NL8501525A

NL8501525A - Geluidsstaaf voor percussie-muziekinstrumenten en werkwijze voor de vervaardiging hiervan.

Info

Publication number: NL8501525A
Application number: NL8501525A
Authority: NL
Original assignee: Nippon Musical Instruments Mfg
Priority date: 1984-05-30
Filing date: 1985-05-29
Publication date: 1985-12-16
Also published as: US4649791A; DE3518032C2; DE3518032A1; US4718964A; NL185635C; JPS60254091A; NL185635B; JPS6345119B2

Description

r ί 60.77.797

Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha, Shizuoka-ken, Japan

Geluidsstaaf voor percussie-muziekinstrumenten en werkwijze voor de vervaardiging hiervan.

De uitvinding betreft een geluidsstaaf voor percussie-muziekinstrumenten en een werkwijze voor de vervaardiging hiervan, en meer in het bijzonder een verbetering in de vervaardiging van een FRP-geluidsstaaf voor percussie-5 muziekinstrumenten, zoals xylofoons, marimba's en vibrafoons .

De toepassing van hout, zoals dit gebruikelijk is voor de vervaardiging van geluidsstaven, gaat onvermijdelijk gepaard met slechte uniformiteit van de kwaliteit van het 10 materiaal en variaties in toonkwaliteit, zoals klankkleur en zuiverheid.

Als vervanging voor hout is reeds het gebruik van FRP (fiber reinforced plastics = fiber versterkte kunststoffen) voorgesteld. Het Japanse octrooischrift 59-19997 15 geeft zulk een voorstel. Volgens dit vroegere voorstel bevat een FRP-geluidsstaaf een aantal holten, die langwerpig zijn in de richting van de fiberoriëntatie, waardoor een karakteristieke verrijking of aanhouding (extension) van klanken met milde en warme klankkleuren 20 wordt verkregen. Bij de vervaardiging van de geluidsstaaf volgens dit vroegere voorstel, worden fibers of dunne staafjes, welke zijn vervaardigd van laag smeltende legeringen, thermoplastische harsen of bij warmte smeltende materialen gedispergeerd in een harsmatrix in de 25 richting van de fiberoriëntatie voor het doen ontstaan van de bovengenoemde holten, en wordt de harsmatrix verwarmd om deze fibers of staafjes door middel van smelten te verwijderen. Dit proces maakt meerdere vervaardigings-stappen noodzakelijk, hetgeen uiteraard resulteert in hoge 30 productiekosten.

r. - ·- - ^ L O ‘o - ^ ".· -2- ί ρ

Het doel van de uitvinding is een gemakkelijke vervaardiging van een FRP-geluidsstaaf met een hoge toonkwaliteit en lage productiekosten.

Overeenkomstig een eerste aspect van de onderhavige 5 uitvinding wordt een aantal versterkingsfibers gedis- pergeerd in een harsmatrix, en tenminste uitgerekt in de langsrichting van de geluidsstaaf, waarbij het volume-percentage van de versterkingsfibers ten opzichte van de harsmatrix in een gebied ligt tussen 30% en 80%, en een 10 groot aantal longitudinale poriën wordt gevormd in de geluidsstaaf, terwijl deze poriën nagenoeg uniform verdeeld zijn over de gehele dwarsdoorsnede.

Overeenkomstig een tweede aspect van de onderhavige uitvinding wordt een plaatvormige FRP-component gevormd 15 door het oriënteren van een aantal versterkingsfibers in een harsmatrix in tenminste de longitudinale richting van de FRP-component, wordt tenminste één patroon van longitudinale poriën of groeven gevormd in de FRP-component, wordt een groot aantal FRP-componenten gelamineerd en 20 samengehecht tot een rug-aan-rug combinatie, en wordt een bodemuitsnede aangebracht in één zijde van de combinatie voor instelling van de toon.

De uitvinding zal thans aan de hand van tekeningen nader worden toegelicht.

25 Figuur la toont een perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van de FRP-component, zoals deze wordt gebruikt bij de vervaardiging van een geluidsstaaf volgens de uitvinding;

Figuur lb toont een perspectivisch aanzicht van 30 een ander uitvoeringsvoorbeeld van de FRP- component, zoals deze wordt gebruikt bij de C- £ - ' *0*1 » * -3- vervaardiging van een geluidsstaaf volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont een perspectivisch aanzicht van de tweede uitvoeringsvorm van de FRP-component, 5 zoals gebruikt bij de vervaardiging van de geluidsstaaf volgens de uitvinding;

Figuur 3 toont een perspectivisch aanzicht van een voorbeeld van de uitvoeringsstappen bij de vervaardiging van een geluidsstaaf volgens de 10 uitvinding;

Figuur 4 toont een schematisch aanzicht van een voorbeeld van de uit te voeren stappen bij de vervaardiging van een geluidsstaaf volgens de uitvinding; 15 Figuur 5 toont een perspectivisch aanzicht van een derde uitvoeringsvoorbeeld van de FRP-component, zoals deze wordt gebruikt voor de vervaardiging van de geluidsstaaf volgens de uitvinding; 20 Figuur 6a toont een perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvoorbeeld van de gelamineerde combinaties, zoals vervaardigd uit FRP-componenten volgens figuur 5; en

Figuur 6b toont een perspectivisch aanzicht van 25 een ander uitvoeringsvoorbeeld van de gelami neerde combinaties, zoals vervaardigd uit FRP-componenten volgens figuur 5.

De vervaardiging van de geluidsstaaf volgens de uitvinding is gebaseerd op laminatie, waarbij een aantal FRP-compo-30 nenten, elk in de vorm van dunne plaat, door laminatie - ? * * £ £ ' , ,· J v *y 4 9 -4- wordt samengevoegd.

Een uitvoeringsvoorbeeld van zulk een FRP-component wordt getoond in figuur la, waarin de FRP-component 10 een patroon van longitudinale poriën 11 bevat, welke poriën 11 5 elk een vierkante dwarsdoorsnede hebben. Afhankelijk van de dikte van de FRP-component 10 en/of de grootte van de longitudinale poriën 11, kunnen twee of meer patronen van longitudinale poriën 11 worden opgenomen, zolang zij nagenoeg uniform verdeeld zijn over de gehele dwarsdoor-10 snede van de FRP-component 10. Bij de vervaardiging van de FRP-component 10 wordt een aantal versterkingsfibers gedispergeerd in een harsmatrix, en tenminste uitgerekt in de longitudinale richting van de FRP-component. Voor de mechanische sterkte van de geluidsstaaf echter, kunnen zij 15 gedeeltelijk in verschillende richtingen georiënteerd zijn.

Een ander uitvoeringsvoorbeeld van de FRP-component wordt getoond in figuur lb, waarin de FRP-component 20 een patroon van longitudinale boringen 21 bevat, welke borin-20 gen 21 elk een ronde dwarsdoorsnede hebben.

Een ander uitvoeringsvoorbeeld van de FRP-component wordt getoond in figuur 2, waarin de FRP-component 30 een patroon van longitudinale groeven 31 bevat, welke groeven 31 elk een vierkante dwarsdoorsnede hebben. Als alterna-25 tief kunnen de longitudinale groeven 31 ook een halve-maan-vormige dwarsdoorsnede hebben.

Voor de versterking worden boron-fibers, glas-fibers, aramide-fibers, koolstof-fibers en whiskers, bijvoorbeeld van silicium-carbide en boron-nitride, ofwel afzonderlijk 30 danwel in combinatie toegepast. In het bijzonder worden bij voorkeur hoog-elastische koolstof-fibers toegepast.

Voor de matrix worden thermo-hardende harsen gebruikt, 8501525

« V

-5- zoals epoxy-hars, onverzadigde polyester-hars en fenol-hars. In het bijzonder tonen epoxy-harsen goede hechting aan de koolstof-fibers. De georiënteerde versterkingsfibers worden ondergedoiupeld in een harsbad 5 vöör het uitharden.

Het volume-percentage van de versterkingsfibers ten opzichte van de harsmatrix dient te liggen in het gebied van 30% tot 80%, en bij voorkeur in het gebied van 50% tot 65%. Indien het volume-percentage kleiner is dan 30%, kan 10 geen voldoende versterking worden verwacht, en indien het volume-percentage groter is dan 80%, wordt geen uniforme dispersie van de versterkingsfibers bereikt. In beide gevallen wordt geen ideale verrijking of aanhouding van de klank verkregen. Het soort en het verhoudingspercentage 15 van de fibers, die moeten worden toegevoegd, liggen vast, met dien verstande dat de elasticiteitsmodulus van het product 2000 kg per mm2 of meer dient te bedragen. Een deel van de versterkingsfibers kan worden toegepast in de vorm van een weefsel of weefsels.

20 Zoals hierboven opgemerkt, bevat de FRP-component een groot aantal longitudinale poriën of groeven. De totale afmeting van de longitudinale poriën of groeven in de dikte-richting van de FRP-component dient kleiner of gelijk te zijn aan 90% van de dikte van de FRP-component.

25 Wanneer de totale afmeting deze bovengrens overschrijdt, wordt de buigsterkte van de FRP-component onaanvaardbaar verlaagd.

De longitudinale poriën of groeven dienen nagenoeg uniform gedistribueerd te zijn over de gehele dwarsdoorsnede van 30 de geluidsstaaf. Verder dient het totale dwarsdoorsnede-oppervlak van de longitudinale poriën of groeven bij voorkeur te liggen in het gebied van 5% tot 70% van dat van de geluidsstaaf, en het dwarsdoorsnede-oppervlak van elke

*yS

-6- longitudinale porie of groef kleiner of gelijk te zijn aan 300 mm2. Wanneer de longitudinale porie of groef deze bovengrens overschrijdt, heeft de holte-resonantie van de longitudinale porie of groef een schadelijke invloed op de 5 toonkwaliteit. Wanneer de distributie van de longitudinale poriën of groeven afwijkt in de dikte-richting van de geluidsstaaf, resulteert een verandering in de grootte van een bodemuitsnijding voor tooninstelling in een verandering in toonkwaliteit. Verder, wanneer de distributie 10 van de longitudinale poriën of groeven afwijkt in de breedte-richting van de geluidsstaaf, geeft zulk een afwijkende porie- of groefdistributie een deformatie-component, welke de buitenste schuifspanning verhoogt boven de normale buigingsvibratie, waardoor de verrijking 15 of aanhouding van de tonen wordt gereduceerd.

In een typische productiewerkwijze volgens de uitvinding wordt een groot aantal FRP-componenten samengelamineerd.

Een voorbeeld hiervan wordt getoond in de figuren 3 en 4, waarin FRP-componenten 30 worden gebruikt, zoals deze zijn 20 aangegeven in figuur 2. Zoals figuur 3 toont, zijn deze samengelamineerd, zodat de zijden met de groeven van een FRP-component 30 aanliggen tegen het vlakke oppervlak van een naastliggende FRP-component 30. Het laatste gegroefde oppervlak van een laminaat combinatie wordt bedekt met een 25 vlakke FRP-plaat. Wanneer FRP-componenten, zoals deze zijn weergegeven in de figuren la en 1b, worden toegepast, worden zij enkel rug-aan-rug tegen elkaar geplaatst zonder enig gebruik van een vlakke plaat. Bij de laminatie kunnen glas-fiber matten en/of koolstof-fiber matten tussen twee 30 naast elkaar liggende FRP-componenten worden aangebracht voor een binding met een hoge stijfheid. Voor de laminatie worden bij voorkeur epoxy-hars of resorcinol type hechtingen gebruikt. Een geluidsstaaf 100, zoals deze is weergegeven in figuur 4, wordt zo volgens deze werkwijze

λ s% £ c o K

.¾ 3 2 «5 i» 3 4 -7- verkregen, waarbij een bodemuitsnede 33 is aangebracht voor de tooninstelling.

De positie van de bodemuitsnede dient zo te worden gekozen, dat het slagoppervlak van de geluidsstaaf tegenover 5 de bodemuitsnede ligt in een vlak, dat loodrecht staat op de hechtlagen tussen de FRP-componenten. In deze opstelling treedt geen spanningsconcentratie, zoals afschuif-deformatie, op van de hechtlagen bij buigingsdeformatie, waarbij de toename van tan O sterk gematigd wordt, en 10 dientengevolge een goede verrijking of aanhouding van de tonen kan worden gewaarborgd. In het tegenovergestelde geval zou een grote stijging in tan é> worden veroorzaakt door de aanwezigheid van de hechtlagen. Zou het slagoppervlak van de geluidsstaaf parallel liggen aan de hechtlagen 15 tussen de FRP-componenten, dan treedt een concentratie van afschuifdeformatie op aan de laag-elastische hechtlagen bij buigingsdeformatie van de hoog-elastische FRP-componenten, en stijgt tan a van de gehele geluidsstaaf, waardoor de verrijking of aanhouding van het geluid wordt 20 gereduceerd. Daar deze spanningsconcentratie significant is voor hogere harmonischen, kunnen met een geschikte keuze van hechtingen met een lage tan £ geluiden worden gegenereerd als uit hout. Derhalve maakt een combinatie van geluidsstaven van verschillende slagoppervlak-opstel-25 lingen het mogelijk een vrije toonkleur te ontwerpen.

In een daadwerkelijk uitgevoerd voorbeeld van de constructie, zoals getoond in figuur 3, zijn vijf FRP-componenten 30 met elk vier of vijf longitudinale groeven 31 samengelamineerd, en bedraagt het dwarsdoorsnede-oppervlak 30 van elke groef 3 m x 2,5 m = 7,5 mm2.

Een ander voorbeeld van de FRP-component wordt getoond in figuur 5, waarin de FRP-component 40 twee patronen van longitudinale groeven 41 kent, welke zijn gerangschikt op & p Λ 1 £ 2 * & ^ Ki 6 v «> -8- tegenover elkaar liggende oppervlakken. Alhoewel longitudinale groeven met een vierkante dwarsdoorsnede worden getoond, kunnen zij ook halve-maanvormig in doorsnede, zijn. Dergelijke FRP-componenten 40 kunnen worden samen-5 gevoegd tot verschillende laminaat combinaties. Een voorbeeld wordt getoond in figuur 6a, waarin een groot aantal FRP-componenten 40 en een groot aantal vlakke FRP-platen 45 afwisselend samen zijn gelamineerd, waarbij het laatste gegroefde oppervlak bedekt wordt met een vlakke 10 FRP-plaat 42.

In een verder voorbeeld, zoals getoond in figuur 6b, wordt een groot aantal FRP-componenten 45 samengelamineerd, en worden enkel de laatste gegroefde vlakken bedekt met een vlakke FRP-plaat 42.

8501525

Claims

1. Geluidsstaaf voor percussie-muziekinstrumenten, met het kenmerk/ dat een aantal versterkingsfibers zijn gedispergeerd in een harsmatrix, en uitgerekt in tenminste de langsrichting van de geluidsstaaf, 5 terwijl het volume-percentage van de versterkings- fibers ten opzichte van de harsmatrix ligt in een bereik van 30% tot 80%, en dat een groot aantal longitudinale poriën zijn gevormd in de geluidsstaaf, terwijl deze poriën nagenoeg uniform verdeeld zijn 10 over de gehele dwarsdoorsnede van de geluidsstaaf.

2. Geluidsstaaf volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het volume-percentage van de versterkingsfibers in het bereik ligt van 50% tot 65%.

3. Geluidsstaaf volgens conclusie 1, met het kenmerk, 15 dat het totale dwarsdoorsnede-oppervlak van de longi tudinale poriën in het bereik ligt van 5% tot 70% van het totale dwarsdoorsnede-oppervlak van de geluidsstaaf.

4. Geluidsstaaf volgens conclusie 3, met het kenmerk, 20 het dwarsdoorsnede-oppervlak van elke longitu dinale porie kleiner of gelijk is aan 300 mma.

5. Geluidsstaaf volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een groot aantal plaatvormige FRP-componenten zijn gelamineerd en samengehecht in rug-aan-rug 25 combinatie, waarbij de FRP-componenten tenminste één patroon vormen van longitudinale poriën. «ΚΠ1 · M * - ν' *. % -10-

6. Werkwijze voor het vervaardigen van een geluidsstaaf voor percussie-muziekinstrumenten, met het kenmerk/ dat de werkwijze de volgende stappen omvat: het vervaardigen van een plaatvormige FRP-compo-5 nent door oriëntatie in een harsmatrix van een aantal versterkingsfibers in tenminste de longitudinale richting van de FRP-component, het vervaardigen van tenminste één patroon van longitudinale poriën in de FRP-component, 10. het lamineren en samenhechten van een groot aantal FRP-componenten in een rug-aan-rug combinatie, en het aanbrengen van een bodemuitsnede voor tooninstelling in één vlak van de genoemde 15 combinatie.

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een geluidsstaaf voor percussie-muziekinstrumenten, met het kenmerk, dat de werkwijze de volgende stappen omvat: het vervaardigen van een plaatvormige FRP-com-20 ponent door oriëntatie in een harsmatrix van een aantal versterkingsfibers in tenminste de longitudinale richting van de FRP-component, het vervaardigen van tenminste één patroon van longitudinale groeven in tenminste één vlak van 25 de FRP-component, het lamineren en samenhechten van een groot aantal FRP-componenten in een rug-aan-rug opstelling, 8501525 > -11- - het bedekken van tenminste êën laatst gegroefd oppervlak van de genoemde opstelling met tenminste één vlakke FRP-plaat om een rug-aan-rug combinatie te vormen, en 5. het aanbrengen van een bodemuitsnede voor tooninstelling in één vlak van de genoemde combinatie.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de bodemuitsnede wordt aangebracht in een vlak, 10 dat loodrecht ligt op de hechtlagen tussen de FRP- componenten.

9. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de bodemuitsnede wordt aangebracht in een vlak, parallel aan de hechtlagen tussen de FBP-componenten.

10. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat één patroon van longitudinale groeven wordt gevormd in één vlak van de FRP-component, en het gegroefde vlak van de FRP-component in de opstelling samengevoegd wordt met het vlakke oppervlak van een naast 20 liggende FRP-component.

11. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat twee patronen van longitudinale groeven worden gevormd in tegenover elkaar liggende vlakken van de FRP-component.

12. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat eveneens FRP-platen worden aangebracht tussen aangrenzende FRP-componenten. » «b ;% 4 r3 * : - :¾ V .* 3J.' ·