Lichtschutz

Nach den „Standards für Museen" des ICOM (The International Council of Museums) sollen Museen Kultur- und Naturerbe der Menschheit vermitteln und bewahren. Zeugnisse aus Vergangenheit und Gegenwart dauerhaft zu erhalten, erfordert spezifische Kenntnisse zu potenziellen Schadensfaktoren und besondere Technologien.


Ob im sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereich – jede Strahlung kann kostbare und unersetzbare Kunstwerke schädigen. Die präventive Konservierung versucht, mögliche Schäden – auch durch Licht – so gering wie möglich zu halten. Hinzu kommen Wechselwirkungen mit anderen Faktoren, wie z. B. Temperatur, Feuchte und Luftverschmutzung. Mit LED-Technologie kann heute Lichtschutz gewährleistet und gleichzeitig deutlich bessere Sehbedingungen für Besucher geschaffen werden.

Photochemische Reaktionen

Strahlung ist Energie, die von den Molekülen eines Kunstwerks absorbiert oder reflektiert wird und so unterschiedliche chemische Reaktionen mit anderen Molekülen erzeugt. Jedes Molekül eines Exponats benötigt dafür eine spezifische Mindest-Aktivierungsenergie. Wird diese durch Lichtstrahlung erreicht oder überstiegen, kann es zu einer direkten Spaltung (= Photolyse) der Molekülbildung kommen – und damit im schlimmsten Fall zum Zerfall eines Werkes. Fremdmoleküle wie Sauerstoff, Wasserdampf oder Schadstoffe sowie eine verschmutzte Oberfläche begünstigen diesen Prozess durch Photooxidation.

Objektschädigung durch optische Strahlung

Photochemischer Vorgang
Wärmestrahlung
Ursache
Wirkung
Ursache
Wirkung
Spektrale Verteilung der auftreffenden StrahlungFarbveränderungenUmgebungstemperaturTrocknungsschwund
relative spektrale ObjektempfindlichkeitVerblassenBestrahlungsstärkeMechanische Spannungen
BestrahlungsstärkeVeränderungen im FarbtonThermische Emfindlichkeit des ExponatsRissbildung
BestrahlungsdauerFarben werden dunkler Herabsetzen der Elastizität
 Verlust von Brillanz  
 Ausfransen von Stoffen  
 Brüchigkeit  
 Risse  

Auf die Wellenlänge kommt es an: Die Schädlichkeit der Lichtstrahlen sinkt mit steigender Wellenlänge. Strahlung in der Wellenlänge von 365nm weist ein 135-fach höheres Schadenspotenzial auf als Strahlung im Gelbgrün-Bereich bei 546 nm. LED-Lichtquellen weisen kein UV-Licht auf. Sie sind daher grundsätzlich zu bevorzugen.

Ursachen photochemischer Reaktionen

Maßgeblich für die Schädigung von Objekten durch Strahlung bzw. Licht sind:

  • Spektrale Zusammensetzung des Lichts bzw. der optischen Strahlung

Energie und Strahlungsschädlichkeit steigen mit kürzer werdender Wellenlänge (UV>Blau>Grün>Gelb>Rot>IR). Hier kommt es auf das Spektrum der verwendeten Lichtquellen, auf Filter und andere lichtlenkende Materialien an.

  • Relative spektrale Objektempfindlichkeit

Sie wird vom Material bestimmt: Organische Materialien sind besonders anfällig für photochemische Veränderungen; anorganische Material sind stabiler.

  • Bestrahlungsstärke E (W/m2)

Die gesamte Strahlungsleistung, die auf eine Oberfläche trifft, wird in Watt pro Quadratmeter gemessen. Sie ist nicht mit der Beleuchtungsstärke zu verwechseln.

  • Bestrahlungsdauer H (Ws/m2)

Die Bestrahlungsdauer umfasst in der Regel die Öffnungszeit des Museums plus Wartungszeiten. Außerhalb der Öffnungszeiten sollte jegliche Bestrahlung der Exponate möglichst vermieden werden.

Der Schwellenbestrahlungswert

Schon bei der ersten Lichtexposition beginnt die Veränderung lichtempfindlichen Materials, zunächst unterschwellig, später evident. Kriterien für Schädigungen sind sichtbare Farbveränderungen (ΔΕ). Mit der Berechnung der Schwelle von unsichtbarer zu sichtbarer Veränderung definiert man für jedes Material dessen eigenen Schwellenbestrahlungswert, der sich in bestimmte Empfindlichkeitskategorien einordnen lässt. Lichtschäden addieren sich auf und sind nicht mehr rückgängig zu machen; es erfolgt also keine Regeneration.

Maßgeblich für eine Schädigung ist die Strahlungsdosis, also das Produkt aus Bestrahlungsstärke x Zeit. Bei konstanter Bestrahlung ergibt sich die photochemisch wirksame Bestrahlung (Dosis) H in Wh/m2 zu:

Hcm = Edm x t (dm = damage of materials)

Beispiel: In einer Sonderausstellung soll ein Exponat mit 100 Lux (lx) beleuchtet werden. Bei einer geplanten Dauer von 100 Tagen und 10 Stunden täglich ergibt sich eine Betriebszeit von 1.000 Stunden und somit eine Dosis von 100 lx x 1.000 h = 100.000 lx. Dieser Wert muss niedriger sein als der festgelegte Grenzwert (siehe nachfolgende Tabelle). Wird dieser überschritten, kann sowohl über die Beleuchtungsstärke als auch über die Ausstellungszeit die maximale Dosis angepasst werden.

Empfindlichkeitsklassen und Expositionszeiten

1. Kategorie
Unempfindlich
2. Kategorie Geringe Empfindlichkeit
3. Kategorie Mittlere Empfindlichkeit
4. Kategorie Hohe Empfindlichkeit
Feste, lichtunempfindliche Materialien
Dauerhafte, etwas lichtempfindliche Materialien
Weniger dauerhafte, lichtempfindliche Materialien
Sehr lichtempfindliche Materialien
Metalle, Mineralien, Stein, Glas, echte Keramik, EmailleÖl- und Temperagemälde, Fresken, ungefärbtes Leder und Holz, Horn, Knochen, Elfenbein, Lack, verschiedene KunststoffeKostüme, Aquarelle, Pastelle, Wandteppiche, Drucke, Zeichnungen, Manuskripte, Tapeten, Gouachen, gefärbtes Leder, botanische Proben, Felle, FedernZeitungen, historische Dokumente, Fotodrucke, Transparente, Papyrus, preiswerte synthetische Farben, Seide, historische Textilien
Grenzwerte Beleuchtungsstärke in Lux (lx)
Unbegrenzt2005050
Jährliche Präsentationszeit in Stunden pro Jahr (h/a)
Unbegrenzt

3.000 (z. B. 250 Tage bei 12h pro Tag)

3.000 (z. B. 250 Tage bei 12h pro Tag)

300 (z. B. 37 Tage bei 8h pro Tag)

Grenzwerte der Belichtung pro Jahr in lx h/a
Unbegrenzt600.000150.00015.000
(CEN/TS 16163) Diese Tabelle gibt eine Übersicht über mögliche Expositionszeiten. Die musealen Exponate sind in vier Empfindlichkeitsklassen eingeteilt, denen jeweils ein Grenzwert der Beleuchtungsstärke zugewiesen wird. Ausgehend von den jeweils bekannten Schwellenbestrahlungszeiten werden darauf Grenzwerte für die jährlichen Belichtungen und Präsentationszeiten berechnet.

Diese Übersicht kann nur eine erste Empfehlung sein. Sie rechnet vereinfachend nur mit Beleuchtungsstärken und nicht mit Bestrahlungsstärken.
Vor allem im Leihverkehr werden einzelne Exponate mit einem Lichtpass versehen. Darin werden Beleuchtungsstärken und Expositionszeit des Objekts vermerkt, aus denen sich die Strahlungsdosis errechnet. Der Lichtpass legt in der Regel eine von der Empfindlichkeit des Exponats abhängige jährliche Strahlungsdosis fest, die insgesamt nicht überschritten werden darf.

Schädigungsfaktor

Der Schädigungsfaktor beschreibt das Schädigungspotenzial einer Lichtquelle, abhängig von ihrem Spektrum. Schädigende Bestrahlungsstärke und Beleuchtungsstärke am Exponat stehen in einem festen Verhältnis zueinander. Berücksichtigt werden dabei:

  • das Spektrum der Lichtquelle,
  • die relative spektrale Empfindlichkeit des Exponats,
  • der relative spektrale Hellempfindlichkeitsgrad des menschlichen Auges sowie
  • eine potenzielle Filterung.

Dabei gilt: Je höher der Schädigungsfaktor (= Relative Damage Factor), desto größer die Schädigung.

Wärmestrahlung

Wärmestrahlung entsteht durch den IR-Anteil einer Lichtquelle. Je nach Beschaffenheit des Exponats absorbiert es bei Beleuchtung Strahlungsenergie, die thermisch wirksam wird. In welchem Maß das Objekt dadurch Schaden erleidet, ist anhängig von seinen Materialeigenschaften.

In jedem Fall führt Wärme zu einer beschleunigten chemischen Alterung. Der Temperaturanstieg ist neben Dauer und Intensität der Bestrahlung vom Absorptionsgrad der Oberfläche abhängig. Dunkle Oberflächen absorbieren mehr Wärme als weiße oder metallisch glänzende Texturen.

Von der Temperaturleitzahl des Materials ist es abhängig, wie sich die Wärme im Material verteilt. Für organische Materialien gilt die Faustregel: Eine um 10° C höhere Temperatur führt zu doppelt so schneller Alterung. Empfindliche Materialien wie z. B. Wachs oder Holz sind besonders gefährdet. Bei gut isolierenden Materialien kann es zu einer stärkeren Temperaturerhöhung auf der Oberfläche kommen. Übliche Schäden durch Wärme sind mechanische Spannungen, Verlust der Elastizität, Rissbildungen und Austrocknungen. Hohe IR-Anteile in den Lichtquellen sollten daher vermieden bzw. ausgefiltert werden.

Tageslicht

Im frühen 19. Jahrhundert arbeiteten die öffentlichen Museumsbauten vollständig mit Tageslicht, da es keine Alternative gab. Schon früh kamen Oberlichter zum Einsatz. In den 1950er und 1960er Jahren setzte sich dann die Erkenntnis durch, dass Sonnenlicht eine teilweise schädigende Wirkung auf die Exponate hat. In der Folge wurden Ausstellungsräume nur noch künstlich beleuchtet. Tageslicht stellt heute wieder einen hohen Qualitätsfaktor für die Präsentation von Kunstwerken dar. Es sorgt mit seinem relativ gleichmäßigen Spektrum für einen positiven, hellen Gesamteindruck im Raum und lässt Gegenstände in ihren natürlichen Farben erscheinen. Dank moderner Steuerungs- und Regeltechniken für Tageslichtsysteme ist heute der Einsatz von Tageslicht im Museum wieder möglich.

Die hohe Beleuchtungsstärke sowie der hohe Blauanteil im Lichtspektrum sind dafür verantwortlich, dass ungefiltertes Tageslicht um ein Vielfaches schädlicher ist als künstliches Licht. Tageslicht sollte im Museum deshalb nie direkt und ungefiltert, sondern nur baulich reduziert verwendet werden. Jalousien oder Klappläden an Außenfenstern reduzieren Tageslicht und Wärme. Fensterscheiben und Oberlichter sollten UV- und IR-Anteile absorbieren.

Schutzmaßnahmen

1. Die Auswahl der richtigen Lichtquelle

Tabellen zum Schädigungsfaktor besagen, dass insbesondere LED-Leuchten ein geringeres Schädigungspotenzial aufweise als andere Lichtquellen. Der konservatorische Vorteil von LEDs ist, dass sie keinerlei UV- und IR-Strahlung produzieren. Sie eignen sich damit bestens für die Museumsbeleuchtung.

2. Ausfiltern schädigender Strahlung

Sofern andere Lichtquellen als LED-Leuchten eingesetzt werden, können unerwünschte Strahlungsanteile je nach Anforderung für die verschiedensten Spektralbereiche speziell ausgefiltert werden, z. B. bis zu 420nm bei empfindlichen Exponaten. Dies erfolgt durch dichroitische Filter. Je steiler dabei die Kennlinie, desto sauberer wird ausgefiltert. Beachtet werden sollte aber, dass jeder Filter den Wirkungsgrad einer Leuchte vermindert und den Farbwiedergabeindex verändert.

3. Zeitliche Begrenzung der Bestrahlungsdauer

Exponate und Ausstellungsräume sollten nicht länger als unbedingt nötig beleuchtet werden. Neben der Bestrahlungsstärke kann über eine deutliche Verringerung der Bestrahlungszeit (gemäß des Bunsen-Roscoe’schen Gesetzes) die potenzielle Schädigung nachhaltig vermieden werden. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten: Völlige Dunkelheit außerhalb der Öffnungszeiten ist das Beste. licht.de empfiehlt eine separate Grundbeleuchtung für Putz-, Auf- und Abbau- sowie und Reparaturarbeiten im Raum, die Exponate nicht belastet.

Auch mechanisch können Ausstellungsstücke vor Licht geschützt werden, indem sie unter Klappen oder in Schubladen verborgen werden, die der Besucher bei Interesse dann selbst öffnet. Vitrinen können mit Schaltern für „Light on Demand" ausgestattet werden.

Besteht das Museum aus vielen Einzelräumen, in denen sich nicht dauerhaft Besucher aufhalten, ist es sinnvoll, die Beleuchtung durch den Publikumsverkehr durch Bewegungsmelder oder andere Sensoren aktivieren zu lassen. Die Schaltung sollte bereits vor dem Betreten eines Raumes, für den Besucher also unmerklich, erfolgen. Mit einer  Nachlaufsteuerung kann das Licht dann zeitverzögert wieder ausgeschaltet werden.

Generell sind Lichtsteueranlagen, dimmbare Leuchten und ähnlichen Steuerungen zur Reduzierung des Schädigungspotenzials zu empfehlen. Das technische Personal des Hauses sollte entsprechend geschult sein, um die komplexen Systeme an die jeweiligen Anforderungen anpassen zu können.

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