EP3682441A1 - Tonerzeugendes blatt für blasinstrumente - Google Patents

Tonerzeugendes blatt für blasinstrumente

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EP3682441A1
EP3682441A1 EP18734209.2A EP18734209A EP3682441A1 EP 3682441 A1 EP3682441 A1 EP 3682441A1 EP 18734209 A EP18734209 A EP 18734209A EP 3682441 A1 EP3682441 A1 EP 3682441A1
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EP
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sound
fiber
polymer compound
sheet according
generating sheet
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Heinz HAIDER
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Maxton GmbH
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Maxton GmbH
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    • G10D7/06—Beating-reed wind instruments, e.g. single or double reed wind instruments
    • G10D7/066—Clarinets

Definitions

  • the invention relates to a sound-producing sheet
  • Fiber composite materials for wind instruments wherein the fiber composite material is a fiber-reinforced
  • Wind instruments such as the clarinet or the saxophone have a beak-shaped blowing device formed of a blade and a mouthpiece.
  • the sheet is the actual sound generator and is attached to the mouthpiece.
  • the flow of air blown into the instrument by the musician causes the leaf attached to the mouthpiece to vibrate, creating a vibration in the air column of the instrument. With the lower lip and air flow, the player controls the vibration of the sheet, affecting both the sound and intonation.
  • the design of the blade is thus crucial to the quality of the sound of the instrument. It is mostly made of a tube wood
  • the tissue of Arundo donax consists of longitudinal capillary tubes
  • Xylem The xylemes are embedded in a soft, foamy mass and connected to each other
  • Fabric structure of the wood is responsible for the flexibility and vibration behavior.
  • the disadvantages of using a natural material are material inhomogeneity and material fatigue during processing, resulting in variable quality of manufacture and use. There are efforts to produce leaves
  • thermosetting polymer matrix can be mixed with hollow spheres. After curing, the clarinet sheet must be cut or milled accordingly, so that the production is complex and costly and an exact reproducibility barely can be guaranteed. In addition, the playing characteristics of the sheet are very poor.
  • Polymer matrix are embedded from a thermoplastic.
  • polyolefins are mentioned.
  • the polymer fibers are designed as continuous fibers running in the longitudinal direction of the sheet.
  • the melting point of the fibers is chosen to be higher than that of the polymer matrix, wherein in the course of the heating required in the preparation, the temperature above the
  • Melting temperature of the polymer matrix is, but below the melting temperature of the fibers.
  • the fibers can thus be inserted into the molten polymer matrix.
  • Mouthpiece track in which the sheet vibrates with more mass but smaller amplitude and so also produces the characteristic and designated as "Viennese sound” timbre of the "Vienna clarinet".
  • This timbre with comparatively darker, softer sound gives Austrian orchestras - along with other Viennese instruments such as the Viennese oboe, the Viennese Horn, the Viennese timpani or the Viennese percussion - their typical Viennese sound style.
  • the object of the present invention is now to avoid the disadvantages of using a natural material for the sheet of wind instruments while maintaining the advantages in terms of playability and timbre.
  • Claim 1 relates to a sound-producing sheet
  • Fiber composite materials for wind instruments wherein the fiber composite material is a fiber-reinforced
  • Polymer compound acts. According to the invention is hereby
  • the polymer compound comprises a thermoplastic elastomer to which hollow microspheres are added.
  • the thermoplastic elastomer may be, for example, a thermoplastic copolyester (TPC) or a
  • thermoplastic urethane-based elastomer act.
  • Thermoplastic elastomers are also easy to process and are therefore particularly suitable for injection molding, so a rapid manufacturability at comparatively
  • thermoplastic elastomers have an admixture of
  • the hollow microspheres serve to reduce the density of the polymer compound, but are also very fragile and require careful processing.
  • Selected thermoplastic elastomers may also provide a sufficiently low viscosity to meet the requirements of To be able to add inventively provided amount of hollow microspheres without the density-reducing property of
  • the fibers may be, for example, carbon fibers, preferably short fibers having fiber lengths of 0.1-1 mm, the fiber content of the fiber-reinforced polymer compound preferably being in a range of 10-20% by weight, for example 15% by weight.
  • the use of short fibers does not affect the processability of the polymer compound by injection molding. In the course of processing by injection molding, although a minor
  • Alignment of the short fibers causes, but it can still be spoken of a substantially isotropic distribution of the short fibers in the cured polymer compound.
  • the hollow microspheres may be about
  • Polymer compound preferably 40-60% by volume
  • Hollow microspheres for example, 50 volume percent hollow microspheres. Furthermore, additives such as adhesion promoters (compatibilizers) may be added.
  • additives such as adhesion promoters (compatibilizers) may be added.
  • Fiber-reinforced polymer compound preferably has a density of 0.90-0.92_g / cm 3 .
  • the plastic sheet according to the invention proves to be
  • Ratio of stiffness, density and damping to achieve clear tones and easy play in both soft and noisy game are achieved by the admixture of hollow microspheres, in particular of glass. Glass bubbles are mostly made of alkali
  • This filler is characterized by a low nominal density and a high compressive strength.
  • the diameters of these hollow microspheres are in the micrometer range and are generally between 10 and 110 ym, where they mostly in a size distribution in this area are available.
  • the plastic sheet according to the invention is similar in its
  • the proposed polymer compound is also suitable for producing the plastic sheet according to the invention in
  • the plastic sheet is also very durable and changes its properties

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Abstract

Tonerzeugendes Blatt aus Faserverbundwerkstoffen für Blasinstrumente, wobei es sich bei dem Faserverbundwerkstoff um ein faserverstärktes Polymercompound handelt, dem Mikrohohlkugeln beigemengt sind, wobei das Polymercompound ein thermoplastisches Elastomer umfasst. Das erfindungsgemäße Kunststoff-Blatt ist in seiner Klangqualität von derzeit verwendeten Rohrblättern nicht mehr zu unterscheiden und ist sogar in der Lage die charakteristisch dunkle, weiche Klangfarbe des „Wiener Klangs" zu reproduzieren. Das vorgeschlagene Polymercompound eignet sich zudem für eine Herstellung des erfindungsgemäßen Kunststoff-Blattes im Spritzgussverfahren, wodurch in der Herstellung eine gute Chargenkonstanz sichergestellt werden kann. Das Kunststoff- Blatt ist darüber hinaus sehr beständig und ändert seine Eigenschaften insbesondere auch während des Spieles nicht.

Description

Tonerzeugendes Blatt für Blasinstrumente
Die Erfindung betrifft ein tonerzeugendes Blatt aus
Faserverbundwerkstoffen für Blasinstrumente, wobei es sich bei dem Faserverbundwerkstoff um ein faserverstärktes
Polymercompound handelt, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Blasinstrumente wie die Klarinette oder das Saxophon weisen eine schnabelförmige Anblasvorrichtung auf, die aus einem Blatt und einem Mundstück gebildet wird. Das Blatt ist der eigentliche Tonerzeuger und wird am Mundstück befestigt. 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. Die Ausführung des Blatts ist somit von entscheidender Bedeutung für die Qualität des Klanges des Instruments. Es ist zumeist aus einem Rohrholz
(Pfahlholz, Arundo donax) gefertigt. Das Gewebe des Arundo donax besteht aus längs verlaufenden Kapillarröhrchen
(„Xyleme") . Die Xyleme sind in einer weichen, schaumartigen Masse eingebettet und miteinander verbunden. Die
Gewebestruktur des Holzes ist für die Flexibilität und das Schwingungsverhalten verantwortlich. Die Nachteile bei der Verwendung eines Naturwerkstoffes sind Materialinhomogenität und Materialermüdung bei der Verarbeitung, was eine variable Qualität bei der Herstellung und Benutzung mit sich bringt. Es gibt zwar Bestrebungen zur Fertigung von Blättern aus
Kunststoffen, allerdings gelang es bislang nicht die
Klangfarbe eines aus einem Naturwerkstoff gefertigten Blattes in befriedigender Weise nachzuahmen.
In der US 2009/0301284 AI wird etwa ein Klarinettenblatt aus einem Duroplast, insbesondere aus einem orientierten
Polypropylen oder Polyethylen, beschrieben, das über
Extrusionsverfahren hergestellt wird. Der duroplastischen Polymermatrix können Hohlkugeln beigemengt werden. Nach dem Aushärten muss das Klarinettenblatt entsprechend zugeschnitten oder gefräst werden, sodass die Herstellung aufwändig und kostenintensiv ist und eine exakte Reproduzierbarkeit kaum gewährleistet werden kann. Zudem sind die Spieleigenschaften des Blattes sehr mangelhaft.
Aus der WO 2016/042259 AI ist ein Kunststoffblatt bekannt, bei dem Fasern aus einem thermoplastischen Polymer in einer
Polymermatrix aus einem Thermoplast eingebettet sind. Als Beispiel werden Polyolefine genannt. Die Polymerfasern sind als Endlosfasern ausgeführt, die in Längsrichtung des Blattes verlaufen. Der Schmelzpunkt der Fasern wird höher gewählt als jener der Polymermatrix, wobei im Zuge der bei der Herstellung erforderlichen Erwärmung die Temperatur oberhalb der
Schmelztemperatur der Polymermatrix liegt, aber unterhalb der Schmelztemperatur der Fasern. Die Fasern können somit in die geschmolzene Polymermatrix eingelegt werden. Nach dem
Aushärten muss das Klarinettenblatt wiederum entsprechend zugeschnitten oder gefräst werden. Die Herstellung ist daher aufwändig und kostenintensiv, wobei eine exakte
Reproduzierbarkeit kaum möglich ist. Zudem zeigen Blätter mit dem beschriebenen Aufbau und den beschriebenen Materialien eine unzureichende Ermüdungsfestigkeit sowie eine für die Spielpraxis vor allem im professionellen Bereich unzulängliche Kriech- und Relaxationsfestigkeit. Von der Beimengung von Hohlkugeln wird in der WO 2016/042259 AI abgeraten, da dadurch die mechanischen Eigenschaften des Polymercompound so
verändert werden, dass es sich für die Herstellung eines
Blattes nicht mehr eignet.
Bekannte Herstellungsverfahren ergeben zudem Kunststoff- Blätter mit groben Mängeln wie stark variierendes,
chargenabhängiges Spielverhalten oder generell schlechte
Spielbarkeit . Insbesondere im professionellen Bereich finden daher Kunststoff-Blätter bislang kaum Einsatz. Das gilt besonders für das deutsche Klarinettensystem mit seiner vom französischen Klarinettensystem unterschiedlichen
Mundstückbahn, bei der das Blatt mit mehr Masse aber kleinerer Amplitude schwingt und so auch die charakteristische und als „Wiener Klang" bezeichnete Klangfarbe der „Wiener Klarinette" erzeugt. Diese Klangfarbe mit vergleichsweise dunklerem, weicherem Klang verleiht österreichischen Orchestern - neben anderen Wiener Instrumenten wie der Wiener Oboe, dem Wiener Horn, der Wiener Pauke oder dem Wiener Schlagwerk - ihren typischen Wiener Klangstil. Eine zufriedenstellende
Reproduktion dieser mit Blättern aus Naturwerkstoffen
erzielten Klangfarbe und ihren Oberton-Charakteristiken mit einem synthetischen Kunststoff-Blatt schien bislang nicht möglich .
Das Ziel der gegenständlichen Erfindung besteht nun darin die Nachteile der Verwendung eines Naturwerkstoffes für das Blatt von Blasinstrumenten zu vermeiden und gleichzeitig die Vorzüge hinsichtlich Spielbarkeit und Klangfarbe beizubehalten.
Insbesondere soll eine hohe qualitative Reproduzierbarkeit bei Herstellung und Gebrauch gewährleistet sein.
Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht. Anspruch 1 bezieht sich auf ein tonerzeugendes Blatt aus
Faserverbundwerkstoffen für Blasinstrumente, wobei es sich bei dem Faserverbundwerkstoff um ein faserverstärktes
Polymercompound handelt. Erfindungsgemäß wird hierbei
vorgeschlagen, dass das Polymercompound ein thermoplastisches Elastomer umfasst, dem Mikrohohlkugeln beigemengt sind. Bei dem thermoplastischen Elastomer kann es sich etwa um ein thermoplastisches Copolyester (TPC) oder um ein
thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis (TPU) handeln.
Bei der Verwendung thermoplastischer Elastomere hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Blätter über eine
ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit verfügen, sowie die für einen Einsatz vor allem im professionellen Bereich
erforderliche Kriech- und Relaxationsfestigkeit aufweisen. Thermoplastische Elastomere sind zudem leicht zu verarbeiten und eignen sich daher insbesondere für Spritzgussverfahren, sodass eine rasche Herstellbarkeit bei vergleichsweise
geringen Kosten und eine hohe Reproduzierbarkeit
sichergestellt werden können. Es hat sich zudem gezeigt, dass thermoplastische Elastomere eine Beimengung von
Mikrohohlkugeln erlauben. Die Mikrohohlkugeln dienen einer Verringerung der Dichte des Polymercompounds , sind aber auch sehr fragil und bedürfen einer vorsichtigen Verarbeitung.
Ausgewählte thermoplastische Elastomere können außerdem eine ausreichend niedrige Viskosität bieten, um die im Rahmen der Erfindung vorgesehene Menge an Mikrohohlkugeln beimengen zu können, ohne dass die dichteverringernde Eigenschaft der
Mikrohohlkugeln verloren geht, oder die für das Spielverhalten relevanten mechanischen Eigenschaften des Blattes
beeinträchtigt werden.
Bei den Fasern kann es sich etwa um Kohlefasern handeln, vorzugsweise um Kurzfasern mit Faserlängen von 0.1-1 mm, wobei der Fasergehalt des faserverstärkten Polymercompound bevorzugt in einem Bereich von 10-20 Gewichtsprozent, beispielsweise bei 15 Gewichtsprozent, liegt. Bei der Verwendung von Kurzfasern wird die Verarbeitbarkeit des Polymercompounds mithilfe von Spritzgussverfahren nicht beeinträchtigt. Dabei wird im Rahmen der Verarbeitung über Spritzguss zwar eine geringfügige
Ausrichtung der Kurzfasern bewirkt, es kann aber dennoch von einer im Wesentlichen isotropen Verteilung der Kurzfasern im ausgehärteten Polymercompound gesprochen werden.
Bei den Mikrohohlkugeln kann es sich etwa um
Glasmikrohohlkugeln handeln, wobei das faserverstärkte
Polymercompound vorzugsweise 40-60 Volums-Prozent
Mikrohohlkugeln aufweist, beispielsweise 50 Volums-Prozent Mikrohohlkugeln. Des Weiteren können noch Zusatzstoffe wie Haftvermittler (Compatibilizer) beigemengt sein. Das
faserverstärkte Polymercompound weist vorzugsweise eine Dichte von 0.90-0.92_g/cm3 auf.
Das erfindungsgemäße Kunststoff-Blatt erweist sich
spieltechnisch allen derzeit verfügbaren Kunststoffblättern überlegen und weist ein dem Holz ähnliches, ausgewogenes
Verhältnis von Steifigkeit, Dichte und Dämpfung auf, um klare Töne sowie ein leichtes Anspielen sowohl bei leisem als auch lautem Spiel zu erzielen. Diese Eigenschaften werden durch die Beimengung von Mikrohohlkugeln, insbesondere aus Glas, erzielt. Glashohlkugeln werden zumeist aus alkaliarmen
Borosilikatglas gefertigt und sind chemisch inert und
wasserunlöslich. Dieser Füllstoff zeichnet sich durch eine geringe Nenndichte und eine hohe Druckfestigkeit aus. Die Durchmesser dieser Mikrohohlkugeln liegen im Mikrometerbereich und betragen in der Regel zwischen 10 und 110 ym, wobei sie zumeist in einer Größenverteilung in diesem Bereich verfügbar sind.
Das erfindungsgemäße Kunststoff-Blatt ähnelt in seiner
Klangfarbe nicht nur jener von derzeit verwendeten
Rohrblättern, sondern ist sogar in der Lage in seiner
Klangqualität die charakteristisch dunkle, weiche Klangfarbe des „Wiener Klangs" zu reproduzieren, sodass für den
professionellen Musiker kein Unterschied zwischen einem herkömmlichen Rohrblatt und dem erfindungsgemäßen Kunststoff- Blatt mehr erkennbar ist.
Das vorgeschlagene Polymercompound eignet sich auch für eine Herstellung des erfindungsgemäßen Kunststoff-Blattes im
Spritzgussverfahren, wodurch in der Herstellung eine gute Chargenkonstanz, also eine hohe qualitative Reproduzierbarkeit sichergestellt werden kann. Das Kunststoff-Blatt ist darüber hinaus sehr beständig und ändert seine Eigenschaften
insbesondere auch während des Spieles nicht. In seinen
physikalischen Eigenschaften hinsichtlich Steifigkeit und Dichte weist es ähnliche Eigenschaften wie derzeit verwendete Naturwerkstoffe auf, etwa einen Elastizitätsmodul von 6.000- 9.000 MPa und eine Dichte von etwa 0.9 g/cm3. Freilich ist die Klangfarbe eines Blattes und sein Schwingungsverhalten während des Spiels ein komplexes Zusammenspiel von einer Fülle von Materialeigenschaften, sodass es sehr überraschend war, dass das erfindungsgemäße Kunststoff-Blatt in seiner Klangfarbe derzeit verwendete Rohrblätter nicht nur ähnelt, sondern die Klangqualität herkömmlicher Rohrblätter sogar reproduziert.

Claims

Patentansprüche :
1. Tonerzeugendes Blatt aus Faserverbundwerkstoffen für
Blasinstrumente, wobei es sich bei dem Faserverbundwerkstoff um ein faserverstärktes Polymercompound handelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymercompound ein thermoplastisches Elastomer umfasst, dem Mikrohohlkugeln beigemengt sind.
2. Tonerzeugendes Blatt nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass es sich bei dem thermoplastischen
Elastomer um ein thermoplastisches Copolyester (TPC) oder um ein thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis (TPU)
handelt .
3. Tonerzeugendes Blatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fasern um Kohlefasern handelt .
4. Tonerzeugendes Blatt nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass es sich bei den Fasern um Kurzfasern mit Faserlängen von 0.1-1 mm handelt.
5. Tonerzeugendes Blatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fasergehalt des
faserverstärkten Polymercompound in einem Bereich von 10-20 Gewichtsprozent liegt.
6. Tonerzeugendes Blatt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Mikrohohlkugeln um Glasmikrohohlkugeln handelt.
7. Tonerzeugendes Blatt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das faserverstärkte
Polymercompound 40-60 Volums-Prozent Mikrohohlkugeln aufweist.
8. Tonerzeugendes Blatt nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, dass das faserverstärkte Polymercompound 50 Volums-Prozent Mikrohohlkugeln aufweist.
9. Tonerzeugendes Blatt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das faserverstärkte
Polymercompound eine Dichte von 0.90-0.92 g/cm3 aufweist.
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