Zur Unterstützung internationaler Kunstausstellungen stellen Museen wie das Georgia O’Keeffe Museum in Santa Fe, New Mexico, Teile ihrer eigenen Sammlung temporär als Leihgabe zur Verfügung. Im Jahr 2017 konnten so über 1,3 Millionen Museumsbesucher Wanderausstellungen mit Gemälden aus dem Georgia O’Keeffe Museum in Brooklyn, London, Paris, Wien, Toronto, Sydney, Melbourne und Brisbane erleben.
Für die äußerst wertvollen Leihgaben bedeutete dies Hunderte von Stunden Reisestrapazen per Straßen- und Lufttransport und damit Tausende von Kilometern kontinuierliche, niederfrequente Vibrationen. Diese Schwingungsenergien können Beschädigungen an unersetzlichen Kunstwerken verursachen. Der Schutz der Gemälde von Georgia O’Keeffe (1887–1986) vor schwingungsbedingten Schäden gehört zu den wichtigsten Aufgaben von Dale Kronkright, dem Chef-Konservator des Museums.
Jedes Gemälde wird mit einer endlichen Anzahl chemischer und mechanischer Bindungen geschaffen, die sowohl mechanische als auch optische Eigenschaften aufweisen. In der Regel gilt: Je älter ein Kunstwerk wird, desto weniger Bindungen bleiben bestehen und desto anfälliger ist das Werk für Schäden. Die Spannungen übersteigen dann die abnehmenden Streckgrenzen. Bei der traditionellen Leinwandmalerei wird eine gewebte Leinwand auf einen verstellbaren Holzrahmen gespannt.
Die resultierende Membran aus bemaltem Gewebe ähnelt einem Trommelfell, wobei jedes Bild Eigen- und Resonanzfrequenzen in einem Bereich aufweist, der von der Größe, dem Gewicht und der Spannung der Leinwand sowie der Methode und Richtung des Farbauftrags abhängt. Der Resonanzschwingungsfrequenzbereich von 16 bis 50 Hz ist für den Erhalt der Gemälde des Museums allerdings problematisch: Er stimmt mit dem Bereich der Eingangsschwingungsfrequenzen überein, die der für den Kunsttransport eingesetzte Lkw bei der Autobahnfahrt erzeugt.
In Vorversuchen fehlten Visualisierungen der sich in der Primär- und Sekundärtrommelmode bewegenden Leinwände sowie darüber, ob diese Leinwandauslenkungen mit der Lage von Rissen korrelierten. Unklar war auch, ob die vom Museum für seine Gemälde entwickelten Transportkisten Schwingungen im kritischen Resonanzfrequenzbereich tatsächlich dämpften.
Das MPV Multipoint Vibrometer und das PSV Scanning Vibrometer von Polytec messen vollflächig und berührungslos mit hoher räumlicher Auflösung. Daher setzt das Museum diese laseroptischen Messgeräte ein zur Messung und Visualisierung von Frequenzen, Schwingamplituden, Schwinggeschwindigkeiten und Verteilungen der Leinwandauslenkung.
Außerdem ermöglichen die Vibrometer den Konservatoren des Museums, ein Verständnis der Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen zur Risikominderung und Schwingungsdämpfung zu entwickeln, indem sie die Bewegungen der Leinwände in unterschiedlichen Konfigurationen von Rahmungen und Holzverschlägen messen. Neben Herrn Kronkright hatte das O’Keeffe Museum auch Ingenieure und Mathematiker für Schwingungstechnik vom Los Alamos National Lab und der University of Michigan eingeladen, um bei der Analyse und Interpretation der Messergebnisse zu unterstützen.
Die Polytec Ingenieure führten die Versuche zunächst mit Reproduktionen von Leinwandgemälden durch. Dabei stellten die Konservatoren fest, dass die aufwendige Schaumpolsterung in Holzkisten zu zusätzlichen Interferenzen führte, welche die Leinwandauslenkungen im kritischen Bereich von 10 - 40 Hz gar erhöhen statt diese abzumildern. Die Messexperten von Polytec konnten auch die Übergänge vom ersten zum zweiten Trommelschwingungsmodus in den Leinwänden visualisieren.
Das MPV Multipoint Vibrometer ermöglicht es, das Eigenfrequenz- und Leinwand-Auslenkungsverhalten echter Gemälde von Georgia O’Keeffe zu messen. Sie klemmten die Gemälde an eine aufrechte Staffelei und fokussierten die 24 Lasermessköpfe in einem Gittermuster, das die Modalbewegungen der Staffelei und der gesamten Abmessung der Leinwand und des Keilrahmens maß. Ein 100 Gramm schwerer instrumentierter Impulshammer regte die Gemälde kalibriert an, indem er auf die Rückseite der Staffelei klopfte.
Die 24-Punkt-Visualisierung der an jedem dieser Punkte generierten Frequenzgang-Messdaten zeigte, dass die ersten und zweiten modalen Trommelschwingungen im kritischen Bereich von 10 bis 40 Hz auftreten, und dass das Auslenkungsverhalten der Leinwand eng mit der Farbschichtdicke und der Lage bereits früher entstandener Risse zusammenhängt. Wie bei den Versuchen mit Reproduktionen bestätigte das Scanning Vibrometer schließlich auch an echten Gemälden die überlegene Dämpfung von Rahmungskonstruktionen mit leichten, steifen Wabenkernplatten und steifen Acrylverglasungen an der Vorderseite des Rahmens.
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