Echtzeit-Kraftüberwachung stabilisiert das schwedische Kriegsschiff Vasa

Die zentrale Herausforderung: Ein 400 Jahre altes Schiff ohne Auftrieb

Die aktuelle ingenieurtechnische Herausforderung ist klar und gravierend: Das Schiff steht heute an Land, und der Auftrieb des Wassers trägt sein Gewicht nicht mehr.
Der mit PEG (Polyethylenglykol) behandelte, 400 Jahre alte Rumpf leitet die Schwerkraft über einzelne Kontaktpunkte in die Stützkonstruktion. Konservatorinnen und Konservatoren haben eine langsame, aber deutliche Verformung gemessen.

Daraus ergeben sich mehrere Probleme:

• Unklare Lastpfade und verborgene Überlasten an einzelnen Stützpunkten
• Fortschreitende Verformung über Jahre, die im Alltag unbemerkt bleiben kann
• Hohes Risiko und hohe Kosten bei Eingriffen in ein unersetzliches Kulturgut
• Entscheidungen müssen auf Annahmen statt auf belastbaren Messdaten beruhen

Um dieses Problem zu lösen, ersetzt das Museum die alte Wiege durch ein verstellbares Stahlstützsystem, das mit einer Echtzeit-Kraftüberwachungslösung von Gantner Instruments ausgestattet ist. Das Ziel ist es, die Form des Schiffsrumpfs über viele Jahre hinweg stabil zu halten und schädliche Belastungen zu beheben, bevor sie Schäden verursachen. Und zwar nicht nur während der Installation, sondern kontinuierlich, wenn sich das Schiff, das Gebäude und das Klima mit der Zeit verändern.

Warum die alte Stützkonstruktion ersetzt werden musste

Die nach der Bergung eingebaute Stützkonstruktion machte die öffentliche Ausstellung der Vasa überhaupt erst möglich. Langzeitmessungen zeigten jedoch ungleichmäßige Kräfte an den Auflagepunkten und ein langsames Neigen des Schiffes zur Backbordseite. Die passive, mechanische Stützkonstruktion hatte ihre Grenzen erreicht und war als sichere, langfristige Unterstützung nicht mehr ausreichend.

Zentrale Schwächen der alten Lösung:

• Keine aktive Möglichkeit, Lasten über die Zeit auszugleichen
• Keine direkte Messung der Kräfte an den einzelnen Stützpunkten
• Nur periodische Inspektionen – mit dem Risiko, dass schädliche Trends zwischen den Messkampagnen unentdeckt bleiben

Um diese Situation zu verbessern, entschied sich das Museum für eine verstellbare Stahlstütze, die sich im Lauf der Zeit neu einstellen lässt. Diese neue Konstruktion wird mit dem Echtzeit-Kraftüberwachungssystem von Gantner Instruments kombiniert. Die Technologie von Gantner adressiert direkt den Pain Point der „blinden“ Stützkonstruktion, indem jeder Kontaktpunkt zu einer messbaren und steuerbaren Größe wird.

Anstatt nur anzunehmen, dass die Kräfte dort bleiben, wo das Berechnungsmodell sie erwartet, kann das Team sie jetzt mit Live-Daten messen, überprüfen und gezielt korrigieren.

Die neue Unterstützung: Verstellbare Träger und inneres Stahlskelett

Das Museum installiert eine Reihe technisch ausgelegter Stahlträger, die der Form des Rumpfs folgen und mit einem neuen Gelenk unter dem Kiel verbunden sind. Jeder Träger ist der Rumpfform angepasst und mechanisch verstellbar. So können die Lasten an jedem Kontaktpunkt nach der Installation eingestellt und später bei Bedarf erneut nachjustiert werden.

Im Inneren verbindet ein Stahlskelett Spanten und Decksstrukturen. Das erhöht die Gesamtsteifigkeit und macht den Lastpfad von Deck zu Kiel berechenbarer. Die Arbeiten werden in Etappen ausgeführt, um das Risiko für das Schiff gering zu halten. Das Team passt einen Bereich an, prüft die Reaktionskräfte in Echtzeit und arbeitet dann am nächsten Abschnitt weiter.
Die Installation begann 2024 und soll bis zum Ende des Jahrzehnts die äußere und innere Stabilisierung abschließen.

Da die Bau- und Überwachungsphase sich über viele Jahre erstreckt, muss das Messsystem zusätzliche Anforderungen erfüllen:

• Langfristige Stabilität der Messungen über Jahreszeiten und Jahrzehnte
• Einfache Wartung in einer öffentlichen Museumsumgebung
• Einheitliche Datenbasis über Generationen von Mitarbeitenden und sich weiterentwickelnde Konservierungsstrategien hinweg

Die modulare Datenerfassungsplattform von Gantner und die zeitsynchronisierte Architektur sind genau dafür ausgelegt.

Struktur wird zu Daten: 182 Kraftaufnehmer und synchronisierte Datenerfassung

Ein Netzwerk aus 182 Kraftaufnehmern macht die neue Stützkonstruktion zu einem System für Structural Health Monitoring (SHM). Jede instrumentierte Schnittstelle misst die tatsächliche Kraft an diesem Punkt. So verhält sich die gesamte Stütze wie ein fein einstellbarer Mechanismus und nicht wie eine starre Stahlkonstruktion. Damit wird das Problem „wir wissen nicht, wo die Lasten wirklich sind“ direkt entschärft.

Statt sich auf vereinfachte Modelle und seltene Einzelmessungen zu verlassen, hat das Team jetzt:

• Echtzeit-Kraftwerte an jedem Stützpunkt
• Sofortiges Feedback, wenn Einstellungen verändert werden
• Eine kontinuierliche Historie, wie sich die Lastverteilung des Schiffs im Laufe der Zeit verändert

Verteilte Messmodule mit elektrisch isolierten Brückeneingängen sind in der Nähe der Kraftaufnehmer installiert. Das hält die Signale stabil, reduziert Störungen durch lange Kabelwege im Ausstellungsraum und sichert die Messgenauigkeit. Synchrones Abtasten stellt sicher, dass die Kraftdaten aller Stützpunkte zur gleichen Zeit erfasst werden. Das ist entscheidend, um Änderungen über das ganze Schiff zu vergleichen, langsame Trends über Jahre zu verfolgen und nachzuweisen, dass eine Korrektur an einem Träger nicht an anderer Stelle neue Probleme schafft.

Data acquisition is handled by Q.bloxx XL A116 modules and a Q.station XB controller. GI.bench is used to configure channels, log high-resolution data, and visualize results. This combination is built for long use. It provides precise, evenly spaced sampling, reliable time synchronization, and repeatable measurements. These features are essential for comparing data over many years and preventing data drift that could affect conservation decisions.

Von Daten zum lebenden Strukturmodell: 3D-Lastkarten und Digital Twin

Ein weiterer zentraler Pain Point in langfristigen Konservierungsprojekten ist die Lücke zwischen Modell und Realität.

Strukturanalysen basieren oft auf Annahmen, die im Betrieb nie vollständig überprüft werden.
Im Vasa-Projekt fließen die Echtzeit-Kraftdaten in ein browserbasiertes Dashboard. Dort sehen Konservatorinnen, Konservatoren und Ingenieurteams Live-Werte, Trendkurven und eine dreidimensionale Karte der Lasten auf Rumpf und Stützkonstruktion. Diese 3D-Ansicht verhält sich wie ein digitaler Zwilling im Betrieb: Sie verknüpft jeden Messkanal mit einer Position am Schiff und zeigt, wie sich das Lastbild verändert, wenn das Team eine Stütze nachstellt, ein Verbindungselement ersetzt oder auf langfristige Verformungen reagiert. Alarmschwellen machen das System proaktiv.

Alarmschwellen machen das System proaktiv.
Wenn eine Stütze ihren zulässigen Kraftbereich verlässt, erhält das Team eine klare Warnung, kann die Einstellungen anpassen und sieht die neue Lastverteilung sofort auf dem Bildschirm – auch direkt per Tablet im Ausstellungsraum, ohne das Schiff zu berühren. So wird das Risiko reduziert, erst dann zu reagieren, wenn bereits kritische Lastverschiebungen eingetreten sind.

Die gleichen Daten aktualisieren auch das Strukturmodell, das Ingenieurinnen und Ingenieure für Analysen und Planung verwenden. Mit der Zeit entsteht eine Rückkopplung zwischen Modell und Realität: Die digitale Vasa wird kontinuierlich mit realen Messwerten statt mit Annahmen abgeglichen. Das reduziert Unsicherheit, senkt das Risiko und verbessert zukünftige Entscheidungen.

Ohne klare Visualisierung und eindeutige Alarme bleiben kritische Lastverschiebungen unentdeckt – und Teams reagieren zu spät.

Konservierung im Kontext: Chemie, Klima und Verbindungselemente

Die strukturellen Maßnahmen sind Teil einer umfassenden Konservierungsstrategie. Nach der Bergung im Jahr 1961 wurde die Vasa mit PEG imprägniert und unter kontrollierten Bedingungen getrocknet, um das wassergetränkte Eichenholz zu stabilisieren. Heute hält das Museum Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit in engen Grenzen, damit sich das Holz so wenig wie möglich ausdehnt oder schrumpft.

Ein langfristiges Programm hat zudem korrodierende Stahlbolzen aus einfachen Baustählen ersetzt. So werden Eisenquellen im Holz reduziert und das mechanische Verhalten des Rumpfes verbessert.

Das System von Gantner hilft dabei, zu beurteilen, ob diese verschiedenen Maßnahmen im Zusammenspiel wie geplant wirken. Die neue verstellbare Stahlstütze und das innere Stahlskelett arbeiten zusammen mit Materialwissenschaft und Klimakontrolle. Ingenieurtechnik steuert Kräfte und Geometrie, während die Konservierungswissenschaft chemische und physikalische Alterung verlangsamt.

Das Datenerfassungssystem bietet das langfristige Messrückgrat, das beide Welten verbindet und zeigt, ob die kombinierte Strategie die erwartete strukturelle Stabilität liefert.

Blaupause für andere Kulturgüter

Während die Installation weiterläuft, baut das Museum eine lange, zusammenhängende Datenhistorie über das Verhalten des Schiffs auf: wie sich Lasten über die Jahreszeiten verschieben, wie Wartungsmaßnahmen die Kraftverteilung verändern und wie stabil die Gesamtgeometrie im Laufe der Zeit bleibt. Das Ziel ist ein stabiler, gut dokumentierter Lastpfad und ein Datensatz, der über den 400. Geburtstag des Schiffs hinausreicht und Entscheidungen der nächsten Generation von Konservatorinnen und Konservatoren unterstützt.
Die Herausforderungen der Vasa sind kein Einzelfall:

• Komplexe Strukturen mit unbekannten realen Lastpfaden
• Sehr lange Zeithorizonte, in denen Trends wichtiger sind als Einzelmessungen
• Sehr geringe Toleranz für Eingriffe oder Schäden

Historische Flugzeuge, Holzdächer, monumentale Statuen und Brücken stehen vor ähnlichen Fragen: Wie lassen sich Strukturmodelle mit realen Lasten verknüpfen und langfristige Stabilität nachweisen?

The combination used here includes adjustable steel supports, load cell sensors, synchronized data collection, and browser based visualization that understands the model. Together, these elements provide a clear example of how occasional manual inspections can become continuous, data driven structural monitoring, reducing risk and uncertainty for heritage owners and operators.

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Referenzen und Fotonachweis: Anneli Karlsson / Vasa-Museum / Swedish National Maritime and Transport Museums (SMTM)