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Die
Erfindung betrifft einen Bügel für Blasinstrumente,
insbesondere einen Fagottabguss.
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Blasinstrumente
bestehen aus einem zylindrischen oder konischen Rohr, an dessen
einen Ende sich ein Mundstück als Schwingungserreger befindet und
dessen gegenüberliegendes Ende offen ist. Beim Anblasen
des Instruments durch das Mundstück entsteht innerhalb
des Rohrs eine Schwingung als stehende Longitudinalwelle.
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Diese
stehende Longitudinalwelle bildet sich durch in Längsrichtung
periodisch hin- und herschwingende Luftteilchen, deren Schwingungsbewegung
sich als Bewegungsimpuls und Druckimpuls ebenfalls in Längsrichtung
des Rohres mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzt. Dieser stehenden
Longitudinalwelle ist eigen, dass sie einen oder mehrere stationäre
Schwingungsknoten aufweist. Je näher sich die schwingenden
Luftteilchen an den Schwingungsknoten befinden, desto mehr geht
der Bewegungsimpuls in einen Druckimpuls über, sodass an
den Schwingungsknoten kein longitudinales Schwingen der Luftteilchen
mehr erfolgt, sondern lediglich ein periodisches Ansteigen und Absinken
des Luftdrucks. Je weiter sich die Luftteilchen von den Schwingungsknoten
entfernt befinden, desto größer ist die longitudinale
Auslenkung der Luftteilchen und desto mehr wird der Schwingungsimpuls
als Bewegungsimpuls weitergegeben, sodass bei maximaler Entfernung
von den Schwingungsknoten ein Schwingungsbauch entsteht, bei dem
die Bewegungsamplitude maximal ist bei minimaler Druckamplitude.
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Unterschiedliche
Tonhöhen werden hergestellt durch Verlängern oder
Verkürzen des geschlossenen Teils des Rohres, wodurch sich
die Länge der schwingenden Welle verändert. Bei
Metallblasinstrumenten erfolgt dies durch Zu- oder Abschalten weiterer
Rohrteile mit Hilfe von Ventilen, bei Holzblasinstrumenten mit Hilfe
von seitlich am Rohr angebrachten Löchern, die mit den
Fingern oder einem Klappenmechanismus geschlossen gehalten oder
geöffnet werden.
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Bauartbedingt
kann dieses Rohr bei Instrumenten mit Ventilen und bei größeren
Holzblasinstrumenten nicht in gerader Form konstruiert werden, sondern
muss, oft mehrfach, umgelenkt werden. Diese als Bügel bezeichnete
U-förmigen Rohrbögen müssen so konstruiert
sein, dass sie die Schwingung der Luft möglichst wenig
beeinflussen. Bauartbedingt ergeben sich häufig Krümmungswinkel
von 180° mit extrem engen Krümmungen, deren mittlerer
Krümmungsradius kleiner ist als der Rohrdurchmesser.
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Die
bekannten Bügel werden teilweise fest mit dem Instrumentenkorpus
verbunden, beispielsweise verlötet, meist jedoch zerlegbar
befestigt, indem der Bügel in die beiden zu verbindenden
Rohrteile eingeschoben wird, wie das in dem Patent
US 3 861 264 dargestellt wird oder
beim Fagott üblicherweise mit einer Flansch-Verbindung.
Der bekannte Fagottabguss besteht in seiner gebräuchlichsten Form
aus einem U-förmigen Rohrbogen der mit einer Flanschplatte
fest verbunden ist, die an den Anschlussstellen des Rohrbogens entsprechende
kreisförmige Durchbrechungen aufweist und mit zwei Schrauben
an die Stirnfläche des Fagott-Stiefels gepresst wird, sodass
die hier ausmündenden parallelen Bohrungen des Fagott-Stiefels
mit dem Fagottabguss zu einem durchgehenden um 180 Grad umgelenkten
Rohr verbunden werden. Zwischen der Stirnfläche des Fagott-Stiefels
und der Abgussplatte befindet sich üblicherweise eine Dichtungsplatte
von 2–3 mm Stärke, somit wird der Rohrverlauf
im Fagottabguss aus der Dichtungsplatte, der Abgussplatte und dem
Rohrbogen gebildet, wobei der Rohrverlauf im Bereich der Dichtung
und der Abgussplatte gerade ist, die Umlenkung erfolgt jedoch erst
im Rohrbogen. Allgemein bekannt ist, dass die Funktion eines gebogenen
Rohrs besser ist, je größer sein Krümmungsradius
im Verhältnis zum Rohrdurchmesser ist. Innerhalb der traditionellen
Bauart der Blasinstrumente kann dies nur begrenzt berücksichtigt
werden.
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1–4 zeigen
zur näheren Veranschaulichung den Stand der Technik.
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1–2 zeigen
ein Fagott mit dem schematisch dargestellten U-förmigen
Rohrbogen U.
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2 zeigt
in einer vergrößerten Ansicht den unteren Teil
des Fagottkorpus, der als Stiefel St bezeichnet wird.
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2 und 3 zeigen
einen Fagottabguss U aus Metall, wie er gemeinhin verwendet wird
im Längs- bzw. Querschnitt. Sie zeigen einen Fagottabguss
U, mit dem kreisförmigen Rohrbogen 1 in halbkreisförmiger
Bogenführung, die Flanschplatte 2 und die Dichtungsplatte 3.
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Das
französische Patent
FR
7520 E beschreibt eine Art der Befestigung des bekannten
Bogens als Schieber. Die Abbildungen zeigen den Bogen im Längsschnitt
und in der Draufsicht. Die Form des gebogenen Rohres ist nicht Gegenstand
der Erfindung und wird nicht weiter beschrieben. Den Abbildungen
gemäß
1 bis
6 lässt
sich entnehmen, dass der Bogen die kreisförmige Querschnittsform
der Rohrenden an den Anschlussstellen auch im Verlauf des um 180° gekrümmten
Rohres beibehält.
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Das
Patent
US 3 886 837 beschreibt
ein Blasinstrument bei dem Rohrteile mit Hilfe von Ventilen zu-
oder abgeschaltet werden. Um das Problem unterschiedlich starker
Partialtöne je nach zu- oder abgeschaltetem Rohrteil zu
lösen, werden die Rohrverläufe teilweise Luftdurchfluss
erschwerend ausgebildet. Hierbei kommen gemäß
8c und
9c auch ovale
Rohrquerschnitte zur Anwendung.
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Das
deutsche Gebrauchsmuster
DE
88 09 762 U1 beschreibt einen Fagottabguss mit kreisförmigen
Querschnitt mit möglichst absatzfreien Übergängen
zwischen den Bohrungsausmündungen an der Unterseite des
Stiefels und dem Fagottabguss bei dem die beiden Rohrenden über
die Flanschplatte hinausragen und in die entsprechenden Bohrungen
des Stiefels eingeschoben werden. Die Abbildung
2 zeigt
auch einen Fagottabguss, wie er gebräuchlich ist mit der
bekannten Abgussplatte und einer Dichtung.
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Das
Patent
US 3 094 032 beschreibt
einen Fagottabguss in einer Ausführung als Stimmzug mit kreisförmigem
Rohrquerschnitt, aber ohne Flansch und ohne Dichtung.
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Die
deutsche Patentanmeldung
DE
19 84 5171 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung
eines Fagottabgusses mit einem sich konisch verjüngendem
Rohrbogen mit einem kreisförmigen Rohrquerschnitt. Die
Abbildung zeigt den Abgussbogen mit bekanntem Flansch, aber ohne
Dichtung, in einer speziellen Ausführung mit in die Stiefelbohrungen
hineinragenden Rohrendstücken.
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In
der deutschen Patentanmeldung
DE 19 85 9214 A1 wird ein Bügel
beschrieben, der die Störungen der Rohrumlenkeng durch
eine besondere Form der Biegung vermindert. Der Rohrquerschnitt
ist kreisförmig, weshalb die Erfindung nur bei relativ
weit auseinander liegenden Rohrteilen Anwendung finden kann.
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Durch
den engen Krümmungsradius ergeben sich unterschiedliche
Weglängen innerhalb des Rohres, je nachdem, ob an der engsten
Krümmung der Rohrinnenwand oder an der weitesten Krümmung
der Rohrinnenwand gemessen wird. Diese Unterschiede der Weglängen
betragen beispielweise bei einem Fagottabguss im gekrümmten
Abschnitt des Rohres das 6- bis 7-fache.
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Diese
unterschiedlichen Weglängen wirken sich insbesondere in
jenen Bereichen der stehenden Longitudinalwelle, in denen sich der
Schwingungsimpuls vorwiegend als Bewegungsimpuls fortpflanzt, störend
auf die Weitergabe des Schwingungsimpulses aus, da auf Grund der
unterschiedlichen Weglängen ein paralleles und zeitgleiches
Schwingen der Luftteilchen erschwert bzw. unmöglich wird,
was einerseits zu erhöhter Reibung und damit Energieverlust
innerhalb der Luftteilchen führt und anderseits zur Wirbelbildung
führt, die eine geordnete Weitergabe des Bewegungsimpulses
behindert. Weniger von Bedeutung ist dieser Effekt im Bereich der
Schwingungsknoten, da hier lediglich ein Druckimpuls weitergegeben
wird. Deshalb ist der störende Einfluss des Bügels
mit extrem engem Krümmungsradius bei solchen Tönen
von größerer Bedeutung, dessen Schwingung in der
Nähe des Bügels einen Schwingungsbauch aufweist.
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Die
Grundströmung der durchgeblasenen Luft wird zwar durch
enge Rohrkrümmungen ebenfalls gestört, das heißt,
dass hier. auch Reibungsverluste und Wirbelbildung auftreten können.
Da die Grundströmungsgeschwindigkeit bei Blasinstrumenten
aber relativ gering ist, sind diese hier von untergeordneter Bedeutung.
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Diese
Störung der geordneten und parallelen Fortpflanzung des
Druckimpulses bewirkt, dass einzelne Töne des Blasinstruments
sowohl an Volumen verlieren als auch instabil werden, was vom Spieler nur
teilweise durch erhöhten Blasdruck und besondere Technik
der Tonbildung ausgeglichen werden kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den störenden
Einfluss der eng gekrümmten Bügel weitgehend zu
verringern, ohne dabei die mittlere Bogenlänge, das Gesamtvolumen des
Rohrbogens und die Größe der einzelnen Querschnittsflächen
wesentlich zu verändern, da diese drei Größen
für die Tonbildung des Blasinstruments wesentlich sind.
Weiters soll die Erfindung es ermöglichen auch bestehende
Instrumente durch einfaches Austauschen des Bügels, insbesondere
des Fagottabgusses, zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst,
durch den Bügel für Blasinstrumente gemäß den Ansprüchen
1 und 5, indem der Unterschied der Weglängen im Inneren
des Rohrbogens in den Randbereichen weitgehend angeglichen wird,
was in einer ersten Ausführungsform durch die erfindungsgemäße
Form des Querschnittsprofils ermöglicht wird, dessen Größe
der Querschnittsfläche im wesentlichen der Querschnittsfläche
eines Bügels mit kreisförmigem Querschnitt entspricht.
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Durch
den Wegfall der extrem kurzen und extrem langen Wegstrecken im Inneren
des Rohrbogens kann die sich fortpflanzende Schwingungsbewegung
der Luftteilchen wesentlich gleichmäßiger erfolgen,
was sich positiv auf das Schwingungsverhalten der gesamten stehenden
Welle auswirkt. Die Töne des Instruments schwingen stabiler,
der Klang wird voluminöser.
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Erfindungsgemäß wird
der Rohrbogen mit annähernd ovalem Querschnitt in der Weise
ausgeformt, dass sich der kleinere Durchmesser des ovalen Rohres
zwischen Krümmungsinnenseite und Krümmungsaußenseite
befindet und der größere Durchmesser senkrecht
zur Ebene der Rohrmittellinie steht.
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Abweichend
von allen bekannten Bügeln ist deshalb der Rohrquerschnitt
beim erfindungsgemäßen Bügel nicht kreisförmig,
sondern annähernd oval, wobei der Rohrverlauf zu seinen
Ausmündungen hin in einen kreisförmigen Querschnitt übergeht. Die
bei sehr engen Bügeln, wie beispielsweise dem Fagottabguss,
auftretenden akustischen Probleme, die durch den großen
Unterschied der Weglängen zwischen der kürzesten
Länge an der Krümmungsinnenseite und der größten
Länge an der Krümmungsaußenseite entstehen,
werden durch diese Querschnittsform weitgehend beseitigt, da die
extrem kurzen und die extrem langen Weglängen hier entfallen.
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Da
die an den Bügel anschließenden Rohrenden des
Instrumentenkorpusses einen kreisrunden Querschnitt aufweisen wird
in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung der Bohrungsquerschnitt an
beiden Anschlussstellen kontinuierlich von einem kreisförmigen
in einen ovalen Querschnitt übergeführt, um einen
stufenlosen Übergang von den kreisförmigen Rohrmündungen
des Instrumentenkorpusses zum erfindungsgemäßen
Rohrquerschnitt zu erhalten.
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Beim Übergang
vom runden in den ovalen Querschnitt ergibt sich durch die Querschnittsverbreiterung
im Randbereich eine geringfügig größere Weglänge
als in der Rohrmitte, was bei einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung dadurch ausgeglichen wird, dass die Rohrkrümmung
an den von der Ebene der Rohrmittellinie wegweisenden Randbereichen
etwas enger ist als im Bereich der Rohrmittellinie. Das entsprechende
Querschnittsprofil weist an der Krümmungsinnenseite eine
gerade Linie oder eine leichte Wölbung zum Rohrinneren
auf.
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Eine
bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass anstelle
der bekannten Dichtungsplatte die sich zwischen dem Flansch des
Fagott-Abgussbogens und der Stirnfläche des Fagotts befindet zwei
Dichtungsringe in entsprechende Ausnehmungen der Abgussplatte eingelegt
werden, sodass durch den Wegfall der Dichtungsplatte auch an den Stellen
des Rohrverlaufs, der bei Verwendung einer Dichtungsplatte durch
zylindrisch ausgestanzte Löcher gebildet wird, der erfindungsgemäße
Querschnittsverlauf wirksam wird.
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Eine
zweite Ausführung der Erfindung löst die beschriebene
Aufgabe, indem der Rohrbogen im Inneren durch eine Scheidewand in
zwei Teile getrennt wird. Diese Scheidewand teilt das Innere des Rohrbogens
in zwei etwa gleich große Teile und folgt dem Verlauf des
gebogenen Rohres, wobei die Scheidewand zwischen den beiden Rohrenden
um die Mittelachse des Rohres gedreht ist. Diese Drehung beträgt
von der einen zur anderen Öffnung annähernd eine
halbe Umdrehung. Dadurch sind die durchschnittlichen Weglängen
der beiden Rohrhälften annähernd gleich lang.
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Figurenübersicht:
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1 zeigt
ein bekanntes Fagott in der Gesamtansicht.
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2 zeigt
eine vergrößerte Ansicht des unteren Teils des
Fagotts der 1.
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3 zeigt
einen bekannten Bügel für Blasinstrumente am Beispiel
eines Fagottabgusses U im Längsschnitt, wie in 1 gezeigt
und wie er allgemein Verwendung findet.
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4 stellt
den bekannten Fagottabguss von 3 entlang
der Schnittlinie A-B im Querschnitt dar.
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5 zeigt
eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Bügels am Beispiel eines Fagottabgusses mit Dichtungsringen
im Längsschnitt.
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6 zeigt
den erfindungsgemäßen Bügel am Beispiel
des Fagottabgusses von 5 im Querschnitt entlang der
Schnittlinie C-D von 5.
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7 zeigt
den erfindungsgemäßen Bügel am Beispiel
eines Fagottabgusses von 5 in der Draufsicht in Richtung
des in 6 gezeigten Pfeils E.
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8 zeigt
das Querschnittsprofil eines erfindungsgemäßen
Bügels in einer einfacheren Ausführung.
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9 zeigt
eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Bügels mit gedrehter Scheidewand in der Draufsicht in Richtung
des Pfeils E der 10.
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10 zeigt
die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Bügels mit gedrehter Scheidewand in perspektivischer Ansicht,
bei der zum Zweck der anschaulicheren Darstellung eine Hälfte der
Rohrbogenaußenwand entfernt wurde.
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Nachfolgend
wird die Erfindung an Hand von in den 5–10 gezeigten
Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei in den Ausführungsbeispielen
gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
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In 5–8 ist
eine erste Ausführungsform des Bügels als Fagottabguss
dargestellt, bei der zwei parallele kreisrunde Bohrungen, die an
der Stirnfläche des Fagottstiefels ausmünden,
so verbindet, dass der Luftstrom um 180 Grad umgelenkt wird.
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Dabei
wird der Fagottabguss mit seiner Flanschplatte 4 am Fagottstiefel
befestigt und angepresst, sodass die beiden Ausmündungen 5 des
Fagottabgusses mit den beiden Ausmündungen des Fagottstiefels
zur Deckung kommen. Die Befestigung wird hier nicht näher
beschrieben oder abgebildet. Diese Flanschverbindung muss mit einer
Dichtung versehen werden, um luftdicht zu sein. In 5 sind die
Ausnehmungen 6 für zwei Dichtungsringe in Form
von O-Ringen abgebildet, wie sie in einer besonderen Ausführung
der Erfindung vorgesehen sind, wobei die einzulegenden O-Ringe nur
zu einem geringen Teil über die Fläche der Flanschplatte 4 ragen.
Dadurch kann der erfindungsgemäße Querschnittsverlauf über
die ganze luftführende Länge des Fagottabgusses
wirksam werden. Wegführend von den kreisförmigen
Rohrausmündungen 5 wird in der hier dargestellten
Ausführung das Rohr des Abgussbogens im jeweils äußeren
Drittel des Rohrverlaufs vom kreisförmigen in den erfindungsgemäßen Querschnitt übergeführt,
sodass dieser im größten Teil des Krümmungsbereiches
des Rohres wirksam ist.
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Das
an den Ausmündungen 5 kreisförmige Rohr
erfährt, wegführend von der Abgussplatte 4 zur Bogenmitte
hin, eine Verengung, sodass die kürzeste Weglänge
S1 zwischen den Bereichen 7 und 8 an der Krümmungsinnenseite
möglichst lange gestaltet, und die längste Weglänge
zwischen den Bereichen 9 und 10 über
den Scheitel 11 entlang der äußeren Krümmung
möglichst kurz gestaltet wird. Zum Ausgleich dieser Rohrverengung
muss der Rohrquerschnitt entsprechend breiter werden, damit die
Größe der optimalen Querschnittsfläche
erhalten bleibt. Die Verbreiterung des Rohres erfolgt demnach in
beiden, von der Ebene der Rohrmittellinie 17 wegweisenden Richtungen,
sodass sich die breiteste Ausdehnung d2 des Rohrbogens zwischen
den Bereichen 12 einerseits und 13 anderseits
befindet.
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Die
in 5 im Längsschnitt sichtbare Form der
Bogenwand im innersten und äußersten Krümmungsverlauf
ergibt sich durch die starke Einengung des Rohrbogens und weicht
daher zwangsläufig von einer halbkreisförmigen
Form ab, auch wenn die Krümmung der Rohrbogenmittellinie 17 im
Wesentlichen U-bogenförmig ist.
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Da
die Weglänge in den Randbereichen 12 und 13 des
sich verbreiternden Rohrbogens etwas länger ist als die
Weglänge in der Nähe der Rohrmitte, ist der Rohrbogen
in dieser besonderen Ausführung so gestaltet dass die Krümmung
in diesen Randbereichen 12 und 13 etwas enger
ist als in der Rohrmitte, wie dies an der nach innen gekrümmten Fläche 14 in 6 ersichtlich
ist. Ein einfacheres Querschnittsprofil, bei dem dieser letztgenannte
Längenausgleich nicht zur Anwendung kommt ist in 8 dargestellt.
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Eine
zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Bügels zeigt 9 und 10, bei der
eine Scheidewand 16 das Innere des Rohrbogens in zwei Teile
teilt, Die Scheidewand folgt der Richtung der Rohrbogenmittellinie 17 und
ist zwischen den beiden Enden des Rohrbogens um die Rohrbogenmittellinie
um etwa eine halbe Drehung in sich gedreht. Dadurch ist die durchschnittliche
Weglänge im Inneren der beiden Rohrteile im wesentlichen
gleich lang.
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Die
hier abgebildete Form der Außenwand des Fagottabgusses
ist für die Erfindung unwesentlich, wesentlich ist hier
nur die Form des Hohlraumes. Es ist auch eine mit dem Hohlraum nicht
korrespondierende Außenform denkbar, was insbesondere bei einer
Herstellung im Gießverfahren sinnvoll sein kann.
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Die
Erfindung wird hier für die Anwendung an einem Fagott beschrieben,
bei dem die beiden parallelen Bohrungen des Stiefels mit einem Bügel
verbunden werden. Die Erfindung lässt sich für
alle Blasinstrumente anwenden, bei denen der Luftstrom in annähernd
parallelen Bohrungen oder Rohren geführt wird und mit einem
bogenförmigen Rohr umgelenkt wird.
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Durch
die hier dargestellte Form eines Bügels zur Umlenkung des
Luftstromes um 180 Grad mit extrem engem Krümmungsradius
verbessert durch das weitestmögliche Angleichen der kürzesten und
längsten Weglänge im inneren Rohrverlauf das Schwingungsverhalten
der umgelenkten Longitudinalwelle eines Blasinstrumentes wesentlich,
da die durch die enge Umlenkung des Luftstromes entstehenden unterschiedlichen
Weglängen im Krümmungsbereich unvermeidbaren Störungen
der Fortpflanzung des Schwingungsimpulses weitgehend reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 3861264 [0006]
- - FR 7520 E [0011]
- - US 3886837 [0012]
- - DE 8809762 U1 [0013]
- - US 3094032 [0014]
- - DE 19845171 A1 [0015]
- - DE 19859214 A1 [0016]