Lichtdosimeter zur Bewertung der Beleuchtung in Ausstellungsräumen

UV-VIS-Transmissionsspektren zu einer Expositionsreihe von Lichtdosimetern in der Außenstelle Bronnbach nach verschiedenen Expositionszeiten. Das Ausbleichen des Farbstoffs kann anhand der Veränderung der Bande bei 640 nm beobachtet werden.

Expositionsreihe im Prager Nationalmuseum; neben lichtempfindlichen Textilien liegen die Prototypen der Lichtdosimeter und ein Datalogger zur Aufzeichnung der Umgebungsbedingungen.

Kunstwerke in Museen
In Museen und Galerien werden der breiten Öffentlichkeit wertvolle Kunstwerke präsentiert, die dem Betrachter einen eindrucksvollen Einblick in vergangene und bestehende Welten geben. Allerdings gefährden unkontrollierte Ausstellungsbedingungen besonders empfindliche Objekte. Neben Temperatur, Feuchte, Schadgasen und Staubkonzentration gehört auch Licht zu den Risikofaktoren.

Besonders lichtempfindliche Kunstwerke wie Aquarelle, Textilien, alte Fotografien und Buchdrucke sind sowohl durch natürliche als auch künstliche Beleuchtung gefährdet. Die Lichtbedingungen eines Ausstellungsraums werden durch eine Vielzahl Parameter bestimmt, u. a. dem jahres- und tageszeitabhängigen Stand der Sonne sowie der Lage der Museen in verschiedenen Klimazonen. Zudem verändern Vorhänge, Jalousien oder auch Lampenwechsel die Beleuchtungssituation.

Ein neues Frühwarnsystem
Viele Museen und Galerien setzen bereits spezielle Kunststofffolien auf Fensterscheiben oder als Lampenfilter ein, ein einfaches und effektives Mittel zum Schutz vor besonders schädlicher UV-Strahlung. Trotzdem gilt es, rechtzeitig Gefahren aufzuzeigen, die auch von sichtbarem Licht ausgehen.

Physikalische Messgeräte wie Radio- oder Luxmeter, die kontinuierlich die Lichtdosis an einem Objekt erfassen können, sind auf dem Markt erhältlich. Sie sind jedoch so teuer, dass es den Museen nicht möglich ist, jedes Objekt mit einem solchen elektronischen Sensor auszustatten. Häufig leidet die ästhetische Darbietung der Kunstobjekte durch diese vergleichsweise großformatigen Messeinheiten.

Wissenschaftler des Fraunhofer ISC arbeiten zusammen mit weiteren europäischen Partnern an einer neuen Methode auf Basis lichtabhängiger Farbänderungen spezieller Farbstoffe, die als Frühwarnsystem fungiert. Dieses Lichtdosimeter ermöglicht die Bewertung der Lichtsituation und der Wirkung von Licht auf empfindliche Materialien.

Ein weiterer Vorteil ist seine einfache Handhabbarkeit. Direkt vor Ort lässt sich auf einen Blick die Gefährdung des Objekts anhand eines Farbvergleichs zwischen Lichtdosimeter und einer kalibrierten Farbskala abschätzen. Aufgrund seines kleinen Formats kann das Lichtdosimeter direkt am Kunstobjekt angebracht werden, ohne störend auf den Betrachter zu wirken.

Die Entwicklungsarbeit im Labor
Das Prinzip des Lichtdosimeters ist einfach: Lichtempfindliche Farbstoffe werden – eingebettet in eine Matrix – auf ein Substrat aufgebracht. Exponiert man nun diese lichtempfindlichen Schichten, ändert sich die Farbe der Schicht und zeigt durch die Farbänderung die akkumulierte Lichtmenge (total light dose) an. Neben Lichtstärke und Belichtungszeit beeinflussen auch Schwankungen von Temperatur und Raumfeuchte sowie Schadgase die Farbveränderung des Farbstoffs, wodurch die Erfassung des Zusammenspiels der genannten Faktoren möglich wird.

Am Fraunhofer ISC wird ein Weg der Herstellung des Lichtdosimeters durch Einbettung eines lichtempfindlichen, blauen Farbstoffs in ein Heteropoly-siloxan verfolgt. Neben der Forderung nach Stabilität der Matrix gegenüber Licht und Substrat muss der lichtsensitive Farbstoff gut in der Matrix löslich sein. Die Farbschichten werden durch Schleuderbeschichtung auf das Glassubstrat aufgebracht. Bild 1 zeigt die Spektren des entwickelten Lichtdosimeters in einer Expositionsreihe in der Außenstelle Bronnbach des Fraunhofer ISC.

Im Labor werden Simulationsexperimente zur Untersuchung verschiedener Einflussfaktoren durchgeführt. Diese Versuche zeigen die Abhängigkeiten der Absorptionseigenschaften der Farbschicht auf und ermöglichen so eine Optimierung des Systems. Zur Herstellung verschiedener Simulationsklimata werden Klimaschränke eingesetzt, die – ausgestattet mit einer Beleuchtungseinrichtung – eine genaue und stabile Einstellung von Temperatur und Feuchte ermöglichen. Zusätzlich wird in verschiedenen Belichtungskammern getestet, welchen Einfluss die Beleuchtungsart (Lampentyp, Zeitschaltung für die Beleuchtung) auf das Absorptionsverhalten der kolorierten Schicht hat.

Der Prototyp einer individuell angepassten Lichtkammer arbeitet mit Lichtintensitäten wie sie in Museen auftreten. Zusätzlich ist mit diesem Gerät die Möglichkeit gegeben, die spektrale Empfindlichkeit der Lichtdosimeter durch den Einsatz verschiedener Filter zu bestimmen.

Die Erstellung einer kalibrierten Farbskala soll den späteren Anwendern (z. B. Museumskuratoren) eine einfache und sichere Handhabung ermöglichen. Diese Referenzskala lässt eine sofortige Abschätzung des Gefahrenpotenzials der untersuchten Lichtbedingungen zu.

Expositionsprogramme in Museen
In Testserien werden die entwickelten Lichtdosimeter in vier beteiligten Museen auf europäischer Ebene (EU-Projekt LiDo) erprobt. Dazu gehören das Victoria & Albert Museum in London, die Uffizien in Florenz, das Nationalmuseum in Prag und das Cognacq-Jay-Museum in Paris. Die ausgewählten Expositionsorte ermöglichen die Erprobung der Reaktivität der Lichtdosimeter an Objekten verschiedener Lichtstabilität für verschiedene klimatische Gegebenheiten, aber auch für unterschiedliche Beleuchtungstypen (Lampentypen und UV-Schutzvorkehrungen). Bild 2 zeigt eine Expositionsreihe der Lichtdosimeter-Prototypen im Nationalmuseum in Prag.

Bereits in den ersten Museumsexpositionen zeigte sich die Notwendigkeit der Differenzierung zwischen unterschiedlichen Ausleuchtungsbedingungen. Hochempfindliche Objekte bedürfen eines entsprechend reaktiven Lichtdosimeters, welches bereits bei einer 50-Lux-Beleuchtung visuelle Änderungen anzeigt. Bei der Überwachung der Beleuchtung weniger empfindlicher Objekte muss das Dosimeter auf höhere Lichtdosen angepasst werden. Untersuchungszeiträume zwischen einer Woche und fünf Wochen – abhängig von der Sensitivität von Objekt und Lichtdosimeter – können derzeit realisiert werden.

Kundennutzen
Ein marktreifes Produkt soll bis Februar 2004 entstehen, das die Lichtverhältnisse in Ausstellungsräumen bewertet. Dieses kleine, leicht handhabbare Lichtdosimeter ist geeignet, als Frühwarnsystem in Museen, Galerien und historischen Gebäuden Gefahren für Kunstobjekte anzuzeigen.

Zum aktuellen Stand inkl. einer Projektübersicht informiert
www.lido.fraunhofer.de.

Das Projektteam
Den Kern des Projektteams bilden drei Forschungsinstitute (EU-Projekt: EVK 4-2000-00517): das CRCDG (Centre de recherches sur la conservation des documents graphiques) in Paris, das IFAC (Istituto di Fisica Applicata „Nello Carrara “) in Florenz und das Fraunhofer ISC (Kompetenzfeld Kulturgüterschutz). Diese Institute stehen für die Entwicklung und Charakterisierung der Lichtdosimeter. Zum Projektteam gehören zudem das Conservation Department des Victoria & Albert Museums in London und das State Institute for the Care of Historical Monuments (SUPP, Prag), die die Zielgruppe der Endverbraucher repräsentieren. Zudem konnte die Fa. Kockott/UV-Technik (Hanau) für den Bau des Prototypen einer Lichtkammer gewonnen werden. Particle Technology (UK) wird die Markteinführung des fertigen Lichtdosimeters übernehmen.

Ansprechpartner
Dr. Peter Mottner
Tel. +49 (0)9342 9221-711
Fax: +49 (0) 9342 9221-799
E-Mail: peter.mottner@isc.fraunhofer.de