| Dokumentenidentifikation |
DE19747491B4 29.01.2004 |
| Titel |
Resonanzboden und Verfahren zu seiner Herstellung |
| Anmelder |
Ed. Seiler Pianofortefabrik GmbH & Co KG, 97318 Kitzingen, DE |
| Erfinder |
Seiler, Steffen, 97318 Kitzingen, DE |
| Vertreter |
Götz & Küchler, 90402 Nürnberg |
| DE-Anmeldedatum |
28.10.1997 |
| DE-Aktenzeichen |
19747491 |
| Offenlegungstag |
29.04.1999 |
| Veröffentlichungstag der Patenterteilung |
29.01.2004 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
29.01.2004 |
| IPC-Hauptklasse |
G10C 3/06
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| IPC-Nebenklasse |
G10C 9/00
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| Beschreibung[de] |
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Die Erfindung richtet sich auf einen Resonanzboden zur Befestigung
auf dem Resonanzbodenlager der Rastzarge eines Flügels oder Pianos, an welchem der
Resonanzboden im Bereich seiner Peripherie flächig angeleimt wird; sowie auf ein
Herstellungsverfahren für einen derartigen Resonanzboden.
Dem Resonanzboden obliegt in einem Flügel oder Piano die Aufgabe,
die durch Anschlagen der Saiten hervorgerufenen Schwingungen großflächig abzustrahlen.
Hierbei soll der Resonanzboden möglichst passiv sein, d.h., paradoxerweise soll
er entgegen seiner Bezeichnung möglichst geringe, eigene Resonanzschwingungen aufweisen,
und statt dessen die von einer Saite übernommenen Schwingungen möglichst unverfälscht
reproduzieren, damit ein homogener Klangcharakter des Instrumentes entsteht. Dieser
Anforderung kann allerdings in der Praxis meist nur unvollkommen entsprochen werden.
Andererseits ist gerade bei Konzertflügeln eine hohe, erreichbare Schwingungsamplitude
des Resonanzbodens erwünscht, um ein hohes Klangvolumen zu bieten. Hierbei ist die
Schwingungsamplitude vor allem dadurch begrenzt, daß der Resonanzboden bei zunehmender
Auswölbung gedehnt werden muß, andererseits aber eine verhältnismäßige geringe Elastizität
aufweist, die durch den Holzwerkstoff bedingt ist, DE
14 97 792 B beschreibt daher einen Resonanzboden, in dessen Oberfläche
eine verhältnismäßig flache Rille mit einer Tiefe von 1 bis 3 mm vorgesehen ist,
wobei die Resonanzplatte eine Dicke von ungefähr 8 mm hat. Die Rille verläuft etwas
außerhalb parallel zu einer Kurve, die die Stellen verbindet, an denen sich die
enden der Rippen zu verjüngen beginnen. Diese Rille kann um die gesamte Resonanzplatte
herum laufen. Die Rille steigt zum Zentrum des Resonanzbodens hin zunächst an, um
dann über einen kurzen Endabschnitt und zwei Knickkanten schlagartig abzunehmen
und die Höhe des zentralen Resonanzbodenbereichs zu erreichen.
DE 86 10 611 U1 schlägt
vor, den Resonanzboden mit einer im Bereich seines Randes umlaufenden Nut zu versehen,
so daß die Elastizität in diesem Bereich heraufgesetzt wird, was sich günstig auf
die maximal mögliche Schwingungsamplitude des Resonanzbodens auswirkt. Andererseits
wird durch die Heraufsetzung der Elastizität im Bereich der Nut eine lautsprecherartige
Anordnung geschaffen, wobei der innerhalb der umlaufenden Nut liegende Bereich des
Resonanzbodens mit der Membran eines Lautsprechers, die Nut selbst dagegen mit deren
randseitiger Zentrierungssicke vergleichbar ist. im Gegensatz zu einem Lautsprecher,
dessen Membran meist durch eine konusartige Gestaltung eine hohe Eigensteifigkeit
erhält, wird bei einem Resonanzboden der eigentliche Klang jedoch gerade durch dessen
veränderliche Durchwölbung hervorgerufen, wobei resonante Frequenzbereiche vor allem
durch die Abmessungen des Resonanzbodens in Verbindung mit der ihm eigenen Schallgeschwindigkeit
bedingt sind. Hierzu treten bei der vorbekannten Ausführungsform durch die veränderten
Schwingungseigenschaften im Bereich der rundumlaufenden Nut bedingte, charakteristische
Eigenfrequenzen, die von der Bewegung des inneren Bereichs des Resonanzbodens angestoßen
werden, andererseits auch auf diesen zurückwirken und dadurch dessen Schwingungsverhalten
beeinträchtigen.
Aus diesen Nachteilen des vorbekannten Stands der Technik resultiert
das die Erfindung initiierende Problem, die Elastizität im Randbereich eines Resonanzbodens
zu erhöhen und dadurch dessen Klangvolumen zu vergrößern, ohne daß hierbei zusätzliche
Eigenfrequenzen erzeugt werden. Ferner soll ein Herstellungsverfahren für einen
derartigen Resonanzboden vorgeschlagen werden.
Zur Lösung werden der in Anspruch 1 angegebene Resonanzboden und das
in Anspruch 2 angegebene Verfahren zur Herstellung eines Resonanzbodens angegeben.
Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen 3–7.
Demnach ist erfindungsgemäß unter anderem vorgesehen, dass in einer
der verleimten Fläche gegenüberliegenden Flachseite eines gattungsgemäßen Resonanzbodens
eine im Bereich der Peripherie rundumlaufende, sickenartige Vertiefung vorhanden
ist, deren Tiefe von der Peripherie des Resonanzbodens zu dessen Zentrum hin stetig
abnimmt.
Durch diese Maßnahme gelingt es, die Elastizität des Resonanzboden
in dessen Randbereich zu erhöhen, ohne dabei einen schwingungsfähigen Bereich mit
einer eigenen, charakteristischen Eigenfrequenz zu schaffen. Denn die Elastizität
des Resonanzbodens ändert sich infolge von dessen kontinuierlicher Dickenänderung
in stetigem Umfang, und infolge der uneinheitlichen Elastizität kann keine diskrete
Eigenfrequenz entstehen. Demzufolge wird der Übertragungsfrequenzgang des Resonanzbodens
nicht durch zusätzliche, resonanzartige Erhebungen beeinträchtigt, und abgestrahlte
Töne haben über das gesamte Tonspektrum und auch über den gesamten Dynamikbereich
einen sauberen Klang.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, dass der dem Zentrum des Resonanzbodens
zugewandte Rand der sickenartigen Vertiefung sanft und ohne Knick in die unbehandelte
Oberfläche des Resonanzbodens ausläuft. Hierdurch bleibt die Homogenität des Resonanzbodens
in hohem Maße erhalten, und dessen steiferer Mittelbereich geht sanft in den elastischen
Peripheriebereich über, so dass in durchgewölbtem Zustand an keinem Ort des Randes
durch Inhomogenitäten erhöhte, innere Spannungen hervorgerufen
werden können. Somit wird ein optimaler Kompromiss zwischen der charakteristischen
Schwingungsform eines Resonanzbodens und den Eigenschaften eines elastisch aufgehängten,
in sich steifen Schallwandlers geschaffen.
Es hat sich als günstig erwiesen, daß die sickenartige Vertiefung
entlang des gesamten Randes des Resonanzbodens einen etwa konstanten Querschnitt
aufweist. Hierdurch erhält die Elastizitätsverteilung entlang des Umfangs des Resonanzbodens
einen einheitlichen Wert, wodurch sich eine homogene Belastung des Resonanzbodens
während des Schwingvorgangs einstellt.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß die Tiefe der sickenartigen
Vertiefung etwa als lineare Funktion des Abstandes von dem Rand des Resonanzbodens
abnimmt. Hierdurch kann sich einerseits die erfindungsgemäße Wirkung vollständig
entfalten, während andererseits der Herstellungsaufwand minimiert ist.
Die Erfindung läßt sich dahingehend weiterbilden, daß der Boden der
sickenartigen Vertiefung in einem Winkel gegenüber der Grundfläche des Resonanzbodens
geneigt ist, der zwischen 1° und 20°, liegt. Wird dieser Winkel zu groß
gewählt, verkleinert sich der elastische Bereich des Resonanzbodens und damit der
erfindungsgemäße, klangverstärkende Effekt. Wird andererseits dieser Winkel zu klein
gewählt, kann die Stabilität des Resonanzbodens leiden und dieser infolge der beträchtlichen
Saitenspannung von der durch den Verlauf des Resonanzbodenlagers sowie der unterseitigen
Verstärkungsrippen vorgegebenen Durchwölbung abweichen, was negative Auswirkungen
auf den Klangcharakter des Instruments mit sich bringt.
Eine günstige Dimensionierung der sickenartigen Vertiefung wird darin
gesehen, daß ihre Breite größer als die Dicke des Resonanzbodens, vorzugsweise dem
doppelten bis zehnfachen dieser Dicke entspricht, während die maximale Tiefe kleiner
als die halbe Dicke des Resonanzbodens, vorzugsweise etwa gleich oder kleiner einem
Drittel von dessen Dicke sein sollte. Bei Befolgung dieser Bemessungsvorschriften
bleibt die Stabilität des Resonanzbodens gewährleistet, andererseits kann eine erhebliche
Verbesserung der Elastizität im Bereich des Resonanzbodenumfangs erzielt werden.
Da die Breite des Resonanzbodenlagers in Relation zu der Stärke des
Resonanzbodens steht, kann die optimale Breite der sickenartigen Vertiefung auch
als Funktion der Breite des angeleimten Peripheriebereichs ausgedrückt werden und
beträgt etwa das Doppelte dieses Werts.
Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Verlauf der sickenartigen
Vertiefung einer glatten und knickfreien Linie folgt, die den Resonanzboden im Bereich
von dessen Peripherie umläuft. Hierdurch kann vermieden werden, daß innerhalb des
Resonanzbodens während dessen Schwingung anisotrope Spannungen auftreten.
Eine weitere, günstige Konstruktionsvorschrift der Erfindung ist,
daß die Breite der Peripherie des Resonanzbodens zwischen dessen Kante und dem äußeren
Rand der sickenartigen Vertiefung etwa der Breite des Resonanzbodenlagers entspricht.
Gemäß dem Erfindunsgedanken trägt der außerhalb der sickenartigen Vertiefung liegende
Bereich des Resonanzbodens nicht zu der Schallerzeugung bei wie auch der mit der
Rastzarge des Instruments verleimte Bereich desselben. Indem diese Bereiche –
mit Ausnahme von Ecken des Resonanzbodens – zur Deckung gebracht werden, läßt
sich der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Resonanzbodens optimieren.
Zur Anfertigung eines erfindungsgemäßen Resonanzbodens sieht die Erfindung
vor, daß die sickenartige Vertiefung mit einer Oberfräse hergestellt wird, wobei
der Resonanzboden vor dem Aufleimen der rückseitigen Rippen auf einem ebenen Referenztisch
bearbeitet wird. Die Drehachse einer dabei verwendeten Oberfräse verläuft nahezu
lotrecht zu dessen Oberfläche, so daß das Ausreißen einzelner Späne ausgeschlossen
ist und sich statt dessen ein exakter Schnitt mit einer fransenfreien Kante ergibt.
Die zum Zentrum des Resonanzbodens hin abnehmende Tiefe der erfindungsgemäßen
Vertiefung kann dadurch bewirkt werden, daß die Drehachse der Oberfräse gegenüber
dem Lot auf den Resonanzboden um einen Winkel geneigt ist, der zwischen 1° und
20°, liegt, wobei die Drehachse der Oberfräse nach oben zur Peripherie des Resonanzbodens
divergierend geneigt ist.
Die Neigung der Drehachse der Oberfräse gegenüber dem Lot auf den
Resonanzboden kann durch eine an der Unterseite der Oberfräse angeordnete Auflageplatte
bewirkt werden, deren ebene Ober- und Unterflächen einen Winkel miteinander einschließen,
der zwischen 1° und 20°, liegt. Solchenfalls ist es möglich, die Oberfräse
mit der Unterseite der keilähnlichen Auflageplatte vollflächig auf den Resonanzboden
aufzusetzen, so daß sich keinerlei Führungsprobleme bei der Einhaltung des gewünschten
Neigungswinkels der Drehachse ergeben.
Der Resonanzboden wird vor Aufleimen der rückseitigen Versteifungsrippen
mit der Oberfräse bearbeitet und zu diesem Zweck zunächst auf eine ebene Tischfläche
aufgelegt. Hierauf wird sodann eine Schablone abgelegt, welche aus einem vorzugsweise
mehrere Zentimeter starken Holzrahmen mit entsprechend dem gewünschten Verlauf der
sickenartigen Vertiefung abgerundeten Eckbereichen gebildet ist. Diese Schablone
erfüllt mehrere Funktionen: Sie preßt durch ihr Ge wicht den Resonanzboden flächig
gegen die ebene Unterlage und sorgt somit für eine planparallele Auflage desselben;
ferner wird durch das auf dem Resonanzboden liegende Gewicht eine zusätzliche Befestigung
desselben überflüssig, und schließlich kann nach exakter Ausrichtung der Schablone
die Oberfräse an deren Rand entlanggeführt werden, so daß sich
bei minimalem Aufwand ein optimal gerader und glatter Verlauf der sickenartigen
Vertiefung erzielen läßt.
Als Bemessungsregel bei der Anfertigung der Schablone gilt für diejenigen
Bereiche, denen keine Ecke in dem Umfang des Resonanzbodens zugeordnet ist, daß
der Abstand zwischen dem Rand des Resonanzbodens und der Kante der aufgelegten Schablone
etwa der Summe aus der Breite des Resonanzbodenlagers, dem Radius des Fräskopfs
der Oberfräse und der halben Breite der Auflageplatte der Oberfräse entspricht.
Mit dieser Bemessungsregel wird erreicht, daß die periphere Kante der erfindungsgemäßen
Vertiefung im eingebauten Zustand etwa mit dem Rand des Resonanzbodenlagers in der
Rastzarge fluchtet und daher die zur Verfügung stehende Fläche des Resonanzbodens
optimal zur Schallerzeugung verwendet wird.
Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, daß der dem Zentrum
des Resonanzbodens zugewandte Rand der sickenartigen Vertiefung derart geschliffen
wird, daß diese sanft und ohne Knick in die unbehandelte Oberfläche des Resonanzbodens
ausläuft. Dieser Verfahrensschritt kann bevorzugt mit einem Bandschleifgerät, aber
auch mit einem Schwingschleifer vorgenommen werden. Hierbei kann der weiter innen
liegende Bereich des Resonanzbodens durch eine dünne Holzplatte abgedeckt werden,
damit auch der auslaufende Bereich der Vertiefung eine konstante Breite erhält.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Wirkungen und Vorteile auf der Basis
der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen
Resonanzboden;
2 einen Schnitt durch die 1
entlang der Linie II-II bei in einen Flügel eingebautem Resonanzboden;
3 eine perspektivische Ansicht des Fräsvorgangs
beim Herstellen des Resonanzbodens von 1;
4 einen Schnitt durch die 3
entlang der Linie IV-IV, wobei die Oberfräse weggelassen ist;
5 eine der 4
entsprechende Darstellung des fertig bearbeiteten Resonanzbodens vor dem Aufleimen
der rückwärtigen Versteifungsrippen entsprechend dem Detail V aus 2.
Der erfindungsgemäße Resonanzboden 1 hat etwa den Umfang
2 eines Flügels mit einem Baßbereich 3 und einem Diskantbereich
4. Die Stärke des Resonanzbodens 1 beträgt im Diskantbereich
4 etwa 9 mm und ist im Baßbereich 3 um etwa 2 mm reduziert. An
der Peripherie 5 ist die Stärke durchgehend identisch mit der Stärke im
Diskantbereich 4. Nahe des Umfangs 2, von diesem jedoch beabstandet,
wird der Resonanzboden 1 von einer sickenartigen Vertiefung 6
umlaufen, deren Querschnitt in 5 wiedergegeben ist.
Die Vertiefung 6 weist nahe der Peripherie 5 eine relativ ausgeprägte
Kante 7 auf, in deren Bereich die maximale Tiefe 8 etwa einem
Drittel der Stärke des Resonanzbodens 1 an der Peripherie 5 entspricht.
Von dort steigt der Boden 9 der Vertiefung 6 in Richtung zu dem
mit Stegen 10 versehenen Zentrum des Resonanzbodens 1 allmählich
an. Die Breite der Vertiefung 6 entspricht in der dargestellten Ausführungsform
etwa dem 5- bis 7-fachen der Stärke des Resonanzbodens 1 im Bereich der
Peripherie 5. Diese Bemaßung korrespondiert mit einer Neigung des Lotes
11 auf den Boden 9 der Vertiefung 6 gegenüber dem Lot
12 auf den Resonanzboden 1 um einen Winkel 13 von etwa
4°. Im Bereich der innenliegenden Kante 14 geht der Boden
9 der Vertiefung 6 sanft und ohne Knick in die unbearbeitete Oberfläche
15 des Resonanzbodens 1 über.
Um diese Struktur der rinnenartigen Vertiefung 6 zu erzeugen,
wird der auf den gewünschten Umfang 2 zurechtgeschnittene Resonanzbodenrohling
1 ohne rückseitige Rippen und oberseitige Stege 10 auf die ebene
Tischfläche 16 eines Arbeitstischs 17 aufgelegt. Sodann wird eine
Schablone 18 aus einer mehrere cm starken Hartholzplatte auf den Resonanzboden
1 aufgelegt und derart plaziert, daß der Abstand des Umfangs
19 der Schablone 18 zu dem Umfang 2 des Resonanzbodens
1 an allen Seiten etwa gleich groß ist. Zu diesem Zweck ist der Umfang
19 der Schablone 18 etwa dem Verlauf der Innenkante
14 der gewünschten, sickenartigen Vertiefung 6 folgend geformt.
Der Schablonenumfang 19 dient als Anlagefläche für eine Oberfräse
20, mit der die Vertiefung 6 sodann in die Oberfläche
15 des Resonanzbodens 1 eingefräst wird. Hierbei entspricht die
Drehachse des Fräskopfs in ihrer Neigung exakt dem Lot 11 auf den Boden
9 der sickenartigen Vertiefung 6. Um diese Ausrichtung der Drehachse
11 der Oberfräse 20 zu gewährleisten, ist an deren vorderer Stirnseite
21 eine speziell geformte Auflageplatte 22 befestigt, die im Querschnitt
eine keilähnliche Grundform aufweist mit einer Oberseite 23 und einer Unterseite
24, welche Seiten einen dem Neigungswinkel 13 entsprechenden Winkel
miteinander einschließen. Indem die Oberfräse 20 derart an der Schablone
18 entlangeschoben wird, daß die Auflageplatte 22 mit ihrer größten
Dicke 25 an dem Schablonenrand 19 anliegt, erhält die Vertiefung
6 einen entlang des Umfangs 2 des Resonanzbodens 1 gleichbleibenden
Querschnitt mit einem zur Peripherie 5 hin sanft abfallenden Boden
9.
Anschließend wird die innere Kante 14 der Vertiefung
6 mit einer Bandschleifmaschine sanft auslaufend abgeschliffen, um das
Auftreten von erhöhten Spannungsbelastungen innerhalb des Resonanzbodens
1 zu vermeiden.
Ist der Resonanzboden 1 solchermaßen fertiggestellt, werden
rückseitige Versteifungsrippen 26 sowie die oberseitigen
Stege 10 angeleimt, und schließlich wird der gesamte Resonanzboden
1 auf dem Resonanzbodenlager 27 aufgeleimt. Das Resonanzbodenlager
27 bildet einen Teil der Flügelraste 28.
Nach Fertigstellung des Flügels 29 verlaufen die Saiten
30 über die Stege 10 hinweg bis zu den Befestigungsnägeln
31 an dem Flügelrahmen 32. Nach Anheben des Dämpfers
33 und Anschlagen einer Saite 30 werden deren Schwingungen über
den Steg 10 auf den Resonanzboden 1 übertragen, der dadurch in
Biegeschwingungen versetzt wird und diese als Schall abgibt. Hierbei schwingt der
Resonanzboden 1 als homogene Einheit, und es bilden sich stehende Wellen
aus mit Schwingungsknoten im Bereich des Resonanzbodenlagers 27. Infolge
der hohen Elastizität im Bereich der sickenartigen Vertiefung 6 kann sich
die Durchwölbung des Resonanzbodens 1 ähnlich der Durchbiegung einer schwingenden
Saite bis nahe an das Resonanzbodenlager 27 heran mit geringer Oberwelligkeit
ausbilden, wodurch eine verzerrungsarme Schwingung mit einer hohen Amplitude im
Bereich der Stege 10 entstehen kann, was sich günstig auf das Klangvolumen
auswirkt.
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| Anspruch[de] |
- Resonanzboden (1) zur Befestigung auf dem Resonanzbodenlager (27)
der Rastzarge (28) eines Flügels (29) oder Pianos, an welchem
der Resonanzboden (1) im Bereich seiner Peripherie (5) flächig
angeleimt wird, wobei in einer der verleimten Fläche gegenüberliegenden Flachseite
(15) des Resonanzbodens (1) eine im Bereich der Peripherie (5)
rundumlaufende, sikkenartige Vertiefung (6) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vertiefung (6) von einer maximalen Tiefe (8) an der Peripherie
(5) des Resonanzbodens (1) zu dessen Zentrum hin stetig abnimmt,
und der dem Zentrum des Resonanzbodens (1) zugewandte Rand (14)
der Vertiefung (6) sanft und ohne Knick in eine unbehandelte Oberfläche
(15) des Resonanzbodens (1) ausläuft.
- Verfahren zur Herstellung eines Resonanzbodens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die sickenartige Vertiefung (6) mit einer Oberfräse (20) hergestellt
wird, bevor die Stege (10) und Rippen (26) aufgeleimt werden,
und der dem Zentrum des Resonanzbodens (1) zugewandte Rand (14)
der sickenartigen Vertiefung (16) derart geschliffen wird, daß die Vertiefung
(6) sanft und ohne Knick in die unbehandelte Oberfläche (15) des
Resonanzbodens (1) ausläuft.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (11)
der Oberfräse (20) gegenüber dem Lot (12) auf den Resonanzboden
(1) um einen Winkel (13) geneigt ist, der zwischen 1 ° und
20° liegt.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (11)
der Oberfräse (20) nach oben zur Peripherie (5) des Resonanzbodens
(1) divergierend geneigt (13) ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Neigung (13) der Drehachse (11) der Oberfräse (20) gegenüber
dem Lot (12) auf den Resonanzboden (1) durch eine an der Unterseite
(21) der Oberfräse (20) angeordnete Auflageplatte (22)
bewirkt wird, deren ebene Ober- und Unterflächen (23, 24) einen
Winkel (13) miteinander einschließen, der zwischen 1° und 20° liegt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberfräse (20) an der Umfangskante (19) einer auf den Resonanzbodenrohling
(1) aufgelegten Schablone (18) entlanggeführt wird, deren Umfangskante
(19) einen gleichbleibenden Abstand zu dem Rand (2) des Resonanzbodens
(1) aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen
dem Rand (2) des Resonanzbodens (1) und der Kante (19)
der aufgelegten Schablone (18) der Summe aus der Breite des Resonanzbodenlagers
(27), dem Radius des Fräskopfs der Oberfräse (20) und der halben
Breite der Auflageplatte (22) der Oberfräse (20) entspricht.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen
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