NL8703112A

NL8703112A - Gelamineerde klankstaaf van met vezels versterkte kunststof voor slaginstrumenten.

Info

Publication number: NL8703112A
Application number: NL8703112A
Authority: NL
Original assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1986-12-25
Filing date: 1987-12-23
Publication date: 1988-07-18
Also published as: US4805513A; DE3743687A1; DE3743687C2

Description

f fc 60.77.1046

Yamaha Corporation, Hamamatsu-shi, Shizuoka-ken, Japan

GELAMINEERDE KLANKSTAAF VAN MET VEZELS VERSTERKTE KUNSTSTOF VOOR SLAGINSTRUMENTEN

Achtergrond van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op een gelamineerde klankstaaf van met vezels versterkte kunststof voor slaginstrumenten, en meer in het bijzonder op een verbetering van de mechanische kwaliteit van een gelami-5 neerde klankstaaf van met vezels versterkte kunststof gebruikt voor slaginstrumenten zoals xylofoons, marimba's en vibrafoons.

Het traditionele gebruik van hout voor klankstaven gaat onvermijdelijk gepaard met ongelijkmatigheid in de 10 kwaliteit van het materiaal en fluctuaties in de klank-kwaliteit zoals klankkleur en toonhoogte ten gevolge van seizoensinvloeden.

Als vervangingsmiddel voor hout is reeds het gebruik van FRP=fibre-reinforced plastics=met vezels versterkte 15 kunststoffen voorgesteld. De in het Japanse octrooi- schrift Sho.59-19997 beschreven uitvinding berust op een dergelijk voorstel. De daarin voorgestelde FRP-klankstaaf bevat een aantal holtes die in de richting van de oriëntatie van de vezels in de kunstharsmatrix zijn uitgeboord 20 ten einde een karakteristieke verrijking of verlenging van klanken met zachte en warme klankkleuren te bewerkstelligen. Bij het produktieproces dispergeert men vezels of dunne staafjes gemaakt van legeringen met een laag smeltpunt, thermoplastische harsen of thermisch smeltbare 25 materialen in een kunstharsmatrix in de richting van de vezeloriëntatie, en verhit men de kunstharsmatrix om deze .8703112 i 4 -2- vezels of staafjes door smelten te verwijderen ter verkrijging van de boven beschreven holtes. Deze bereidingswijze vereist echter een fabricageschema met veel trappen, hetgeen natuurlijk tot hoge produktiekosten leidt.

5 Om zulk een bezwaar te ondervangen werd een nieuw type FRP- klankstaaf voorgesteld in de Amerikaanse octrooiaanvrage Ser. No. 736 569, ingediend op 21 mei 1985 (Duitse octrooiaanvrage P3518032, ingediend op 20 mei 1985, en Nederlandse octrooiaanvrage No. 85.01525, inge-10 diend op 29 mei 1985). De FRP-klankstaaf volgens die vroegere octrooiaanvrage heeft een gelamineerde constructie, waarbij een aantal versterkingsvezels in een kunst-harsmatrix gedispergeerd worden en in de lengterichting van de klankstaaf uitgerekt worden en men een veelvoud 15 van poriën in de lengterichting verkrijgt die nagenoeg gelijkmatig over de gehele doorsnede van de klankstaaf verdeeld zijn. Bij de vervaardiging van een dergelijke FRP-klankstaaf wordt een plaatvormig FRP-component verkregen door in een kunstharsmatrix een aantal verste-20 vigingsvezels in de lengterichting te oriënteren, wordt ten minste één patroon van lengtegleuven in de FRP-com-ponent aangebracht, wordt een veelvoud van FRP- componenten gelamineerd en samengekit tot één rug-aan-rug-combinatie en wordt een uitsparing voor het instellen van 25 de toonhoogte aangebracht in één zijde van de aaneengesloten combinatie.

De invoering van zulk een gelamineerde constructie vereenvoudigt het produktieproces ten zeerste en verlaagt de produktiekosten aanmerkelijk. Bij deze gelaagde 30 constructie wordt één vlak van één plaatvormig FRP-compo- .8703112 -3- nent welke van gleuven is voorzien gekit aan êën glad vlak van een aanliggende plaatvormige FRP-component. Bij het aaneenkitten van zulke componenten is het uiterst moeilijk, het gladde vlak met de juiste hoeveelheid lijm 5 te bedekken. Bestrijken met een overmaat aan lijm zou leiden tot gedeeltelijke verstopping van de poriën die uiteindelijk ontstaan bij afsluiting van de gleuven door het gladde vlak, waardoor verschillen van porie tot porie in de vibratiekarakteristiek van de klankstaaf zouden 10 optreden. Bestrijken met een onvoldoende hoeveelheid lijm zou daarentegen leiden tot een minder goede hechtvastheid van aaneengekitte FRP-componenten en daardoor tot ongelijkvormigheid van de eindprodukten. Bovendien is door de aanwezigheid van gleuven in ëên vlak een geringer hechtings-15 vlak beschikbaar en is, als gevolg daarvan, de onderlinge hechting tussen aangrenzende FRP-componenten zwakker. Derhalve zullen, als de klankstaaf bij het bespelen aangeslagen wordt in een richting evenwijdig aan die van de aaneengekitte vlakken, aan elkaar grenzende FRP-compo-20 nenten gemakkelijk loslaten, waardoor de mechanische sterkte van de klankstaaf vermindert.

Kort begrip van de uitvinding

Overeenkomstig het basisaspect van de onderhavige uitvinding bestaat een klankstaaf uit een veelvoud van plaatvormige FRP-componenten gelamineerd en samengekit tot een 25 rug-aan-rug-combinatie, waarbij verstevigingsvezels in de lengterichting van de klankstaaf georiënteerd zijn en elk FRP-component ten minste één patroon van afzonderlijke poriën bevat die in de richting van de vezeloriën-tatie doorgetrokken zijn. De uitdrukking "afzonderlijke 8703112 t

V

-4- porie" heeft betrekking op een porie in de lengterichting die alleen aan beide uiteinden open is in elke als aparte eenheid beschouwde FRP-component.

Korte beschrijving van de tekeningen

Figuur 1 is een perspectivische tekening van één uitvoerings-5 vorm van de klankstaaf overeenkomstig de onderhavige uitvinding;

Figuur 2 is een perspectivische tekening, met weglating van een deel, van een FRP-component voor de vervaardiging van de in figuur 1 weergegeven klankstaaf? 10 Figuur 3 is een perspectivische tekening, met weglating van een deel, van een combinatie van FRP-componenten met aaneengesloten vlakken ter vervaardiging van de in figuur 1 weergegeven klankstaaf? en

Figuur 4 is een perspectivische tekening van een andere 15 uitvoeringsvorm van de klankstaaf volgens de onderhavige uitvinding.

Beschrijving van de voorkeursuitvoeringen

Een uitvoeringsvorm van de klankstaaf volgens de onderhavige uitvinding is weergegeven in figuur 1, waarbij de klankstaaf 4 is opgebouwd uit een veelvoud van plaatvor-20 mige FRP-componenten 5, gelamineerd en samengekit tot een rug-aan-rug-combinatie. Bij iedere FRP-component is een aantal versterkingsvezels in een kunststofmatrix gedis-pergeerd, zodanig dat ze in de lengterichting van de klankstaaf 4 georiënteerd zijn.

8 7 fs 7 * 4 *> / v i I £.

J

* -5-

Voor de versteviging worden lange vezels zoals borium-, glas-, koolstof- en aramidevezels gebruikt, hetzij afzonderlijk of in combinatie. Korte vezels zoals sili-ciumcarbide en boriumnitride zijn eveneens bruikbaar, 5 hetzij afzonderlijk of in combinatie. Ook kunnen lange en korte vezels dooreengemengd worden. In het bijzonder worden hoog-elastische koolstofvezels bij voorkeur toegepast.

Voor de kunststofmatrix worden thermohardende harsen 10 zoals epoxy-, onverzadigde polyester- en fenolhars gebruikt. Ter verkrijging van een betere hechting aan verstevigingsvezels past men voor glasvezels bij voorkeur onverzadigde polyesterhars en voor koolstofvezels bij voorkeur epoxyhars toe.

15 Het volumepercentage van de versterkingsvezels ten opzichte van de kunstharsmatrix dient bij voorkeur tussen 30% en 70% en meer in het bijzonder tussen 50% en 60% te liggen. Indien het volumepercentage kleiner is dan 30%, is geen voldoende versteviging te verwachten, en indien 20 het volumepercentage groter is dan 70%, verkrijgt men geen uniforme dispergering van de versterkingsvezels. Het type en het volumepercentage van de versterkingsvezels worden zo gekozen dat elasticiteitsmodulus (volgens Young) en het produkt 2000 kg per mm2 moet bedragen.

25 Zoals in figuur 2 is weergegeven, is iedere FRP-component 5 voorzien van twee patronen van afzonderlijke poriën 6.

Deze afzonderlijke poriën 6 zijn vrijwel evenwijdig aan elkaar doorgetrokken in de richting van de vezeloriën-tatie, dat wil zeggen in de lengterichting van de FRP- .8703112 β

V

-6- component 5. Het doorsnedeprofiel van de afzonderlijke porie kan een ronde, vierkante of iedere andere vorm hebben. Het totale oppervlak van de afzonderlijke poriën in doorsnede dient bij voorkeur tussen 5% en 60% van dat 5 van de FRP-component 5 te bedragen. Het oppervlak in doorsnede en het aantal van de afzonderlijke poriën 6 worden gekozen naar gelang van de akoestische karakteristieken, die de klankstaaf 4 dient te hebben. Als het totale doorsnede-oppervlak minder dan 5% bedraagt, missen 10 de klankkleuren van het voortgebrachte geluid een houtachtig effect, terwijl iedere verhoging van het totale doorsnede-oppervlak boven 60% de verrijking of verlenging van klanken ongunstig beïnvloedt.

De FRP-componenten 5 worden samengelamineerd door kitten. 15 Voor het lamineren gebruikt men bij voorkeur hechtmid-delen van het type epoxyhars of resorcinol op grond van hun grote hechtvermogen en geringe krimp na verharding. Voor het verkrijgen van hechtingen met een hoge mate van stijfheid kan men glasvezel- en/of koolstofvezelmatten 20 tussen twee naast elkaar liggende FRP-componenten aanbrengen bij de laminering. Een vierkante plaat 8 wordt aan één zijvlak van de rug-aan-rug-combinatie gekit voor het bepalen van de afmeting van de klankstaaf 4.

In een typische werkwijze voor de vervaardiging van zulk 25 een klankstaaf 4 worden de plaatvormige FRP-componenten 5 gebruiksklaar gemaakt via een trekprocédé, waarbij versterkingsvezels in één richting georiënteerd worden, waarna ze in georiënteerde toestand met een thermohar-dende hars zoals onverzadigde polyesterhars geïmpregneerd 30 worden. Het harsbad dient bij voorkeur 0,5 a 1,5 ge- . 87 0 Σ1 f 2 Η -7- wichtsdelen van een peroxide als hardingsmiddel, zoals benzoylperoxide, lauroylperoxide en cumeenhydroperoxide, en/of 1 I 3 gewichtsdelen onthechtingsmiddel zoals zinkstearaat, en/of 5 tot 50 gewichtsdelen glijmiddel 5 zoals calciumcarbonaat, per 100 gewichtsdelen hars te bevatten. Vervolgens leidt men de met hars geïmpregneerde combinatie door een matrijs voor de vorming van de afzonderlijke poriën 6 in de richting van de vezel-oriëntatie, en voorts door een verwarmingsmatrijs ter 10 verkrijging van de in figuur 2 afgebeelde plaatvormige FRP-component 5. Binen de boven aangeduide grenzen, waarbinnen het totale doorsnede-oppervlak moet blijven, dient het doorsnede-oppervlak voor elke afzonderlijke porie bij voorkeur zo groot mogelijk te zijn. De af-15 zonderlijke poriën 6 kunnen ook langs mechanische wijze aangebracht worden.

De aldus vervaardigde FRP-componenten 5 worden op de in figuur 3 weergegeven wijze gelamineerd en samengekit tot een rug-aan-rug-combinatie 7. De lamineerrichting is in 20 hoofdzaak loodrecht op de richting waarin de vezels in iedere FRP-component 5 zijn georiënteerd. Daardoor wordt de mechanische sterkte van de FRP-component 5 zowel in de richting van laminering als in de richting van de vezel-oriëntatie vergroot. Dankzij de gladheid van het zijvlak 25 van de combinatie 7 kan plaat 8 met grote hechtkracht daaraan vastgekit worden.

Vervolgens wordt een uitsparing in één zijvlak van de combinatie 7 aangebracht om een klankstaaf als afgebeeld in figuur 1 te verkrijgen.

.8703112 -8-

De klankstaaf 4 dient bij voorkeur aangeslagen te worden op een zijvlak dat loodrecht staat op de samengekitte hechtingsvlakken van de aangrenzende FRP-componenten 5. Wordt de klankstaaf 4 aangeslagen op een zijvlak dat 5 evenwijdig aan de hechtingsvlakken verloopt, dan treedt een concentratie van afschuifdeformatie op aan de laag-elastische hechtlagen bij buigingsdeformatie van de FRP-componenten 5, waardoor de verrijking of verlenging van de door de klankstaaf 4 geproduceerde klanken ge-10 schaad wordt.

Dankzij de geïsoleerde ligging van de afzonderlijke poriën 6 worden de aangrenzende FRP-componenten 5 gelamineerd en samengekit via gladde hechtingsvlakken, waardoor een grote hechtvastheid van de klankstaaf 15 gewaarborgd wordt. Bovendien kunnen de afzonderlijke poriën zeer gemakkelijk, bijvoorbeeld door middel van een trekprocëdë worden aangebracht.

Een andere uitvoeringsvorm van de klankstaaf volgens de onderhavige uitvinding wordt weergegeven in figuur 4, 20 waarbij een FRP-plaat 9 bovendien nog aan één zijvlak van de in figuur 3 weergegeven rug-aan-rug-combinatie 7 gekit is. Verstevigingsvezels in de FRP-plaat 9 kunnen 6f in één richting georiënteerd 6f in diverse richtingen gedispergeerd zijn. Het is op zijn minst noodzakelijk dat 25 de FRP-plaat 9 ten minste gedeeltelijk verstevigingsvezels bevat, die georiënteerd of gedispergeerd zijn in een richting dwars op die van de vezeloriëntatie in de FRP-componenten 5. Dankzij deze dwarse rangschikking van de onderscheidene vezeloriëntaties neemt de mechanische 30 sterkte van de klankstaaf 4 aanmerkelijk toe zowel in de lengte als in de breedte.

.8703112

Claims

1. Een gelamineerde klankstaaf van met vezels versterkte kunststof voor slaginstrumenten, omvattende een veelvoud van plaatvormige componenten van met vezels versterkte kunststof, welke gelamineerd en samen- 5 gekit zijn tot één rug-aan-rug-combinatie, waarbij verstevigingsvezels in de lengterichting van genoemde klankstaaf georiënteerd zijn, terwijl elk van de genoemde componenten ten minste één patroon van afzonderlijke poriën bevat, die in de richting van 10 genoemde vezeloriëntatie doorgetrokken zijn.

2. Een gelamineerde klankstaaf van met vezels versterkte kunststof volgens conclusie 1, die voorts een plaat van met vezels versterkte kunststof omvat, welke aan éën zijvlak van genoemde rug-aan-rug- 15 combinatie gekit is.

3. Een gelamineerde klankstaaf volgens conclusie 2, waarbij de genoemde plaat ten minste gedeeltelijk verstevigingsvezels bevat, welke georiënteerd of gedispergeerd zijn in een richting dwars op die van 20 genoemde vezeloriëntatie in genoemde component. .8703112