Einfluß von Maßtoleranzen sowie Werkstoffpaarungen zwischen Buchse und Wechsel auf die spieltechnischen und akustischen Eigenschaften von Blechblasinstrumenten mit Perinetventilen

Projektleiter: Dipl.-Ing. Friedrich Schetelich

Projektabschluß: Juni 1996

Im Rahmen des Forschungsthemas werden die Einflüsse von Meß- und Formtoleranzen bei Perinetventilen von Trompeten und Tuben auf ihre spieltechnischen und akustischen Eigenschaften untersucht, um im Ergebnis Vorschläge über die erforderlichen Toleranzen für die Gewährleistung einer einwandfreien spieltechnischen und akustischen Funktion der Perinetventile zu erhalten. Weiterhin ist der Einfluß der Werkstoffpaarungen zwischen Büchse und Wechsel auf die Verschleißbeständigkeit und das Reibverhalten der Perinetventile zu ermitteln. Für die Herstellung von Perinetventilen mit den ermittelten Toleranzen für die Maß- und Formgenauigkeit sind geeignete kostengünstige Fertigungsverfahren vorzuschlagen.

Die vorhandenen Meß- und Prüfvorrichtungen sind in ihrer Funktionalität verbessert worden, so daß sie als Meßmittel zur Qualitätsbestimmung der Perinetventilfertigung genutzt werden können.

Mit den ermittelten Form- und Maßabweichungen wurde der Enfluß auf den Bewegungswiderstand und die Niederdruckkraft im quasi-statischen und dynamischen Bereich sowie der Wechselrückstellzeit ermittelt und Rückschlüsse auf die erforderliche Fertigungsgenauigkeit gezogen. Der Einfluß von Öl und Atemfeuchtigkeit auf den Bewegungswiderstand konnte unter spielnahen Bedingungen gemessen werden.

Aus der Aufnahme des Verlaufs der Eingangsimpedanzkurve und mit den Impulsantworten ergaben sich akustische Aussagen zum Einfluß von Spaltweite und Luftkanalversatz in den Perinetventilen auf die Stimmung und Ansprachefehler der Instrumente. Dabei konnten die bisherigen Aussagen zur Spaltweite und zum Luftverlustes auf die Ansprachefehler bestätigt werden. Erstmals wurde der Einfluß des Luftkanalversatzes zwischen Büchse und Wechsel auf die Ansprache mit dem Impulsmeßverfahren bestimmt und eine relativ große Toleranzbreite des Versatzes in den beiden Endstellungen des Ventils ohne akustischen Einfluß festgestellt, die eine größere Tolerierung ohne akustische Abstriche erlaubt. Die gemessenen Werte wurden von den Musikern beim Anspielen der Instrumente bestätigt. In einer Dauerprüfung sind sechs verschiedene Werkstoffpaarungen zwische Büchse und Wechsel über 10 Millionen Hübe untersucht und ihr Verschleißverhalten bezüglich Luftverluste, Oberflächenrauhigkeit und das Bewegungsverhalten bestimmt worden. Die heute verwendeten Werkstoffpaarungen zeigten ein fast einheitliches , sehr gutes Verschleißverhalten, das auch von den Formabweichungen und der Oberflächenrauheit im wesentlichen mit bestimmt wird.

Konstruktive Untersuchungen zum glatten Luftdurchgang in einer Ebene durch die Perinetmaschine zeigten, daß dieser bei ästhetisch vertretbaren Ventildurchmessern nicht zu erreichen ist.

Die erforderlichen Formabweichungen zur Verbesserung der Leichtgängigkeit der Perinetventile können nur mit präziseren Honwerkzeugen erreicht werden und verlangen eine Änderung der technologischen Reihenfolge zwischen Komplettierung der Perinetventilgehäuse mit den Ventilzügen und der Feinbearbeitung durch das Honen. Hier liegen die Qualitätsreserven ohne einen fertigungstechnischen Mehraufwand für das gesamte Instrument. Zur Qualitätsüberwachung der Fertigung sollten das dynamische Kraftmeßverfahren bei zentrischer und außermittiger Betätigung in Verbindung mit der Messung der Wechselrückstellzeit und des Luftverlustes eingesetzt werden.

Veröffentlichungen:

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Der Einfluß der Stegform auf den Klang der Streichinstrumente

Projektleiter: Dipl.-Phys. Gunter Ziegenhals

Projektabschluß: April 1996

Einen wesentlichen Teil der Projektarbeit stellten Entwicklung, Bau und Erprobung einer in dieser Form neuartigen Meßanordnung dar. Die Simulation der Instrumentendecke durch zwei Feder-Masse-Systeme (Stimmstockseite, Baßbalkenseite) in Verbindung mit in den Massen (jeweils unter den Stegfußplätzen) integrierter Triaxialaufnehmer erwies sich als geeignete Meßanordnung zur Bestimmung des Übertragungsverhaltens von Stegen. Die Messung des Übertragungsverhaltens von Stegen unter reproduzierbaren, instrumentennahen Bedingungen zeigte sich als sehr aussageträchtig. Die mit dem Verfahren quasi verstärkt beobachtbaren wesentlichen Eigenschaften des Steges ließen sich auch im Fernfeld nachweisen. Da man im Ergebnis der Stegmessungen weiß wonach man zu suchen hat, findet man diese auch im Fernfeldübertragungsverhalten (Klang) wieder.

Betrachtet man die Reproduzierbarkeit, deren wesentlicher Einfluß das Einbauen des Steges in die Apparatur ist, so muß man allerdings feststellen, daß nur deutliche Veränderungen am Steg sicher nachzuweisen sind. Nuancen, wie sie z.B. bei spanweiser Materialabtragung beim Abstimmen des Steges durch den Instrumentenmacher entstehen, konnten nicht erfaßt werden. Ebenso gingen die in entsprechenden Versuchen nachgewiesenen Materialunterschiede (d.h. deren Einfluß auf das Übertragungsverhalten) zwischen den Teststegen im Meßrauschen unter. Dies deckt sich mit der Aussage der Geigenmacher zur großen Bedeutung von Aufschneiden und Aufstellen des Steges auf das Klangergebnis.

Systematische Untersuchungen lieferten Ergebnisse zum Einfluß der Geometrieparameter Augen, Herz, Brücke, Dicke und Außenkontur des Steges auf das Übertragungsverhalten und auf das Fernfeld.

Veröffentlichungen:

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Verhalten unterschiedlicher Klebstoffe bei langfristiger Biege-, Zug- und Scherbeanspruchung und unter Berücksichtigung differenzierter Klimaeinflüsse und technologische Lösungen für Klebverbindungen im Musikinstrumentenbau

Projektleiter: Dr. habil. Dietrich Holz

Projektabschluß: April 1996

Das Forschungsprojekt hatte zum Ziel, zahlreiche auf dem Markt befindliche Holzklebstoffe auf ihre Eignung für kompliziertere Montageklebungen und für spezifische Anforderungen im Musikinstrumentenbau zu untersuchen und entsprechende Schlußfolgerungen abzuleiten.

Die Prüfung der Trockenbindefestigkeit (Klebfestigkeit) nach Euronorm erwies sich als ein zwar notwendiges, aber keineswegs hinreichendes Verfahren, um die Eignung eines Klebstoffes zu beurteilen. Von Bedeutung sind ferner Lagerfähigkeit und Preis, die technologische Handhabung, Werkzeugabnutzung und Lackverträglichkeit, das Verhalten in zeitweilig feuchterem Umgebungsklima, Fugenfüllung bei ungenauen oder klaffenden Passungen oder bei rauhen Oberflächen, besonders aber die Widerstandsfähigkeit gegen Dauerbelastungen, wie sie vornehmlich auch aufgrund "gewollter Spannungen" im Musikinstrument auftreten. Mangels eines gültigen Standards wurde für deren Prüfung eine zeitraffende Arbeitsweise angewandt, die sich an einer früheren, zeitweilig genormten Methode orientierte.

Insgesamt wurden 66 Klebstoffe geprüft. Im Ergebnis der Untersuchungen zeigte sich, daß die traditionell verwendeten Glutinleime durch Vorzüge vereint sind, die in dieser Kombination von keiner anderen Klebstoffgruppe erreicht werden: Lange Lagerfähigkeit, geringer technischer Aufwand, hohe Bindefestigkeit auch bei klaffenden Fugen (dicken Klebfugen), hoher Widerstand gegen Dauer-spannungen, Lack- und Reparaturfreundlichkeit.

Nachdem unter den Glutinleimen auch feuchtfest modifizierte Formulierungen anzutreffen sind, sprechen zugunsten der Caseinleime nur noch deren Verarbeitung bei Raumtemperatur und ihre Resistenz gegen Mikroorganismen, die den Glutinleimen abgeht. Da Caseinleime nicht mehr konfektioniert zu erhalten sind, muß sie sich der Anwender aus preisgünstigem milchsäuregefälltem Casein und einigen gängigen Alkalien und Erdalkalien selbst zubereiten.

UF-Leime sind, besonders für Montageklebungen, stark rückläufig, zumal die gebrauchsfertigen PVAc-Klebdispersionen in großer Vielfalt, teilweise sowohl mit stark gesteigerter Feuchtigkeitsbeständigkeit wie auch mit verbesserter Resistenz gegen Dauerspannung, angeboten werden. Nach den erforderlichen Kriterien ausgewählt, erweisen sich bestimmte Typen als optimal hinsichtlich Verarbeitung und Haltbarkeit im Fertigprodukt, sind aber im Unterschied zu den o.g. Klebstoffgruppen nicht mit allen Lacksortimenten verträglich.

Von den übrigen Klebstoffen sind die PUR-Typen nicht zu empfehlen, während sich Titebond besonders für Reparaturen eignet. In akustischer Hinsicht ergeben sich durch Klebfugen mit verschiedenen Klebstoffen, sachkundig ausgeführt, keine Abweichungen: Klangfarbe und -abstrahlung verändern sich nicht. - Alle geprüften Probekörper mit Klebfugen überstanden unbeschadet einen Kältetest. - Die im Musikinstrumentenbau verwendeten unterschiedlichen Holzarten zeigen hinsichtlich der Verleimbarkeit höchstens geringfügige Unterschiede.

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