Tagungsbeitrag

Freitag, Jörg:

Statische Sicherung fragiler Metallobjekte mittels Epoxidharzschaum

Oft gilt es fragile Metallobjekte zu stabilisieren, wobei die Anbindung von Stützkonstruktionen an dünnwandige Objekte äußerst problematisch ist. Aus statischen Gründen sind zudem Risse zu schließen und Teile zuzufügen.
Stützungen oder Montagen ausschließlich mittels Metallkonstruktionen sind nicht immer effektiv, da ihre Anbindung an die Objektoberflächen relativ kleinflächig bleibt. Ausgedehnte Konstruktionen haben zudem eine nicht unerhebliche Eigenlast. Viele statische Sicherungen führen zu erheblichen Eingriffen in die Originalsubstanz. Aufgrund der guten Klebkraft werden in diesen Fällen häufig Epoxidharze verwendet. In Kombination mit Glas-oder Kohlenstofffasern sind Laminate herstellbar, die ausreichende Festigkeiten gewährleisten. Die Arbeit mit flüssigen Kunstharzen hat jedoch verschiedene Nachteile. Zum einen ist der Aufbau größerer Schichtdicken aus Laminaten sehr aufwendig, zum anderen sind Kontaminationen von Oberflächenbereichen mit Klebstoff bei schwer geschädigten Objekten kaum zu vermeiden.
Besonders für großflächige Stützelemente als Ersatz für Kernmaterialien wurden bereits in den 1970ern und 1980ern bei Restaurierungen PU-Schäume verwendet. Diese Materialien waren jedoch für die Anwendungen in der Restaurierung weder optimiert noch ausreichend getestet worden. Zur Lösung unserer Probleme - dem Fügen und Stabilisieren dünnwandiger Galvanoplastiken mit einem nichtflüssigen Leichtbaustoff - erschienen eher Epoxidharzschäume als aussichtsreich.

An der Fachhochschule Potsdam wurden verschiedenen Epoxidharzschäume auf ihre Verarbeitbarkeit und verschiedene Kennwerte hin untersucht (Bruchverhalten, kapillare Wasseraufnahme, Wärmeausdehnungskoeffizient). In einem weiteren Schritt wurden sie auf ihre Anwendbarkeit zur Stabilisierung dünnwandiger Galvanoplastiken getestet (Korrosivität, Verarbeitbarkeit, Reversibilität). Dazu wurden Verarbeitungstechniken entwickelt und die Wirksamkeit verschiedener Füllstoffe (insbesondere Aluminiumschaum-Kugeln) getestet. Es zeigte sich, dass auf diese Weise sehr feste und gleichzeitig leichte Strukturen hergestellt werden können, wobei sich in der Handhabung große Vorteile gegenüber flüssigen Klebstoffen ergeben. Die Reversibilität ist jedoch, wie bei den Laminaten, eingeschränkt.

Für die Restaurierung dünnwandiger Plastiken aus Zinn für die Fürstengruft im Dom zu Merseburg (im Rahmen des KUR-Programms) wurden Epoxidharzschäume zusammen mit den Projektpartnern Rathgen-Forschungslabor und Fraunhofer-Institut für Silikatforschung (ISC) einem ähnlichen Versuchsprogramm unterzogen. Nach positiven Ergebnissen kann Epoxidharzschaum verwendet werden, um ein Figurenpaar vom Sarg des Herzog Heinrich von Sachsen-Merseburg so zu stabilisieren, dass sie wieder aufgestellt werden können. Bereits restauriert und wieder montiert wurde die aus etwa 50 Gussteilen von 1 - 2 mm Dicke hergestellte Figur des Herzog Heinrich. Die Hauptlast wird von einer Edelstahlkonstruktion aufgenommen. Die Zinnwandung ist im Innern mit Stützschalen gesichert, die mit der Hauptstütze verbunden sind. Mit üblichen Materialien - flüssigen Kunstharzen - ist dies nicht ausführbar. Sie sind in dem komplizierten Körper nicht in geeigneter Weise verarbeitbar und könnten durch Risse auf die Außenoberfläche dringen.

Static Reinforcement of Fragile Metal Objects with Epoxy Resin Foam

It is often necessary to stabilise fragile metal objects, in which case the bonding of the supporting construction to thin-walled objects poses considerable problems. For statics-related reasons, cracks must be sealed and parts joined.
Supports or mountings with metal constructions are not always effective, as their bonding remains over a relatively small area on the objects' surfaces. Furthermore, extended constructions have a significant inherent weight. Many static support structures lead to significant meshing with the original substance. In these cases, thanks to their good adhesive forces, epoxy resins are frequently employed. In combination with glass fibres or carbon fibres, high-strength laminates can be fabricated. However, working with liquid synthetic resins has certain disadvantages. On the one hand, the construction of larger layer thicknesses from laminates on historical objects is very tedious. On the other hand, with badly damaged objects the contamination of surface areas with adhesive can hardly be avoided.
Particularly for large-area supporting fixtures, polyurethane (PU) foams were already employed in the 1970s and 1980s as a substitute for core material with restorations. However, for applications with restorations these materials were neither optimised nor sufficiently tested. For the solution to our problems – the joining and stabilising of thin-walled objects with a non-liquid, light-weight construction material – epoxy resin foams appear to offer greater promise.

At the University of Applied Sciences in Potsdam, different epoxy resin foams were investigated with respect to their working properties and various parameters (fracture behaviour, capillary water absorption and thermal expansion coefficient). In a further step, these were tested for their suitability for thin-walled galvanoplastics (corrosiveness, working properties and reversibility). Processing techniques were accordingly developed and the effectiveness of different filler materials (particularly aluminium foam spheres) was tested. It was found that in this way very stable and, at the same time, light-weight layers can be applied, the handling of which exhibits significant advantages compared with liquid adhesives. However, as with the laminates, the reversibility is limited.

For the restoration of thin-walled tin sculptures for the Prince's Crypt at the Merseburg Cathedral, epoxy resin foams were subjected to a similar test programme carried out together with the project partners, the Rathgen Research Laboratory and the Fraunhofer Institute for Silicate Research (ISC). On the basis of positive results, epoxy resin foam could be employed to sufficiently stabilise and re-set a figure pair on the tomb of Duke Heinrich of Sachsen-Merseburg.

Prof. Jörg Freitag arbeitete nach einer Feinmechanikerlehre ab 1976 als Restauratorengehilfe bei den Staatlichen Schlössern und Gärten Potsdam-Sanssouci. Später baute er im Bereich Filmmuseum eine Werkstatt zur Restaurierung von technischem Kulturgut, Filmkameras und –projektoren auf. Ab 1981 war er Restaurator am Potsdam Museum für museales Sammlungsgut aus Metall. Von 1981 bis 1985 studierte er "Restaurierung von Kunst- und Kulturgut aus Metall" am Museum für Deutsche Geschichte. 1993 bis 1998 war er bei der Stiftung Preußische Schlösser und Gärten Berlin-Brandenburg Leiter der Potsdamer Arbeitsgruppe des Forschungsprojektes "Konservierung von Denkmälern aus Blei, Zinn und Zink“. Ab 1999 arbeitete er als leitender Metallrestaurator in der Berliner Werkstatt der Fa. Haber & Brandner Metallrestaurierung GmbH: Schwerpunkt der Werkstatt ist die Restaurierung denkmalpflegerische Objekte, insb. Bronzedenkmäler, Plastiken aus Zinkguss, Blei und Kupferblech bis zu Bauwerksteilen aus Stahl und Gusseisen. Seit 2003 Professor für die Studienrichtung "Metallkonservierung" an der Fachhochschule Potsdam.