Laserstrahlreinigung von Naturstein, Laserreinigung, Stein

Die in der Kölner Innenstadt gelegene Pfarrkirche St. Mauritius wurde als repräsentative neugotische Kirche zwischen 1861 und 1866 errichtet. Nach der Zerstörung im Zweiten Weltkrieg blieb nur der Turm, die unteren Partien des Langhauses sowie der Chorbereich erhalten. Diese wurden von dem Architekten Fritz Schaller in einen Neubau integriert, der im ehemaligen Chorbereich den neuen Kirchenraum als Oktagon gestaltete und die verbliebenen Partien des Langhauses in einen begrünten Innenhof integrierte. Heute betritt der Besucher die Kirche durch die Seiteneingänge des Innenhofs; das ehemalige Hauptportal an der Westseite des Turmes wurde geschlossen. Die Figurengruppen des Tympanonfeldes oberhalb dieses Portals, das Martyrium des heiligen Mauritius darstellend, sowie die beiden seitlich platzierten Portalfiguren des heiligen Dionysius und des heiligen Reinold, wurden 1878 durch den Dombildhauer Peter Fuchs (1829 – 1889) in Savonniéres (Kalkstein) erstellt.

Die Kriegszerstörungen weitgehend unbeschadet überstanden, ohne offensichtliche Witterungsschäden, war die Lesbarkeit dieser Skulpturen durch die aufliegenden schwarzen Gipskrusten erheblich eingeschränkt. Eine Reinigung sollte erfolgen mit dem Ziel, eine ästhetische Verbesserung der Steinoberflächen zu erreichen. Der Kontrast zwischen dem hellen steinsichtigen Hintergrund und den stark geschwärzten Figuren im Tympanonfeld sollte reduziert werden; die im Regenschattenbereich der seitlichen Portalfiguren angelagerten Krusten waren zu entfernen, um diese Oberflächen den durch Schlagregen aufgehellten Zonen anzugleichen.

Neben diesen optisch-ästhetischen Gründen sollte durch den Abtrag der schwarzen Anlagerungskrusten (bedingt durch die Einbindung von Ruß- und Staubpartikeln) ebenfalls die physikalischen Eigenschaften des Natursteins nachhaltig optimiert werden (verbesserte Wasseraufnahme / Verminderung der thermisch-hygrischen Dehnung durch die unterschiedliche Ausdehnung von Anlagerungskruste und Steinoberfläche), um Folgeschäden zu verhindern. Dieses Konservierungskonzept war weder durch eine mechanisch-abrasive Reinigung, noch durch die Verwendung komplexbildender Pasten realisierbar, da Substanzschäden der Steinoberflächen, durch Abtrag bzw. durch Eintrag von Lösemitteln unvermeidbar gewesen wären.

tympanonfeld:
detail

So war die Verwendung eines Lasers, seit Mitte der '90er als Reinigungstechnik an Naturstein erprobt und durch wissenschaftliche Untersuchungen begleitet, aufgrund der Zielvorgabe und des von uns erarbeiteten Konzeptes notwendig. Die Laserstrahlreinigung, definiert als 'materialschonendes und berührungsfreies Verfahren zum Abtragen von Deckschichten', basiert auf dem Wirkprinzip der Absorption. Die Energie des gepulsten Laserstrahls (Nd:Yag-Laser) wird von der Anlagerungskruste auf der Steinoberfläche aufgenommen (absorbiert) und schlagartig in Wärme umgewandelt.

Durch diesen thermischen Prozess verdampft die absorbierende Schicht in einer Plasmawolke und die Deckschicht kann, mit jedem neuen Laserimpuls schichtweise abgetragen werden. Wird nun die absorbierende Kruste durchbrochen, treffen die Lichtwellen des Laserstrahls auf den hellen Kalkstein und werden diffus reflektiert, wodurch ein Energieeintrag in die Steinoberfläche unterbunden wird. Diese selbstregulierende Begrenzung schließt eine Schädigung der Natursteinoberfläche praktisch aus und ermöglichte es, die Oberflächen dieser sehr detailliert ausgearbeiteten Skulpturen uneingeschränkt zu erhalten.

Verwendet wurde ein sehr kompaktes tragbares Lasersgerät, mit flexibelen Lichtleiterkabel und einem relativ kleinen Handstück, dass ein Arbeiten vor Ort ermöglichte und so auch schwer zugängliche Partien erreicht wurden. Erstmals wurde von uns eine im Handstück integrierte Bearbeitungsoptik genutzt, die die Laserimpulse durch einen sich bewegenden Spiegel zu einer dünnen Linie mit einstellbarer Breite ablenkt. Diese nur im Focus des Laserstrahls erkennbare leuchtende Linie, wird manuell über die Oberfläche geführt, wobei der Abstand der Optik (Laseraustritt) zum Werkstück mit ca.+-2 mm einzuhalten ist, um eine abtragende Wirkung zu erzielen. Vergleichbar einem 'virtuellen Spachtel' werden so die aufsitzende Kruste von der Steinoberfläche berührungslos entfernt.

Das erzielte Ergebnis, im Vorfeld der Reinigung anhand von Materialmusterflächen mit unterschiedlichen Parametern bestimmt und mit der zuständigen Denkmalpflege abgesprochen, macht deutlich, dass der erwünschte Reinigungsgrad erreicht werden konnte, ohne die 'Patina' des steinsichtigen Materials zu zerstören - eine überreinigung der Skulpturen konnte vermieden werden.

Abschließend ist anzumerken, dass es unerlässlich ist, im Vorfeld einer solchen Maßnahme zu prüfen, ob die Zielsetzung und Erreichbarkeit eines Konservierungskonzeptes nur durch eine Laserstrahlreinigung realisierbar scheint. Das zu reinigende Material, der Erhaltungszustand des Natursteins und seine Oberflächenbeschaffenheit, sowie der hohe technische und zeitliche Aufwand setzen der Verwendung eines Reinigungslasers Grenzen.