Optimierung der Einsatzmöglichkeit von Lasertechnik zur Reinigung von historischen Oberflächen von Ablagerungen sowie von mikrobiologisch aktiven Besiedlungen am Halberstädter Dom
Projektdurchführung
Kulturstiftung Sachsen-Anhalt
Bauabteilung Zuständigkeit Halberstadt Dom
Am Schloss 4
39279 Leitzkau
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Seit den 1990iger Jahren ist der Halberstädter Dom ein wichtiger zentraler Forschungsgegenstand im Rahmen der Restaurierung von Bauzier und Ausstattungsschmuck aus Kalkstein. Kernproblem ist die Umwandlung des Kalksteines in Gips, verursacht durch schwefelsaure Luftverschmutzung der Industrialisierung und des Hausbrandes in Regionen mit hoher Bevölkerungsdichte. Die Verwitterungsmechanismen sowie die sich daraus ergebenden Schadensbilder sind vielfältig und waren wiederholt Gegenstand umfangreicher Forschungsarbeiten auch am Dom in Halberstadt. Als entscheidende Voraussetzung für die Konservierbarkeit dieser Oberflächen ist kontrollierte Dünnung bis hin zur Abnahme der aufliegenden Schmutzkrusten sowie die Öffnung der in Gips umgewandelten, informationstragenden, originalen Natursteinoberflächen. In diesem Zusammenhang spielt die Reinigungstechnologie für den Substanzerhalt der Oberfläche, aber auch die Verbesserung der physikalischen Eigenschaften, wie der Verbesserung der Penetrationsfähigkeit sowie die Reduzierung der hygrischen und thermischen Dehnung, eine zentrale Rolle. Als eine der am häufigsten eingesetzten Reinigungstechnologie nimmt in diesem Zusammenhang die Laserreinigung einen immer höheren Stellenwert ein. Darüber hinaus zeigen die Erfahrungen der letzten Jahre, dass auf dem Gebiet der Laserreinigung am Denkmal und Kunstgut spezifischer gerätetechnischer sowie technologischer Optimierungs- und Anpassungsbedarf besteht. Leider liegen bisher keine auf die Art der Schmutzkrusten schriftlichen Parameterempfehlungen der Lasertechnik vor. Zusätzlich erschwert wird dies durch die Weiterentwicklung verschiedenster Geräte, welche im Bereich der Denkmalpflege zum Einsatz kommen. An dieser Stelle will das Forschungsvorhaben ansetzen und einen ersten Entwicklungsschritt vollziehen.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden
Im Projekt wurden aktuell in der Denkmalpflege für verschiedene Reinigungsaufgaben eingesetzte Lasergeräte anhand von unterschiedlichen Musterflächen vergleichend getestet. Welches Gerät ist für welchen Zweck geeignet, und was sind erfolgversprechende Einstellparamater? Im Mittelpunkt der Betrachtungen stand der Halberstädter Dom mit seinen stark verkrusteten Kalksteinoberflächen. Aber auch Sandsteine an den Domen in Magdeburg und Halle sowie Alabasteruntergründe wurden systematisch untersucht. Ein wesentlicher Pfeiler für die Erfassung umfassender Ergebnisse bildeten verschiedene Qualifikationsarbeiten im Studiengang Konservierung und Restaurierung der FH Potsdam.
Die Projektbearbeitung erfolgte in drei Bearbeitungsphasen
1. Phase – Erarbeitung der Konzeption des „Offenen Anwendungskataloges“:
Hierzu mussten folgende Einzelfragen beantwortet werden:
- Erarbeitung der Auswahl exemplarischer Schmutzkrusten auf unterschiedlichen Oberflächen im Außen- und Innenbereich des Halberstädter Domes – Katalog;
- Auswahl möglicher Lasergeräte, die zum Einsatz kommen konnten;
- Festlegung und Beschreibung der zur Verfügung stehenden Einstellungsparameter an Lasertechnik;
- Festlegung und Erprobung des Spektrums der Vor- und Nachuntersuchung der zu reinigenden Oberflächen;
- Entwicklung der Struktur des Anwenderkatalogs;
- Vor- und Optimierungsversuche an bereits bestehenden alten Musterflächen im Kreuzgang;
- Erprobung des Ablaufschemas, bestehend aus Voruntersuchung, Optimierung der Laserreinigung, Nachuntersuchung der gereinigten Oberfläche und Dokumentation mit der Erstellung des Datenblattes für die beprobte Oberfläche.
2. Phase – Reinigung der festgelegten Auswahl exemplarischer Schmutzkrusten am Dom:
Dazu sollten die Arbeitsschritte der Voruntersuchung, der optimierten Laserreinigung, der Nachuntersuchung und Dokumentation entsprechend dem Ablaufschema zumindest bei den ersten exemplarischen Schmutzkrusten nacheinander erfolgen, um das Ablaufschema immer wieder kritisch zu evaluieren.
Hierzu mussten folgende Einzelfragen bearbeitet werden:
- Auswahl der exemplarischen Schmutzkrusten am Halberstädter Dom;
- Voruntersuchung der Schmutzkrusten;
- Optimierung der Laserreinigung;
- Nachuntersuchung der gereinigten Oberfläche;
- Dokumentation und Erstellung des Datenblattes;
- Fortsetzung und Wiederholung dieses Ablaufschemas bis eine gewisse Sicherheit bestand, dass diese Vorgehensweise von Bestand war;
- Übergang zur parallelen Arbeitsweise;
- Auswahl einer festzulegenden Anzahl exemplarischer Schmutzkrusten;
- parallele Voruntersuchung der Eigenschaften der Schmutzkrusten;
- optimierte Laserreinigung der Oberflächen;
- parallele Nachuntersuchung der gereinigten Oberflächen;
- Dokumentation und Erstellung der Datenblätter für die gereinigten Oberflächen.
3. Phase – Die entwickelte Vorgehensweise sollte an Referenzobjekten, wie z. B. an den Domen in Magdeburg und Halle, erprobt werden. Es war geplant, die für diese Objekte zuständigen Restaurator*innen in dieser Bearbeitungsphase aktiv in die Bearbeitung der optimierten Laserreinigung einzubeziehen sowie auch in die Erstellung der Datenblätter für den Anwendungskatalog. Für den Verlauf der dritten Bearbeitungsphase war ein Erfahrungstransfer in Form eines Kolloquiums vor Ort geplant.
Den Projektabschluss bildete die Erstellung eines Projektberichtes. Es war zusätzlich angestrebt worden, dass es sich bei dem Anwendungskatalog um ein offenes Dokument bzw. eine Datenbank handelt, welche zukünftig durch die angestrebte größere Anwenderzahl unter Vertragsaufsicht und Kontrolle ergänzt wurden.
Ergebnisse und Diskussion
Im Rahmen der Untersuchungen wurden unterschiedliche Lasersysteme sowie variierende Prozessparameter an verschiedenen Natursteinen, insbesondere Sand- und Kalkstein, erprobt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Laserreinigung grundsätzlich eine hohe Wirksamkeit hinsichtlich der Entfernung von Schmutzauflagerungen sowie mikrobiologischen Besiedlungen aufweist. Insbesondere bei moderaten Leistungsparametern konnten reproduzierbar gute Reinigungsergebnisse erzielt werden. Demgegenüber führte eine Erhöhung der Energiedichte vereinzelt zu unerwünschten Nebenwirkungen, wie ggf. Farbveränderungen oder auch einer zu hohen Öffnung des Porenraums, vor allem beim Sandstein. Hier besteht jedoch weiterer Untersuchungsbedarf.
Ein weiterer Untersuchungsgegenstand war der Vergleich zwischen Trocken- und Nassreinigung. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Nassreinigung in vielen Fällen eine höhere Reinigungsleistung erzielt, jedoch zugleich mit einer stärkeren Veränderung der oberflächennahen Materialstruktur einhergehen kann. Der Reinigungserfolg erwies sich stark abhängig von den jeweiligen Ausgangsbedingungen der Oberflächen. Insbesondere bei stark salzbelasteten, durch kompakte Krusten überprägten Bereichen waren die erzielten Ergebnisse teilweise eingeschränkt. Ergänzend wurden physikalische Parameter, wie die kapillare Wasseraufnahme und der Luftpermeationswiderstand, untersucht, um Veränderungen der Materialeigenschaften infolge der Laserbehandlung zu quantifizieren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Reinigung häufig mit einer Zunahme der Porosität einhergeht, was konservatorische Chancen impliziert. Zudem erweist sich die Untersuchungsmethode des Luftpermeationswiderstands als weiteres Instrument der Bewertung des Reinigungserfolges.
Ergänzend erfolgten Untersuchung zur Laserabnahme von Graffiti auf lackierten Holzoberflächen sowie verrußten Holzoberflächen. Hier zeigte sich, dass diese Methode grundsätzlich sehr effektiv sein kann. Im Vergleich zu traditionellen Reinigungsverfahren, wie z.B. dem Einsatz von Lösemitteln, bietet die Laserablation entscheidende Vorteile. Dazu zählen die selektive und kontrollierte Entfernung, die Möglichkeit, die Reinigungseinstellungen präzise zu wiederholen, und ein geringer Umwelteinfluss. Besonders vorteilhaft ist die berührungslose Bearbeitung, wodurch der Untergrund nur minimal beschädigt wird.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Regelmäßig wurde in der regionalen und überregionalen Presse durch abgehaltene Pressetermine über das Projekt informiert. Es erfolgten zudem Radio- und Fernsehbeiträge.
Um diese Technologie einem noch größeren Kreis anwendender Restaurator*innen zugänglich zu machen, bedarf es eines systematischen Erfahrungstransfers, der im Rahmen des DBU-Projekts im Sommer 2024 mit den „Laser-Tagen“ an der FH-Potsdam erfolgreich begonnen wurde. Die für viele Anwender*innen interessanten Ergebnisse sind zusätzlich in vorbildlicher Weise in eine Datenbank im Sinne eines „Offenen Anwendungskataloges“ eingeflossen.
Die Ergebnisse wurden insgesamt in einem öffentlichkeitswirksamen Abschlusskolloquium am 20.11.2025 vorgestellt.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Laserreinigung ein hohes Potenzial für die Anwendung in der Denkmalpflege besitzt. Gleichzeitig erfordert ihr Einsatz eine differenzierte, material- und schadensabhängige Anwendung. Die Auswahl geeigneter Geräte sowie die präzise Abstimmung der Prozessparameter sind entscheidend für den Erhalt der Originalsubstanz und die Qualität des Reinigungsergebnisses. Das Projekt leistet somit einen wesentlichen Beitrag zur Weiterentwicklung praxisorientierter Leitlinien und fördert den Wissenstransfer innerhalb der restauratorischen Fachpraxis.