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Geschichte+Archäologie Umwelt+Natur

Lifting für die Gotteshäuser

Schon viele angebliche Wundermittel sollten den Zerfall historischer Bauwerke stoppen – doch die meisten blieben wirkungslos. Lange waren die Restauratoren deshalb skeptisch. Doch inzwischen nutzen immer mehr aus der Zunft die neuen Erkenntnisse von Chemikern, um Denkmäler zu erhalten.

Ein übler Anblick bot sich den Experten des Mainzer Instituts für Steinkonservierung, als sie vor rund drei Jahren mit der Restaurierung des Glockenturms der Benediktinerabtei im saarländischen Tholey begannen: Große Teile des Sandsteins waren extrem verwittert, unter der Oberfläche waren die Steine bis zu mehrere Zentimeter tief mürbe geworden und begannen zu zerbröseln.

Schichtweise abgeplatzte Steinreliefs und irreparabel geschädigte Glasmalereien – solche Schadensbilder zeigen Denkmalschützer und Restauratoren auf jeder Konferenz. Nicht immer haben nur Wasser, Umweltschadstoffe und Mikroorganismen die Baudenkmäler zerstört, sondern oft waren es auch fehlgeschlagene Konservierungsversuche. Schutzbeschichtungen oder Imprägniermittel haben den Zerfallsprozess von Gläsern und Gestein an etlichen historischen Gebäuden sogar beschleunigt, statt ihn zu verhindern.

Viele Denkmalschützer und Restauratoren schieben die Schuld der chemischen Industrie zu. „Sie warf früher ohne systematische Forschung Produkte auf den Markt“, sagte Prof. Gottfried Kiesow, der Vorsitzende der Deutschen Stiftung Denkmalschutz, auf einer Tagung in Köln. Er bemängelte: „Die chemische Zusammensetzung dieser Mittel war nicht bekannt, und es gab keine Anweisungen, wie sie bei welchen Gesteinsarten und bei welchen Schadensursachen auf den Stein zu bringen seien.“

Die Chemikerin Dr. Hannelore Römich, Leiterin des Kompetenzfeldes Kulturgüterschutz beim Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC) in Würzburg, versucht sich aus der Schlinge zu ziehen: „Tatsächlich haben Chemiker in der Industrie lange Zeit den Wunschzettel der Restauratoren nicht genug beachtet. Doch die Restauratoren ihrerseits haben auch nicht genug auf den Beipackzettel mit den Risiken und Nebenwirkungen geschaut, wenn sie die Mittel einsetzten.“

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Viele Denkmalschützer und Restauratoren lehnen heute den Einsatz von Konservierungsmitteln und anderen chemischen Substanzen ab. In schlechten Ruf geraten ist beispielsweise die Wasser abweisende Imprägnierung von Gestein. „Das hat nicht nur mit schlechten Erfahrungen zu tun“, sagt Dr. Markus Boos, Technischer Leiter Baudenkmalpflege bei der Firma Remmers Baustofftechnik im niedersächsischen Löningen. „Die Denkmalpflege fordert, dass alle Maßnahmen reversibel sind, also weitestgehend wieder rückgängig gemacht werden können.“ Denn spätere Generationen könnten sonst verbesserte Konservierungs- und Restaurationstechniken nicht einsetzen.

Die ablehnende Haltung der Denkmalschützer ist für die Industrie-Chemiker ein Problem. Zum Beispiel für die Fraunhofer-Forscher des ISC, die zwischen 1985 und 1995 ein Beschichtungssystem zum Schutz mittelalterlicher Gläser entwickelten. Es basiert auf so genannten Ormoceren – transparenten Polymeren aus anorganischen und organischen Einheiten. „Obwohl das System viele Anforderungen sehr gut erfüllt, konnte es sich nicht durchsetzen“, bedauert Römich. Viele Restauratoren schützen Kirchenfenster lieber durch zusätzliche Fenster auf der Außenseite zur Abwehr von Feuchtigkeit, Staub und Schmutz.

Ob diese simple Maßnahme die Fenster wirklich optimal schützt, wurde in etlichen Kirchen mit moderner Technologie überprüft: So geben Mikroklima-Messungen Auskunft, wie stark sich zwischen Original- und Schutzglas Feuchtigkeit und Schadstoffe ansammeln. Eine alternative Methode haben die ISC-Wissenschaftler entwickelt: Sie bringen kleine selbst hergestellte Scheiben aus besonders korrosionsempfindlichem Glas in unmittelbarer Nähe der Fenster an und prüfen nach einiger Zeit deren Zustand mit Hilfe der Infrarot-Spektroskopie. Untersucht wurden auf diese Weise zum Beispiel die Außenschutzverglasungen von Kirchen in Altenberg, Augsburg, Esslingen, Assisi und Zürich. Mit beiden Methoden kamen die Wissenschaftler zum gleichen Ergebnis: Zwar hält die Außenschutzverglasung im Schnitt rund 90 Prozent aller Umwelteinflüsse ab – aber manchmal schafft das neue Probleme. So änderte im Münster von York (England) das Anbringen des Schutzglases die Belüftung des Originalfensters.

Wie erfolgreich neue chemische und technische Erkenntnisse bei der Restaurierung sein können, zeigt das Jakobfenster des Erfurter Doms. Es nimmt nach seiner Generalüberholung seit ein paar Wochen wieder seinen alten Platz im Hohen Chor ein. Das Jakobfenster gehört zu einem kostbaren Ensemble von 13 großen Fenstern mit nahezu 1000 Scheiben, allesamt entstanden in den Jahren 1380 bis 1420. Die Glasmalereien berichten von der Erschaffung des Menschen, von den alttestamentarischen Patriarchen Jakob und Josef sowie von Jesus‘ Wirken. Und sie stellen die Heiligen Adolar und Eoban dar, die in Thüringen missionierten.

Experten zählen die Fenster des gotischen Chors zu den herausragendsten Glasmalereien in Deutschland. Jede Szene ist Teil eines Gesamtkonzepts, das über alle Fenster hinweg weitgehend durchgehalten wurde – anders als bei Glasmalereien vieler anderer Kirchen. Außerdem dokumentieren die Erfurter Fenster einen Stilwechsel: „Auf untersetzte Figuren mit etwas derbem Ausdruck folgten elegantere, weichere Darstellungen“, erläutert der Kunsthistoriker Dr. Falko Bornschein, der die Restaurierung der Fenster begleitet.

Das Jakobfenster und das so genannte Tiefengrubenfenster haben den Anfang gemacht – bis etwa 2025 will die Erfurter Glaswerkstatt auch den anderen Chorfenstern wieder zu alter Schönheit verhelfen. Auf der Innenseite der Fenster soll verhindert werden, dass sich die von den mittelalterlichen Künstlern eingebrannte bräunlichschwarze Schmelzfarbe weiter ablöst. Zu dieser Ablösung kann es durch Korrosion oder Verschmutzung des darunter liegenden Glases kommen, oder weil das Original-Gemälde später übermalt wurde. Um die Farbe zu festigen, greifen die Restauratoren zu bewährten Mitteln: Paraloid, ein Acrylharz, oder Mischungen aus Bienen- und Carnauba-Wachs. Dabei hilft ihnen, dass die Auftragstechnik und die erforderlichen Lösemittel in den letzten Jahren wesentlich verbessert wurden.

Billig ist das Erfurter Glasprojekt nicht. Rund drei Millionen Euro wird die Restaurierung der Fenster kosten. Was die Arbeiten so dringlich macht: An trüben Tagen lassen sich manche der Glasmalereien im Hohen Chor kaum mehr erkennen. Denn auf der Außenseite der Fenster hat sich Wetterstein gebildet: Luftschadstoffe, vor allem Schwefeldioxid, und Feuchtigkeit haben die Oberfläche des mittelalterlichen Glases mit einer dicken Kruste überzogen, die größtenteils aus Gips besteht.

Der Wetterstein trübt das Glas und macht die Farben stumpf. Einzelne helle Glassorten, die im Gegensatz zu den dunklen Gläsern Blei enthalten, sind wegen dieses Schwermetalls vergleichsweise beständig und deshalb weniger von Wetterstein belegt. Diese Partien überstrahlen nun durch ihre hohe Lichtdurchlässigkeit benachbarte Fensterbereiche, die man deshalb kaum mehr erkennt.

Mit dem Skalpell lässt sich dem Wetterstein nicht beikommen. Denn er ist stellenweise extrem hart, und die Gefahr ist groß, dass beim Versuch, ihn zu entfernen, das Glas darunter zerkratzt wird oder zerspringt. Seit 1990 suchen die Restauratoren der Erfurter Glaswerkstatt nach einer wirksamen und gefahrlosen Bearbeitungsmethode. Gemeinsam mit Naturwissenschaftlern testeten sie dazu etliche Verfahren – finanziell zunächst unterstützt vom damaligen Bundesministerium für Forschung und Technologie, später von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt.

So prüften die Denkmalpfleger, ob das so genannte abrasive Verfahren, das vor allem in England häufig angewandt wird, den Erfurter Glasfenstern zu neuer Transparenz verhelfen kann. Bei diesem Reinigungsverfahren werden Plastikkügelchen oder ein Granulat aus gemahlenen Nussschalen auf den Wetterstein gestrahlt, um ihn mechanisch zu zerstören. Das Verfahren scheiterte an der Härte des Erfurter Wettersteins und der Empfindlichkeit des darunter liegenden Glases. Große Hoffnungen ruhten zunächst auf Experimenten, bei denen Laserstrahlen die Korrosionskrusten auf dem mittelalterlichen Glas abtragen sollten. Doch vergebens: Die Handhabung des Lasers war zu umständlich für das sensible Material.

Erst Versuche, den Wetterstein mit chemischen Mitteln aufzulösen, führten zum Erfolg. Prof. Elisabeth Jägers und ihre Mitarbeiter vom Institut für Restaurierungs- und Konservierungswissenschaften der Fachhochschule Köln, Fraunhofer-Forscher vom ISC sowie Wissenschaftler der Berliner Bundesanstalt für Materialforschung stellten eine Auswahl unterschiedlicher chemischer Mixturen für das Entfernen des Wettersteins her und überprüften systematisch deren Wirksamkeit – zunächst an extra für diesen Zweck hergestelltem Glas mit einer Zusammensetzung wie im Mittelalter, später an Originalen.

Das Rennen machten Ammoniumkarbonat haltige Kompressen: Sie wandeln den Gips des Wettersteins in wenigen Stunden in Kalziumkarbonat – gewöhnlichen Kalk – um und binden ihn. Nach dem Abnehmen der Kompressen ist der meiste Wetterstein verschwunden. Ein anschließender Waschgang verhindert, dass sich ungebundenes Kalziumkarbonat als Kalkschleier auf der Fensteroberfläche abscheidet.

Um das Verfahren in der Praxis anwenden zu können, bedarf es eines Tricks. Denn Feuchtigkeit und darin gelöste Salze aus der Kompresse würden sonst auf die bemalte und besonders empfindliche Innenseite der Fenster gelangen – durch Sprünge im Glas oder durch Ritzen zwischen den Glassegmenten. Um das zu verhindern, dichten die Restauratoren diese Stellen mit einem wachsartigen Mittel namens Cyclododecan ab, bevor sie die Kompressen auf die Außenseite des Fensters legen. Nach der Behandlung des Glases verdunstet das Wachs innerhalb einiger Wochen, ohne Rückstände zu hinterlassen.

Was für den Erfurter Dom – dessen Wetterstein aus unbekannten Gründen eine weltweit einmalige Härte zeigt – einen immensen Fortschritt bedeutet, ist für den Kölner Dom überflüssig: Die Korrosionskruste auf seinen Fenstern lässt sich ganz simpel mit Borstenpinseln entfernen. „Es gibt keine Rezepte, die blind angewendet werden können“, betont Prof. Hans Leisen vom Institut für Restaurierungs- und Konservierungswissenschaften der Fachhochschule Köln.

Der Kölner Dom verdeutlicht, wie komplex die Konservierung alter Baumonumente ist: 1979 brachten der frühere Dombaumeister Arnold Wolff und der Chemiker Siegbert Luckat, damals Leiter eines Instituts zur Erforschung des Materialschutzes von Denkmälern, zum Test fast 300 kleine Steinwürfel in einer Halterung auf dem Westdach des Südquerschiffs an, wo sie bis heute ihre Aufpasserrolle spielen. Bis auf einige unbehandelte Exemplare ist jeder dieser Würfel getränkt mit einem von 34 verschiedenen Steinschutzmitteln oder mit einer Kombination von ihnen. Die Würfel bestehen aus jenen acht Steinsorten, mit denen die Baumeister des Kölner Doms ihn über die Jahrhunderte hinweg errichtet haben. Zweck dieser aufwendigen Versuchsanordnung ist es, herauszufinden, inwieweit die Wirksamkeit der Konservierungsmittel von der Art des Gesteins abhängt.

Seit 1997 hat die Geologin Dr. Esther von Plehwe-Leisen insgesamt 82 Würfel zweier Gesteinsarten – Schlaitdorfer Sandstein und Drachenfels-Trachyt – in ihrem Kölner Labor für Fragen der Natursteinerhaltung analysiert. Den Zustand der Oberflächen untersuchte sie unter dem Mikroskop. Risse oder sonstige Schäden im Würfelinneren spürte sie per Ultraschall auf. Zudem überprüfte die Wissenschaftlerin, wie sich die Würfel verhalten, wenn sie mit Wasser in Berührung kommen. Denn das Verhalten gegenüber Feuchtigkeit ist entscheidend für die Widerstandsfähigkeit eines Gesteins gegen Witterungseinflüsse und Schadstoffe.

Das Ergebnis der Untersuchungen: Selbst nach rund 20 Jahren „ Freiluftbewitterung“ schützen manche Konservierungsmittel noch immer den Stein. „Den nachhaltigsten Schutz bieten Kieselsäureester, mit denen die beiden Gesteinsarten gefestigt werden können“, sagt von Plehwe-Leisen. Beim Schlaitdorfer Sandstein hat sich außerdem die zusätzliche Behandlung mit Wasser abweisenden Mitteln als vorteilhaft erwiesen.

Die chemische Industrie hat die Steinfestiger auf Basis von Kieselsäureestern seit dem Start des Kölner Dom-Experiments Ende der siebziger Jahre weiter verbessert. Substanzen mit maßgeschneiderter Rezeptur setzen gerade so viel Kieselgel als Bindemittel frei, dass die ursprüngliche Festigkeit des Gesteins wiederhergestellt wird. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass der Verwitterungszustand des Steins genau bekannt ist – er muss daher zunächst durch Laborversuche und durch Untersuchungen vor Ort bestimmt werden. Eine neue Generation von Produkten enthält so genannte Weichsegmente. Sie scheiden Gel-Plättchen ab, die selbst feinste Risse im Gestein schließen – bis hinunter zu einer Größe von etwa zehn Mikrometern.

„Die Resultate des Langzeit-Experiments sind eine gute Basis, um individuelle Erhaltungskonzepte für die Bausubstanz des Kölner Doms zu erarbeiten“, resümiert von Plehwe-Leisen. Bisher werden geschädigte Steine des monumentalen Bauwerks – wie bei den meisten Baudenkmälern – ausgetauscht oder von Steinmetzen bearbeitet. Von Plehwe-Leisen ist überzeugt, dass die Konservierung von Originalgestein diese herkömmliche aufwendige Praxis wirkungsvoll ergänzen kann. ■

Frank Frick ist promo-vierter Chemiker und lebt als freier Wissenschaftsjournalist in Bornheim bei Bonn.

Frank Frick

COMMUNITY INTERNET

Homepage des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung in Würzburg:

www.isc.fraunhofer.de

Homepage der Ibach Steinkonservierung GmbH:

www.ibach-stein.de

Ohne Titel

Marmorfiguren aus dem Park von Sanssouci, der Heinzelmännchen-Brunnen in Köln, Kreuzblumen vom Baseler Münster: Sie zählen zu den bislang rund 15 000 Steinobjekten, die mit einem Verfahren der Ibach Steinkonservierung GmbH aus Bischberg in Bayern vor dem endgültigen Zerfall bewahrt wurden.

In der Anlage der Firma in der Nähe von Bamberg werden zunächst Feuchtigkeit und Luft möglichst vollständig aus den Poren und Kapillaren der Skulpturen entfernt. So kann unter Überdruck das monomere Methylmethacrylat (MMA) eindringen, in dem die Objekte gebadet werden. Anschließend zugeführte Wärme lässt das MMA im Stein zu Acrylglas polymerisieren. Aus dem Naturstein entsteht so ein witterungsbeständiges Kunstprodukt.

Wegen dieser erheblichen Veränderung des Originalsteins ist das Ibach-Verfahren umstritten. Hinzu kommt, dass es teuer ist und dass die Skulpturen für ihre Behandlung abgebaut und nach Bischberg transportiert werden müssen. Trotzdem haben viele Experten das Verfahren als letzte Rettung akzeptiert, um Steinobjekte an ihrem ursprünglichen Standort zu erhalten.

Ohne Titel

· Statt chemische Mittel zu nutzen, schützen Restauratoren viele Kirchenfenster, indem sie auf deren Außenseite zusätzliche Glasscheiben anbringen, die Feuchtigkeit, Staub und Schmutz abhalten. Doch die Belüftung schafft oft neue Probleme.

· Mit Harzen, Wachsen und verschiedenen chemischen Tinkturen haben Denkmalschützer das kunsthistorisch besonders wertvolle Jakobfenster im Erfurter Dom wieder auf Vordermann gebracht.

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