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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
IPC-Nebenklasse G10C 9/00   

Beschreibung[de]

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.


Anspruch[de]
  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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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