteln als auch die Festigungsmaßnahme zu kontrollieren. Das beinhaltet auch eine Echtzeitkontrolle des Festigungsvorgangs, um das Eindringverhalten des Festigungsmittels zu überwachen. Zukünftig soll dadurch ein überprüfbares und ressourcenschonendes Vorgehen ermöglicht werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZiel ist es, den Festigungsbedarf als auch die –maßnahme bei Bildschichtablösungen zu kontrollieren. Daraus ableitend gliedert sich das Projekt in folgende Bereiche:
1.Testreihe Prüfkörper: Evaluierung der für die Testreihe nötigen Materialien, Erstellung einer Datenbank (spektrales Verhalten) mit den ausgewählten Materialien, Herstellung der modellhaften Prüfkörper, Terahertz-Messungen des Vor- und Nachzustandes, Vergleichende Mikro-CT Messungen, Auswertung.
2. Messung Gemälde: Herstellung von objektangepassten Prüfkörpern zur Evaluierung der Herangehensweise, Terahertz-Messungen des Vor- und Nachzustandes, Vergleichende Mikro-CT Messungen, Auswertung
3. Testreihe Echtzeitmessung: Herstellung der Prüfkörper, Terahertz-Messungen und Auswertung der Prüfkörper.


Ergebnisse und Diskussion

Nach vorbereitenden Messungen an Prüfkörpern und Erstellung einer Materialdatenbank mit Terahertz-Kenndaten mündete das Projekt in der Untersuchung eines Holztafelgemäldes im Germanischen National-museum in Nürnberg, an dem seit Jahrzehnten das Problem der Schichtentrennung und Hohlraumbildung vorliegt. Am Gemälde waren die Messung als auch die Auswertung komplizierter, da durch die Verwölbung der Tafel, die Blattmetallauflagen sowie den heterogenen Zustand eine komplexe Situation vorliegt. Dennoch sind die Daten gut interpretierbar. Das zeigt die Übereinstimmung der THz-Messergebnisse mit den kartier-ten Bereichen, die in der Vergangenheit mehrfach behandelt wurden als auch mit den Bereichen, die aktuell vom Restaurator gefestigt wurden. Die pandemiebedingt erst nach Abschluss des Projektes möglichen Nachzustandsmessungen werden separat publiziert.
Dieses Projekt hat eindrucksvoll gezeigt, dass sich die THz-Strahlung prinzipiell zur Kontrolle der Bildschichtfestigung eignet. Es bedarf weiterer Untersuchungen, Erfahrungen und Entwicklung, um die THz-Messtechnik zu einer standardisierten Untersuchungsmethode zu entwickeln. Nach den Messungen an den Prüfkörpern wird deutlich, dass vor allem der Einsatz an hölzernen Bildträgern in Frage kommt.
An dieser Stelle ist einschränkend zu formulieren, dass der apparative Aufwand und die Dauer der Messungen noch nicht geeignet sind, um dieses Verfahren zu einem Standardverfahren der Gemäldeuntersuchung zu machen. Hier ist vor allen eine Weiterentwicklung der Geräte notwendig. Bisher lassen sich Messungen dieser Art nur in der Zusammenarbeit von THz-Physikern und Restauratoren durchführen und auswerten. Für eine regelhafte Vermessung und Zustandskontrolle im Kontext der Gemälderestaurierung ist weitere Entwicklungsarbeit notwendig, einerseits auf der Geräteseite und andererseits bei der Auswertungssoftware.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

1. Fachpublikationen
N. Staats, E. Stübling, H. Portsteffen, M. Koch: Investigations into the Application of Terahertz Radiation as a Control Possibility for Paint Layer Consolidations. In: Studies in Conservation 66/2, 2021, S. 79 - 89. DOI: 10.1080/00393630.2020.1807789.
2. Vorträge
„Der Einsatz von Terahertz-Strahlung zur Evaluation von Festigungsmaßnahmen - Zwischenergebnisse des DBU Forschungsprojektes“. Vortrag im Rahmen der Ringvorlesung des Instituts für Restau-rierungs- und Konservierungswissenschaft der TH Köln im Wintersemester 2020/21.
3. Poster
N. Staats, J. Ornik, E. Stübling, H. Portsteffen, M. Koch: Monitoring of consolidation treatments on paintings by terahertz radiation. In: 7th IP4AI meeting: Computational approaches for technical imaging in cultural heritage, London, verschoben auf 8. - 9. April 2021.
J. Ornik, N. Staats, E. Stübling, M. Koch, H. D. Portsteffen, and M. Koch: Using THz-TDI for Identification of Paint Layer Delamination and Control of its Consolidation. In: 45th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz) (IEEE, 2020), pp. 1 – 2.
4. Messeteilnahmen und Öffentlichkeitsarbeit
Auf der 9. EXPONATEC vom 20. - 22. November 2019 wurde am Messestand des Institutes für Restaurierungs- und Konservierungswissenschaft über das Projekt informiert.
Öffentlichkeitsarbeit auf der Internetseite des Institutes, die Social-Media-Kanäle der TH Köln und des Germanischen Nationalmuseums.


Fazit

Das Projekt konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Die Ergebnisse bringen neue Erkenntnisse und Erfahrungen im Umgang mit der Terahertzstrahlung in Bezug auf Kunstwerke. Die Interdisziplinarität des Projektes mit Restauratoren und Naturwissenschaftlern erwies sich als besonders fruchtbar.