Projekt 11473/01

Modellvorhaben: Anwendung des Lasergerätes bei der Beseitigung von Umweltschäden an national wertvollen Kulturgütern (Naturstein) unter Einbeziehung mittelständischer Unternehmen

Projektdurchführung

Fraunhofer Gesellschaft zur Förderungder angewandten Forschung e. V.
Hansastr. 27 c
80686 München

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Ziel des Projektes bestand in der fundierten Herausarbeitung von Möglichkeiten und Grenzen der Laserstrahlreinigung von Natursteindenkmalen. Dies beinhaltet neben der systematischen experimentellen Untersuchung des Abtragprozesses umweltbedingt entstandener Schichten von gefassten und ungefassten Oberflächen die Bearbeitung einer ganzen Reihe weiterer Aufgabenstellungen, wie z. B. methodische Vorgehensweise, Charakterisierung/Bewertung des Reinigungsergebnisses im Hinblick auf die denkmalpflegerische bzw. restauratorische Zielstellung, qualitativer und quantitativer Vergleich mit anderen Reinigungsmethoden, Einbeziehung verschiedener Lasertypen, Arbeitsschutzaspekte, insbesondere Abproduktanalyse, Wirtschaftlichkeit/Kosten.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeiten des interdisziplinär zusammengesetzten Projektteams umfassten sowohl umfangreiche Laboruntersuchungen als auch Untersuchungen an ausgewählten Objekten. In den Laboruntersuchungen wurden an einer Vielzahl von Gesteinen mit unterschiedlichen Verschmutzungen sowie an systematisch hergestellten Farbaufstrichen mit künstlicher Schmutzkruste umfangreiche Parameterstudien mit verschiedenen Lasern durchgeführt und die Reinigungsresultate mit vielfältigen physikalischen (z. B. Farbwertmessung, Wasseraufnahme) und mikroskopischen Untersuchungen (Lichtmikroskopie, Quer- und Dünnschliffe, REM/EDX) bewertet. Weiterhin wurden die Abprodukte untersucht.
Breiten Raum nahmen die Untersuchungen an repräsentativen Objekten ein. Sie dienten der modellhaften Prüfung der Laborergebnisse und -erfahrungen in der Praxis. Von folgenden Denkmalen waren Objekte einbezogen: Aachener Dom, Halberstadter Dom, Erfurter Dom, Kölner Dom, Freiburger Münster, Zeughaus Berlin, St.-Martini-Kirche Braunschweig, Sebaldus-Chörlein Nürnberg und Schlosskapellenportal Dresden.


Ergebnisse und Diskussion

Ausgehend von den Merkmalen des Laserstrahlreinigens - berührungslose Arbeitsweise, Abtrag ist sehr feinfühlig dosierbar, vielfach liegt Selbstbegrenzung des Prozesses vor, geringe thermische Beeinflussung des Untergrundes bei hoher Absorption der abzunehmenden Schicht und kurzen Wechselwirkungszeiten, begrenzte Flächenleistung sowie relativ hohe Reinigungskosten bezogen auf die Fläche - konnte aufgezeigt und auch an den Objekten demonstriert werden, dass die Merkmale berührungslos und damit objektschonende Arbeitsweise, die sehr gute Dosierbarkeit und damit die Einstellung des Reinigungsgrades und die selbstregulierende Prozessbegrenzung und damit gefahrenloses Arbeiten bei nahezu allen steinsichtigen Oberflächen die Vorteile des Laserstrahlreinigens in qualitativer Hinsicht darstellen.
Diese qualitativen Vorteile kommen vor allem zum Tragen bei der Reinigung zur Vorbereitung der Festigung stark gelockerter Steinoberflächen (z. B. hohlliegende Krusten, Abschalungen) einschließlich der Abnahme von Altkonservierungen zur Öffnung der Porenstruktur bei steinsichtigem Sandstein, bei der schonenden Reinigung stark profilierter, feingliedriger Kunstwerke (Skulpturen, Bauzier) und bei der Abnahme fester Schmutzablagerungen von den zur Originaloberfläche gehörenden Gipskrusten auf Kalkstein zur Verbesserung des thermischen Oberflächenverhaltens (Senkung der Scherspannungen). Es ist objektbezogen erforderlich, sorgfältig die jeweiligen Leistungsdichten für den Abtrag der abzunehmenden Schicht und für den Beginn einer Zerstörung der zu erhaltenden Originalsubstanz zu ermitteln. Zwischen diesen beiden Schwellwerten liegt der jeweilige Arbeitsbereich für das Laserstrahlreinigen.
Die Grenzen des Laserstrahlreinigens werden deutlich bei der Abnahme von Schmutzkrusten von gefassten Oberflächen bzw. der Abnahme von Überfassungen, da eine Reihe von Pigmenten trotz der prinzipiell geringen thermischen Belastung des Untergrundes thermisch bzw. thermochemisch verändert werden (z. B. Azurit, Zinnober, Bleiweiß, Malachit), ebenso bei der Reinigung stark eisenoxidhaltiger Sandsteinoberflächen (rote Varietäten) und der Reinigung der Gipskrusten auf Kalkstein mit dem Ziel der Öffnung der Oberfläche für Flüssigkeitsaufnahme als Vorbereitung einer nachfolgenden Festigung.
Dennoch erwies sich die berührungslose Laserstrahlreinigung an Objekten mit stark verschmutzten Überfassungen auf geschädigten Steinoberflächen mit originalen Fassungsresten in einigen Fällen als nützlich, da z. B. eine schonende Reinigung zu einer besseren Erkennbarkeit der Objektsituation führte und somit zur Erarbeitung der weiteren Vorgehensweise bzw. Präzisierung des Restaurierungszieles beitrug.
Eine konstruktive Zusammenarbeit von Objekteignern, Restauratoren, Naturwissenschaftlern und den Verantwortungsträgern der Denkmalpflege erwies sich als Basis für ein optimales Ergebnis.
Bei der Bewertung der Anwendbarkeit des Laserstrahlreinigens im Hinblick auf die jeweilige objektbezogene Reinigungszielstellung und auf Basis der aufgezeigten Möglichkeiten und Grenzen muss auch beachtet werden, dass beim gegenwärtigen Entwicklungsstand der Lasergeräte der vielfach hohen Qualität relativ hohe Kosten und niedrige Flächenleistungen gegenüber stehen, d. h. auch, dass das Laserstrahlreinigen wo nötig und nicht wo möglich einzusetzen ist.
Hinsichtlich des Arbeits- und Gesundheitsschutzes wurden im Projekt grundlegende Erkenntnisse über die Art, Menge je Zeiteinheit und Partikelgrößenverteilung der entstehenden Abprodukte erarbeitet und auf deren Basis Empfehlungen abgeleitet (z. B. quellennahe Absaugung).


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Zwischen- und Abschlussergebnisse wurden jeweils zu den jährlichen Veranstaltungen des Laserforums präsentiert. Darüber hinaus erfolgt die internationale Präsentation zur Lacona IV. Von 08/01 -06/02 wird in einem Folgeprojekt unter AZ 18701 ein Leitfaden für Restauratoren erarbeitet.


Fazit

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass mit den Projektergebnissen ein wesentlicher Beitrag geleistet wurde, den Restauratoren mit der Laserstrahlreinigung ein ergänzendes Verfahren zur bestehenden Palette der Reinigungsverfahren zur Verfügung zu stellen, indem ganzheitlich die Grenzen und Möglichkeiten aufgezeigt wurden.