DE102016121534B4

DE102016121534B4 - Wirbel für Saiteninstrumente und Verfahren zum Betätigen eines Saiteninstruments

Info

Publication number: DE102016121534B4
Application number: DE102016121534.1A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Novicos De GmbH
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2036-11-11
Also published as: WO2018087079A1; DE102016121534A1

Abstract

Saiteninstrument mit wenigstens einer Saite, deren eines Endes mit einem Wirbel verbunden ist , wobei der Wirbel um eine Längsachse (L) drehbar ist und durch eine Drehbewegung um die Längsachse (L) die Saitenspannung einstellbar ist und jeweils ein elektrischer Stellmotor (3) für die wenigstens eine Saite vorgesehen ist der mit dem zugeordneten Wirbel in Wirkverbindung steht, wobei der Stellmotor (3) eine Antriebswelle (4) aufweist, die Antriebswelle (4) und die Längsachse (L) des zugeordneten Wirbels koaxial zueinander angeordnet sind, an jeder der wenigstens einen Saite ein Spannungssensor (13) vorgesehen ist,der Spannungssensor (13) den Spannungsmesswert der eingestellten Saite bestimmt und einem Speicher einer Auswerteeinheit als Soll-Wert zuführt, und wobeider Spannungssensor (13) und der Stellmotor (3) elektrisch miteinander verbunden sind und der Stellmotor (3) die Saitenspannung in Abhängigkeit von Differenzen des Messwertes der Ist-Spannung von der Soll-Spannung des Spannungssensors (13) einstellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Saiteninstrument mit wenigstens einer Saite. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betätigen eines Saiteninstrumentes.
In der US 7,858,865 B2 ist ein Stabilisator für die Stimmung einer Saite eines Saiteninstrumentes offenbart, indem die Spannung der Saite vergrößert oder verringert wird. Dafür an ist jeder Saite ein Sensor und ein Analysator vorgesehen, sowie ein Stellantrieb, mit dem die Spannung der Saite nachjustiert werden kann.
Aus der US 2009/0114075 A1 ist der Wirbel eines Saiteninstrumentes bekannt, bei dem ein Getriebe in den Wirbelkopf des Wirbels integriert ist.
In der US 5,998,713 A ist ein Wirbel offenbart mit einem Planetengetriebe, das im Wirbelschaft vorgesehen ist. Dieses wird als nächstkommender Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Erfindung angesehen. Darüber hinaus ist in der US 8,772,615 B2 ein Stellmotor für die Saite eines Saiteninstrumentes offenbart, der über ein Getriebe die Spannung der Saite ändert.
In dem Patent DE 10 2012 108 507 B3 des Anmelders ist ein Verfahren zum Stimmen eines Saiteninstrumentes offenbart, bei dem Dehnungsänderungen mittels eine Membranrosette bestimmt werden und Abweichungen der Dehnung von Sollwerten nachjustiert werden.
Die US 2008/0276787 A1 offenbart einen Wirbel einer Saite eines Saiteninstrumentes. Eine Stimmung des Saiteninstrumentes funktioniert mit Hilfe eines piezoelektrischen Elements, das den Ton einer Saite misst, wenn die Saite angeschlagen wird. Durch das Anschlagen der Saite werden Schwingungen im Wirbel übertragen, die durch das piezoelektrische Element erfasst werden. Danach wird eine Tonanalyse gemacht und es wird die Abweichung zu einem Soll-Frequenzspektrum bestimmt. Bei Abweichung wird mittels einer Stellvorrichtung nachgestellt und die Saitenspannung nachjustiert.
Die betrifft eine Einrichtung zum Stimmen eines Saiteninstrumentes. Es ist eine Messvorrichtung für die Spannung einer Saite vorgesehen sowie eine Stellvorrichtung, die einen Motor ansteuert, der eine ursprüngliche Saitenspannung wiederherstellt. Messvorrichtung als auch Stellmotor sind relativ aufwendig gestaltet und hinter dem Steg angeordnet.
In der US 7,659,466 B1 ist eine Einstellvorrichtung für eine Saite eines Musikinstrumentes vorgesehen, die ein separat vom Musikinstrument unabhängiges Bauteil darstellt. Zum Stimmen des Saiteninstrumentes wird ein Aufsatz auf den Wirbelkopf des Saiteninstrumentes aufgesetzt.
Allen offenbarten Stellantrieben ist nachteiligerweise gemeinsam, dass sie groß, voluminös und sichtbar am Wirbelkasten des Saiteninstrumentes angeordnet sind.
Es ist in einem ersten Aspekt Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Saiteninstrument mit einer verbesserten Stimmungseinrichtung zur Verfügung zu stellen und es ist in einem zweiten Aspekt Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betätigen eines Saiteninstrumentes zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird in ihrem ersten Aspekt durch ein Saiteninstrument mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Saiteninstrument weist wenigstens eine Saite auf, deren eines Ende mit einem Wirbel verbunden ist, wobei der Wirbel um eine Längsachse drehbar ist und durch eine Drehbewegung um die Längsachse die Saitenspannung, vorzugsweise auch manuell, einstellbar ist. Darüber hinaus ist eine Stimmungseinrichtung vorgesehen, die für jeden Wirbel jeweils einen elektrischen Stellmotor für die wenigstens eine Saite aufweist, der mit dem zugeordneten Wirbel in Wirkverbindung steht, wobei der Stellmotor eine Antriebswelle aufweist und die Antriebswelle und die Längsachse des zugeordneten Wirbels koaxial zueinander angeordnet sind. Die Stimmungseinrichtung ist vorzugsweise am und im Wirbel angeordnet. Dadurch kann erfindungsgemäß auf eine Umlenkung der Drehbewegung des Stellmotors auf den Wirbel verzichtet werden, und der Stellmotor und der Wirbel können in besonders einfacher und platzsparender Weise zueinander angeordnet werden. Die koaxiale Anordnung von Antriebswelle des Stellmotors und der Längsachse des Wirbels sind erst dadurch möglich geworden, dass sehr kleine, in eine Hülse des Wirbels integrierbare Stellmotoren erhältlich sind. Jeder Saite ist vorzugsweise genau ein Stellmotor zugeordnet. Der Stellmotor ist günstigerweise im Inneren des Wirbels vorgesehen.
Darüber hinaus ist an jeder Saite, vorzugsweise im Innern des Wirbels, ein Spannungssensor vorgesehen, und der Spannungssensor und der Stellmotor stehen elektrisch miteinander in Verbindung, und der Stellmotor stellt die Saitenspannung in Abhängigkeit von Messwerten der Ist-Spannung des Spannungssensors ein. Insbesondere kann somit fortlaufend die Spannung der Saite gemessen und damit überwacht werden und bei einer veränderlichen Saitenspannung kann über entsprechende Stellimpulse, die durch Spannungsmesswerte des Spannungssensors erzeugt werden, eine Nachjustierung der Saitenspannung erfolgen.
Der Spannungssensor ist günstigerweise als Dehnmessstreifen ausgebildet. Es kann sich bei dem Spannungssensor aber auch um einen Kraftmessbolzen, oder einen Kraftmesser oder Dehnungsaufnehmer handeln. Der Dehnmessstreifen ist vorzugsweise an einem freien Abschnitt der Hülse vorgesehen.
Vorzugsweise umfasst der Wirbel eine in der Längsachse liegende Zahnstange und die Zahnstange steht mit der Antriebswelle des Stellantriebs direkt und drehfest in Verbindung, das soll heißen, dass die Zahnstange und die Antriebswelle eine Übersetzung von 1:1 haben, also die Drehbewegung der Antriebswelle direkt und unmittelbar eine Drehbewegung im Verhältnis 1:1 der Zahnstange erzeugt.
Die Zahnstange ist vorzugsweise mit einem Wirbelkopf des Wirbels wiederum drehfest verbunden, sodass eine Winkeldrehung des Wirbelkopfes des Wirbels um die Längsachse im Verhältnis von 1:1 eine Drehbewegung der Zahnstange erzeugt.
Bei anderen Ausführungsformen kann sich auch der Stellmotor im Wirbelkopf befinden.
In einer günstigen Ausführungsform der Erfindung weist der Wirbel einen Saitenwickler auf, an dem die wenigstens eine Saite befestigt ist und die Antriebswelle und der Saitenwickler stehen über ein Getriebe miteinander in Wirkverbindung.
Unter einem Saitenwickler ist hier ein Bauteil des Wirbels zu verstehen, auf dem die Saite bzw. das am Wirbel befestigte Ende der Saite aufgewickelt und abgewickelt werden kann. Der Saitenwickler kann in den freien Abschnitt der Hülse eingesteckt sein. Das Ende der Saite ist am Saitenwickler befestigt, dafür kann am Saitenwickler eine Öse oder ein Loch vorgesehen sein, an dem die Saite festgeknotet oder in das die Saite mit ihrem Ende eingesteckt werden kann.
Das Getriebe ist optional vorgesehen. Es ist auch denkbar den Saitenwickler ohne Getriebe auszubilden. Das bevorzugt vorhandene Getriebe kann als Planetengetriebe ausgebildet sein. Vorzugsweise weist das Getriebe eine Übersetzung von 2:1 bis 4:1 oder höher auf, es sind jedoch auch andere Übersetzungen denkbar, d. h., dass die Umdrehung des Wirbelkopfes des Wirbels nur zu einer Drittel- bzw. Viertel- oder geringeren Umdrehung des Saitenwicklers führt. Der Saitenwickler und der Wirbelkopf sind um dieselbe Längsachse drehbar. Der Saitenwickler ist ebenfalls als hülsenförmiges Bauteil ausgebildet, durch das die Zahnstange geführt ist und in dem, vorzugsweise an dem Wirbelkopf abgewandten Abschnitt, das Planetengetriebe angeordnet ist.
Der Wirbel umfasst den Wirbelkopf und einen Schaft. Der Schaft wiederum umfasst vorzugsweise den Saitenwickler und die Hülse und eine Montagefläche oder ähnliches für den Spannungssensor, vorzugsweise Dehnmesstreifen. Ggf. umfasst der Wirbel weitere Bauteile. Die Montagefläche kann außen am Schaft, vorzugsweise außen an dem freien Abschnitt der Hülse vorgesehen sein. Der Spannungssensor ist günstigerweise mit einer Schutzschicht überzogen.
Besonders bevorzugt ist ein Spannungssensor am Schaft, vorzugsweise der Hülse des Wirbels vorgesehen, der Verformungen des Wirbels oder eines Teils des Wirbels misst. Der Spannungssensor ist dazu günstigerweise als Dehnmessstreifen ausgebildet, der beispielsweise in einem freien Abschnitt der Hülse angeordnet sein kann, in deren eines offene Ende der Saitenwickler eingesteckt ist, sodass es durch Zugkraft an dem Saitenwickler zu einer geringfügigen Verformung auch des offenen Endes der Hülse kommt, die mit dem Dehnmessstreifen messbar ist. Die Verformung der Hülse bzw. des Bauteils, in dem der Dehnmessstreifen angeordnet ist, erzeugt Spannungsmesswerte, die einer Auswerteeinheit zugeführt werden. In der Auswerteeinheit werden die Spannungsmesswerte als Ist-Werte mit Soll-Werten verglichen und aus der Differenz werden Stellwerte berechnet, die dem der wenigstens einen Saite zugeordneten Stellmotor zugeführt werden. Die Stellwerte sind so berechnet, dass die Ist-Spannung der Saite wieder auf die vorzugsweise in einem Speicher abgelegte Soll-Spannung eingestellt wird.
Günstigerweise umfasst die Auswerteeinheit einen Speicher und eine Vergleichseinheit. In dem Speicher sind Soll-Werte für jede Saite, vorzugsweise mehrere Soll-Werte für jede Saite, die einer Person, einem Musikstück oder Ähnlichem zugeordnet sein können, abgelegt. In einer Vergleichseinheit werden die Soll-Werte mit vom Spannungssensor gemessenen Ist-Werten verglichen und daraus Stellwerte gebildet.
Die Auswerteeinheit kann an verschiedenen Stellen des Saiteninstrumentes vorgesehen sein. Es ist denkbar, dass die Auswerteeinheit im Wirbelkasten des Saiteninstrumentes angeordnet ist, es ist jedoch auch denkbar, dass jedem Wirbel eine eigene, kleinere Auswerteeinheit zugeordnet ist, die beispielsweise in dem Wirbelkopf des Wirbels vorgesehen sein kann. Die Auswerteeinheit kann insbesondere, wenn sie dezentral im Wirbelkopf der Wirbel angeordnet ist, über einen Druckknopf, durch ein-, zwei- oder mehrmaliges Drücken, bedienbar sein; eine zentrale Auswerteeinheit, aber auch einzelne Auswerteeinheiten können auch über eine Bluetooth-Verbindung oder anderweitige datenleitende, aber kabellose Verbindungen bedienbar sein.
Die Wirbel können zu einem System verbunden sein. Die Stimmung einer Saite kann unmittelbar Auswirkungen auf die Stimmung einer anderen Saite haben. Die Stimmung einer Saite wird über die Spannung gemessen und erfasst und dadurch werden die Stimmungen einer anderen, vorzugsweise aller anderen Saiten festgelegt. Wird beispielsweise die eine Saite auf einen Ton „a“ gestimmt, hat das Auswirkungen auf die Stimmung der anderen Saiten, die dann beispielsweise ebenfalls auf „a“ oder auf „d“ gestimmt werden.
Die Steuerung kann dafür mittels einer auf einem Handy geladenen App erfolgen.
Grundsätzlich sind auch in Abhängigkeit von der Art des Saiteninstruments, wie Ukulele, Violine usw., verschiedene relative Anordnungen von Saitenwickler, Hülse, Stellmotor und Wirbelkopf denkbar. Insbesondere kann der Stellmotor im Wirbelkopf angeordnet sein. Der Saitenwickler kann auch am unteren Ende des Wirbels vorgesehen sein, sodass der Wirbel einen Klemmabschnitt aufweist, der mittig in dem Wirbel vorgesehen ist.
In dem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Durchführung mit einem der oben beschriebenen Saiteninstrumente.
Das Verfahren betrifft das Betätigen des Saiteninstrumentes. Der Begriff des Betätigens ist hier weit auszulegen und umfasst alle Handlungen, die an dem Saiteninstrument vorgenommen werden können. Es umfasst insbesondere ein Verfahren zum Stimmen, aber auch zum Spielen des Saiteninstrumentes. Das Verfahren umfasst auch die Verwendung als Tonabnehme- oder Aufnahmegerät.
Dabei werden Soll-Werte von Saitenspannungen bestimmt und die Soll-Werte werden in einem Speicher abgelegt. Dann werden zu einem späteren Zeitpunkt ständig oder einmalig oder mehrmalig Ist-Spannungen jeder der Saiten mittels jeweils je eines den Saiten zugeordneten Spannungssensors gemessen und die Ist-Messwerte mit den, den Saiten zugeordneten, Soll-Werten verglichen und aus Abweichungen der Soll-Werte von den Ist-Werten Stellwerte bestimmt, die einem der Saite zugeordneten Stellmotor zugeführt werden, der die Spannung der jeweiligen Saite mittels des Stellmotors auf die Soll-Spannung zurück einstellt. Dabei wird vorzugsweise die von dem Stellmotor erzeugte Drehbewegung direkt auf die Drehbewegung einer Drehachse des Wirbels übertragen, wobei die Drehachse der Antriebswelle des Stellmotors und die Drehachse des Wirbels koaxial zusammenfallen.
Günstigerweise wird eine Saite zur Schwingung angeregt, die Ist-Messwerte der Ist-Saitenspannung werden einem bestimmten elektrischen Spannungsverlauf zugeordnet und dem elektrischen Spannungsverlauf wird ein Frequenzverlauf zugeordnet und es wird ein Tonverlauf mit dem Frequenzverlauf erzeugt. Der erzeugte Tonverlauf kann in einem Lautsprecher abgestrahlt werden. Die Töne können gegenüber den auf dem Saiteninstrument gespielten Tönen verstärkt sein.
Vorzugsweise wird der abgespielte Tonverlauf gegenüber den, den Schwingungen der angeregten Saite entsprechenden, Tönen verändert. Die Veränderung kann eine Transposition der Saitentöne aller Saiten oder eine Transposition der Töne nur einer der Saiten sein.
Besonders bevorzugt wird der Frequenzverlauf über eine datenleitende Verbindung an ein Smartphone übermittelt und dort gespeichert.
Günstigerweise legt das Stimmen einer Saite die Stimmung wenigstens einer anderen Saite mit fest und die wenigstens eine andere Saite wird entsprechend der mit festgelegter Stimmung gestimmten Saite gestimmt. Die Saiten bilden hier ein zusammenhängendes System, in dem die Stimmung einer Saite automatisch die Stimmung einer oder aller anderen Saiten mit festlegt.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Spielen einer Saite erkannt, welche Saite gezupft wird und wo die gezupfte Saite mit der Hand verkürzt wird. Aus diesen beiden Parametern wird der zugehörige Ton ermittelt und gespeichert. Auf diese Weise kann das Saiteninstrument auch als Tonabnehme- oder Aufnahmegerät fungieren.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in fünf Figuren beschrieben, dabei zeigen:

1 eine seitliche Ansicht des erfindungsgemäßen Wirbels,
2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in 1,
3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2,
4 eine Frontalansicht des Wirbels in 1,
5 eine Schnittansicht des Wirbels entlang der Linie V-V in 2.

1 zeigt den erfindungsgemäßen Wirbel in einer seitlichen Ansicht, während 5 den Wirbel in einer Frontalansicht zeigt. Der Wirbel ist Teil eines erfindungsgemäßen Saiteninstrumentes, das wenigstens eine, vorzugsweise vier oder sechs Saiten aufweist, die über einen Sattel und über einen Steg zu einem Wirbelkasten geführt sind, in dem eine der Anzahl der Saiten entsprechende Anzahl an Wirbeln, jeweils drehbar um eine jeweilige Längsachse L, vorgesehen ist.
Jeder Saite ist vorzugsweise genau ein Wirbel zugeordnet, indem an dem Wirbel ein Ende der Saite befestigt ist. Mit dem Wirbel kann die Spannung der ihm zugeordneten Saite durch Drehen des Wirbels eingestellt werden.
Der erfindungsgemäße Wirbel ist in einer Schnittansicht in 2 in seinem inneren Aufbau zu erkennen. Der Wirbel weist einen etwa pilzförmig ausgebildeten Wirbelkopf 1 auf, der drehfest mit einer zentralen Zahnstange 2 verbunden ist, eine Mittelachse M1 der Zahnstange 2 entspricht der Längsachse L und Drehachse des Wirbels. An einem dem Wirbelkopf 1 entgegengesetzten Ende der Zahnstange 2 ist ein erfindungsgemäßer, elektrischer Stellmotor 3 vorgesehen, der eine Antriebswelle 4 aufweist, die koaxial zur Längsachse L des Wirbels und zur Mittelachse M1 angeordnet ist und drehfest mit der zentralen Zahnstange 2 verbunden ist. Der elektrische Stellmotor 3 dreht damit unmittelbar die zentrale Zahnstange 2.
Der Wirbelkopf 1 ist mit der zentralen Zahnstange 2 in einem freien Abschnitt 6b der Hülse 6 eingesteckt und an einem gegenüberliegenden Ende ist die Antriebswelle 4 des elektrischen Stellmotors 3 in den freien Abschnitt 6b der Hülse 6 eingeführt und drehfest mit der Antriebswelle 4 verbunden. Die Hülse 6 ist mit einem Klemmabschnitt 6a in den Wirbelkasten eingeklemmt und dort gegenüber dem Wirbelkasten drehfest gelagert.
Zwischen der zentralen Zahnstange 2 und der Hülse 6 sind zwei seitliche Planetenzahnstangen 7a, 7b vorgesehen, die innenseitig mit der zentralen Zahnstange 2 im Eingriff stehen und außenseitig mit einem Innenzahnkranz eines Saitenwicklers 9 im Eingriff stehen. Der Saitenwickler 9 ist ebenfalls in den freien Abschnitt 6b der Hülse 6 eingesteckt.
Die Anordnung der drei Zahnstangen 2, 7a, 7b ist in Form eines Planetengetriebes ausgebildet und in 5 in einem Querschnitt entlang der Linie V-V dargestellt. In 5 ist zu erkennen, dass die zentrale Zahnstange 2 im Eingriff mit den zwei Planetenzahnstangen 7a, 7b steht, die wiederum im Eingriff mit dem Innenzahnrad des Saitenwicklers 9 stehen.
Das Getriebe weist eine erfindungsgemäße Übersetzung von 3:1 bis 4:1 auf. Es sind jedoch auch andere Übersetzungen denkbar. An dem Saitenwickler 9 wiederum ist gemäß 2 das eine Ende der dem Wirbel zugeordneten Saite befestigt ist. Dafür ist in dem Saitenwickler 9 beispielsweise eine Öse oder ein Loch 11 vorgesehen, in das das eine Ende der Saite eingeführt und mit dem Wirbel verknotet oder anderweitig fest verbunden werden kann.
Bei dem Stellmotor 3 handelt es sich um einen Elektromotor, beispielsweise um den POLOLU-2358 des Herstellers Pololu Corp. Der Stellmotor 3 selbst weist ein Innengetriebe auf, das hier nicht dargestellt ist, mit einem Übersetzungsverhältnis von etwa 200:1, d. h., dass 200 Umdrehungen des Stellmotors 3 zu einer einzelnen Umdrehung der Antriebswelle 4, gemäß 2, führen. Der Stellmotor 3 weist zwei elektrische Anschlüsse 12a, 12b auf.
In 2 ist in einem freien Abschnitt 6b der Hülse 6, die positionsfest gegenüber dem Wirbelkasten ist, ein nicht dargestellter Sensor in Form eines Dehnmessstreifens 13 vorgesehen. Der Sensor erfasst innere Verformungen der Hülse 6, aus denen auf die Spannung Rückschlüsse getroffen werden können, mit der die Saite an dem Wirbel zieht. Statt eines Dehnmessstreifens 13 entlang der Hülse 6 können auch andere Arten von Spannungssensoren vorgesehen sein. Erfindungsgemäß sind diese jedoch integraler Bestandteil des Wirbelaufbaus gemäß 2, sie können allerdings auch an anderen Stellen statt der Hülse 6 positioniert werden.
Von dem Dehnmessstreifen 13 gehen ebenfalls zwei elektrische Anschlüsse 13a, 13b ab, die zusammen mit den elektrischen Anschlüssen 12a, 12b des Stellmotors 3 über elektrische Verbindungen mit einer (nicht dargestellten) Auswerteeinheit verbunden werden. Die Auswerteeinheit ist in der Ausführung gemäß 2 separat vom Wirbel am Wirbelkasten oder anderweitig am Saiteninstrument positioniert. Es ist jedoch auch denkbar, die Auswerteeinheit beispielsweise in dem Wirbelkopf 1 des Wirbels vorzusehen und zusätzlich zur Bedienung der Auswerteeinheit einen Druckknopf oder Ähnliches am Wirbelkopf 1 vorzusehen, sodass die Auswerteeinheit durch einmaliges, zweimaliges usw. Drücken des Druckknopfes bedient werden kann.
3 zeigt den Wirbel gemäß 1 und 2 in einer Schnittansicht. Dort sind die zentrale Zahnstange 2 sowie die mit ihr zusammenwirkenden Planetenzahnstangen 7a, 7b, die das Planetengetriebe bilden, dargestellt. Das Planetengetriebe treibt direkt den Saitenwickler 9 an, an dessen, dem Wirbelkopf 1 zugewandten Ende, der eigentliche Wickelbereich für die Saite vorgesehen ist. Der Saitenwickler 9 ist in dem offenen Ende der Hülse 6 drehbar gelagert.
Der erfindungsgemäße Wirbel ermöglicht es nunmehr, hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens, zunächst eine Spannung, der dem Wirbel zugeordneten Saite manuell mit Hilfe des Wirbelkopfs 1 durch Drehen des Wirbels und prüfendes Hören einzustellen.
Wenn die Spannung eingestellt ist, wird mit Hilfe des Spannungssensors der Spannungsmesswert bestimmt und der Spannungsmesswert wird als Soll-Wert einem Speicher der Auswerteeinheit zugeführt und dort abgespeichert. Dieses Verfahren wird für jede der Saiten des Saiteninstrumentes durchgeführt. Grundsätzlich ist jeder Saite ein Wirbel, jedem Wirbel ein Spannungssensor, jedem Spannungssensor ein Stellmotor 3 zugeordnet. Der in den 1-5 dargestellte Aufbau eines Wirbels wiederholt sich also erfindungsgemäß für jede der Saiten des erfindungsgemäßen Saiteninstrumentes.
Damit wird in dem Speicher der Auswerteeinheit für jede Saite ein Soll-Spannungswert abgelegt. Die Spannungen der Saiten können durch Wärmeeinwirkung, durch Lagerung des Instrumentes und Ähnliches verstellt werden. Um die Saiten für einen Auftritt zu stimmen, werden die Soll-Werte, die im Speicher abgelegt werden, ausgelesen und mit Ist-Werten, die über den Spannungssensor für jede der Saiten aktuell bestimmt werden, verglichen. Wenn die Ist-Spannungswerte von den Soll-Spannungswerten abweichen, wird der Differenz der beiden Werte eine Stellgröße zugeordnet, die in einen elektrischen Impuls umgewandelt wird und dem der Saite zugehörigen Stellmotor 3 zugeführt wird. Die Stellgröße bestimmt den Winkel, mit dem die Antriebswelle 4 des Stellmotors 3 gedreht wird, um die Soll-Spannung neu einzustellen. Die Bedienung der Auswerteeinheit kann manuell über Druckknöpfe und das Eingeben einer bestimmten Druckfolge erfolgen oder die Auswerteeinheit kann eine komplexere Tastatur aufweisen. Es ist jedoch auch denkbar, die Auswerteeinheit mittels einer App über Funk wie Bluetooth oder WLAN zu bedienen.
Es ist möglich, dass in dem Speicher der Auswerteeinheit für jede Saite mehrere Soll-Spannungen gespeichert werden, diese Soll-Spannungen können einer Person, einer bestimmten Stimmung, einem Musikstück oder Ähnlichem zugeordnet werden und die einer Einstellung des Musikinstrumentes zugeordnete Soll-Spannung in jeder Saite kann als Gruppe abgerufen werden.
In 4 ist eine Frontalansicht des Wirbels dargestellt, bei der insbesondere der Bereich des Dehnmessstreifens 13 zu erkennen ist. Der Dehnmessstreifen 13 ist in die Wandung des freien Abschnitts 6b der Hülse 6 integriert und damit im Inneren des Wirbels angeordnet. Durch Zugwirkung der gespannten Saite am Saitenwickler 9, erfährt die mit dem Klemmabschnitt 6a in den Wirbelkasten eingelassene Hülse 6 eine Kraft, die zu einer geringeren Verformung der Hülse 6 führt, die durch den in Längsrichtung der Hülse 6 in dem freien Abschnitt 6b angeordneten Dehnmessstreifen 13 erfassbar ist. Diese Verformung wird als Maß für die Spannung der Saite der Auswerteeinheit zugeführt. Die Bauteile, abgesehen vom Wirbelkopf 1, werden auch als Schaft bezeichnet. Der Schaft umfasst hier den Saitenwickler 9 und die Hülse 6.
5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie V-V der 2. Dabei wird das Planetengetriebe dargestellt. Das Planetengetriebe ist in dem oberen Teil der Hülse 6 angeordnet. Es umfasst die zentrale Zahnstange 2 sowie die beiden Planetenzahnstangen 7a, 7b, die in einer Linie nebeneinander angeordnet sind und in seitlichen Führungen in der Hülse 6 gelagert sind.
Bezugszeichenliste

1: Wirbelkopf
2: zentrale Zahnstange
3: elektrischer Stellmotor
4: Antriebswelle
6: Hülse
6a: Klemmabschnitt
6b: freier Abschnitt
7a: Planetenzahnstange
7b: Planetenzahnstange
9: Saitenwickler
11: Loch
12a: elektrischer Anschluss
12b: elektrischer Anschluss
13: Dehnmessstreifen
13a: elektrischer Anschluss
13b: elektrischer Anschluss
L: Längsachse
M1: Mittelachse

Claims

Saiteninstrument mit wenigstens einer Saite, deren eines Endes mit einem Wirbel verbunden ist , wobei der Wirbel um eine Längsachse (L) drehbar ist und durch eine Drehbewegung um die Längsachse (L) die Saitenspannung einstellbar ist und jeweils ein elektrischer Stellmotor (3) für die wenigstens eine Saite vorgesehen ist der mit dem zugeordneten Wirbel in Wirkverbindung steht, wobei der Stellmotor (3) eine Antriebswelle (4) aufweist, die Antriebswelle (4) und die Längsachse (L) des zugeordneten Wirbels koaxial zueinander angeordnet sind, an jeder der wenigstens einen Saite ein Spannungssensor (13) vorgesehen ist, der Spannungssensor (13) den Spannungsmesswert der eingestellten Saite bestimmt und einem Speicher einer Auswerteeinheit als Soll-Wert zuführt, und wobei der Spannungssensor (13) und der Stellmotor (3) elektrisch miteinander verbunden sind und der Stellmotor (3) die Saitenspannung in Abhängigkeit von Differenzen des Messwertes der Ist-Spannung von der Soll-Spannung des Spannungssensors (13) einstellt.
Saiteninstrument nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (3) und der Spannungssensor (13) im Innern des Wirbels angeordnet sind.
Saiteninstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbel eine in der Längsachse (L) liegende Zahnstange (2) umfasst und die Zahnstange (2) mit der Antriebswelle (4) direkt und drehfest verbunden ist.
Saiteninstrument nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbel einen Saitenwickler (9) aufweist, an dem die wenigstens eine Saite befestigt ist und die Antriebswelle (4) und der Saitenwickler (9) über ein Getriebe miteinander in Wirkverbindung stehen.
Saiteninstrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Planetengetriebe ist.
Saiteninstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungssensor (13) Spannungsmesswerte der ihm zugeordneten Saite misst und eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, in der die Ist-Messwerte mit Sollwerten verglichen werden und aus deren Differenz Stellwerte berechnet werden, die dem der Saite zugeordneten Stellmotor (3) zugeführt werden und der die Ist-Spannung der Saite auf die Soll-Spannung einstellt.
Saiteninstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Wirbel ein Spannungssensor (13) zugeordnet ist und der zugeordnete Spannungssensor (13) einen Dehnmessstreifen aufweist, der außen an einer Hülse (6) angeordnet ist, in die der Saitenwickler (9) eingelassen ist.
Saiteninstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Saite eine Auswerteeinheit zugeordnet ist und die zugeordnete Auswerteeinheit innen in dem Wirbel angeordnet ist.
Saiteninstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Saiten zugeordneten Sensoren und die Stellmotoren (3) jeweils mit einer zentralen Auswerteeinheit datenleitend in Verbindung stehen.
Saiteninstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit einen Speicher für Soll-Werte der Saitenspannungen der Saite und eine Vergleichseinheit zum Vergleich der Soll-Spannungen mit den Messwerten der Ist-Spannungen aufweist.
Verfahren zum Betätigen eines Saiteninstrumentes nach einem der vorstehenden Ansprüche, indem Soll-Werte von eingestellten Saitenspannungen bestimmt werden und die Soll-Werte in einem Speicher abgelegt werden, die Ist-Spannung jeder der Saiten mittels eines Spannungssensors (13) gemessen wird und die Ist-Messwerte mit dem der jeweiligen Saite zugeordneten Soll-Wert verglichen werden und aus Abweichungen der Ist- von den Soll-Werten Stellwerte bestimmt werden, die einem der Saiten zugeordneten Stellmotor (3) zugeführt werden, der die Ist-Spannung der Saiten auf die Soll-Spannung einstellt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Saitenspannungen manuell mittels eines Wirbels eingestellt werden und die Soll-Werte gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saite zur Schwingung angeregt wird, die Ist-Messwerte der Ist-Saitenspannung einem bestimmten elektrischen Spannungsverlauf zugeordnet werden und dem elektrischen Spannungsverlauf ein Frequenzverlauf zugeordnet wird und ein Tonverlauf mit dem Frequenzverlauf erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der abgespielte Tonverlauf die den Schwingungen der angeregten Saite entsprechenden Töne verändert.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzverlauf über eine datenleitende Verbindung an ein Smartphone übermittelt wird und dort gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Stimmen einer Saite die Stimmung wenigstens einer anderen Saite mit festgelegt wird und die wenigstens eine andere Saite entsprechend der mit festgelegten Stimmung gestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zupfen einer Saite durch den der Saite zugeordneten Spannungssensor (13) erkannt wird, welche Saite gezupft wird und an welchem Druckpunkt die gezupfte Saite durch Hinunterdrücken der Saite auf den Steg verkürzt wird und aus der erkannten Saite und dem Druckpunkt der gezupfte Ton ermittelt und gespeichert wird.