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Saite und Verfahren zu ihrer Herstellung
Saiten, z. B. für Musikinstrumente, werden zur Erreichung einer bestimmten Schwingungszahl bei vorgegebener Länge und Spannung, vor allem für die tieferen Tonlagen, aus einem tragenden Kern und einer beschwerenden Umhüllung aufgebaut. Dies geschieht in bekannter Weise durch Umspinnen oder Umflechten eines Kerns aus metallischem oder nichtmetallischem Material mit metallischem oder nichtmetallischem Draht, Band od. dgl. Für Saiten, deren Schwingungen elektromagnetisch abgenommen und verstärkt werden sollen, wird überdies ferromagnetisches Umspinnungsmaterial verwendet. Ferner wurde vorgeschlagen, eine elastische Masse, die auch mit Fasern vermengt sein kann, um den Kern herumzupressen. Nach einem weiteren Vorschlag werden Saiten mit Emaille oder Lack umgeben.
Die grundsätzlichen Grenzen der Umspinnungsverfahren sind dadurch gegeben, dass an das Umspinnungsmaterial eine Reihe von Anforderungen bezüglich Dichte, Masshaltigkeit, Biegsamkeit, Reissfestigkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit, Aussehen und unter Umständen magnetischen Eigenschaften gestellt werden müssen, die im Hinblick auf die Arbeitsvorgänge beim Umspinnen und die zur Verfügung stehenden Werkstoffe praktisch nicht in denkbar günstigem Masse zu verwirklichen sind. Durch die vorliegende Erfindung kann diese Vielzahl von Anforderungen an das Beschwerungsmaterial beschränkt werden allein auf dessen Dichte und erforderlichenfalls auf die magnetischen Eigenschaften.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die beschwerende Umhüllung aus einem in feiner Verteilung, insbesondere in Pulver- oder Schuppenform, um den Kern mit Hilfe eines Bindemittels aufgebrachten metallischen oder nichtmetallischen Beschwerungsmaterial besteht.
Die Dichte der beschwerenden Umhüllung lässt sich sowohl durch die Dichte des verwendeten pulver- förmigenBeschwerungsmaterials als auch durch den Anteil des Bindemittels, in gewissem Masse auch durch dessen Dichte, in weiten Grenzen stufenlos einstellen. Die grösstmögliche Dichte der beschwerendenum- hüllung bei gegebenem Beschwerungsmaterial und Bindemittel erhält man, wenn der Anteil des Bindemittels so gering ist, dass die einzelnen Teilchen des Beschwerungsmaterials sich gegenseitig praktisch berühren. Doch lässt sich, je nach verwendetem Material, eine weitere Erhöhung der Dichte durch nachträgliche Bearbeitung, z. B. Sintern, Pressen, Walzen oder Ziehen, erreichen.
In ähnlicher Weise wie die Dichte der be. schwerenden Umhüllung lassen sich die magnetischen Eigenschaften derselben bei der Herstellung verändern, da man einerseits alle ferromagnetischen Metalle, Metallegierungen undMetalloxyde verwenden und anderseits deren Wirksamkeit durch Beimischung von magnetisch indifferentem Beschwerungsmaterial oder durch Erhöhung des Anteils an Bindemittel beliebig einstellen kann.
Als Beschwerungsmaterialien kommen z. B. in Betracht Metalle und Metallegierungen, Metalloxyde, natürlich vorkommende Erze, Graphit, darunter auch viele Stoffe, die wegen ihrer Weichheit oder Sprö- digkeit bisher nicht zur Umhüllung von Saiten verwendet werden konnten.
Als Bindemittel kommen hauptsächlich Kunststoffe in Betracht. Um sie in dünner Schicht auf den Kern aufbringen zu können, werden sie in dünnflüssigen Zustand gebracht, was durch Auflösen in einem geeigneten Lösungsmittel, durch Emulgieren, durch Erwärmung oder durch Verwendung eines in dünnflüssigem Zustand befindlichen Monomeren geschieht, welchem vor, während oder nach dem Aufbringen eine Härtersubstanz zugesetzt oder welches im Laufe der Verarbeitung auf andere bekannte Weise polymerisiert wird.
Zur Anbringung der den Kern zentrisch umgebenden beschwerenden Umhüllung nach vorstehendem
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Prinzip wird gemäss weiterer Erfindung folgendes Verfahren angegeben : Ein geeigneter Kern aus metallschem oder nichtmetallischem Material wird in dünner Schicht mit einer Lösung eines Bindemittels, vorzugsweise eines Kunststoffes, in einem leicht verdunstbaren Lösungsmittel, z. B. Aceton, gleichmässig bedeckt. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass man den Kern durch die Lösung zieht oder die Lösung auf den Kern aufsprüht, oder den Kern mit der Lösung bestreicht. Entsprechendes gilt bei der Verwendung von emulgierten, geschmolzenen oder monomeren Kunststoffen.
Unmittelbar darauf wird der noch feuchte Kern mit dem als Beschwerungsmaterial dienenden Pulver in dünner Schicht bedeckt, was dadurch geschehen kann, dass man das Pulver aufstäubt oder den Kern durch das aufgeschüttete oder aufgewirbelte Pulver zieht und nachfolgend das überschüssige, nicht unmittelbar an dem aufgetragenen Bindemittel haftende Pulver durch Abblasen, Abstreifen oder durch Erschütterung entfernt. In besonderen Fällen kann man auch so verfahren, dass man auf den mit einer Schicht Bindemittel versehenen und bereits mehr oder weniger getrockneten Kern das pulverförmige, erhitzte Beschwerungsmaterial aufsprüht, so dass eine dünne Schicht des Pulvers auf das Bindemittel aufschmilzt.
Als besonders vorteilhaftes Verfahren zur Aufbringung des Beschwerungsmaterials kann die elektrostatische Bestäubung verwendet werden, die bereits auf andern Gebieten der Technik mit hervorragendem Erfolg angewendet wird. Dies geschieht in der Weise, dass man den mit Bindemittel versehenen Kern einerseits und die aufzustäubenden Teilchen anderseits nach grundsätzlich bekannter Methode mit elektrischen Ladungen entgegengesetzten Vorzeichens versieht. Die infolge der elektrostatischen Anziehungskraft auf den Kern zufliegenden Teilchen treffen auf diesen mit um so höherer kinetischer Energie auf, je grösser diePotentialdifferenz zwischen Kern und aufzustäubenden Teilchen ist.
Nach diesem Verfahren lassen sich die Teilchen besonders dicht und - wegen der radialsymmetrischen Form des elektrischen Feldes, das um den zylindrischen, elektrisch geladenen Kern herrscht-zwangsläufig auch sehr gleichmässig auf den Kern aufbringen.
Die so nach einem der beschriebenen Verfahren erhaltene beschwerende Umhüllung wird schliesslich gehärtet ; dies geschieht je nach Art des verwendeten Bindemittels durch Behandeln mit Warmluft oder mit Wärmestrahlen oder mit einer chemischen Härtersubstanz oder durch genügend langes Verweilen an der Luft bei Raumtemperatur.
Die beschriebene Arbeitsfolge des Beschickens mit Bindemittel, Bestäubens mit Beschwerungsmittel und Aushärtens wird nun so lange wiederholt, bis die Saite die gewünschte Dicke erreicht hat. Die Dicke der in einer Arbeitsfolge aufgetragenen Schicht lässt sich durch die Konzentration der Bindemittellösung sowie durch die Teilchengrösse des verwendeten pulverförmigen Beschwerungsmaterials in einfacher Weise stufenlos einstellen.
Da die Abweichung von der Zentrizität während einer Arbeitsfolge höchstens so gross sein kann wie die hiebei aufgetragene Schichtdicke, in Wirklichkeit aber nur Bruchteile davon betragen wird und überdies bei mehrfacher Wiederholung der Arbeitsfolge sich statistisch ausgleicht, ist bei dem beschriebenen
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blick des Aufbringens der Bindemittelschicht bis zur Aushärtung völlig frei laufen kann, ohne von irgendwelchen Maschinenteilen berührt zu werden. Eine unerwünschte Einwirkung der Schwerkraft wird mit Sicherheit durch senkrechte Führung des Kerns vermieden.
Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Massenherstellung von Saiten, da es erlaubt, einen Kern von beliebiger Länge kontinuierlich mit einer Umhüllung zu versehen, so dass dieser hernach in Stücke von Saitenlänge zerschnitten und jedes Stück mit einem entsprechenden Befestigungsende versehen werden kann.
Dies ist an sich auch beim Umspinnungsverfahren möglich und bekannt ; doch erlaubt das erfindungsgemässe Verfahren das gleichzeitige Umhüllen einer praktisch beliebig grossen Zahl von Kernen in ein und derselben Herstellungsanlage, indem man die Kerne nebeneinander, durch geringen Abstand voneinander getrennt, die oben geschilderte Arbeitsfolge durchlaufen lässt. Darüber hinaus kann die geschilderte Arbeitsfolge zwischen dem Abrollen des Kerns von der Vorratsspule und dem Aufrollen auf die ziehende Spule oder Walze mehrfach wiederholt werden, so dass der Kern nach einmaligem Durchlaufen der Anlage bereits mit mehreren Schichten belegt ist.
Hervorzuheben ist, dass bei dem erfindungsgemässen Verfahren keine rotierenden Maschinenteile ausser den Spulen zum Ab- und Aufwickeln, sowie keine Präzisionsmaschinenteile oder starkem Verschleiss unterliegende Teile nötig sind.
Falls es sich, z. B. bei Verwendung von verhältnismässig wenig oder von minderwertigem Bindemi1- tel, als nötig erweisen sollte, der Saite eine widerstandsfähigere Oberfläche zu verleihen, oder falls bei Verwendung von verhältnismässig grobkörnigem Beschwerungsmaterial eine Glättung der Oberfläche gewünscht wird, kann dies durch zusätzliches ein-oder mehrmaliges Beschichten mit besonders wider-
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standsfähigem Material, vorzugsweise einem Kunststoff, jedoch ohne Beifügung von Beschwerungsmaterial, erreicht werden. Vorteilhaft lässt sich dieser Arbeitsgang mit einer Färbung der Saite verbinden, indem man dem hiezu verwendeten Material Pigment- bzw. gelöste Farbstoffe zusetzt.
Abschliessend werden die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung für die Herstellung von Saiten, deren Schwingungen elektromagnetisch abgenommen werden sollen, näher beschrieben.
Bekanntlich geschieht die elektromagnetische Tonabnahme in der Weise, dass eine Saite aus ferromagnetischem Material in einem permanenten Magnetfeld schwingt, welches gleichzeitig eine Induktionsspule durchsetzt. Die Schwingungen der Saite verursachen eine periodische Veränderung der magnetischen Kraftflussdichte, wodurch in der Induktionsspule eine frequenzgetreue Wechselspannung erzeugt wird. Diese wird nach der üblichen elektronischen Verstärkung wieder in akustische Schwingungen umgewandelt.
Nun stellt die im Magnetfeld des Tonabnehmers schwingende metallische Saite einen elektrischen Leiter dar, der infolge der Inhomogenität des Magnetfeldes von einem magnetischen Kraftfluss wechselnder Dichte durchsetzt wird. In solchem Falle wird aber bekanntlich im Leiter eine elektrische Spannung induziert und der bei Sttomschluss fliessende Strom erzeugt nun seinerseits ein Magnetfeld, das dem ursprünglichen Magnetfeld entgegengerichtet ist. Im Falle der Saite tritt der Induktionsstrom in Form von-
Wirbelströmen innerhalb der metallischen Masse von Kern und beschwerender Umhüllung auf. Diese Wirbeiströme können wegen des verhältnismässig geringen ohmschen Widerstandes beachtliche Stärken erreichen. Die durch die Wirbelströme erzeugten Magnetfelder haben nun beträchtlichen Einfluss auf die elektroakustisch wiedergegebenen Saitenschwingungen.
Zunächst einmal verringern sie die Lautstärke. So ist ja bekannt, dass z. B. durch Umspinnung mit Kupferdraht, unter sonst gleichen Bedingungen, die Lautstärke einer Saite bei der elektroakustischen Wiedergabe verringert wird. Dies wäre an sich kein sehr grosser Nachteil, wenn nicht die einzelnen Saiten eines Musikinstruments, entsprechend ihrer verschiedenen Umspinnung, verschieden stark beeinflusst würden. Dadurch werden Ausgleichsmassnahmen am Tonabnehmer nötig. Eine andere Wirkung der Wirbelströme, nämlich die Dämpfung der Saitenschwingung, fällt meist nicht sehr ins Gewicht, wohl aber stören die durch die Trägheit der magnetischen Wirbelfelder verursachten Überlagerungen und Verzerrungen, die sich insgesamt in einer Verschlechterung der Tonqualität ausdrücken.
In der Elektrotechnik erreicht man bekanntlich eine Unterdrückung der Wirbelstrombildung in wechselnd magnetisierten Eisenkernen, z. B. Transformatorkernen, durch Unterteilung des Kerns in einzelne, voneinander isolierte Lamellen bzw. Drähte. Zur Umhüllung von Saiten ist nun am zweckmässigsten die pulverförmige Verteilung des magnetisch durchlässigen Materials. Erst durch vorliegende Erfindung wurde es ermöglicht, diese Verteilungsform bei der Umhüllung von Saiten anzuwenden. Infolge der Feinheit der Teilchen wird die Ausbildung von Wirbelströmen in der beschwerenden Umhüllung praktisch vollständig unterdrückt.
Vor allem aber werden nun ferromagnetische Stoffe verwendbar, die auf Grund ihrer mechanischen Eigenschaften als Umspinnungsmaterial gar nicht in Betracht kommen, u. zw. stehen je nach Bedürfnis Stoffe mit sehr hoherRemanenz, z. B. sogenannte Magnetstähle, wie auch solche mit geringer Remanenz und hoher Permeabilität, z. B. siliciumhalüge Eisenlegierungen, zur Verfügung. Auch reines, sehr feines Eisenpulver, z. B. sogenanntes Ferrum reductum, kann mit Vorteil verwendet werden.
Ganz überraschende Möglichkeiten ergeben sich aber durch die Verwendbarkeit ferromagnetischer.
Metalloxyde. Solche sind z. B. der Magnetit, ein Mischoxyd des zwei-und dreiwertigen Eisens, oder allgemein die unter dem Namen Ferrite bekannten Oxyde vom Spinelltypus, in denen neben dreiwertigem Eisen ein anderes, zweiwertiges Metall vertreten ist. Derartige Oxyde sind in allen Abstufungen der ma- gnetischenEigenschaften bekannt. So gibt es Ferrite mit sehr grosser Koerzitivkraft, die man unter der Bezeichnung Ferroxdure-Typen zusammenfasst, aber es gibt auch magnetisch weiche Ferrite, die sogenannten Ferroxcube-Typen, die eine geringe Koerzitivkraft, aber hohe Permeabilität besitzen. Sie finden auf andern Gebieten der Technik, z. B. bei der Herstellung von Magnetophonbändern und in der Hochfrequenztechnik, bereits ausgedehnte Verwendung.
Die hervorragenden magnetischen Eigenschaften solcher Ferrite ermöglichen es nun, ganz auf den Stahlkern der Saite zu verzichten und einen Kern aus Kunststoff, z. B. aus der Klasse der Polyamide, nach dem erfindungsgemäss beschriebenen Verfahren mit einem Ferritmantel zu umgeben. Dadurch ist die magnetisch durchlässige Substanz ausschliesslich in die beschwerende Umhüllung verlegt. Die magnetischen und akustischen Eigenschaften der Saite können bei der Herstellung in zuverlässiger und einfacher Weise auf die gewünschten Werte gebracht werden, unter Umständen durch Beimischung von magnetisch indifferentem Material. Eine Beeinträchtigung der elektroakustischen Wiedergabe durch Wirbelstrombildung
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im Kern oder durch wechselnde Remanenz des Kernmaterial ist nunmehr ausgeschlossen.
Ein weiterer Vorzug dieser Saiten gegenüber Saiten mit Stahlkern ist ihre Weichheit im Griff.
Werden zur Umhüllung Ferrite oder andere ferromagnetische Stoffe mit hoher Remanenz verwendet, so kann schliesslich die Saite in einem bisher nicht erreichbaren Grade magnetisch polarisiert werden, indem man ihr auf bekannte Weise eine Magnetisierung senkrecht zur Kernrichtung erteilt.
Eine solche magnetische Polarisation von Saiten ist bereits versucht worden, war aber wegen der geringen und sehr unterschiedlichen Remanenz der bislang zur Herstellung von Saiten verwendbaren ferromagnetischen Stoffe von geringem Erfolg. Diese Polarisation kann, gemäss bereits bekanntem Vorschlag, zum Lautstärkenausgleich bei elektromagnetischer Tonabnahme dienen.
Eine derart polarisierte Saite, die ja selbst einen permanenten Magneten darstellt, kann nun unmittelbar zur Erzeugung einer Wechselspannung benutzt werden, die in ihrer Frequenz mit der Schwingung der Saite übereinstimmt. Die Schwingung einer solchen Saite erzeugt nämlich bereits in einer einfachen, zweckmässig durch einen Weicheisen- oder Ferritkern verstärkten Induktionsspule, deren Windungsebene senkrecht zur Polariationsebene der Saite steht, eine frequenzgetreue Wechselspannung, die in üblicher Weise verstärkt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Saite, bestehend aus einem einfachen oder zusammengesetzten Kern aus metallischem oder nichtmetallischem Material und einer beschwerenden Umhüllung, die zur Erniedrigung der Schwingungszahl bei vorgegebener Länge und Spannung des Kerns dient, dadurch gekennzeichnet, dass die beschwerende Umhüllung aus einem in feiner Verteilung, insbesondere in Pulver- oder Schuppenform, um den Kern mit Hilfe eines Bindemittels aufgebrachten metallischen oder nichtmetallischen Beschwerungsmaterial besteht.