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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Musikinstruments, wobei in diesem Verfahren ein Musikinstrument
aus einem oder mehreren Teilen hergestellt wird und wobei von diesen
Teilen wenigstens eines aus einem Kunststoffverbundmaterial hergestellt
wird, das Thermoplastpolymer umfasst. Die vorliegende Erfindung
betrifft des Weiteren ein Musikinstrument, wobei dieses Instrument
aus einem oder mehreren Teilen hergestellt ist und wobei von diesen
Teilen wenigstens ein Teil aus einem Kunststoffverbundmaterial hergestellt ist,
das Thermoplastpolymer umfasst.
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Herkömmlicherweise
bestehen Teile, die den Korpus verschiedener Blasinstrumente und
Gitarren bilden, hauptsächlich
aus Holz. Holz ist aus tontechnischer Sicht ein ausgezeichnetes
Material, weil Holz ein extrem steifes Material im Verhältnis zu
seinem Gewicht ist und seine Schwingungseigenschaften vom menschlichen
Ohr als angenehm empfunden werden. Die Tonlänge ist hinreichend kurz, während Holz
zweckmäßigerweise
die Schwingungen dämpft.
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Das
Problem bei Holz ist die Tatsache, dass es nur mühevoll und relativ langsam
zu bearbeiten ist, um genau die gewünschte Form und den gewünschten
Grad an Oberflächenbeschaffenheit
(zum Beispiel eine gewünschte
Rauigkeit der Oberfläche) zu
erreichen. Außerdem
tritt der unerwünschte
Einfluss von Poren, möglichen
Harzeinschlüssen
in der Maserung und anderen nicht-sichtbaren Ungleichmäßigkeiten
auf der Oberfläche
von Holz erst beim Testen des fertigen Instruments zutage. Im schlimmsten
Fall stellt man fest, dass der hohe Arbeitsaufwand, der in die Herstellung
eines Musikinstruments investiert wurde, umsonst war und das Instrument
wegen seines inakzeptablen Klangs unbrauchbar ist.
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Zum
Beispiel ist das Bearbeiten eines Halses einer elektrischen Gitarre
eine besonders arbeitsintensive und Erfahrung erfordernde Arbeitsphase, weil
Platz für
einen Einstellstab geschaffen werden muss, der als eine Gegenkraft
gegen den Zug der Seiten im Inneren des Halses fungiert. Drei alternative
Techniken haben sich für
die Schaffung des Platzes für
einen Einstellstab etabliert. In der ersten Alternative wird der
untere Teil des Halses aus einem einzigen Gegenstand hergestellt,
in dessen Oberseite eine Nut für
einen Einstellstab eingearbeitet wird, und nach dem Montieren des
Einstellstabes wird ein oberer Teil, der aus einem separaten Gegenstand
hergestellt ist, an den unteren Teil montiert. In der zweiten Alternative
wird eine Nut in die Unterseite des Halses eingearbeitet, die bis über den
Mittelpunkt des Halsquerschnitts reicht, wobei die Nut nach dem
Montieren des Einstellstabes verschlossen wird, indem ein Abdeckgegenstand
mit der Länge
der Nut und mit einer Dicke, die geringer ist als die Tiefe der
Nut, auf die Nut unter dem Hals geleimt wird. In der dritten Alternative
wird der Hals aus zwei Halshälften
hergestellt, die horizontal in der Mitte geteilt sind und in deren
Seiten, die aneinandergeleimt werden sollen, eine Nut vertikal in
derselben Ebene eingearbeitet wurde. In allen diesen Fällen werden
die Halsteile miteinander verleimt. Leimen erfordert eine hohe Präzision,
und es verschlechtert immer die Klangeigenschaften des fertigen
Halses, weil sich das Leimmaterial, das in der Verbindung verbleibt,
akustisch anders verhält
als das umgebende Holz.
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Während des
Gebrauchs sind mit Holz auch überaus
lästige
Probleme verbunden, die auf Schwellen und Schrumpfen (sogenannte
feuchtigkeitsbezogene Abmessungsveränderungen) zurückzuführen sind,
was durch die Luftfeuchtigkeit verursacht wird. Zum Beispiel kann
sich der Stimmzustand einer elektrischen Gitarre aufgrund des unterschiedlichen
Feuchtigkeitsgrades und seiner Veränderungen an einem Konzertort
(Kontinentalklima, Meeresklima) selbst während eines Konzerts verändern. Manchmal
kann auch die Luftfeuchtigkeit in einer Konzerthalle wegen der großen Anzahl
von Menschen steigen.
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Veränderungen
infolge von Feuchtigkeit verursachen auch Probleme in Bezug auf
die Endfertigungsstufe, weil Teile, die sich nicht infolge von Feuchtigkeit
verändern,
an Holz befestigt werden müssen,
zum Beispiel Bünde
aus Metall, Stimmmechanismen und so weiter.
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Besonders
störend
sind Abmessungsveränderungen
in der typischen Vergrößerungsrichtung von
Holz, zum Beispiel gegen Maserungen, am Halsbereich einer elektrischen
Gitarre infolge von Feuchtigkeitsveränderungen. Am Hals einer elektrischen Gitarre
ist damit dieselbe Richtung gemeint, in die die aus Metall bestehenden
Bünde ausgerichtet
sind. Wenn eine Gitarre an einem Ort hergestellt und endgefertigt
wurde, der feuchter ist als der Ort, an dem sie gespielt wird, so
ragen unter trockeneren Bedingungen die Enden der Bünde hervor,
und der Gitarrist kann sich sogar an den Fingerkuppen verletzen.
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Ein
weiteres Problem bei Holz ist unter anderem die Tatsache, dass viele
Holzarten, die sich als Material für Musikinstrumente eignen,
heute zu den bedrohten Hölzern
gehören.
Zum Beispiel sind Ebenholz und brasilianisches Rosenholz in vielen
Ländern geschützt.
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Man
hat versucht, die mit Holzinstrumenten verbundenen Probleme zu vermeiden,
indem man verschiedene Kunststoff- und Verbundfertigungstechniken
zur Anwendung bringt. Die feuchtigkeitsbezogenen Abmessungsveränderungen
von Hälsen sind
zum Beispiel verringert worden, indem man Aluminiumstreifen am Hals
anbringt oder den Hals aus kohlefaserverstärktem Holz oder aus kohlefaserverstärktem Duroplastverbundmaterial
herstellt. Man hat auch versucht, die feuchtigkeitsbezogenen Abmessungsveränderungen
mittels Wärmebehandlung
von Holz zu minimieren.
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Des
Weiteren ist der Korpus einer Gitarre unter anderem zum Beispiel
auch schon mittels Spritzgießen
von Acryl (PMMA) oder anderer amorpher Polymere hergestellt worden.
Das Verfahren ist aus produktionstechnischer Sicht hervorragend,
weil der Korpusteil auf diese Weise von extrem gleichmäßiger Qualität ist und
die Endform direkt ohne separate Endfertigungsstufen erreicht werden
kann.
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Nichtverstärkte Kunststoffe,
die üblicherweise
zum Spritzgießen
des Korpus' einer
elektrischen Gitarre verwendet werden, haben nicht die akustische
Güte von
Holz. Die Tondauer ist langer, die Steifigkeit ist geringer, und
das zusammen erzeugt einen "hohlen" und "monotonen" Klang, der sich
schwer definieren lässt.
Außerdem
bleibt das sogenannte "Anschlagen", das heißt die Erregungsempfindlichkeit
eines Tons bei einer elektrischen Gitarre, bei dieser Art von Korpus
auf einem mittelmäßigen Niveau.
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Es
ist versucht worden, die akustischen Nachteile eines mittels Spritzgießen hergestellten Korpus' zu mindern, indem
man das spezifische Gewicht von Material mit verschiedenen Flotationstechniken
zu verringern. Es ist versucht worden, die Steifigkeit durch Hinzufügen verschiedener
Verstärkungen
wie zum Beispiel Glasfaser oder Kohlefaser zu erhöhen. Zum
Beispiel offenbart das Patent
US 4,873,907 ein
Klanggebinde für
eine akustische Gitarre, wobei unidirektionale Graphitfasern, gefolgt von
einer Schicht aus Gewebe, in eine Harzmatrix eingebettet werden.
Der Wirbelkasten der Gitarre ist aus kostengünstigem fasergefüllten Thermoplastmaterial
hergestellt, das mit einer Gewebeschicht überzogen ist, die in eine Harzmatrix
eingebettet ist. Die Ergebnisse beider Lösungswege sind akustisch mittelmäßig geblieben,
weil beide Verstärkungen
das spezifische Gewicht des Materials erhöhen und die Dauer des Tons
verlängern;
das heißt,
die innere Dämpfung,
die einen Einfluss auf die Dauer des Tons hat, bleibt auf einem
mittelmäßigen Niveau.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahren zur
Herstellung eines Musikinstruments oder seiner Teile, mit dessen
Verwendung die oben ange sprochenen Probleme in Verbindung mit den
anerkannten Herstellungsverfahren von Musikinstrumenten und in Verbindung
mit Musikinstrumenten, die mit diesen Verfahren hergestellt werden, beseitigt
werden. Insbesondere ist die Aufgabe der Erfindung die Bereitstellung
eines Verfahrens, mit dem Musikinstrumente oder ihre Teile aus Kunststoffmaterials
dergestalt hergestellt werden können,
dass ein Ton erreicht wird, der einem hochwertigen, aus Holz gefertigten
Musikinstrument entspricht. Des Weiteren ist die Aufgabe der Erfindung
die Bereitstellung eines Musikinstruments, das mittels des Verfahrens
gemäß der Erfindung
hergestellt wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren zur Herstellung eines
Musikinstruments von Anspruch 1 und das Musikinstrument von Anspruch
5 erfüllt,
deren kennzeichnende Merkmale in den Ansprüchen dargelegt werden.
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Kennzeichnend
für das
Verfahren gemäß der Erfindung
ist, dass der Kunststoffverbundmaterial durch Einmischen von Naturfasern
in Thermoplastpolymer hergestellt wird und dass ein Musikinstrument
oder seine Teile aus Kunststoffverbundmaterial durch Spritzgießen dergestalt
hergestellt werden, dass die Einspritzpunkte so gewählt werden,
dass das Kunststoffverbundmaterial so in dem Formwerkzeug fließt, dass
die Naturfasern im Kunststoffverbundmaterial während des Formens hauptsächlich in eine
bestimmte gewünschte
Richtung in Bezug auf das Musikinstrument oder seine Teil gerichtet
werden. Mit dieser Art von Verfahren können eine ausreichende innere
Steifigkeit und eine ausreichende Tondämpfung in einem Musikinstrument
erreicht werden, wobei es in diesem Fall möglich ist, dass das Musikinstrument
akustisch einem hochwertigen Musikinstrument aus Holz entspricht,
und zwar ohne die langsame und mühevolle
Materialbearbeitung und die damit verbundenen Risiken. Außerdem gibt
es die feuchtigkeitsbezogenen Abmessungsveränderungen von Musikinstrumenten,
die auf diese Weise hergestellt werden, nicht mehr, so dass Probleme
infolge von Luftfeuchtigkeit, wie sie bei Holzinstrumenten auftreten,
vermieden werden. Des Weiteren wird auf diese Weise die Herstellung
eines Musikinstruments oder seiner Teile schneller und kostengünstiger
als bei den auf herkömmliche
Art hergestellten, und es braucht zum Beispiel keine Leimungen mehr
in einem Teil des Musikinstruments, wie zum Beispiel dem Hals einer
elektrischen Gitarre, zu geben, weil die Hohlpunkte, die in dem
Teil enthalten sind, mittels Kernen hergestellt werden können. Die
Herstellung mittels Spritzgießen
vergrößert auch
die Freiheit eines Herstellers beim Gestalten eines Musikinstruments
oder seines Teils in einer gewünschten
Weise ohne merkliche Erhöhung
der Herstellungskosten.
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In
einer vorteilhaften Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung werden die
Einspritzpunkte eines länglichen
Teils eines Musikinstruments, wie zum Beispiel des Halses einer
Gitarre, so gewählt,
dass das Kunststoffverbundmaterial in dem Formwerkzeug in Längsrichtung
des Teils fließt,
wobei in diesem Fall die Naturfasern in Längsrichtung des Teils ausgerichtet
werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel der Hals einer elektrischen
Gitarre so gebaut werden, dass die Schwingungen des Halses dergestalt
zum Korpus übertragen
werden, dass sich das Schwingen vom Hals zum Korpus mit so wenig Kreuzungswiderstand
wie möglich
fortsetzt.
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In
einer vorteilhaften Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung werden die
Einspritzpunkte für
ein plattenförmiges
Teil eines Musikinstruments, wie zum Beispiel des Korpus' einer elektrischen
Gitarre, so gewählt,
dass das Kunststoffverbundmaterial in dem Formwerkzeug radial von
der Formwerkzeugöffnung
zu anderen umgebenden Teilen des Formwerkzeugs fließt, wobei
in diesem Fall die Naturfasern radial von der Formwerkzeugöffnung zu
anderen Teilen des Formwerkzeugs gerichtet werden. Auf diese Weise
ist es möglich,
das plattenförmige
Teil eines Musikinstruments so herzustellen, dass es akustisch einem
Teil entspricht, das aus hochwertigem Holz besteht, weil die Steifigkeit
und die Dämpfungseigenschaften
des Teil durch Verändern
der Menge an Naturfasern und durch Verwenden verschiedener Fasern
justiert werden können.
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In
einer vorteilhaften Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird das Kunststoffverbundmaterial
durch Einmischen von 20–60
Gewichts-% Naturfaser in Thermoplastpolymer hergestellt. Durchgeführte Tests
zeigen, dass es mit einer solchen Menge an Naturfasern möglich ist,
eine akustisch optimale Steifigkeit und Dämpfung eines Musikinstruments
oder seines Teils und infolge dessen einen überaus angenehmen Klang zu
erzeugen.
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Kennzeichnend
für das
Musikinstrument gemäß der Erfindung
ist, dass das Musikinstrument oder seine Teile aus mit Naturfasern
vermischtem Thermoplastpolymer hergestellt wurden und dass das Musikinstrument
oder ein Teil davon durch Spritzgießen dergestalt hergestellt
wurde, dass die Naturfasern hauptsächlich in eine bestimmte gewünschte Richtung
in Bezug auf das Musikinstrument oder sein Teil gerichtet sind.
Das Material eines auf diese Weise hergestellten Musikinstruments
ist von extrem gleichmäßiger Qualität, weshalb
die akustischen Eigenschaften des Musikinstruments gut sind. Bei
einem Musikinstrument oder seinem Teil, das auf diese Weise spritzgeformt
wurde, ist es möglich,
eine akustisch ausreichende Steifigkeit und eine ausreichende Tondämpfung zu
erreichen, dergestalt, dass das fertige Musikinstrument wenigstens
einem hochwertigen Musikinstrument aus Holz ent spricht. Außerdem verursachen
Veränderungen
der Luftfeuchtigkeit bei dieser Art von Musikinstrumenten keine
feuchtigkeitsbezogenen Abmessungsveränderungen und damit verbundenen
Probleme. Des Weiteren gibt es bei dieser Art von Musikinstrumenten keine
inneren Leimpunkte in den Teilen, die den Ton des Musikinstruments
abschwächen.
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Als
nächstes
wird die Erfindung eingehender unter Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen erläutert,
in denen Folgendes dargestellt ist:
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1 veranschaulicht
einen Längsschnitt des
Halses einer elektrischen Gitarre, die gemäß dem Verfahren gemäß der Erfindung
hergestellt wurde, und den Korpus schräg von der Seite bei abgenommenem
Hals.
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2 veranschaulicht
einen Querschnitt des Halses einer elektrischen Gitarre, die gemäß dem Verfahren
gemäß der Erfindung
hergestellt wurde.
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Die
elektrische Gitarre gemäß den 1 und 2 umfasst
den Hals 1 und den Korpus 2 aus mit Naturfaser
verstärktem
Kunststoffverbundmaterial und einen Einstellstab 3, der
im Inneren des Halses montiert werden soll. Die elektrische Gitarre
gemäß den 1 und 2 umfasst
noch weitere anerkannte Teile einer elektrischen Gitarre, die nicht
in den 1 und 2 veranschaulicht sind. Dazu
gehören
zum Beispiel Saiten, ein Quersteg, ein Stimmmechanismus, Tonabnehmer
und ein Gurt. Sie werden in anerkannter Weise hergestellt und an
der elektrischen Gitarre montiert.
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Der
Hals 1 der elektrischen Gitarre gemäß den 1 und 2 wird
aus Kunststoffverbundmaterial durch Spritzgießen hergestellt. Das Kunststoffverbundmaterial
ist Thermoplastpolymer mit eingemischten Naturfaserstücken. Thermoplastpolymer kann
zum Beispiel Polystyren sein, und die Naturfasern können vorzugsweise
etwa 1–3
mm lange Flachsfaserstücke
oder zum Beispiel Cellulose auf Holzbasis sein. Der Hals der elektrischen
Gitarre wird in einer Spritzgießform
gegossen, deren Inneres die Form des in den 1 und 2 veranschaulichten Halses
hat. Im Inneren der Spritzgießform,
die zur äußeren Gestalt
des Halses führt,
befindet sich auch der Kern 3, der mit dem Gegenstand herausgenommen
wird, wobei dieser Kern eine etwas konische Form hat, dergestalt,
dass das Ende des Halses nahe dem Korpus einen größeren Querschnitt
aufweist. Während
des Spritzgießens
wird der Kern mit vier Formwerkzeugteilen 4 (Zapfen) gestützt, die durch
den gegossenen Gegenstand hindurch verlaufen, wobei diese Zapfen
vorteilhafterweise an den Stellen von Griffbrettpunkten angeordnet
sind, die für das
Musikinstrument typisch sind. Dank die ser Anordnung der Zapfen können die Öffnungen
in dem Hals abgedeckt werden, nachdem die Zapfen durch Fingerbrettpunkte
ersetzt wurden, die an den Stellen für Fingerbrettpunkte anzubringen
sind.
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Der
Hals wird in diesem Fall durch einen Einspritzpunkt 6 im
oberen Ende des Halses gegossen. Die Einspritzpunkte sind Öffnungen
in dem Formwerkzeug, durch die das Kunststoffmaterial in das Innere
des Formwerkzeugs mit einer Einspritzdüse einer Spritzgießmaschine
eingespritzt wird. Der Einspritzpunkt 6 wurde so gerichtet,
dass das Kunststoffverbundmaterial so gleichmäßig wie möglich in der Längsrichtung
des Halses fließt.
Auf diese Weise ist es möglich,
die Naturfasern längs
entlang des Gegenstandes zu richten, was in Bezug auf eine Gitarre die
vorteilhafteste Richtung der Naturfasern ist. Außerdem ist es auf diese Weise
möglich,
den gesamten Hals eines einzelnen Gießgegenstandes herzustellen,
wobei in diesem Fall keine Verbindungsfugen in dem Hals entstehen,
die sich nachteilig auf den Klang auswirken.
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Der
Einspritzpunkt 7 des Kunststoffverbundmaterials in dem
Korpusteil einer elektrischen Gitarre, wie in 1 veranschaulicht,
ist so gewählt
worden, dass er sich im Wesentlichen in der Nähe des Fugenrücksprungs
des Halses oder in dem Rücksprung
an einem geeigneten Punkt befindet. In diesem Fall ist es möglich, die
Naturfasern 5 in dem Kunststoffverbundmaterial von dem
Gießpunkt
radial in Richtung des Randes des Gegenstandes, wie in 1 veranschaulicht,
zu richten. Des Weiteren kann auf diese Weise die Marke des Einspritzpunktes unsichtbar
unter dem zu verbindenden Hals bleiben. Dank dieser Art der Ausrichtung
der Naturfasern (Faserrichtung) werden, während die Gitarre gespielt wird,
die Schwingungen des Halses vom Hals zum Korpusteil dergestalt übertragen,
dass sich das Schwingen vom Hals zum Korpus mit so wenig Kreuzungswiderstand
wie möglich
fortsetzt. Darum ist es möglich,
einen angenehmen Ton zu erzeugen, der dem eines hochwertigen Holzinstruments
entspricht.
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Der
Gehalt an Naturfaser in dem Kunststoffverbundmaterial der Gitarre
beträgt
vorteilhafterweise 20–60
Gewichtsprozent. Geeignete Naturfasern sind zum Beispiel Flachs,
Hanf, Sisal, Cellulose auf Holzbasis und auf Cellulose basierende
regenerierte Fasern (Viskose). In diesem Fall dienen 40–80 Gewichtsprozent
Thermoplastpolymer als Bondungsmaterial. Die Naturfasern wurden
in das Bondungsmaterial, während
es sich im schmelzflüssigen
Zustand befand, während
der Herstellungsphase des Materials eingemischt. Die Naturfasern,
die in das Thermoplastpolymermaterial eingemischt werden, sind vorteilhafterweise
recht kurze (zum Beispiel etwa 1–3 mm lange) Naturfaserstücke. Die
vorteilhafteste Länge
der Naturfa sern kann jedoch je nach dem Musikinstrument und dem
Thermoplastpolymer, das als Bondungsmaterial dient, variieren.
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Als
Bondungsmaterial oder Matrix werden verschiedene Thermoplastpolymere,
wie zum Beispiel Polystyren, regeneriertes Polyolefin (COC), Acryl
oder reines Polyolefin (PP) verwendet. Anhand von Versuchen wurde
festgestellt, dass geeignete Thermoplastpolymere, die als Bondungsmaterial
für den
Hals und den Korpus einer elektrischen Gitarre dienen, Polystyren,
Polylactid, Celluloseacetat, Cellulosepropionat, Cyclopropen, Metallocen-Polypropen
oder Metallocen-Polyolefin sind.
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Bei
Kunststoffverbundmaterialien, die zur Herstellung einer Gitarre
verwendet werden, ist die Tatsache wesentlich, dass die darin enthaltenen
Naturfasern weich sind und dass sie eine gute Zugfestigkeit aufweisen
und dass die Gießtemperatur
des Thermoplastpolymers, das als Bondungsmaterial verwendet wird,
vorzugsweise unter 240°C
liegt, wobei in diesem Fall die Naturfasern nicht verbrennen und
ihre Eigenschaften zufriedenstellend beibehalten.
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Insbesondere
kann das Verfahren, das der Fertigungstechnik für den Hals einer Gitarre entspricht,
auch für
andere Musikinstrumente verwendet werden, die auf dem Klangverhalten
von Holz basieren, wie zum Beispiel Holzblasinstrumente. Um einen röhrenförmigen Aufbau
des Blasinstruments zu erzeugen, ist es in diesem Fall vorteilhaft,
den Kern, der im Inneren des Gegenstands angeordnet ist, an den Öffnungen
des Blasinstruments zu stützen.
Es ist möglich,
das Verfahren gemäß der Erfindung
in der Herstellung von rein akustischen Saiteninstrumenten, wie
zum Beispiel einer akustischen Gitarre, einer Violine, eines Cellos
und einer Kantele, sowie von verschiedenen Rhythmusinstrumenten
und zum Beispiel einer elektrisch verstärkten Violine anzuwenden. Des
Weiteren basiert die Herstellung von Rahmenteilen von Trommeln auf
Holz, wobei das Verfahren gemäß der Erfindung
es in diesem Fall ermöglicht,
sie erheblich kosteneffektiver herzustellen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorgestellte vorteilhafte Anwendung
beschränkt,
sondern sie kann innerhalb des erfinderischen Gedankens, der in den
Ansprüchen
formuliert ist, variiert werden.