Quality Engineering 02.2021

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» QUALITY WORLD Messungen in der Königskammer: Johannes Rupfle, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU München, fährt mit der Radar-Antenne auf Rollen die Felsenwand entlang. Sein ägyptischer Kollege Mohamed Elkarmoty sieht die übertragenen Daten in Echtzeit auf seinem Bildschirm. Auf dem Felsblock im Hintergrund steht der Kreuzlinien-Laser. Bild: TU München Zerstörungsfreie Prüfungen an der Cheops-Pyramide „Es ist eng und alles ist mit Wüstenstaub bedeckt“ Christian Große, Professor für zerstörungsfreie Prüfung an der Technischen Universität München, hat zusammen mit der Universität Kairo Messungen an der Cheops-Pyramide durchgeführt. Mensch und Technik stießen dabei gleichermaßen an ihre Grenzen. Die Cheops-Pyramide ist mit einer Höhe von 139 Metern die größte der drei Pyramiden von Gizeh und gehört zu den ältesten Bauwerken der Welt. Und doch gibt dieses vor 4500 Jahren erbaute architektonische Meisterwerk immer noch Rätsel auf. Christian Große, Professor für zerstörungsfreie Prüfung an der Technischen Universität München (TUM), will mit speziellen Messungen Licht ins Dunkel bringen. Das Ziel bei diesem außergewöhnlichen Projekt war klar umrissen. Prof. Große wollte mit seiner Arbeit dazu beitragen, die Baugeschichte der Cheops- Pyramide und ihre innere Struktur besser zu verstehen. Mit modernen Geräten vor Ort wollte er herausfinden, wie die alten Ägypter die Pyramiden gebaut haben und zugleich die Antwort auf andere Fragen finden: Wie mächtig sind die einzelnen Blöcke? Wie sind die Größenordnungen zwischen den Fugen der einzelnen Steine? Zunächst wurden die Messmethoden ausgewählt. Zum Einsatz kamen drei unterschiedliche Radarverfahren, die Ultraschalltechnik und die elektrische Widerstandstomografie. Alle Verfahren liefern komplementäre Daten, die im Rahmen einer Datenfusion miteinander verglichen werden können. Ein vergleichbares Konzept, also verschiedene Messtechniken auf Basis von Simulationen parallel anzuwenden, wurde so in der Pyramide noch nicht getestet. Die Gegebenheiten vor Ort waren zum Teil ungewohnt. So durften zum Beispiel keine Markierungen an den Wänden angebracht werden wie bei anderen Projekten im Bauwesen. Allerdings hatte Prof. Große 56 Quality Engineering » 02|2021
in Deutschland an vergleichbaren Objekten Techniken erprobt, um das Einmessen kontaktfrei ohne Markierungen hinzubekommen. Schließlich kam vor Ort die sogenannte Kreuzlinienlasertechnik zum Einsatz, bei der Laserlinien auf das Objekt projiziert werden. Das funktioniert besonders gut, wenn es dunkel ist. Und da hatten die Forscher in der Pyramide in der Tat gute Karten. Die Messungen wurden in den drei Hauptkammern der Pyramide durchgeführt. Zunächst in der Felsenkammer, die sich im gewachsenen Fels unter der Pyramide befindet. Dann in der Königinnenkammer, die etwas höher im Kernmauerwerk liegt. Und schließlich in der öffentlich zugänglichen Königskammer, in der sich der Sarkophag befindet, in dem König Cheops bestattet worden sein soll. „Zudem haben wir in dem langen, nur einen Meter hohen Gangsystem und im Eingangsbereich der Pyramide gemessen“, so Große. Die Messungen wurden vor allem in verborgenen Bereichen durchgeführt, aber auch in bekannten Bereichen, um die Messtechniken zu validieren. Für die Forscher war es wichtig, dass sie Zutrauen zu der Messtechnik bekamen, die »Den Wagen, mit dem die Radartechnik durch die schmalen Gänge geführt wurde, haben meine Doktoranden selbst gebaut.« Zur Person Prof. Dr. Christian Große ist Professor an der TU München forscht auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Prüfung. Der Bereich umfasst die Qualitätssicherung, Inspektion und Dauerüberwachung von Bauteilen, Anlagen und Bauwerken. Anwendungen liegen dabei in den Bereichen Bauwesen, Maschinenbau und angrenzender Fächer. Schwerpunktmäßig beschäftigt sich Große mit den Materialien Beton, Metall, Stein und Faserverbundwerkstoffen. sie nutzten. Die Techniken sind komplementär hinsichtlich Eindringtiefe und Auflösungsvermögen. Einerseits will man tief reinschauen und andererseits eine hohe Auflösung haben. Jedes Gerät lieferte eine bestimmte Eindringtiefen und so konnte man bei Messungen in den Gängen und Räumen unterschiedlich tief in die Struktur hineinblicken. Die eingesetzten Techniken scannen die Struktur ab. Dabei fahren die Forscher mit den Geräten entlang einer Linie und messen dabei kontinuierlich. Die Gegebenheiten im Innern der Pyramide waren eine Herausforderung für alle Beteiligten. „Den Wagen, mit dem die Radartechnik durch die schmalen Gänge geführt wurde, haben meine Doktoranden selbst gebaut“, erzählt Prof. Große. Bei so einem Projekt sind eben oft auch unkonventionelle Lösungen gefragt. In Ägypten ging einmal ein Messgerät kaputt. Zum Glück konnten die Mitarbeiter den Schaden vor Ort beheben. „Die Forschungsumgebung war tatsächlich nicht die beste für unsere Geräte“, versichert Prof. Große. „Es ist eng und alles ist mit Wüstenstaub bedeckt“. Bei dem Projekt wurden Daten in hoher Qualität aufgenommen. Prof. Große ist sich sicher, dass daraus neue Informationen abgeleitet werden können. Nun muss das Material aber erst zusammen mit den ägyptischen Kollegen ausgewertet werden. Die Interpretation kann der Lehrstuhl in München nicht alleine vornehmen. Dazu ist interdisziplinäre Expertise aus der Archäologie und der Ägyptologie gefragt, aber auch aus den Bereichen Sensorik und Datenanalyse. Zudem sollen neue Auswertetechniken zum Zuge kommen wie Datenfusion und maschinelles Lernen, um Bauwerkskomponenten besser identifizieren zu können. „Es wird also noch etwas dauern, bis wir die Ergebnisse veröffentlichen können“, so Prof. Große. Bild: Astrid Eckert, TUM Die Cheops-Pyramide ist die höchste Pyramide der Welt und zählt zu den sieben Weltwundern der Antike. Auf Forscher hat das Bauwerk seit jeher eine magische Anziehungskraft. Bild: Prof. Christian Große, TU München Quality Engineering » 02|2021 57
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