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Diese Untersuchungen erfordern die Zusammenarbeit von Naturwissenschaftlern, Denkmalpflegern und Werkstätten. In einem vierjährigen Verbundprojekt wurden alle praxisrelevanten Probleme bearbeitet. Die BAM durchgeführten Untersuchungen betrafen sowohl die Materialcharakterisierung, Schadensanalyse und Ursachenforschung als auch die Entwicklung von Methoden zur Konservierung und Restaurierung.
Materialanalysen
(2004)
Dürfen Glasmalereien des 19. Jahrhunderts bei der Restaurierung einem Neubrand unterzogen werden?
(2001)
Cleaning - A balancing act
(2006)
This text originally appeared as chapter 5, 'Reinigung - Eine Gratwanderung' (pp. 101-28) in A. Wolff (ed.), Restaurierung und Konservierung historischer Glasmalereien, Mainz, 2000.
Within the context of this research programme, scientists and conservators collaborated to assess various cleaning methods for historical stained glass. For cleaning glass surfaces there are the mechanical methods already being applied in most workshops, as well as the new chemical cleaning possibilities. Laboratory experiments were conducted initially on model glass in order to test the effectiveness and damage potential of these various methods; the model glass was examined both before and after cleaning by means of light microscopy and infra-red spectroscopy. In addition to this, cleaning tests were carried out on samples of original glass; electron-ray micro-analysis was also used to evaluate the results of these tests. The model-glass samples were corroded in advance by accelerated weathering in an attempt to simulate the damage seen on medieval glass. Enough model glass was prepared to allow any number of series of experiments to be carried out, in order to compare the effectiveness and suitability of the various chemical and mechanical methods and techniques.
For the mechanical cleaning tests, a wide range of selected tools was tested by different conservators on pre-corroded model glass. This showed clearly that the success (or lack of it) of a cleaning episode was determined not just the choice of tool, but by the skill with which conservator wielded it. This observation was later confirmed by research on samples of original glass. Insensitive handling of tools or unsuitable tools could damage or completely destroy the gel layer. The gel layer should not be damaged, as this leads to increased levels of corrosion subsequently, though the encrustations should be reduced, as their hygroscopic qualities accelerate the corrosion processes.
At the next stage, chemical cleaning methods were tested, and the results of cleaning with organic solvents (toluene, ethanol, acetone, etc.) and water-based solutions (oxalic acids, EDTA, ammoniac, etc.) compared with one another and evaluated. It became clear that strongly acidic and alkaline solutions, depending on the condition of the surface, could cause damage or have uncontrollable consequences.
In the specific case of the glass from Erfurt Cathedral, for whose firmly fixed, very hard, opaque encrustations mechanical methods proved to be either ineffective or damaging to the glass, new chemical cleaning possibilities had to be found. Following comprehensive preliminary tests on model glass, various types of ion-exchanger and ammonium-carbonate solution were chosen. Both methods were successful in improving the transparency of some (but not all) of the samples.
The experiments with the original material from Erfurt Cathedral clearly showed that successful cleaning was dependent on the particular composition of the encrustation. Really gentle cleaning can be achieved by chemical means, though only when the chemical agents are tailored to individual damage situations; this can only be achieved when scientific analysis is undertaken in tandem with the cleaning processes.
The assessment of these mechanical and chemical cleaning methods was oriented towards treating corrosion on sensitive medieval glass. Nineteenth-century glass is generally less sensitive, though cleaning of this material must also be careful and very gentle. Scientific analysis alone is not enough to determine the choice of cleaning method, but can act as an aid to the conservator in selecting the right cleaning agent and method.
Simulation von Staubbelastungen im Klimaschrank und Wirkung auf Gläser historischer Zusammensetzung
(2011)
An jeweils einem Fenster der Dome zu Stendal, Havelberg und Halberstadt sowie im Zisterzienserkloster Marienstern in Panschwitz-Kuckau und der Nikolaikirche in Quedlinburg wurden Klimamessungen sowie Staub- und Materialuntersuchungen durch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Fachgruppe 4.2 durchgeführt. Ziel der Arbeiten war es, den allgemeinen Erkenntnisstand über die Wirksamkeit von Schutzverglasungen zu verbessern, die spezifische Situation für die Glasmalereien in den fünf Objekten zu beurteilen (siehe Faltblatt 6 dieser Reihe: „Kontrollen der Wirksamkeit von Schutzverglasungen"), im Bedarfsfall Maßnahmen zur Verbesserung zu empfehlen und gegebenenfalls weitere Untersuchungen vorzuschlagen. Bisher gibt es keine Erkenntnisse zum Einfluss von Stäuben auf die Korrosionsprozesse von Glasoberflächen. Daher sollte das Projekt neben der unmittelbaren Kontrolle der fünf Objekte auch Antworten zu dieser grundlegenden Frage geben.
Als wichtigste Konservierungsmaßnahme für mittelalterliche Glasmalereien gilt seit vielen Jahrzehnten die Schutzverglasung. Von den anfänglich unterschiedlichen Konstruktionen hat sich das von innen belüftete System bald durchgesetzt. Umfangreiche Klimamessungen an Schutzverglasungen in insgesamt 11 Kirchen, bei deren Auswertung und Beurteilung vor allem bautechnische Details, räumliche Lagen und Heizvorrichtungen in Betracht gezogen wurden, ergaben große Unterschiede in der klimatischen Situation der Glasmalereien. Obwohl aus den Ergebnissen Schlüsse hinsichtlich positiver und negativer Einflüsse vieler Faktoren ableitbar sind, bleiben manche Fragen weiter offen. Dazu gehört in erster Linie eine bildlich (mikroskopisch/elektronenmikroskopisch) belegte Aussage, inwieweit die Schutzverglasung über längere Zeiträume den Zustand der Glasmalerei tatsächlich zu konservieren vermag. Sicher ist, dass die bauphysikalischen Bedingungen, die Lage des Fensters (Himmelsrichtung) und seine Dimension großen Einfluss auf das Klima im Spalt zwischen Schutzverglasung und Original haben. Sowohl diese Erkenntnisse als auch der Mangel an systematischen Untersuchungen nach der Neuinstallation von Schutzverglasungen waren Anlass für ein Evaluierungsprojekt, bei dem die vor etwa 15 Jahren installierten Schutzverglasungen an Fenstern des Halberstädter Doms, des Havelberger Doms, des Stendaler Doms und der Nikolaikirche Quedlinburg hinsichtlich ihrer konservierenden
Wirksamkeit überprüft wurden. Mit dem Hussitenfenster der Klosterkirche Marienstern in Panschwitz-Kuckau wurde ferner ein Objekt mit einer bereits vor 25 Jahren installierten Schutzverglasung hinzugenommen. An jeweils einem Fenster der fünf Objekte wurden Klimamessungen sowie Staub- und Materialuntersuchungen durch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung durchgeführt. Ziel der Arbeiten war, den allgemeinen Erkenntnisstand über die Wirksamkeit von Schutzverglasungen zu verbessern, die spezifische Situation für die Glasmalereien in den fünf
Objekten zu beurteilen, im Bedarfsfall Maßnahmen zur Verbesserung zu empfehlen und gegebenenfalls weitere Untersuchungen vorzuschlagen. Bisher gibt es keine Erkenntnisse zum Einfluss von Stäuben auf die Korrosionsprozesse.
Das Projekt sollte neben der unmittelbaren Kontrolle der fünf Objekte auch Antworten zu diesen grundlegenden Fragen geben.
With the implementation of glass casting in France in the second half of the 17th century, larger mirrors could be produced. So-called tin-mercury mirrors were made by coating glass with tin amalgam. Today, many historical mirrors are partly damaged, the image quality is compromised, and the material integrity of the mirror is threatened. The transformation from tin into an oxide starts at the surface of the amalgam and proceeds down to the glass surface. The mercury dissolves as a liquid or gaseous phase. The amalgam layer is destroyed, so that conservation is necessary. Conservators must follow strict safety precautions while handling amalgam mirrors because of possible mercury emissions and corrosion of the amalgam, during which elemental mercury accumulates near the mirror frame in droplets and is emitted into the air.
In a research project, the quantity of the mercury emissions from historical mirrors was examined and a technique to decrease these emissions was developed.
In den Jahren von 1994 bis 2006 wurden zahlreiche Umweltprojekte zur Sanierung wertvoller historischen Glasmalereien aus dem Mittelalter und dem 19. Jahrhundert in national bedeutenden Bauensembles erfolgreich und modellhaft durchgeführt. Die dazu entwickelten Methoden und durchgeführten Arbeiten wurden auf ihre Wirksamkeit überprüft. Durch eine Erfassung der Belastungssituation im Spalt zwischen Original und Außenschutzverglasung sowie an der Innenseite des Originals lässt sich ermitteln, wie gut die Schutzwirkung gegen die Umweltlasten tatsächlich ist. Auf der Basis von Zustandsdokumentationen, die während der damaligen Restaurierung angefertigt wurden, können durch den Vergleich mit dem gegenwärtigen Zustand inzwischen eingetretene Materialveränderungen charakterisiert werden. Messungen der Staubbelastung und die Analyse ihrer Kornfraktionen und der chemischen Zusammensetzung ermöglichten eine quantitative Ermittlung der Wirkung von Feinstaub. Die Tatsache, dass jedes Originalfenster hinter einer fachgerechten Schutzverglasung vor einer direkten Belastung mit Kondenswasser bewahrt wird, hat sich auch an den evaluierten fünf Objekten bestätigt. An der allgemein positiven Wirkung dieser Konservierungsmaßnahme gibt es keinen Zweifel.
To improve the adhesives used for restoring stained glass windows, various adhesives were tested and modified. Stained glass windows often show gaps that are too wide to be glued with conventional adhesives, and complementing the gap with spare glass is very time-consuming.
To solve this problem, a filler with improved adhesive strength was developed to bridge wider gaps and cracks. The new filler combines glass adhesives with specially treated glass powder.
Three different glass adhesives were selected and mixed with the specially treated glass powder. The adhesive – glass powder mixture developed was then subjected to accelerated aging and analysed with Fourier transform infrared analysis, scanning electron microscopy, colourimetry, and bending and tensile tests. The results were excellent and the mixture was subsequently used to restore glass windows from four 19th-century churches and chapels. The restoration process was described in conjunction with the advantages of using this approach.
This new adhesive – glass powder mixture provides an adhesive process that can be adapted to the special needs of any object being restored and thus provides a ready answer to the specific damage of each object.
Aus der Abstellkammer ins Labor - Wissenschaftler unterstützen die Restaurierung von Glasfenstern
(2008)
Historische Glasmalereien können durch anorganische und organische Luftverunreinigungen geschädigt werden. Chemische Reaktionen der empfindlichen Materialien eines Glasgemäldes (Glas, Malschicht, Blei) mit Luftfeuchtigkeit und den Schadstoffen der Umgebung führen zu Veränderungen der oberflächennahen Schichten des Glases, der Malschichten und schädigen die Bleie. Die Wirkung von Luftschadstoffen, die aus Industrieabgasen und Feuchtigkeit bestehen und als saurer Regen auf die Verglasung von Kirchen und Kathedralen einwirken ist weitgehend bekannt. Emissionen aus Materialien, die zur Verpackung, zum Transport und zur Lagerung von Kunstgegenständen aus Glas eingesetzt werden, können auch Schäden auf den empfindlichen Materialien verursachen. Als flüchtige organische Bestandteile (Volatile Organic Compounds VOC) wurden neben anderen auch organische Säuren analysiert. Das Schädigungspotenzial von Essigsäure, Propansäure, Hexansäure und Oktansäure wurde an Modellproben unter zeitraffenden Bedingungen im Klimaschrank untersucht. Nach einer Versuchsdauer von 12 Wochen waren die Oberflächen der empfindlichsten Modellproben bereits deutlich geschädigt. Hieraus ergibt sich die Schlussfolgerung, dass Materialien mit hohen Emissionsraten an organischen Säuren auch an mittelalterlichen Gläsern unter ungünstigen Bedingungen (geringe Luftwechsel in Depoträumen) Schäden verursachen können.
Die evangelische Friedenskirche in Schweidnitz (Polen) ist ein besonderes Zeugnis des deutsch-polnischen und damit europäischen Kulturerbes. Deshalb wurde sie auch 2001 einstimmig vom UNESCO-Komitee in die Liste des Kultur- und Naturerbes der Welt aufgenommen. Sie stellt ein einmaliges Denkmal des hoch entwickelten schlesischen Fachwerk- und Holzbaues aus dem 17. Jahrhundert dar. Im Rahmen einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Fachleuten aus Deutschland und Polen erfolgte die fachgerechte Restaurierung von 39 Fensterverglasungen und Rahmen mit dem Ziel, eine Abdichtung des Kirchenraumes gegen eine zeitweilig zu feuchte und mit Schadstoffen angereicherte Außenluft zu erreichen. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin führte Untersuchungen zu den klimatischen Bedingungen im Kirchentraum durch, um für die Kunstschätze nachhaltig verträgliche Bedingungen zu sichern. In der Friedenkirche war, wie auch in vielen anderen Bauwerken, in den 70-er und 80-er Jahren des 20. Jh. das Holzschutzmittel Xylamon verwendet worden. Neben der Gefahr für die sensiblen Materialien der Kunstwerke ist durch Holzschutzmittel auch ein Einfluss auf die Gesundheit von im Kirchenraum befindlichen Personen nicht auszuschließen. Mit Hilfe unterschiedlicher Untersuchungsmethoden konnten Emissionen aus Holzschutzmitteln und ihre Verbreitung im Kircheninneren nachgewiesen werden.
Durch eine Kombination von naturwissenschaftlichen Untersuchungsmethoden war es möglich, mit Holzschutzmittel belastete Materialien in einer zum UNESCO-Weltkulturerbe gehörenden Kirche, der Friedenskirche in Swidnica (Polen), zu identifizieren. Ein screening mit einer mobilen Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) lieferte erste Hinweise auf die Anwendung dieser Mittel an Holzkonstruktionen. Untersuchungen von Holzproben in einer Mikrokammer (µ-CTE) bei unterschiedlichen Temperaturen mit anschließender Gaschromatographie und massenspektrometrischer Detektion (GC/MS/MS) ermöglichten einen qualitativen und quantitativen Nachweis von Pentachlorphenol (PCP) und Lindan. Weiterhin erfolgte eine aktive Luftprobenahme auf Tenaxröhrchen mit anschließender Thermodesorption und GC/MS-Analyse. In Staubproben aus unterschiedlichen Bereichen der Kirche wurden Wirkstoffe aus Holzschutzmitteln nachgewiesen. Untersuchungen im Rasterelektronenmikroskop mit EDX lieferten Hinweise auf schadstoffbelastete Partikel im Staub.
A number of environmental monitoring projects were performed on historic stained-glass Windows in Germany from 1994 to 2012. The quality of the protective glazing was assessed by recording environmental Parameters in the interspace between the original and the protective glazing and on the inside of the original window. Tor this purpose, temperature, humidity and air velocity were measured. Particles were sampled with different methods and analysed by scanning electron microscopy combined with energy dispersive X-ray spectroscopy to determine their chemical composition. The effect of particles on model glass samples was investigated in climate chambers under accelerated weathering conditions. The results from in situ measurements and laboratory tests were combined to evaluate the potential effect of particulate matter on historic stained-glass Windows.
Die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Glasproben, insbesondere von historischen Glasmalereien, gehört seit mehr als 20 Jahren zu den Standardverfahren in der Arbeitsgruppe 4.21 »Umwelteinflüsse und Schädigungsmechanismen« der BAM.
Während in den 1990er Jahren eine Elektronenstrahlmikrosonde für diese Analysen zur Verfügung stand, werden seit etwa zehn Jahren solche Untersuchungen mit einem Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) durchgeführt.
Mit der Erfindung des Glas-Guß-Walzverfahrens eröffnete sich die Möglichkeit, größere Spiegelflächen als zuvor herzustellen. Diese sogenannten Quecksilberspiegel sind mit Zinnamalgam beschichtet. Wenn Restauratoren mit Zinnamalgamspiegeln arbeiten, müssen sie strenge Sicherheitsvorkehrungen einhalten. Häufig finden sich im Spiegelrahmen Quecksilberkugeln, die beim Öffnen herausfallen und damit gesundheitsschädliches Quecksilber freisetzen können. In einem Forschungsprojekt wurden die Quecksilberemissionen aus Zinnamalgamspiegeln gemessen und Möglichkeiten entwickelt, diese zu verringern.
Die evangelische Friedenskirche in Schweidnitz (Polen) ist ein besonderes Zeugnis des deutsch-polnischen und damit europäischen Kulturerbes. Sie stellt ein einmaliges Denkmal des hoch entwickelten schlesischen Fachwerk- und Holzbaues aus dem 17. Jahrhundert dar. Im Rahmen einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Fachleuten aus Deutschland und Polen erfolgte die fachgerechte Restaurierung von 39 Fensterverglasungen und Rahmen mit dem Ziel, eine Abdichtung des Kirchenraumes gegen eine zeitweilig zu feuchte und mit Schadstoffen angereicherte Außenluft zu erreichen. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin führte Untersuchungen zu den klimatischen Bedingungen im Kirchenraum durch, um für die Kunstschätze nachhaltig verträgliche Bedingungen zu sichern.
Several restoration projects of stained-glass windows have been performed in Lower Silesia (Poland) since 2010. The aim of the projects was to protect stained-glass windows against environmental impact of industial pollutants and acid rain by installing a protective glazing. The usefulness of protective glazing has been proved by climate measurements and determination of environmental impact before and after installation.
Corrosion of historic timber
(2014)
Corrosion of historic timber
(2014)
With the implementation of glass casting in France in the second half of the 17th century, larger mirrors could be produced. So-called tin-mercury mirrors were made by coating glass with tin amalgam. Today, many historical mirrors are partly damaged, the image quality is compromised, and the material integrity of the mirror is threatened. The transformation from tin into an oxide starts at the surface of the amalgam and proceeds down to the glass surface. The mercury dissolves as a liquid or gaseous phase. The amalgam layer is destroyed, so that conservation is necessary. Conservators must follow strict safety precautions while handling amalgam mirrors because of possible mercury emissions and corrosion of the amalgam, during which elemental mercury accumulates near the mirror frame in droplets and is emitted into the air.
In a research project, the quantity of the mercury emissions from historical mirrors was examined and a technique to decrease these emissions was developed.
Deutschland und Polen haben ein gemeinsames Kulturerbe zu bewahren. Dies gilt auch für die niederschlesische Region mit ihren bedeutenden, aber gleichzeitig durch Umweltschadstoffe gefährdeten Kunstdenkmälern. Durch den Einbau von Außenschutzverglasungen wurden farbige Glasmalereifenster in der katholischen Pfarrkirche Niedersteine (Scinawka), der katholischen Kirche zu den Schutzengeln in Waldenburg (Walbrzych) und der Friedenskirche in Jauer (Jawor) modellhaft und nachhaltig vor der Einwirkung von Umwelteinflüssen geschützt. Die Restaurierung dieser Glasmalereifenster erfolgte in enger Abstimmung zwischen der Restaurierungswerkstatt und mit den am Projekt beteiligten Gutachtern und den zuständigen Denkmalbehörden. Die begleitende naturwissenschaftliche Untersuchungen betrafen die Auswahl unbedenklicher und langzeitbeständiger Restaurierungsmaterialien als auch die Auswahl und Überprüfung von geeigneten Schutzsystemen zur langfristigen Vermeidung von Korrosionsschäden insbesondere an den empfindlichen Glasmalereien.
Deutschland und Polen haben ein gemeinsames Kulturerbe zu bewahren. Dies gilt auch für die niederschlesische Region mit ihren bedeutenden, aber gleichzeitig durch Umweltschadstoffe gefährdeten Kunstdenkmälern. Durch den Einbau von Außenschutzverglasungen wurden farbige Glasmalereifenster in der katholischen Pfarrkirche Niedersteine (Scinawka), der katholischen Kirche zu den Schutzengeln in Waldenburg (Walbrzych) und der Friedenskirche in Jauer (Jawor) modellhaft und nachhaltig vor der Einwirkung von Umwelteinflüssen geschützt. Die Restaurierung dieser Glasmalereifenster erfolgte in enger Abstimmung zwischen der Restaurierungswerkstatt und mit den am Projekt beteiligten Gutachtern und den zuständigen Denkmalbehörden. Die begleitende naturwissenschaftliche Untersuchungen betrafen die Auswahl unbedenklicher und langzeitbeständiger Restaurierungsmaterialien als auch die Auswahl und Überprüfung von geeigneten Schutzsystemen zur langfristigen Vermeidung von Korrosionsschäden insbesondere an den empfindlichen Glasmalereien.
Scientific investigation for a medieval stained glass conservation project at Lincoln Cathedral
(2015)
Between 2013 and 2017 four medieval lancet windows located in the south-west transept of Lincoln Cathedral are being restored and conserved at the Cathedral Glazing Department. The great majority of the glass dates from the 13th century with some pieces dating from the 13th century (Morgan 1983, pp. 21-24). in order for the conservation and cleaning of the medieval glass to take place, scientific investigations were carried out at the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM), Berlin. The pre-conservation analysis examined the glass before any cleaning method had taken place to establish the state of the glass and its surface. A later post-cleaning analysis would provide information regarding the effectiveness of the different cleaning methods.