AT522273B1 - Mundstück und verfahren zur herstellung eines mundstücks - Google Patents

Abstract

Mundstück und Verfahren zur Herstellung eines Mundstückes für Blasinstrumente mit einstellbarer Klangfarbe, wobei ein spritzgussfähiger Werkstoff aus einem Polymercompound angefertigt wird, das ein thermoplastisches Elastomer sowie einen nadelförmigen, mineralischen Füllstoff mit einem einstellbaren Gewichtsanteil von 0-20 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymercompounds umfasst, und das Mundstück mittels eines Spritzgussvorganges aus dem spritzgussfähigen Werkstoff gefertigt wird. Aufgrund der Korrelation von Füllstoff-Gehalt, Steifigkeit und Dämpfungsverhalten kann das Klangbild definiert eingestellt werden, sodass die Mundstücke individuell auf die Kundenbedürfnisse abgestimmt werden können.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mundstückes für Blasinstrumente mit einstellbarer Klangfarbe, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein entsprechendes Mundstück gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8, sowie die Verwendung eines Polymercompounds gemäß Anspruch 15 zur Herstellung eines Mundstückes für Blasinstrumente.

[0002] Blasinstrumente wie die Klarinette oder das Saxophon weisen eine schnabelförmige Anblasvorrichtung auf, die aus einem Blatt und einem Mundstück gebildet wird. Durch den Luftstrom, der vom Musiker in das Instrument geblasen wird, beginnt das am Mundstück befestigte Blatt zu vibrieren, wodurch eine Schwingung in der Luftsäule des Instruments entsteht. Mit der Unterlippe und dem Luftstrom kontrolliert der Spieler die Vibration des Blatts, wodurch er sowohl den Klang als auch die Intonation beeinflusst.

[0003] Gemeinsam mit dem Blatt bildet das Mundstück den Ton erzeugenden Teil beispielsweise einer Klarinette. Beide zusammen beeinflussen die Klangeigenschaften einer Klarinette am stärksten und sorgen bei individueller Abstimmung und optimaler Kompatibilität der Materialien für eine hohe Ton- und Klangqualität. Dabei ist das Mundstück auf Grund der mechanischen Beanspruchung und der insbesondere von innen einwirkenden, intensiven Feuchtigkeitsbelastung beim Spielen stark belastet. Mundstücke, die aus natürlichem Vollholz hergestellt sind, gewährleisten daher kein dauerhaft gleichmäßiges Anblasverhalten, wenngleich sie einem Holzblasinstrument wie beispielsweise einer Klarinette einen besonders vollen und weichen Klang verleihen. Zudem ist deren Herstellung aufwendig, da ein ausgesuchter Rohling verschiedenen Bearbeitungsschritten mittels Bohr-, Dreh- und/oder Schleifwerkzeugen unterzogen werden muss.

[0004] Aus diesem Grund wurde auch vorgeschlagen, Mundstücke aus einem Werkstoff zu fertigen, der beim Gebrauch des Instruments resistenter gegenüber auftretender Blasfeuchtigkeit und der Beanspruchung durch Speichel ist, beispielsweise aus gehärtetem Kautschuk. Mit zunehmender Steifigkeit des Werkstoffes wird das Ermüdungsverhalten des Mundstückes zwar verbessert und die Verarbeitungseigenschaften insbesondere hinsichtlich der bei der Herstellung erforderlichen, präzisen Fräsvorgänge zunehmend vorteilhafter, allerdings leidet auch die Klangfarbe, die als zunehmend hart und schrill empfunden wird. Die paradoxe Herausforderung besteht somit darin, dass der Werkstoff für das Mundstück einerseits möglichst weich sein sollte, um den gewünschten dunklen, warmen und weichen Klang zu erzielen, aber andererseits auch möglichst hart sein sollte, um optimale Fertigungseigenschaften aufzuweisen und gute Formstabilität zu zeigen, also auch bei langem Spielen nicht zu verformen.

[0005] Die US 2013/0160632 A1 beschreibt mehrere Materialien zur Herstellung von Mundstücken, insbesondere glasfaserverstärkten Kunststoff, Borosilikatglas und Quarz. In der EP 2 590 161 A1 wird ein Spritzgussverfahren zur Herstellung eines Mundstückes vorgeschlagen. In CN 108039163 A, DE 19607371 A1, US 1385239 A und US 2002066355 A1 werden weitere Ausführungen von Mundstücken und deren Herstellungsverfahren beschrieben.

[0006] In herkömmlicher Weise werden daher vergleichsweise weiche Kautschukmaterialien zur Herstellung von Mundstücken verwendet, um die Klangfarbe nicht zu beeinträchtigen. Diese Materialien sind allerdings im Zuge der Herstellung, insbesondere hinsichtlich des Fräsens der Bahnkurven, schwierig zu bearbeiten, sodass eine exakte Bearbeitung sowie eine reproduzierbare Serienfertigung unmöglich sind. Des Weiteren kommt es bei längerer Verwendung herkömmlicher Kautschuk- Mundstücke zu geometrischen Verformungen der Mundstücke (Asymmetrie und Dysbalance), wodurch auch die Klangeigenschaften negativ beeinflusst werden.

[0007] Der/die professionelle Spielerin bemerkt zudem den Unterschied in den Klangeigenschaften und dem Anblasverhalten von Kautschuk-Mundstücken unterschiedlicher Hersteller und mitunter auch unterschiedlicher Produktionschargen. Durch Expertinnenwissen, langjährige Erfahrung, zeitintensives Experimentieren und letztendlich auch Zufall verschafft sich jeder/jede professionelle Spielerin das für sie oder ihn jeweils optimale Mundstück, wobei hier auch individuelle

Ansprüche und Vorstellungen an die bevorzugten Klangeigenschaften, insbesondere auch hinsichtlich der bevorzugten Klangfarbe, eine große Rolle spielen. Es wäre daher wünschenswert, wenn der/die professionelle Spielerin seitens des Herstellers von Mundstücken in diesem Prozess unterstützt werden könnte, indem individuell anpassbare Mundstücke hergestellt werden, die insbesondere hinsichtlich der Klangfarbe individuell einstellbar sind.

[0008] Es besteht daher das Ziel der Erfindung darin, Mundstücke und Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, die einerseits in ihrer Herstellung ideale Eigenschaften für die Fertigung sowie gute Formstabilität aufweisen, und andererseits den gewünschten dunklen, warmen und weichen Klang beibehalten, wobei die Klangfarbe durch den Herstellungsvorgang gezielt einstellbar ist.

[0009] Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 und 8 sowie 15 erreicht. Anspruch 1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Mundstückes für Blasinstrumente mit einstellbarer Klangfarbe, bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, dass ein spritzgussfähiger Werkstoff aus einem Polymercompound angefertigt wird, das ein thermoplastisches Elastomer sowie einen nadelförmigen, mineralischen Füllstoff mit einem einstellbaren Gewichtsanteil von 020 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymercompounds umfasst, und das Mundstück mittels eines Spritzgussvorganges aus dem spritzgussfähigen Werkstoff gefertigt wird. Bei dem thermoplastischen Elastomer kann es sich etwa um ein thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis (TPU) handeln.

[0010] Das erfindungsgemäß hergestellte Mundstück verfügt einerseits über einen dünkleren, wärmeren und weicheren Klang, als er von herkömmlichen Kautschukmundstücken bekannt ist, zeigt aber andererseits eine hohe Steifigkeit, Maßgenauigkeit mit einer dauerhaften Formstabilität, sowie eine präzise und reproduzierbare Prozessfähigkeit bei physiologischer Unbedenklichkeit. Diese Eigenschaften werden mithilfe der Verwendung eines thermoplastischen Elastomers, vorzugsweise thermoplastisches Polyester-Urethan (TPU), erzielt, das an sich bereits eine hohe Steifigkeit sowie eine im Vergleich zu herkömmlich verwendeten Kunststoffen eine um etwa das fünffache verbesserte Dämpfung aufweist. Eine gute Dämpfung ist für die Klangfarbe entscheidend. Für die Einsteilbarkeit der Klangfarbe wird die Beimengung eines nadelförmigen, mineralischen Füllstoffes in einer Menge von 0-20 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymercompounds vorgeschlagen. Ein solcher Füllstoff verleiht dem Polymercompound einerseits eine gute Steifigkeit bei bereits geringen Masseanteilen, beeinträchtigt aber aufgrund seiner nadelförmigen Struktur nicht das Klangbild. Der nadelförmige Füllstoff verteilt sich nämlich in weitestgehend zufälliger Orientierung im Polymercompound, sodass das an sich isotrope Werkstoffverhalten der thermoplastischen Matrix nicht beeinträchtigt wird. Das isotrope Werkstoffverhalten ist nach Ansicht der Anmelderin entscheidend für das Dämpfungsverhalten des Werkstoffes und somit für die dunkle Klangfarbe des Mundstücks. Die akustischen Eigenschaften werden nämlich im Wesentlichen durch die Werkstoffkennwerte Schallgeschwindigkeit und Schalldämpfung geprägt, die wiederum mit den mechanischen Werkstoffkenngrößen E-Modul und Querkontraktionszahl sowie der Zähigkeit verknüpft sind. Aufgrund der isotropen Verteilung des Füllstoffes kommt es zwar zu einer Erhöhung der Steifigkeit des Polymercompounds, aber zu keiner ausgeprägten Erhöhung der Schallgeschwindigkeit im Werkstoff, womit die guten Dämpfungseigenschaften zur Erzielung des gewünschten Klangbildes erhalten bleiben. Im Gegensatz dazu verringern orthotrope Verstärkungsstoffe wie beispielsweise faserartige Füllstoffe die Isotropie des Werkstoffes und erhöhen dadurch unidirektional die Schallgeschwindigkeit im Werkstoff, während globulare Strukturen keine ausreichende Steifigkeitserhöhung erzielen.

[0011] Unter nadelförmigen mineralischen Füllstoffen wird im Sinne der Erfindung ein mineralischer Füllstoff mit stark ausgeprägtem nadelförmigen Charakter verstanden. Der nadelförmige Füllstoff weist etwa ein durchschnittliches L/D- (Länge/Durchmesser)-Verhältnis von 8 : 1 bis 15 : 1, vorzugsweise von 9 : 1 bis 11 : 1, auf. Als Beispiel eines möglichen Füllstoffes sei nadelförmiges Wollastonit genannt, wie es etwa im Zuge eines Mahlvorganges von Wollastonit- Gestein entsteht. Wollastonit ist ein natürlich vorkommendes Gesteinsmineral aus Kalziumsilikat, dessen Kristallstruktur durch Silikatketten geprägt wird, die in Richtung der kristallographischen b-Achse wachsen. Makroskopische Einkristalle von Wollastonit besitzen daher eine nadelige Form. Wird

eine Wollastonit-Nadel in der Mitte gebrochen, was einem Brechen der Silicatketten entspricht, ergeben sich unebene Bruchflächen, während sich bei mechanischer Belastung parallel zur bAchse eine gute Spaltbarkeit und ebene Spaltflächen zeigen. Wird Wollastonit-Gestein zermahlen und gesiebt, entsteht daher ein Gesteinsmehl aus nadelförmigem Wollastonit, wobei sich eine annähernde Gauß-Verteilung hinsichtlich des L/D-Verhältnisses sowie der Länge der nadelförmigen Strukturen einstellt. Das Maximum dieser Verteilungen wird hier als jeweiliger Durchschnittswert bezeichnet und liegt für das L/D-Verhältnis bei den oben genannten Werten. Hinsichtlich der durchschnittlichen Länge der nadelförmigen Strukturen wird im Rahmen der Erfindung eine durchschnittliche Länge von 2-8 um, vorzugsweise von 4-6 um, vorgeschlagen.

[0012] Durch eine Einstellung der beigemengten Menge dieses nadelförmigen Füllstoffes im Bereich von 0-20 Gewichtsprozent kann die Klangfarbe in Nuancen verändert werden. Es besteht daher die Möglichkeit in Zusammenarbeit mit dem/der zukünftigen Spielerin ein Mundstück herzustellen, das hinsichtlich seiner Klangfarbe gezielt und individuell angepasst wird, ohne dabei auf Zufälligkeiten des Herstellungsprozesses angewiesen zu sein.

[0013] Bei der Verwendung thermoplastischer Elastomere zeigt sich zudem der Vorteil, dass sie leicht zu verarbeiten sind und sich insbesondere für die Anwendung von Spritzgussverfahren eignen, sodass eine rasche Herstellbarkeit bei vergleichsweise geringen Kosten und eine hohe Reproduzierbarkeit sichergestellt werden können.

[0014] Die Erfindung wird in weiterer Folge anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe der beiliegenden Figur näher erläutert. Es zeigt hierbei die

[0015] Fig. 1 eine mikroskopische Darstellung des erfindungsgemäß verwendeten, nadelförmigen, mineralischen Wollastonit- Füllstoffes.

[0016] Gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde ein thermoplastisches Polyester-Urethan (TPU) mit vergleichsweise hoher Shore-Härte verwendet, Ssodass sich ein Dämpfungsfaktor der Polymermatrix von etwa 0,07 - 0,1 ergibt. Dieses thermoplastische Polyester-Urethan (TPU) wurde mit mit 0 Gew%, 5 Gew%, 10 Gew%, 15 Gew% und 20 Gew% eines nadelförmigen Wollastonit mit einem durchschnittlichen L/D- Verhältnis von etwa 10 : 1 und einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 4 um als Füllstoff vermengt. Ein solcher Füllstoff ist in der Fig. 1 gezeigt und wird durch Sieben eines zermahlenen Wollastonit-Gesteins erzeugt, wobei sich eine annähernde Gauß-Verteilung hinsichtlich des L/D- Verhältnisses sowie der Länge der nadelförmigen Strukturen ergibt. Das Maximum dieser Verteilungen wird hier als jeweiliger Durchschnittswert bezeichnet und liegt bei dem genannten Wert von 10 : 1 für das L/DVerhältnis und dem genannten Wert von etwa 4 um für die Länge der nadelförmigen Strukturen.

[0017] Im nächsten Arbeitsschritt wurden alle Komponenten bemustert und einem eigenen Compoundierprozess zugeführt, wo die Homogenisierung des Werkstoffes sowie die Granulierung zur Herstellung des Ausgangsmaterials für den weiteren Spritzgussprozess erfolgte. Mit den gefertigten Compound-Serien wurden Spritzgieß versuche an einem bestehenden Spritzgusswerkzeug für Wiener-Mundstücke durchgeführt. Unter geringfügiger Nachjustierung der Maschinen-Einstellbarameter gelang es, die Mundstücke mit allen Compoundserien auch mit guter Oberflächenqualität herzustellen.

[0018] In einem weiteren Arbeitsschritt wurden die spritzgegossenen Mundstücke unterschiedlich nachgetempert, wodurch eine Nachvernetzung des TPU-Compounds erfolgte, und anschlieBend mit mehreren Bahnkurvengeometrien befräst, sodass die Mundstücke spielbereit waren.

[0019] Spielversuche von Profimusikern an den Mundstücken aus den unterschiedlichen Material-Compounds zeigten allesamt den erhofften dünkleren, wärmeren und weicheren Klang in abgestufter Intensität mit steigendem Wollastonit-Gehalt. Aufgrund der Korrelation von WollastonitGehalt, Steifigkeit und Dämpfungsverhalten kann das Klangbild definiert eingestellt werden, sodass die Mundstücke individuell auf die Kundenbedürfnisse abgestimmt werden können.

Claims (15)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Mundstückes für Blasinstrumente mit einstellbarer Klangfarbe, dadurch gekennzeichnet, dass ein spritzgussfähiger Werkstoff aus einem Polymercompound angefertigt wird, das ein thermoplastisches Elastomer sowie einen nadelförmigen, mineralischen Füllstoff mit einem einstellbaren Gewichtsanteil von 0-20 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymercompounds umfasst, und das Mundstück mittels eines Spritzgussvorganges aus dem spritzgussfähigen Werkstoff gefertigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem thermoplastischen Elastomer um ein thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis (TPU) handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der nadelförmige Füllstoff ein durchschnittliches L/D- (Länge/Durchmesser)-Verhältnis von 8 : 1 bis 15 : 1 aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der nadelförmige Füllstoff ein durchschnittliches L/D- (Länge/Durchmesser)-Verhältnis von 9 : 1 bis 11 : 1 aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der nadelförmige Füllstoff eine durchschnittliche Länge von 2-8 um aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der nadelförmige Füllstoff eine durchschnittliche Länge von 4-6 um aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Füllstoff um nadelförmiges Wollastonit handelt.

8. Mundstück für Blasinstrumente, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Polymercompound gefertigt ist, das ein thermoplastisches Elastomer sowie einen nadelförmigen, mineralischen Füllstoff mit einem Gewichtsanteil von 0-20 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymercompounds umfasst.

9. Mundstück nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem thermoplastischen Elastomer um ein thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis (TPU) handelt.

10. Mundstück nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der nadelförmige Füllstoff ein durchschnittliches L/D- (Länge/Durchmesser)-Verhältnis von 8 : 1 bis 15 : 1 aufweist.

11. Mundstück nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der nadelförmige Füllstoff ein durchschnittliches L/D- (Länge/Durchmesser)-Verhältnis von 9 : 1 bis 11 : 1 aufweist.

12. Mündstück nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der nadelförmige Füllstoff eine durchschnittliche Länge von 2-8 um aufweist.

13. Mündstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der nadelförmige Füllstoff eine durchschnittliche Länge von 4- 6 um aufweist.

14. Mundstück nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Füllstoff um nadelförmiges Wollastonit handelt.

15. Verwendung eines Polymercompounds, das ein thermoplastisches Elastomer sowie einen nadelförmigen, mineralischen Füllstoff mit einem Gewichtsanteil von 0-20 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymercompounds umfasst, zur Herstellung eines Mundstückes für Blasinstrumente.

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