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Die Erfindung betrifft eine Bogenbespannung für einen Kontrabassbogen gemäß Anspruch 1.
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Die Erfindung betrifft überdies die Verwendung zur Herstellung eines Kontrabassbogens sowie einen Kontrabassbogen.
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Zur Herstellung von Bögen von Streichinstrumenten (d. h. Streichinstrumentenbögen) werden standardmäßig Pferdehaare (in der Regel von Schimmeln) als Bespannung verwendet. Diese haben allerdings den Nachteil, dass sie mit der Zeit durch Abrieb an den Seiten des Instrumentes abnutzen und zudem nicht beständig gegenüber Feuchtigkeit, insbesondere gegenüber hoher Luftfeuchtigkeit, und gegenüber Temperaturschwankungen sind.
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Die Patentschrift
DD 36 347 A beschreibt ein Bogenhaar aus Kunststoff für Saitenmusikinstrumente, wobei ein einzelnes Haar einen unrunden Querschnitt und eine bleibende Verdrillung aufweist. Das in dieser Schrift offenbarte Bogenhaar besteht aus Polyamid-6.10, Polyamid-8 oder Polyamid-11.
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Die in dieser Schrift beschriebenen Bogenbespannungen sind jedoch hinsichtlich der Abnutzungsbeständigkeit, der Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeits- und Temperaturschwankungen sowie dem beim Bestreichen von Streichinstrumenten erzeugten Klangvolumen noch nicht optimal.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Voreile
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Material für die Bespannung von Kontrabassbögen bereitzustellen, welches die oben genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
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Eine Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird überraschenderweise erreicht durch die Bogenbespannung gemäß dem Patentanspruch 1.
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Diese ist beständig gegenüber von Feuchtigkeits- und Temperaturschwankungen und wird auch bei Verwendung über mehrere Jahre als Bespannung von Streichinstrumentenbögen nicht oder nur geringfügig abgerleben. Es ist zudem kostengünstig und für die Herstellung in großen Mengen geeignet.
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Bevorzugt wird auch eine Polymerzusammensetzung, wobei diese aus 92,5 bis 97,5 Gew.-% Polyamid-6 2,5 bis 7,5 Gew.-% einer Mischung, bestehend aus 69 Gew.-% Ethylen, 30 Gew.-% Ethylacrylat und 1 Gew.-% Maleinsäureanhydrid-Terpolymer besteht. Insbesondere bevorzugt ist eine Polymerzusammensetzung, wobei diese aus ca. 95 Gew.-% Polyamid-6 sowie ca. 5 Gew.-% einer Mischung, bestehend aus 69 Gew.-% Ethylen, 30 Gew.-% Ethylacrylat und 1 Gew.-% Maleinsäureanhydrid-Terpolymer besteht. Ein solches Material ist hinsichtlich der oben genannten Vorteile für eine Bogenbespannung optimal.
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Unter Polymerzusammensetzung wird jede Zusammensetzung verstanden, welche mindestens eine Art von Polymeren als wesentlichem Bestandteil enthält. Dies bedeutet typischerweise, dass die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Zusammensetzung weitgehend oder sogar ausschließlich durch die Eigenschaften der enthaltenen Polymere bestimmt werden. Unter Polymer wird jede chemische Verbindung aus Ketten- oder verzweigten Molekülen (d. h. Makromolekülen) verstanden, die aus gleichen oder zumindest aus gleichartigen Einheiten (d. h. Monomeren) aufgebaut sind. Beispiele für Polymere sind Homopolymere, d. h. Polymere aus einer Monomerenart, wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Polyamid-6, Copolymere, d. h. Polymere aus mehreren voneinander verschiedenen Monomeren, wie beispielsweise Polyester, Polyurethane und Polyamid-66, und Polymerlegierungen, d. h. Mischungen unterschiedlicher Polymeren und Copolymeren.
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Unter Polyamid (Kurzzeichen PA) wird jedes Polymer verstanden, dessen Wiederholungseinheiten als charakteristisches Merkmal eine funktionelle Amidgruppe aufweist. Diese funktionelle Amidgruppe kann im Allgemeinen als Kondensationsprodukt einer organischen Carbonsäure mit einem organischen Amin unter Bildung einer Amidbindung aufgefasst werden. Vorzugsweise ist die Amidbindung dabei hydrolytisch spaltbar. Das Polyamid gehört zur Gruppe der thermoplastischen Kunststoffe. Erfindungsgemäß kann das Polyamid bzw. das Polymer aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen Polyamiden, teilaromatischen Polyamiden und aromatischen Polyamiden (Polyaramiden) ausgewählt werden.
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Unter aliphatischen Polyamiden werden solche Polyamide verstanden, deren Monomeren sich von aliphatischen Grundkörpern ableiten lassen. Beispiele für aliphatische Polyamide sind Polyamid-6 und Polyamid-66.
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Unter Polyamid-6 wird ein aliphatisches Polyamid verstanden, welches aus einer Kondensation von ε-Caprolactam hervorgeht. Alternative Bezeichnungen für Polyamid-6 sind Polycaprolactam oder PA-6. Polyamid-6 hat den Vorteil, dass es kostengünstig in großen Mengen erhältlich ist.
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Unter Polyamid-66 wird ein aliphatisches Polyamid verstanden, welches aus einer Kondensation von Hexamethylendiamin und Adipinsäure hervorgeht. Eine alternative Bezeichnung für Polyamid-66 ist PA-66.
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Teilaromatische Polyamide sind Polyamide, deren Monomeren sich zumindest teilweise von aromatischen Ausgangsstoffen ableiten. Beispiele für teilaromatische Polyamide sind Polyamide aus Hexamethylendiamin und Terephthalsäure (alternative Bezeichnung PA-6T).
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Aromatische Polyamide (Polyaramide) sind Polyamide, deren Monomeren sich von ausschließlich aromatischen Ausgangsstoffen ableiten. Beispiele für aromatische Polyamide sind para-Phenylendiamin und Terephthalsäure, wie beispielsweise Aramid.
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Die erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen sind im Hinblick auf die für die Verwendung als Bogenbespannung notwendigen physikalischen Parameter, insbesondere den E-Modul, die Streckspannung, die Streckdehnung, die Zugfestigkeit, die Bruchspannung und die Bruchdehnung optimal, wie sich auch aus den beigefügten Versuchsbeispielen ergibt.
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Unter E-Modul (Elastizitätsmodul, Zugmodul, Elastizitätskoeffizient, E) wird der Materialkennwert aus der Werkstofftechnik verstanden, der den Zusammenhang zwischen mechanischer Spannung σ und Dehnung ε bei der Verformung eines festen Körpers bei linear elastischem Verhalten beschreibt.
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Der E-Modul ist die Proportionalitätskonstante im Hookeschen Gesetz (siehe Gl. 1) und hat die Einheit einer mechanischen Spannung. E = σ / ε = const. (Gl. 1)
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Typischerweise wird der E-Modul in der Einheit Megapascal (MPa) bzw. kN/mm2 angegeben. Der Betrag des E-Moduls ist umso größer, je mehr Widerstand ein Material einer mechanischen Verformung entgegenzusetzen vermag. Dies bedeutet, dass ein Material mit hohem E-Modul eine hohe Steifigkeit aufweist und ein Material mit niedrigem E-Modul eine hohe Nachgiebigkeit aufweist.
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Unter der Zugfestigkeit σm wird die Spannung σ verstanden, die im Zugversuch aus der maximal erreichten Zugkraft bezogen auf den ursprünglichen Querschnitt der Probe errechnet wird. Die Zugfestigkeit hat die Dimension Kraft pro Fläche und wird typischerweise in Megapascal (MPa) bzw. kN/mm2 angegeben.
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Unter Reißdehnung (Bruchdehnung) A wird der Materialkennwert verstanden, der die bleibende Verlängerung ΔL einer zu testenden Probe nach dem Bruch bezogen auf die Anfangsmesslänge L0 im Zugversuch angibt. Sie ergibt sich aus der folgenden Gleichung (siehe Gl. 2).
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Die bleibende Verlängerung ΔL ist dabei die Länge nach dem Bruch vermindert um die Anfangsmesslänge L0.
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Unter Bruchspannung σB wird der Kraftabfall verstanden, der auftritt, wenn das Maximum der Kraft überschritten wird, bei der sich der Werkstoff gerade noch elastisch verformt. Die Bruchspannung wird typischerweise in der Einheit Megapascal (MPa) bzw. kN/mm2 angegeben.
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Die Streckspannung σY ist im Spannungs-Dehnungs-Diagramm der erste Spannungswert, bei dem ein Zuwachs der Dehnung ohne Steigerung der Spannung auftritt. An diesem Punkt gilt, dass die erste Ableitung der Spannung gegen die Dehnung gleich Null ist (siehe Gl. 3): ∂σ / ∂ε = 0 (Gl. 3)
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Üblicherweise wird die Streckspannung in der Einheit Megapascal (MPa) bzw. kN/mm2 angegeben. Die Streckspannung kann kleiner als die Bruchspannung einer Probe sein.
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Unter Streckdehnung wird die Dehnung εY bei Streckspannung σY verstanden.
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Es ist von Vorteil, wenn die Polymerzusammensetzung zur Verwendung als Bogenbespannung die in der Anmeldung beschriebenen Parametergrenzen für den E-Modul, die Streckspannung, die Streckdehnung, die Zugfestigkeit, die Bruchspannung und die Bruchdehnung einhält.
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Die Polymerzusammensetzung ist zudem vorzugsweise ein Thermoplast, welches sich durch Schmelzextrusion in Form eines Fadens oder Garns extrudieren lässt.
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Es können der Polymerzusammensetzung in der Schmelze zusätzlich Farbstoffe beliebiger, unveränderlicher und/oder abriebfester Färbungen hinzugefügt werden. Wenn der Polymerzusammensetzung beispielsweise ein gelber Farbstoff zugesetzt wird, kann ein Garn in der Farbe einer Pferdeborste erhalten werden, welche auch üblicherweise als Bogenbespannung verwendet wird. Auf diese Weise kann der Eindruck einer Naturhaarbespannung erzeugt werden. Vorzugsweise werden Farbstoffe eingesetzt, die eine hohe Stabilität gegenüber Farbtonveränderungen mit der Zeit aufweisen. Beispiele für solche Farbstoffe sind Titandioxid, Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, Kohlenstoff. Alternativ können aus den Polymerzusammensetzungen hergestellten fertigen Garne mit Dispersionsfarbstoffen eingefärbt werden. Derartige Verfahren sind in der Herstellung von Textilen bereits bekannt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Verwendung der erfindungsgemäßen Bogenbespannung zur Herstellung eines Kontrabassbogens.
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Hierzu ist es besonders bevorzugt, dass die Polymerzusammensetzung durch Schmelzextrusion oder durch geeignete andere Maßnahmen, welche dem Fachmann bekannt sind, in eine kadenzierte Struktur gebracht wird. Vorzugsweise wird die Polymerzusammensetzung durch Schmelzextrusion in Form eines Garns gebracht, welche eine regelmäßige Taktung in Längsrichtung aufweist, wobei die Taktlänge in Längsrichtung d sowie die Amplitudendifferenz A2 – A1 über die Länge der Extrusion im Wesentlichen gleich ist (siehe 1). Das Extrudat kann dabei durch Schmelzextrusion hergestellt sein, wobei es direkt als Garn verwendbar ist, oder zusätzlich gereckt worden sein, wobei ein gerecktes Garn entsteht. Beispielsweise kann die kadenzierte Struktur durch dreimalige Überreckung (150% der Länge bei der Vollelastizität des Garns beobachtet wird) erzielt werden.
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Das Garn hat vorzugsweise einen Durchmesser von 0,10 bis 0,14 mm, insbesondere 0,12 mm, damit es als Bespannung des Kontrabassbogens ideal ist.
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Die Erfindung betrifft zudem auch einen Kontrabassbogen enthaltend die erfindungsgemäße Bogenbespannung. Im Vergleich zu herkömmlicher Bogenbespannung, beispielsweise herkömmlichem Rosshaar, ist das erfindungsgemäße Garn temperaturbeständig und unempfindlich gegenüber Schwankungen der Luftfeuchtigkeit. Zusätzlich bietet die erfindungsgemäße Bogenbespannung eine bessere Klangstabilität und ein besseres Klangvolumen bei Verwendung in Verbindung mit dem Streichinstrument, und eine höhere Abriebbeständigkeit auch über mehrere Jahre, beispielsweise über mehr als 10 Jahre Benutzung durch einen professionellen Streichinstrumentenspieler.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen sind den nachstehenden Experimenten, den Figuren und den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Beispiele
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Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage von Ausführungsbeispielen und anhand der 1 näher erläutert.
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Die 1 zeigt eine Skizze des mit der Polymerzusammensetzung hergestellten Garns zur Verwendung als Bespannung für einen Kontrabassbogen.
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Die Ausführungsbeispiele und die Figur sind nur zum allgemeinen Verständnis der Erfindung gedacht und sind insbesondere nicht so zu interpretieren, dass hierdurch der Schutzumfang der Erfindung eingeschränkt werden soll.
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Beispiel 1.
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Für die Zusammensetzungen 1 bis 7 werden folgende Ausgangsstoffe verwendet:
- – Polyamid-6 (PA-6 Ultramid® B3, MFI = 20 (235°C), hergestellt durch die BASF AG);
- – Additiv 1 (Ethylen/Ethylacrylat/Maleinsäureanhydrid-Terpolymer mit einer Zusammensetzung von 69 Gew.-%/30 Gew.-%/1 Gew.-%, MFI = 6 (190°C));
- – Additiv 2 (Ethylen/2-Ethylhexylacrylat/Maleinsäureanhydrid-Terpolymer mit einer Zusammensetzung von 69 Gew.-%/30 Gew.-%/1 Gew.-%, MFI = 5,5 (190°C));
- – Additiv 3 (Ethylen/2-Ethylhexylacrylat/Maleinsäureanhydrid-Terpolymer mit einer Zusammensetzung von 67 Gew.-%/32 Gew.-%/1 Gew.-%, MFI = 6 (190°C));
- – Additiv 4 (Ethylen/2-Ethylhexylacrylat-Copolymer mit einer Zusammensetzung von 70 Gew.-%/30 Gew.-%, MFI = 2 (190°C));
- – Additiv 5 (Ethylen/Butylacrylat-Copolymer mit einer Zusammensetzung von 70 Gew.-%/30 Gew.-%, MFI = 2 (190°C)).
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen 1 bis 7 erfolgt durch Verschmelzen der Einzelbestandteile im Doppelschneckenextruder oder im Einschnecken-BUSS®-Cokneter nach üblichen Verfahren.
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Die Zusammensetzungen 1 bis 3 und 6 bis 7 werden dabei zunächst im Einschnecken-BUSS®-Cokneter gemischt, geschmolzen und danach in einem Nachbehandlungsextruder extrudiert. Dazu werden die Ausgangsstoffe, d. h. Polyamid-6 und Terpolymere, als Granulat in den Mischer eingetragen.
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Für die Zusammensetzungen 4 und 5 wird als Extruder ein gleichläufiger 40 mm-Doppelschneckenextruder „Werner 40” verwendet. Auch zur Herstellung dieser Zusammensetzungen werden die Ausgangsstoffe als Granulat in den Mischer eingetragen.
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Die eingesetzten Ausgangsstoffe können der Tabelle 1 entnommen werden. Tabelle 1: Eingesetzte Ausgangsstoffe der Polymerzusammensetzungen.
| | Zusammensetzung Nr. |
| Ausgangsstoffe | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| PA 6 | 100 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 |
| Additiv 1 | | 20 | | 20 | | | |
| Additiv 2 | | | 20 | | | | |
| Additiv 3 | | | | | 20 | | |
| Additiv 4 | | | | | | 2 | 2 |
| Additiv 5 | | | | | | 18 | 18 |
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Beispiel 2.
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An den Zusammensetzungen 1 bis 7 wurden Zugversuche durchgeführt (ca. 21°C, ca. 20% rel. Luftfeuchte).
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Als Messgerät wurde eine Zugprüfmaschine mit mechanischen Langwegaufnehmern, T1-FR010TH.A50; Software TestXpert V11.02 manuell, Fa. Zwick GmbH & Co. KAG verwendet. Die Durchschnittswerte dieser Messgrößen für die Zusammensetzungen 1 und 2 sind der Tabelle 2 zu entnehmen. Tabelle 2: Ergebnisse aus Zugversuchen an der Polymerzusammensetzung.
| Kenngröße | Zusammensetzung Nr. |
| | 1 | 2 |
| E-Modul [MPa] | 3.264 | 6.004 |
| Zugfestigkeit [MPa] | 83 | 405 |
| Bruchspannung [MPa] | 83 | 405 |
| Reißdehnung [%] | 37 | 12 |
| Streckspannung [MPa] | 81 | 57 |
| Streckdehnung [%] | 3,5 | 1,5 |
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In der Tabelle 2 ist jeweils der Mittelwert der Materialeigenschaften aus drei Messungen angegeben, sowie die Standardabweichung aus den Messwerten. Bei der Streckspannung und der Streckdehnung sind die periodisch auftretende Streckspannung und Streckgrenzen angegeben (geringste Messwerte).
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Im Vergleich zur Zusammensetzung 1 zeigt die Zusammensetzung 2 ein höheres E-Modul, eine höhere Zugfestigkeit, eine höhere Bruchspannung, eine geringere Reißdehnung, eine geringere Streckspannung und eine geringere Streckdehnung auf. Die Zusammensetzungen 3 bis 7 zeigten jeweils ähnliche Ergebnisse wie die Zusammensetzung 2.
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Beispiel 3.
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Für Feuchtigkeitsaufnahme wurde die Polymerzusammensetzung 2 für 36 h unter den in der Tabelle 3 angegebenen Bedingungen gelagert und anschließend bei 120°C bis zur Massenkonstanz getrocknet. Tabelle 3: Ergebnisse zur Feuchtigkeitsaufnahme an der Polymerzusammensetzung.
| Lagerung der Zusammensetzung bei | Messwert [%] |
| 23°C, 30% rel. Luftfeuchte | 3,2 +/– 0,2 |
| 23°C, in Wasser | 9,4 +/– 0,3 |
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In der Tabelle 3 wird der Mittelwert aus zwei Messungen angegeben und die Standardabweichung.
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Beispiel 4.
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Zur Ermittlung der thermischen Eigenschaften wird eine Differential Scanning Calorimetry(DSC)-Messung an der Polymerzusammensetzung 2 durchgeführt (ohne vorherige Trocknung).
Messgerät: Seiko Exstar 6000 DSC 6000, Aluminiumpfännchen (d = 5 mm) Temperaturprogramm, Heizrate 10°C/min
- 1. 25 bis 200°C
- 2. 200 bis 25°C
- 3. 25 bis 350°C
Tabelle 4: Ergebnis der DSC Messung an der Polymerzusammensetzung. | Messparameter | Messwert |
| Schmelztemperatur | 216 bis 225°C |
| Glasübergangstemperatur | nicht detektiert |
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Ausgewertet wurde jeweils die zweite Aufheizkurve.
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Beispiel 5.
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Entsprechend dem Verfahren nach Beispiel 1 werden weitere Polymerzusammensetzungen 8, 9 und 10 hergestellt, wobei diese wiederum zunächst im Einschnecken-BUSS
®-Cokneter gemischt, geschmolzen und danach in einem Nachbehandlungsextruder extrudiert werden. Tabelle 5: Eingesetzte Ausgangsstoffe der Polymerzusammensetzungen.
| | Zusammensetzung Nr. |
| Ausgangsstoff | 1 | 2 | 8 | 9 | 10 |
| PA-6 | 100 | 80 | 95 | 90 | 85 |
| Additiv 1 | | 20 | 5 | 10 | 15 |
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Die Polymerzusammensetzung 1, 2, 8, 9 und 10 werden nach herkömmlichen Verfahren durch Schmelzextrusion in Form eines Garns gebracht. Die aus den Zusammensetzungen hergestellten Garne weisen dabei einen Durchmesser von 0,12 mm auf.
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Die so hergestellten Garne weisen alle eine unter dem Lichtmikroskop erkennbare regelmäßige Taktung in Längsrichtung auf, wobei die Taktlänge in Längsrichtung d sowie die Amplitudendifferenz A2 – A1 über die Länge der Extrusion im Wesentlichen unverändert bleibt. In Analogie zum Beispiel 2 werden zudem die E-Module der Polymerzusammensetzungen 1, 2, 8, 9 und 10 ermittelt. Die Taktlängen in Längsrichtung d sowie die E-Module sind in der Tabelle 6 angegeben. Tabelle 6: E-Module der Polymerzusammensetzungen.
| Zusammensetzung Nr. | 1 | 2 | 8 | 9 | 10 |
| E-Modul [MPa] | 3.264 | 6.004 | 3.971 | 4.686 | 5.591 |
| Taktlänge in Längsrichtung d [mm] | unregelmäßig | 1,2 | 63 | 43 | 6 |
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Die Garne aus den Polymerzusammensetzungen 1, 2, 8, 9 und 10 werden zwischen dem Kopf und dem einstellbaren Spannschloss eines für die Verwendung mit Saitenmusikinstrumenten üblichen Bogens eingespannt und von professionellen Streichinstrumentenspielern zum Bestreichen von verschiedenen Streichinstrumenten verwendet. Die Klangstabilität beim Bestreichen über einen Zeitraum von 3 Stunden wird von den professionellen Streichinstrumentenspielern (jeweils 5 pro Musikinstrument) eingeschätzt.
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Es ergibt ergibt sich das in der Tabelle 7 gezeigte Ergebnis der Einschätzung. Tabelle 7: Einschätzung hinsichtlich der Klangstabilität.
| Instrument | Leersaiten | Frequenz der Grundtöne [Hz] | Zusammensetzung Nr. |
| 1 | 2 | 8 | 9 | 10 |
| Violine | g – d1 – a1 – e2 | 196 bis 659 | – | ++ | – | + | + |
| Viola | c – g – d' – a' | 130 bis 440 | – | + | + | + | ++ |
| Violoncello | C – G – d – a | 65 bis 220 | – | + | + | ++ | + |
| Kontrabass | Kontra-C – ,E – ,A – D – G | 41 bis 98 | – | – | ++ | + | – |
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In der Tabelle 7 beutet ein ”–”, dass die Klangstabilität als ”eher schlecht” eingeschätzt wurde, ”+” bedeutet, dass die Klangstabilität als ”eher gut” eingeschätzt wurde und ”++” bedeutet, dass die Klangstabilität als ”sehr gut” eingeschätzt wurde.
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Das Klangvolumen wurde bei der Verwendung von allem Bögen in Verbindung mit allen Musikinstrumenten als ”gut” bis ”sehr gut” eingeschätzt.
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Alle Bogenbespannungen aus den Polymerzusammensetzungen 2, 8, 9 und 10 zeigten auch nach einer Spieldauer von 3 bis 6 Stunden unter dem Mikroskop keine sichtbaren Abnutzungen an der Oberfläche. Die Klangstabilität änderte sich zum dem auch nicht bei Variation der Raumtemperatur und bei Änderung der Luftfeuchtigkeit.
