OptiKons – Eine optimierte Konservierung von archäologischen Nasshölzern mit Hilfe von 3D-Überwachung
Projektdurchführung
Denkmal3D GmbH & Co. KG
Am Südfeld 18
49377 Vechta
Zielsetzung
Archäologische Nasshölzer aus Feuchtboden- und Unterwasserfundstellen zählen zu den besonders empfindlichen organischen Materialien des kulturellen Erbes. Nach der Bergung verlieren sie ohne geeignete Konservierungsmaßnahmen innerhalb kurzer Zeit ihre Formstabilität und können erheblich schrumpfen oder irreversibel deformiert werden. Zur Stabilisierung werden die Hölzer in der Regel mit Polyethylenglykol (PEG) getränkt und anschließend getrocknet. Diese Verfahren sind zeit-, material- und energieintensiv und mit entsprechenden Umweltbelastungen verbunden. Gleichzeitig treten trotz sorgfältiger Durchführung immer wieder unerwünschte Formveränderungen auf, deren Ursachen und zeitlicher Verlauf häufig nur unzureichend dokumentiert sind.
Der Erfolg konservatorischer Maßnahmen wird bislang meist anhand einzelner Messungen oder visueller Beobachtungen beurteilt. Objektive und kontinuierliche Daten zu geometrischen Veränderungen während laufender Konservierungsmaßnahmen fehlen in vielen Fällen. Zudem erfordern konventionelle 3D-Erfassungsverfahren häufig das Bewegen oder Handhabung der Objekte, wodurch zusätzliche Verformungen entstehen können. Zwar werden 3D-Messtechniken im Kulturerbebereich bereits erfolgreich zur Dokumentation und Zustandserfassung eingesetzt, ein automatisiertes Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung archäologischer Nasshölzer während der aktiven Konservierung stand jedoch bislang nicht zur Verfügung. Ziel des Projekts OptiKons war daher die Entwicklung und Erprobung eines automatisierten 3D-Überwachungssystems zur berührungslosen Erfassung archäologischer Nasshölzer während Tränkung und Trocknung. Das System sollte direkt im Konservierungsbad eingesetzt werden können, eine Messgenauigkeit im Submillimeterbereich erreichen und den gesamten Konservierungsprozess ohne Bewegung der Objekte begleiten. Geometrische Veränderungen sollten frühzeitig erkannt, zeitlich dokumentiert und quantitativ ausgewertet werden. Darüber hinaus sollte erstmals eine objektive Bewertung des Konservierungserfolgs anhand von Kenngrößen wie Deformationen, Volumenänderungen und der Anti-Shrink-Efficiency (ASE) ermöglicht werden. Langfristig sollte das Projekt zu einer datenbasierten Optimierung konservatorischer Maßnahmen beitragen und dadurch den Einsatz von Konservierungsmitteln sowie energieintensiven Verfahren gezielter und ressourceneffizienter gestalten.
Arbeitsschritte
Als Untersuchungsobjekte dienten stark degradierte Nasshölzer des Bohlenwegs PR 6 aus dem Aschener Moor. Vor Beginn der Konservierung wurden die Hölzer gereinigt, fotografisch dokumentiert und anhand von Holzproben hinsichtlich ihres Erhaltungszustands untersucht. Die Bestimmung der maximalen Wasseraufnahme (Umax) zeigte, dass der Großteil der Objekte einen hohen biologischen Abbaugrad aufwies.
Die Konservierung erfolgte mittels einer stufenweisen Tränkung mit Polyethylenglykol (PEG 2000), dessen Konzentration über mehrere Monate schrittweise bis auf 35 % erhöht wurde. Anschließend wurden die Hölzer unter kontrollierten klimatischen Bedingungen luftgetrocknet. Temperatur und Luftfeuchtigkeit wurden während der gesamten Trocknungsphase kontinuierlich überwacht. Parallel dazu wurde ein automatisiertes 3D-Messsystem entwickelt. Kern des Systems ist eine motorisierte Zwei-Achsen-Kinematik, die Kameras und Sensorik reproduzierbar über dem Konservierungsbecken positioniert. Ursprünglich war die Erfassung mittels bildbasierter Verfahren geplant. Aufgrund von biologischen Ablagerungen, Algenbewuchs und PEG-Rückständen auf den Referenzmarken erwies sich dieser Ansatz langfristig jedoch als unzureichend. Daher wurde das System im Projektverlauf um ein aktives Messverfahren auf Basis der Lasertriangulation erweitert. Dieses Verfahren erwies sich als robust gegenüber veränderten Oberflächenbedingungen und ermöglichte auch unter Wasser eine zuverlässige Erfassung der Holzgeometrie im Submillimeterbereich. Die Datenerfassung erfolgte automatisiert in regelmäßigen Intervallen direkt im Konservierungsbad sowie später im Trocknungszelt, ohne die empfindlichen Objekte bewegen zu müssen. Die Messdaten wurden als dreidimensionale Punktwolken gespeichert und zu zeitlichen Messreihen verarbeitet. Mithilfe von photogrammetrischen und laserbasierten Auswerteverfahren konnten Oberflächenmodelle erzeugt, Formabweichungen berechnet sowie Volumenänderungen und Kenngrößen wie die Anti-Shrink-Efficiency (ASE) bestimmt werden. Dadurch konnten Verformungsprozesse erstmals kontinuierlich, objektiv und quantitativ über den gesamten Konservierungsprozess hinweg analysiert werden.
Ergebnisse
Die Ergebnisse zeigen, dass die technischen und konservatorischen Zielsetzungen erreicht wurden. Ein zentrales Ergebnis des Vorhabens ist die erfolgreiche Entwicklung eines automatisierten 3D-Messsystems, das die hochauflösende Erfassung archäologischer Nasshölzer direkt im Konservierungsbad ermöglicht. Die Kombination aus automatisierter Sensorführungund Fernzugriff erlaubte eine kontinuierliche Datenerfassung über mehrere Monate hinweg, ohne die Objekte bewegen oder manuell eingreifen zu müssen. Damit konnte erstmals eine durchgängige geometrische Überwachung von der Tränkung bis zur Trocknung umgesetzt werden. Im Projektverlauf zeigte sich jedoch, dass passive photogrammetrische Verfahren aufgrund biologischer Ablagerungen, PEG-Rückständen und veränderlicher optischer Bedingungen nur eingeschränkt geeignet sind. Die Integration eines laserbasierten Triangulationsverfahrens erwies sich als entscheidender methodischer Fortschritt und ermöglichte eine zuverlässige Erfassung der Holzgeometrie im Submillimeterbereich. Gleichzeitig wurde deutlich, dass die Berücksichtigung optischer Mehrmedienübergänge, aufgrund von Gradienten Bildung im Medium, komplex ist. Die hierfür entwickelten Lösungsansätze liefern wichtige Erkenntnisse für zukünftige Anwendungen. Die Untersuchungen während der Tränkungsphase zeigten, dass bei der schrittweisen Erhöhung der PEG-Konzentration nur geringe geometrische Veränderungen auftraten. Damit konnte erstmals quantitativ nachgewiesen werden, dass die Geometrie der Hölzer während der Tränkung weitgehend stabil bleibt. Die größten geometrischen Veränderungen wurden erwartungsgemäß während der Trocknungsphase beobachtet. Neu ist jedoch, dass diese Prozesse nicht nur qualitativ beschrieben, sondern erstmals kontinuierlich und quantitativ erfasst werden konnten. Die Berechnung von Volumenänderungen und der Anti Shrink Efficiency (ASE) ermöglicht eine objektive Bewertung des Konservierungserfolgs. Trotz des überwiegend schlechten Erhaltungszustands der Hölzer konnte die volumetrische Schrumpfung auf rund 14 % begrenzt werden. Die Ergebnisse schaffen damit eine bislang fehlende Datengrundlage für die wissenschaftliche Bewertung konservatorischer Maßnahmen und eröffnen neue Möglichkeiten für eine ressourceneffiziente, datenbasierte Steuerung von Konservierungsprozessen und dem damit verbundenen Chemikalien Einsatz.
Öffentlichkeitsarbeit
Im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit wurden die Projektergebnisse gezielt einem wissenschaftlichen und fachlichen Publikum vorgestellt. Die Präsentation erfolgte auf mehreren nationalen und internationalen Fachveranstaltungen. Zu den wichtigsten Beiträgen zählen die Vorstellung des Projekts auf der ISPRS-Konferenz in Las Vegas (USA) im Juni 2024 sowie beim ICOM-CC Working Group Meeting on Wet Organic Archaeological Materials in Göteborg (Schweden) im September 2025. Darüber hinaus wurden Ergebnisse auf den 3D-Tagen in Oldenburg und Dresden sowie beim Niedersächsischen Restauratorentreffen in Hannover präsentiert.
Zur Förderung des Wissenstransfers wurden die Konstruktionsunterlagen des im Projekt entwickelten Prototyps an die Firma DENKMAL3D übergeben. Damit wurden die Voraussetzungen für einen Nachbau und eine zukünftige praktische Anwendung der Technologie geschaffen. Zudem werden bereits Möglichkeiten für weiterführende Kooperationen mit ARC-Nucléart diskutiert. Auf diese Weise werden die Projektergebnisse über die Laufzeit hinaus in die Fachgemeinschaft getragen und bilden die Grundlage für eine weitere wissenschaftliche und anwendungsorientierte Entwicklung.
Fazit
Insgesamt zeigt OptiKons, dass die Verbindung von Restaurierungswissenschaft und präziser Messtechnik das Potenzial besitzt, die Konservierung archäologischer Nasshölzer grundlegend weiterzuentwickeln. Durch die Bereitstellung objektiver und quantifizierbarer Entscheidungsgrundlagen leistet das Projekt einen weiteren Beitrag zu einer nachhaltigen, ressourcenschonenden und wissenschaftlich fundierten Konservierungspraxis. Gleichzeitig eröffnen sich Perspektiven für eine Ausweitung des Monitorings über die eigentliche Konservierungsmaßnahmen hinaus. Künftig könnten Formveränderungen auch während der Langzeitlagerung in Magazinen oder unter Ausstellungsbedingungen erfasst werden, um den Erhaltungszustand der Objekte kontinuierlich zu überwachen und frühzeitig auf kritische Veränderungen reagieren zu können. Damit entsteht die Perspektive eines durchgängigen Monitorings entlang der gesamten Erhaltungskette, von der Konservierung über die Trocknung bis hin zur dauerhaften Bewahrung des Kulturguts. Hierbei kann das Projekt an bestehende Forschungsarbeiten zum Langzeitmonitoring archäologischer Hölzer, insbesondere an Untersuchungen an der Bremer Kogge (Hastedt u. a. 2019), anknüpfen und diese um hochauflösende dreidimensionale Messverfahren erweitern.