9 Licht
Ohne Licht sind Raumeindruck und Kunstgenuss nicht möglich. Lichtfarben, Lichtverteilung, Design sowie Anordnung der Leuchten und Lichtträger schaffen unterschiedliche Lichtsituationen – Lichträume, die den jeweiligen ausstellungstechnischen Bedürfnissen Rechnung tragen.
Hierbei verlangt der konservatorische Aspekt besondere Aufmerksamkeit: Lichtschutz spielt in allen Ausstellungsräumen eine wichtige Rolle. Tageslicht und künstliches Licht enthalten Strahlungsanteile, die Ausstellungsobjekte bei Dauerbeleuchtung ausbleichen, austrocknen, verfärben oder verformen können. Davor schützen konservatorische Maßnahmen, jedoch nur, wenn sie strikt angewendet werden.
Ausbleichen, vergilben, nachdunkeln, verfärben, verspröden, verformen, verwölben, splittern, reißen, aufquellen, austrocknen, schrumpfen, sich auflösen – diese Aufzählung klingt nach äußerst destruktiven Einflüssen. Tatsächlich droht den Exponaten, die unter Tageslicht oder künstlichem Licht ausgestellt werden, oft mehr als nur eine dieser Gefahren.
Im Folgenden werden – nach einer kurzen Erläuterung zur optischen Strahlung – die Gefahren durch fotochemische Veränderungen bzw. thermodynamische Prozesse erläutert und die möglichen Schutzmaßnahmen vorgestellt.
Optische Strahlung
Ein nicht zu unterschätzendes Gefahrenpotenzial entsteht, wenn Materialien die optische Strahlung – das sind kurzwellige ultraviolette (UV) Strahlung (100 bis 380 nm = Nanometer), Licht (sichtbare Strahlung) mit 380 bis 780 nm Wellenlänge und langwellige infrarote (IR) Strahlung (780 nm bis 1 mm) – nicht vertragen. Optische Strahlung löst fotochemische oder thermodynamische (physikalische) Prozesse aus. Tageslicht mit seinem hohen UV-Anteil und der Wärmestrahlung der Sonne birgt daher erhebliche Risiken.
Lichttechniker und andere Wissenschaftler haben diese Phänomene untersucht (siehe Literatur im Wissenspool). Das Resultat ist neben Erfahrungswerten und daraus abgeleiteten Tipps für konservatorische Maßnahmen des Lichtschutzes ein umfangreiches Formelwerk, das die Schadenswirkung zwar berechenbar, für den Nicht-Lichttechniker aber nicht verständlicher macht. Auf Formeln, mathematische Zusammenhänge und Berechnungen soll deshalb an dieser Stelle verzichtet werden.
Wichtig zu wissen:
1. Nicht die auf das Objekt auftreffende, sondern die absorbierte Strahlung ist maßgeblich für eine Schädigung. Fotochemische Veränderungen verlaufen langsam. Dabei sind Lichtschäden kumulativ (sie „häufen sich an“), das heißt, kein Material vergisst eine Bestrahlung, ihre Stärke und Dauer.
2. UV-Strahlung und kurzwelliges Licht wirken in der Regel schädigender als langwelliges Licht und infrarote Strahlung. Das heißt, auch Strahlung im sichtbaren Bereich – also Licht – kann Schaden anrichten.
Fotochemische Veränderungen
Vor allem organische Materialien sind anfällig für fotochemische Veränderungen. Anorganische Materialien sind viel seltener betroffen. In Museen, Archiven und Bibliotheken werden vor allem Farbveränderungen gefürchtet, also das Ausbleichen, Vergilben, Nachdunkeln von Farbpigmenten, Bindemitteln, Schlussüberzügen in der Aquarell- und Ölmalerei, bei Papier, Textilien und Holz. Materialien werden im Hinblick auf ihre Empfindlichkeit gegenüber fotochemischer Schädigung kategorisiert:
| Kategorie | Beschreibung |
| 1. Unempfindlich | Das Objekt besteht aus festen Materialien, die lichtunempfindlich sind.
Beispiele: Die meisten Metalle, Mineralien und Gläser, Stein, echte Keramik, Emaille |
| 2. Geringe Empfindlichkeit | Das Objekt besteht u.a. aus dauerhaften Materialien, die etwas lichtempfindlich sind.
Beispiele: Öl- und Tempera-Gemälde, Fresken, ungefärbtes Leder und Holz, Horn, Knochen, Elfenbein, Lack, verschiedene Kunststoffe |
| 3. Mittlere Empfindlichkeit | Das Objekt besteht u.a. aus weniger dauerhaften Materialien, die lichtempfindlich sind.
Beispiele: Kostüme, Aquarelle, Pastelle, Wandteppiche, Drucke und Zeichnungen, Manuskripte, Temperamalerei, Tapeten, Gouachen, gefärbtes Leder und viele Objekte aus natürlichen Materialien wie botanische Proben, Felle und Federn |
| 4. Hohe Empfindlichkeit | Das Objekt besteht aus sehr lichtempfindlichen Materialien.
Beispiele: Seide, Zeitungen, bekanntermaßen wenig dauerhafte Farbstoffe |
Tab. 1: Materialkategorien gemäß CIE Publikation 157 (Control of Damage to Museum Objects by Optical Radiation, Technical Report, CIE 157:2004)
Die folgenden Abbildungen zeigen exemplarisch den Einfluss fotochemischer Veränderungen bei Textilien.
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| Kissen vor der Bestrahlung | Kissen nach der Bestrahlung, Fotos: Paul Schmits und Sirri Aydinli |
Die wichtigsten Parameter, die zu fotochemischen Prozessen beitragen, sind:
- Bestrahlungsstärke am Objekt.
- Bestrahlungsdauer: Zeit, in der ein Objekt der Bestrahlung ausgesetzt ist.
Je höher die Bestrahlungsstärke ist und je länger die Bestrahlung andauert, umso höher ist das Gefahrenpotenzial.
- Spektrale Strahlungsverteilung der Lichtquelle (Tageslicht oder Lampen): Zu jeder Wellenlänge des Lichts gehört eine bestimmte Spektralfarbe. Weißes Licht setzt sich aus einer Vielzahl von Spektralfarben unterschiedlicher Intensität zusammen. Diese spektrale Strahlungsverteilung ist charakteristisch für den jeweiligen Lampentyp oder das Tageslicht. So dominieren bei Glühlampen die langwelligen roten Spektralfarben und bei Tageslicht die kurzwelligen blauen.
- Relative spektrale Objektempfindlichkeit: Sie kennzeichnet die Abhängigkeit der Lichtempfindlichkeit eines Objekts von den Wellenlängen der Bezugsstrahlung. Das höchste Schädigungspotenzial geht zwar von der UV-Strahlung (< 380 nm) aus, aber auch im Lichtbereich, insbesondere im blauen, ist die Objektempfindlichkeit nicht zu vernachlässigen.
- Wirksame Schwellenbestrahlung: Maß für die absolute Objektempfindlichkeit. Bei der ersten Bestrahlung beginnt die Veränderung lichtempfindlichen Materials – zunächst unsichtbar, später sichtbar. Die zahlenmäßige Bestimmung dieser Schwelle der beginnenden Sichtbarkeit ist der Maßstab zur Bewertung der Lichtempfindlichkeit. Die Schwellenbestrahlungsdauer (also die Zeit bis zum Erreichen der Schwelle) wird für einzelne Materialarten unter Tageslicht oder dem Licht verschiedener Lampen ausgewiesen.
Die wirksame Bestrahlung wird mathematisch ermittelt aus den Werten für die optische Strahlung (spektrale Verteilung), für die Bestrahlung und für die relative Objektempfindlichkeit.
Außerdem spielen folgende Eigenschaften und Bedingungen bei fotochemischen Prozessen eine Rolle:
- Spektrale Absorptionseigenschaften des Materials und seine spezifische Disposition für Sekundärreaktionen: Die Strahlung ist fotochemisch nur dann wirksam, wenn sie durch das Material absorbiert wird. Zum Beispiel wird die grüne Farbe, die sich aus der Mischung der blauen und gelben Pigmente ergibt, nach der fotochemischen Wirkung der Strahlung immer mehr zu einer blauen Farbe übergehen, weil blaue Pigmente energiereichere kurzwellige Strahlung (blau) weniger absorbieren als gelbe Pigmente. Die blauen Pigmente werden somit weniger geschädigt und dominieren in diesem Fall nach der Schädigung die resultierende Farbe.
- Umgebungs- und Objekttemperatur
- Feuchtigkeit im Objekt und in seiner Umgebung
- Schadstoffe oder Staub, die sich auf dem Objekt abgelagert haben
- Eigenschaften der verwendeten Farbstoffe und Pigmente
Schädigungspotenzial
Die schädigende Bestrahlungsstärke und die Beleuchtungsstärke am Exponat stehen in einem festen Verhältnis zueinander. Dieses Verhältnis ergibt das Schädigungspotenzial. Es ist die entscheidende Größe zur Beschreibung des Schädigungsvermögens, das von einer Beleuchtungssituation mit bestimmten Lichtquellen und Filtern auf bestimmte Ausstellungsobjekte und Materialien ausgeht.
Das relative Schädigungspotenzial des Tageslichts und der in Tabelle 2 aufgeführten Lampen bezieht sich auf die Schädigungswirkung der CIE Normlichtart A (Bezugswert: 100 Prozent). Quelle: DIN CEN/TS 16163:2014-07.
Die CIE Normlichtart A entspricht mit ihrer Farbtemperatur von 2856 K den meisten allgemein gebräuchlichen Glühlampen.
| Lichtquelle
|
Kantenfilter | Fensterglas | ||||
| ohne | Filterkante bei (nm) | einfach | doppelt | |||
| 380 | 400 | 420 | einfach | doppelt | ||
| Tageslicht | 280 | 185 | 160 | 125 | 240 | 230 |
| Normlichtart A (Allgebrauchsglühlampe) | 100 | 90 | 85 | 80 | 95 | 90 |
| Halogen-Metalldampflampe | 265 | 210 | 175 | 130 | 250 | 250 |
| Leuchtstofflampe neutralweiß | 120 | 110 | 105 | 90 | 115 | 115 |
| Leuchtstofflampe warmweiß | 105 | 90 | 85 | 75 | 100 | 100 |
| LED 3000K warmweiß | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 |
| LED 4000K neutralweiß | 95 | 95 | 95 | 90 | 95 | 95 |
| LED 5000K kaltweiß | 105 | 105 | 105 | 105 | 105 | 105 |
Tab. 2: Typische Werte des relativen Schädigungspotenzials von Lichtquellen mit und ohne Filter. Bei Wellenlängen, die kürzer sind als die angegebene Grenzwellenlänge, lassen die Kantenfilter keine Strahlung durch. Das Licht mit höheren Wellenlängen soll möglichst ungehindert durchgelassen werden, um die Farbwiedergabe nicht zu beeinträchtigen. Die angegebenen Werte des relativen Schädigungspotenzials sind für Kantenfilter angegeben, bei denen in nächster Nähe zu der angegebenen Grenzwellenlänge die Filterdurchlässigkeit (Transmission) von 0 % auf den maximalen Wert (ca. 85 %) ansteigt. Kantenfilter lassen sich z.B. durch hochwertige optische Gläser oder durch Beschichtung als „dichroitische Filter“ realisieren.
Ein Objekt, das zum Beispiel 1.000 Stunden lang bei 200 Lux Beleuchtungsstärke dem Licht einer Halogen-Metalldampflampe mit einem Kantenfilter bei 380 nm (einfacher UV-Schutz) ausgesetzt ist, erfährt mit 175 Prozent eine fast doppelt so starke Schädigung wie durch eine ungefilterte Niedervolt-Halogenlampe.
Das bedeutet im Umkehrschluss: Für denselben Grad der Schädigung kann das Objekt mit dem ungefilterten Licht einer Niedervolt-Halogenlampe fast doppelt so lange oder fast doppelt so stark beleuchtet werden wie mit dem gefilterten Licht der Halogen-Metalldampflampe.
Vorbelichtung
Untersuchungen belegen, dass für die Auswahl der Beleuchtung eines Exponats auch dessen Vorbelichtung eine Rolle spielen kann: So schaden bereits kleine Dosen einer wirksamen Bestrahlung noch niemals ausgestellten, nicht vorbelichteten Objekten, während älteres, vorbelichtetes und schon verändertes Material für denselben Schaden mit viel höheren Dosen bestrahlt werden müsste.
Viele molekulare Abbauprozesse verlangsamen sich stetig, kommen schließlich gar zum Stillstand. In diesen Fällen ist es möglich, die Lichtschutzmaßnahmen auf die Zeit der Vorbelichtung abzustimmen und zu verringern. Die Vorbelichtung lässt sich am besten ermitteln, wenn alle Zeiten (und Arten) der Bestrahlung dokumentiert sind. Um die Vorbelichtung mit Vergleichsmessungen feststellen zu können, müssen am Objekt unbelichtete Partien vorhanden sein.
Schutzmaßnahmen gegen fotochemische Veränderungen
Wenn fotochemische Prozesse erst gar nicht oder zumindest vermindert in Gang gesetzt werden sollen, bedeutet Lichtschutz die Verringerung der wirksamen Bestrahlung. Vor allem sollte die besonders schädliche kurzwellige, insbesondere die UV-Strahlung verringert oder gänzlich ausgeschlossen werden.
Dafür gibt es mehrere wirksame Maßnahmen:
- Wahl der geeigneten Lichtquelle: Sehr empfindliches Material sollte mit Licht beleuchtet werden, das wenig Schädigungspotenzial hat (siehe Tabelle 2).
- Ausfiltern der schädigenden Strahlung: Sollen andere Lampen eingesetzt oder Strahlung völlig ausgeschlossen werden, kann die kurzwellige Strahlung herausgefiltert werden. Halogenlampen für Netzspannung und Niedervolt gibt es zwar mit integriertem UV-Stop, doch genügt dieser nicht den konservatorischen Anforderungen. Mittel der Wahl sind spezielle Filter. Glasfilter, Absorptionsfilter, dichroitische Filter, Kunststoffgläser oder -folien – die Auswahl ist groß, für jede Anwendung stehen geeignete Filter zur Verfügung. Mit ihnen kann die kurzwellige Strahlung bis 380 nm ausgefiltert werden. Eliminiert der Filter außerdem das kurzwellige blaue Licht bis zur Grenzwellenlänge 420 nm, so kann der Schutz vor fotochemischer Veränderung verbessert werden, ohne dass sich die Farbwiedergabe merkbar verschlechtert. Beim Ausfiltern weiterer Wellenlängen > 420 nm kann dies nicht mehr sichergestellt werden. Alternativen zu Filtern am Lichtaustritt (Lampe) sind Vitrinenglas oder Bildverglasungen, die die UV-Strahlung herausfiltern.
LED-Lampen benötigen keinen besonderen UV-Schutzfilter, da die Strahlung dieser Lampen i.d.R. keine UV-Strahlung aufweist. Sie haben daher nur ein geringes Schädigungspotenzial. Allerdings ist der kurzwellige blaue Strahlungsanteil besonders zu beachten: Je größer dieser Strahlungsanteil ist, desto höher sind die Farbtemperatur und das Schädigungspotenzial (siehe Tabelle 2). - Begrenzung der Belichtung
Für die maximalen jährlichen Belichtungsdosen in Abhängigkeit von der Objektempfindlichkeit siehe Tabelle 3. Ausgehend von 300 Öffnungstagen im Jahr und 10 Präsentationsstunden pro Tag ergeben sich hieraus maximale Beleuchtungsstärken auf den Objekten. Da die Bestrahlung, d.h. das Produkt aus Bestrahlungsstärke und Bestrahlungsdauer, die Höhe der Schädigung bestimmt, kann bei kürzeren jährlichen Präsentationszeiten die Beleuchtungsstärke entsprechend erhöht werden. Bei einer Beleuchtungsstärke < 50 Lux (lx) können weder die Farbe noch Details eines Objekts zufriedenstellend wahrgenommen werden. Daher wird für sehr empfindliche Objekte eine Reduzierung der Belichtungszeit auf 300 Stunden pro Jahr (h/a) anstelle einer Absenkung der Beleuchtungsstärke unter 50 lx empfohlen.
Exponate und Ausstellungsräume sollten möglichst nur für kurze Zeit beleuchtet werden. Außerhalb der Öffnungszeiten ist Dunkelheit das Beste; für die Reinigung (Putzlicht) oder für Aufbau-/Abbau- und Reparaturarbeiten ist eine separate, nicht schädigende Beleuchtung empfehlenswert, zumindest sollte die reine Präsentationsbeleuchtung dafür ausgeschaltet bleiben und die Allgemeinbeleuchtung gegebenenfalls gedimmt werden. In vielen Fällen sind Anwesenheitssensoren ein geeignetes Mittel, um die Bestrahlung während der Öffnungszeiten zu begrenzen. Angepasstes Dimmen gestaltet den Hell-Dunkel-Übergang visuell angenehm. Das Ausschalten sollte mit einer gewissen Zeitverzögerung programmiert werden.Materialkategorie Grenzwert der Beleuchtungsstärke in lx Jährliche Präsentationszeit in h/a Grenzwert der Belichtung pro Jahr in lx h/a 1. Unempfindlich Unbegrenzt Unbegrenzt Unbegrenzt 2. Geringe Empfindlichkeit 200 3.000 600.000 3. Mittlere Empfindlichkeit 50 3.000 150.000 4. Hohe Empfindlichkeit 50 300 15.000 Tab. 3: Grenzwerte der jährlichen Belichtung (in lx h/a) und Beleuchtungsstärke (in lx) (entnommen aus der CIE Publikation 157, siehe Tabelle 1)
- Schutz vor Tageslicht
Zum Lichtschutz gehört, dass auch das Tageslicht in seiner Beleuchtungsstärke begrenzt wird. Für entsprechend empfindliche Exponate müssen auch die UV-Strahlung und das kurzwellige Licht ausgefiltert werden. Zu diesen Schutzmaßnahmen dienen Tageslichtsysteme wie z.B. Vorhänge, Lamellen und UV-Schutz-Folien. Sie werden in der Regel als Kombination eingesetzt. Die Tageslichtsysteme verhindern den direkten Sonnenlichteinfall und vermindern das Beleuchtungsniveau, während die Folien die UV-Strahlung ausfiltern und gleichzeitig das Beleuchtungsniveau zusätzlich herabsetzen.
Thermodynamische Prozesse
Von thermodynamischen Prozessen sind nahezu ausschließlich organische Materialien betroffen: Holz, Textilfasern, Pergament, Leder und andere. Die Wärmebelastung des Ausstellungsobjekts entsteht durch Absorption von Licht und infraroter Strahlung. Die Erwärmung führt überwiegend zu Trocknungsprozessen. Beim Austrocknen verringern sich Zugfestigkeit, Elastizität und Volumen, unter der entstandenen mechanischen Spannung verformt sich zunächst die Oberfläche, häufig danach auch das gesamte Objekt. Tabelle 4 zeigt die Faktoren, die die thermische Belastung eines Exponats beeinflussen.
Tab. 4: Faktoren, die die thermische Belastung eines Exponats beeinflussen
Die physikalischen Veränderungen durch Wärmestrahlung sind gravierender bei gleichzeitig ablaufenden fotochemischen Prozessen, die von der Wärme beschleunigt werden und in Wechselwirkung zu den thermodynamischen Prozessen treten. Auch wenn Temperatur und Feuchtigkeit wechseln, zum Beispiel durch das Ein- und Ausschalten von Lichtquellen, beschleunigt sich die physikalische Veränderung.
Anders als die molekulare Veränderung bei fotochemischen Prozessen, die zum Stillstand kommen kann, wirkt die thermische Belastung durch Bestrahlung immer schädigend. Die thermodynamische Wirkung der Strahlung am Objekt wird durch seine thermische Empfindlichkeit und Bestrahlungsstärke am Objekt bestimmt. Dabei ist vor allem die absorbierte Strahlung maßgebend. Für die thermische Belastung des Ausstellungsraums durch künstliche Beleuchtung ist das Produkt aus der Lichtausbeute der Lampen und dem Beleuchtungswirkungsgrad der Beleuchtungsanlage entscheidend.
Schutzmaßnahmen gegen thermodynamische Prozesse
Die Schutzmaßnahmen gegen Wärmebelastung sind größtenteils mit denen gegen fotochemische Prozesse identisch (s.o.). Wirksame Maßnahmen sind:
- Wahl der geeigneten Lichtquelle: Für wärmeempfindliche Materialien eignen sich nur Lampen, deren Licht wenig infrarote Strahlung enthält. Bei Verwendung von Niedervolt-Halogenlampen sind Kaltlichtspiegel-Lampen die richtige Wahl. Keine infrarote Strahlung ist im Lichtbündel von faseroptischen Beleuchtungssystemen und Leuchtdioden (LEDs) enthalten.
- Ausfiltern der schädigenden Strahlung mit Infrarot-Filtern
- Begrenzung der Belichtung
- Ableitung der Wärme: Auch bei Lampen, deren Lichtstrom wenig Wärme enthält, kann sich die Leuchte und ihre unmittelbare Umgebung erwärmen. Das ist zum Beispiel in Vitrinen relevant. Damit diese sekundäre infrarote Strahlung keine Schäden anrichtet, muss sie abgeleitet werden. Die Luftzirkulation kann gegebenenfalls mit Ventilatoren erhöht werden.
- Schutz vor Tageslicht
Die infrarote Strahlung des Tageslichts ist genauso schädlich wie die von Lampen. Direktes Sonnenlicht muss daher immer „ausgesperrt“ werden.