Stolberg Gelbmessing CuZn30
Für unser Stolberg Gelbmessing verwenden wir eine dem historischen Gelbmessing sehr nahe kommende bleifreie CuZn30-Legierung, die durch die vielen kleinen Durchmesserreduktionen (5.3% pro Zug) eine recht hohe Festigkeit bei den dünnen Durchmessern erreicht und nach ca. 2 - 3 Wochen seinen warmen und doch strahlenden Klang entfaltet.
Für unser Stolberg Gelbmessing verwenden wir eine dem historischen Gelbmessing sehr nahe kommende bleifreie CuZn30-Legierung, die durch die vielen kleinen Durchmesserreduktionen (5.3% pro Zug) eine recht hohe Festigkeit bei den dünnen Durchmessern erreicht und nach ca. 2 - 3 Wochen seinen warmen und doch strahlenden Klang entfaltet.
Der Saitenklang
Der Cembalobauer und Cembalospieler sucht häufig nach dem idealen Saitenmaterial mit dem besten Klang. Man spricht von betont grundtönigem oder von obertonreichem und strahlendem Klang. Von großer Brillanz, von hervorragender Sonorität, Tonreinheit, leichter Ansprache und kräftigem, langanhaltendem Schwingen. Dazu gibt es sporadisch immer wieder neue Theorien, die den idealen Klang von einem einzigen Faktor abhängig machen. Auf der anderen Seite gibt es viele, die vor der Fülle an scheinbar komplizierten Zusammenhängen ihre Neugierde verlieren.
Wir möchten hier keine vorschnelle, einfache Antwort geben, sondern verschiedene physikalische Einflussgrössen möglichst einfach erklären, damit Musiker wie auch Cembalobauer eine fundierte Saitenwahl treffen können.
Derjenige der ein klares Klangideal hat, kann natürlich leicht einen Klang in schön und hässlich einteilen. Diese Aufgabe haben ja alle Ideale, auch ausserhalb der Musik. Wer sich jedoch die Freiheit erhalten und experimentieren möchte, braucht dazu die nötigen Informationen über das erhältliche Material.
Es geht im folgenden also darum, eine Basis zu schaffen, mit dem ein Saitenmaterial ausgewählt werden kann. Erste Grundlage ist natürlich, dass die Saite nicht reisst. Cembalosaiten gibt es in einem breiten Spektrum von Reissfestigkeiten.
Die Reissfestigkeit (Rm) ist abhängig von:
• der Materialart (Eisen, Messing, Kupfer, etc.)
• der Legierung innerhalb einer Materialart (CuZn28, CuZn15, etc.)
• dem Herstellungsprozess (Durchmessereduktion, Zwischenglühen, Oberflächengüte, etc.)
Die Reissfestigkeit ist technisch relativ einfach festzustellen. Leider sagt diese aber nur etwas über den Punkt aus, wo es schon zu spät ist und die Saite reisst. Also wird in der Praxis häufig ein Sicherheitsabschlag gemacht, z.B. 20% oder ein Ganzton unter der Reissgrenze. Das sind natürlich willkürliche Annahmen und auch jahrelange Erfahrung nützt gar nichts, wenn das neu eingekaufte Material nicht absolut die gleichen physikalischen Eigenschaften hat wie das vorher verwendete.
Aus diesem Grunde haben wir sehr viel Zeit in die Saitentestung investiert. Zu den von uns gelieferten Saitenspulen erhalten Sie ohne Aufpreis einen ausführlichen Prüf-Bericht mit einem Kraft-Weg-Diagramm und praktischen Hinweisen zum Einsatz des Materials.
Der Zerreißtest
Zum Erstellen des Prüf-Berichts wird der Draht in einer Testmaschine eingespannt.
Dabei haben wir für die dünnen und schwachen Drähte eine Kraftmessdose mit 200 N maximaler Messkraft und für die starken Drähte eine Dose mit 5000 N. So erhalten wir sowohl im unteren, wie auch im oberen Bereich exakte Messergebnisse.
Schwieriger ist die genaue Messung der Verlängerung des Drahtes. Zum Messen der Dehnung ist eine immer exakt gleich grosse Prüflänge Bedingung und die Verlängerung muss im Tausendstel mm gemessen werden können. Dazu haben wir einen sogenannten Längenextensiometer mit einer genau definierten Messlänge (L) von 50 mm. Mit diesem Zusatzgerät kann die Längenveränderung (àLt) genau festgestellt werden, ohne dass ein Nachrutschen in der Drahtklemmung oder schwankende Versuchslängen (Le) die Ergebnisse verfälschen.
Zum Ausgleich der normalen Drahtkrümmung wird mit einer kleinen Vorkraft gearbeitet, diese liegt aber auch an der Kraftmessdose an und fliesst in die Berechnung der Zugkräfte mit ein. So wird auf dem Ausdruck des Kraft-Weg-Diagramms der Diagrammbeginn der Kräfte um die Vorkraft höhergelegt, was zu einem ruhigeren Kurvenbeginn führt, aber keinen Einfluss auf die gemessenen Daten hat.
Erst durch die auf die Messung von dünnen Drähten optimierte Testanordnung ist es möglich, Aussagen über die Höchstzugkraft ( Fm), die verschiedenen Dehngrenzen (Rr0,01, Rr0,03, Rp0,2), und die damit zusammenhängenden Resultate wie Elastizitätsmodul (E) und Steifigkeit zu machen.
Der Prüfbericht
Zum Verständnis der technischen Begriffe möchten wir hier auf das Glossar auf dem Prüfbericht selbst verweisen.
Die Resultate Bruchgrenze, Dehngrenze, Elastizitätsgrenze und Empfehlung werden auf dem Prüf-Bericht sowohl als Spannung in N/mm2 aufgeführt, als auch in den gemessenen N und in Prozent (%) bezogen auf die Bruchgrenze. Diese dreifache Auflistung erlaubt ein sofortiges verstehen ohne dass Umrechnungen nötig sind.
Die Spannungswerte (N/mm2) sind interessant, da damit unterschiedliche Durchmesser miteinander verglichen werden können. Die Angaben in Kräften (N) ermöglichen ein zuordnen der Grenzen auf dem Diagramm. Liest man den Wert auf der linken Diagrammseite auf der Skala ab und sucht auf dieser Höhe den Kreuzungspunkt mit der Kurve, so erhält man auch einen optischen Eindruck von der Lage auf der gesamten Kurve. Dieselbe Aussage in Prozentwerten in Bezug auf die Reissgrenze ermöglicht auch ein beurteilen des in der Praxis häufig verwendeten pauschalen Sicherheitsabschlags.
Wie aber werden die auf dem Prüf-Bericht ausgedruckten Werte gefunden? Zunächst werden während des Zugversuchs die Kraft- und die Wegveränderungen gemessen und gespeichert. Das ergibt ausgedruckt die Diagrammkurve.
Bei der gemessenen Verlängerung des Drahtes bis zum Reisspunkt, treten verschiedene Arten von Dehnung auf. Man unterscheidet in reversibler und irreversible oder wie die Normung formuliert in elastische (àLe) und nicht proportionale Verlängerung (àLp).
Belastet man einen Draht nur gering und baut danach die Kraft wieder ab, so hat der Draht am Ende auch wieder seine ursprüngliche Länge. In diesem Fall wurde das Material also nur innerhalb seiner elastischen Dehnung beansprucht. Das ist vergleichbar mit einem Flugzeugflügel oder einem Auto, das nach Gebrauch wieder die gleiche Form hat wie beim Start.
Steigt die Belastung über die Elastizitätsgrenze an, bleibt nach Abbau der Kräfte eine bleibende Verformung ( r) zurück. Das ist bei unserem Vergleich mit dem Auto eine Beule. Fährt man mit einem Auto, das eine kleine Beule hat, so treten elastische und plastische Verformung (àLt) gleichzeitig auf. Ist die Beule jedoch sehr groß, ist ein normaler Gebrauch nicht mehr möglich.
Die Normgebung definiert die Elastizitätsgrenze da, wo die nicht proportionale Verlängerung 0,01% der Prüflänge erreicht. Bei unserer Testanordnung mit einer Prüflänge von 50 mm im Längenextensiometer, entspricht das also einer plastischen Verformung von 0,005 mm.
Zur Ermittlung der verschiedenen Dehngrenzen auf der Kraft-Weg-Kurve, muss zuerst eine Parallele zum Diagrammbeginn gelegt werden. Wir definieren den Beginn dieser Parallelen bei 20% und das Ende bei 40% der maximalen Kraft. Man könnte die Grenzen auch tiefer und enger setzten. Bei tiefliegenden Werten können aber schon kleinste Ungenauigkeiten zu starken Schwankungen führen. Ebenso können eng liegende Grenzen bei weichen Materialien zu starken Schwankungen führen. Mit dem von uns bewusst etwas goss und hoch gesetzten Intervall ist es dafür möglich, all die verschiedenen Materialien die beim Cembalobau vorkommen mit den gleichen Einstellungen zu testen und so eine optimale Vergleichbarkeit der Messergebnisse zu erzielen.
Diese so definierte Parallele zeigt also eine bestimmte Steigung im Kraft-Weg-Diagramm, die zur Berechnung der Steifigkeit, auch Federkonstante genannt, gebraucht wird. Führt man diese Parallele weiter bis sich die Probe um 1 mm verlängert hat, erhält man die Federkonstante in N/mm. Da die Kraft jedoch sehr vom Durchmesser der Probe abhängig ist, kann man verschiedene Materialien nur bei gleichem Durchmesser vergleichen. Die Federkonstante fliesst in die Berechnung der Inharmonizität ein.
Das Elastizitätsmodul ist eine Materialkennzahl, die die Spannung bei einer Verlängerung der Messlänge um 100% bezeichnet (Federkonstante x Messlänge / Probenquerschnitt).
Das E-Modul wird in der Mensurberechnung gebraucht. Da es sich um eine Kraft pro Querschnitt (Spannung) handelt, kann man die verschiedenen Durchmesser miteinander vergleichen. Dabei stellt man fest, dass das E-Modul sowohl von der Legierung als auch von der Kaltverformung des Materials abhängig ist.
Zur Definition der 0,01%-Elastizitätsgrenze wird nun diese Parallele Linie um 0,005 mm nach rechts verschoben. Der Schnittpunkt ergibt die Elastizitätsgrenze. Genauso definiert man die 0,2%-Dehngrenze (Rp0,2), nur muss die Parallele um 0,1 mm nach rechts im Diagramm verschoben werden. Da sich die Prozentwerte der nicht proportionalen Dehnung ( p) bei uns auf die Messlänge von 50 mm beziehen, sind dies auf unserem Diagramm die gemessenen Verlängerungen von 0,005 und 0,1 mm.
Eine Streckgrenze mit anschliessendem Fliessbereich haben kaltverformte Saitendrähte nicht. Deshalb kann diese nicht definiert werden. Bei Materialien ohne Streckgrenze wird als Ersatz für diese die o,2%- Dehngrenze berechnet. Diese halten wir für den praktischen Einsatz im Cembalobau für etwas zu grob. Auf der anderen Seite finden wir die Elastizitätsgrenze zu genau. So haben wir eine zusätzliche Grenze (Rr0,03) ermittelt, die wir bei 0,03% plastischer Dehnung definieren. Diese bezeichnen wir auf dem Diagramm als empfohlene maximale Spannung.
Das kann natürlich nur ein Richtwert sein, der in der Praxis über- oder unterschritten werden kann. Um die verschiedenen Tests von unterschiedlichen Materialien besser vergleichen zu können, haben wir die Grenze für diese Empfehlung bei allen Materialien immer gleich gewählt.
Alle vier verschiedenen Grenzen haben wir zur praktischen Anschauung auf dem Prüf-Bericht auch umgerechnet in Mensurlängen von c2 bei einem Kammerton von a1 gleich 415 Hz und bei 440 Hz.
Historische Praxis
Brauchen wir im historischen Cembalobau überhaupt solche Prüfergebnisse über das Saitenmaterial? Früher hatten die Cembalobauer doch auch keine Saitentests zur Verfügung?
Wie groß die Auswahl an Saitendrähten für die alten Cembalobauer war, wissen wir nicht. Sicherlich war der Handel in Europa mit solchen Spezialitäten wie Feindraht viel ausgeprägter als wir uns das vorstellen, ob der einzelne der Instrumentenbauer jedoch immer Zugang zu diesen Drähten hatte , oder durch die königlichen Privilegien eingeschränkt war, ist eine andere Sache. Grundsätzlich wurde damals die Mensur des Instruments nach dem gewünschten Kammerton und nach dem vorhandenen Saitenmaterial gelegt.
Das ist genau das Gegenteil von dem, was wir heute machen, wenn wir nach einer historischen Vorlage arbeiten.
Wir übernehmen eine Mensur, obwohl wir über das verwendete Saitenmaterial keine Angaben haben. So entsteht für den heutigen Cembalobauer die Frage, welche Saiten kann er für die originale Mensur verwenden. Die gleiche Fragestellung entsteht bei allen Reparaturen, selbst wenn ein Musiker nur eine Saite auswechseln möchte.
Die Mensurberechnung
Da wir heute durch unseren Prüf-Bericht die Zugfestigkeit (Rm) wissen, können wir schon im vornherein berechnen, ob der Draht auf einer bestimmten Mensur hält.
Die schwingende Saitenlänge zwischen den Stegen (Länge) ist abhängig von: Frequenz, Durchmesser, Erdanziehung, Zugkraft, spezifisches Gewicht
l = 1/ (n x d) x (g x p / x s)
Länge = 1 / Frequenz x Durchmesser x Wurzel
aus Gravitation x Kraft / x spez. Gewicht
Wenn man aus dieser Formel die Gravitation und als Konstante mit der man Durchmesser berechnet herausnimmt und
dafür die Zahl 17841 einsetzt, sieht die Formel folgendermaßen aus:
Länge = (17841 / Frequenz x Durchmesser) x Wurzel aus (Kraft / spez. Gewicht)
Wenn von den drei Dingen Frequenz, Spannung und Länge bei zwei Saiten ein Faktor gleich ist und ein Faktor ungleich ist, muss der dritte Faktor auch ungleich sein, z. B. bei gleicher Frequenz und unterschiedlicher Länge zweier Saiten ist die Spannung auch unterschiedlich.
Belastet man eine Saite bis nahe an die Bruchgrenze, entsteht durch die ständige Überlastung eine kontinuierliche Verlängerung die durch nachstimmen kompensiert werden muss. Im Laufe der Zeit wird die Saite immer dünner und schwächer bis diese reisst, das kann zum Teil auch erst nach einem Jahr oder später sein. Zu beachten ist auch, dass der Zug in der Saite durch die Reibung an den Stegstiften nicht gleich hoch verteilt ist. Je grösser die Abwinklung am Steg, also je grösser die Reibung ist, desto grösser muss die Reserve im Draht sein.
Die Materialwahl
Die Unterschiede zwischen den einzelnen Materialien die im Cembalobau Verwendung finden ist enorm. So kann eine weiche Kupfersaite im Bass eine Zugfestigkeit von 500 N/mm2 haben und eine dünne lange Diskantsaite jedoch durchaus 2000 N/mm2 haben.
Welches Material brauche ich für meine Mensur?
Ist die Mensur schon vorgegeben, wie dies heute meist der Fall ist, muss ich zwingend eine Saitenberechnung durchführen. Dann kann ich sagen, welche Spannung das Material aushalten muss.
Nun kann ich ein Material auswählen, bei dem die berechnete Spannung unter der Dehngrenze liegt. Als Orientierungshilfe kann ich auch die auf dem Prüf-Bericht angegebene empfohlene maximale Spannung nehmen.
Durch diese Berechnung habe ich die Gewissheit, dass die Saite auch unter ungünstigen Einsatzbedingungen noch nicht reisst. Gleichzeitig kann ich die verschiedensten Materialien miteinander vergleichen und bekomme so ein Gefühl für materialtypische Eigenschaften.
Daraus wird ersichtlich, dass ich das richtige Material nur auswählen kann, wenn mir verschiedene Materialien zur Verfügung stehen und ich deren Eigenschaften auch wirklich genau kenne. Dabei sind natürlich Richtwerte unbrauchbar, da die tatsächlichen physikalischen Grössen im einzelnen Drahtdurchmesser sehr stark von den Richtwerten abweichen können.
Kurze geschichtliche Aspekte des Drahtziehens
In Europa sind metallene Musiksaiten aus Eisen-, Kupfer- oder Silberdraht schon ab dem 14. Jahrhundert in Gebrauch. Bis zum 18. Jahrhundert kamen noch Messing und Golddrähte dazu. Erst nach 1834 gab es dann noch die hochfesten Stahlsaiten.
Die frühen Saiten hatten noch nicht eine so hohe Zugfestigkeit wie dies mit heutigen Materialien möglich ist.
Dies ist bedingt durch Schwankungen in den Legierungen durch unterschiedliche Erze und Verunreinigungen durch Schlacke, als auch durch die nachfolgende Bearbeitung durch schmieden.
Der Draht wurde auf „Handleiern“ gezogen und zwar immer in die gleiche Richtung, damit das Gefüge des Drahtes trotz Verunreinigungen nicht aufgerissen wurde.
In der modernen Drahtproduktion wird das Material zuerst gewalzt. Im „Grobzug“ wird der Durchmesser von ca. 12 auf 3 mm verringert, im „Mittelzug“ erfolgt eine weitere Reduktion auf ca. 1mm um schliesslich im „Feinzug“ auf die ganz dünnen Durchmesser gebracht zu werden. Beim Durchziehen von Drähten durch ein konisches Ziehwerkzeug werden die einzelnen Metall-Kristalle gestreckt und gegeneinander verschoben. Gleichzeitig drehen diese sich mit ihren Gleitrichtungen in Umformrichtung ein. Dehnung, Scherung und Ausrichtung der kristallinenen Struktur stehen in enger Beziehung zum Werkstofffluss. Durch Rationalisieren der Produktionsprozesse, etwa durch grosse Querschnittsabnahme des Drahtes mit grossen Ziehwinkeln im Ziehstein, wird der Werkstofffluss jedoch wieder inhomogener.
Es ist also höchst interessant zu sehen, wie früher durch Beachtung einiger Regeln ein gutes Produkt erzeugt wurde und auf der anderen Seite heute, trotz umfangreichem technischem Wissen, durch den Kostendruck nicht die beste Qualität entstehen muß.
Osemund Eisen
Der Begriff Osemund rührt wohl vom skandinavischen Osemundofen her. Im Laufe der Geschichte wurde der Begriff aber auf ganz unterschiedliche Eisenqualitäten und die damit verbundenen Herstellungsverfahren angewendet.
Das im Osemundofen gewonnen Eisen war direkt schmiedbar und dürfte damit dem kohlenstoffarmen Eisen aus dem Brennofen vergleichbar gewesen sein. Historiker im 19 Jahrhundert wiesen darauf hin, dass dieses Eisen trotz seines relativen hohen Phosphorgehalts nicht brüchig war. Es wurden auch Verfahren beschrieben, wie das Osemundeisen zu
Stahl aufgekohlt werden konnte.
Mit dem sich im 13 Jahrhundert immer stärker verbreitenden Flussofen (Hochofentechnik), hatte man Kohlenstoff reiches Roheisen und es bestand das Problem, dieses zu entkohlen und schmiedbar zu machen. Dies war notwendig, wollte man dies genauso gebrauchen können, wie man es sich vom Osemundeisen aus dem bisherigen Brennofen gewohnt war. Das als Osemundfrischen bezeichnete Verfahren soll dazu gedient haben. Unter Osemund wurde deshalb immer mehr eine besonders qualitätsvolle Form von kohlenstoffarmen Eisen verstanden, weil dies durch die neuen Flussöfen nicht mehr automatisch anfiel.
Letztlich wurde der Begriff Osemundeisen, bzw. Osemundstahl auch auf in Sandwichtechnik zusammengefügte Materialien verwendet.
Dabei wurden kohlenstoffreiche mit kohlenstoffarmen Schichten zusammengeschmiedet und gefaltet. Die Silikateinschlüsse dürften sich im kohlenstoffarmen Eisen mechanisch stark bemerkbar gemacht haben.
Phosphor
Wie schon erwähnt, gibt es Hinweise aus dem 19 Jahrhundert, dass das Osemundeisen einen relativ hohen Phosphorgehalt haben soll. Auch in neuen Untersuchungen aus den USA wird darauf hingewiesen.
Bei eigenen Materialanalysen in der Bundesanstalt für Materialforschung haben wir festgestellt, dass auch moderner Klaviersaitendraht extrem hohen Phosphorgehalt hatte. Das konnte natürlich nicht sein, den Phosphor und Schwefel gelten als Stahlschädlinge, die brüchig machen. Eine Nachfrage ergab, dass durch die modernen Fluoreszenz Messmethode nicht zwischen Oberfläche und Kern unterschieden werden kann.
Der Klaviersaitendraht hatte also nur eine phosphatierte Oberfläche zum Schutz vor Oxidation. Wie die Untersuchungen in den USA durchgeführt wurden, wissen wir nicht.
Wissenswert ist in diesem Zusammenhang die historische Herstellung von Draht. Nach jedem Ziehdurchgang muss der Draht wieder weichgeglüht werden. Dies war notwendig, da man noch kein Hartmetall oder Diamant als Ziehsteine kannte.
Das sogenanntes „Hol“ war also nur gering härter als das zu ziehende Material.
Nach dem Glühen musste der Draht entzundert werden. Dazu brachten alle Drahtzieher einer „Drahtrolle“ jeden morgen in einem Kübel den gesammelten Urin der ganzen Familie mit. Der Draht wurde zum entzundern im Urin gebeizt, das Material hat sich mit dem Phosphor aus dem Urin angereichert. Vorallem der Urin von Kindern enthält viel Phosphor und wurde ja in den kinderreichen Familien gesammelt. Man sagt, die Arbeiter hätten dafür am Abend im selben Kübel Rapsöl das zum ziehen verwendet wurde mit nachhause genommen, um die Kartoffeln zu braten.
Es fragt sich also, ob die beschriebene leichte Anreicherung mit Phosphor etwas mit dem Herstellungsprozess zu tun hat und weshalb der Phosphor seine schädigende Wirkung im Osemundeisen nicht entfaltet. War dies deshalb, weil der Phosphorgehalt nur aussen erhöht war? Beim falten und erneuten schmieden kommt diese äussere Schicht wohl nach innen, aber nicht auf dieselbe Weise, als wenn der Phosphor im Gefüge verteilt ist.
Saitendurchmesser und Verlängerungskoeffizient
Remy Gug zeigt in seiner Untersuchung zur Nürnberger Drahtnumerierung, dass früher die Drahtdurchmesser durch Gewicht und Länge definiert wurden, da der für uns selbstverständliche Mikrometer damals noch nicht zur Verfügung stand. Bekannt war früher wohl die Drahtklinke, diese ist aber ein Prüf- und kein Messinstrument. Andererseits sind uns die damals gebräuchlichen Gewichts- und Längeneinheiten nicht mehr vertraut.
Bei dieser von Gug beschriebenen Vorgehensweise musste der Drahtzieher pro Gewichtseinheit eine bestimmte vorgegebene Drahtlänge erreichen. Wird ein Draht im Durchmesser halbiert, so wird er vier mal länger. Die Drahtlänge ist natürlich einfacher zu messen als der Drahtdurchmesser. Bekannt sind Drahthaspel mit definiertem Umfang, über den der zu messende Draht gezogen wurde. Beschrieben sind auch “Zängelmaße”, dabei handelt es sich um ein Stück Blech, das an der oberen Kante schräg abgeschnitten war und vier Markierungen hatte. Wenn der Draht sich von der ersten zur vierten verlängert hatte, so war eine Durchmesserstufe erreicht.
Wollte ein Drahtzieher eine bestimmte Gewichtseinheit auf z. B. 100m Länge ziehen und verfehlte diese um 2,5%,also 102,5 m statt 100 m, so entspricht das einem Durchmesserfehler von 0,005 mm beim Durchmesser 0,2 mm.
Mit dem “Zängelmaß” konnte die Verlängerung schon an einer kleinen Probe vorab bestimmt werden. Das “Zängelmaß” hatte 48,8 mm (2 Zoll). Hatte der Drahtzieher aber den beschriebenen Fehler von 2,5%, so wäre das eine Länge von 1,22 mm. Dies ist eine Fehlergrösse, die der Drahtzieher problemlos mit dem “Zängelmaß” feststellen konnte.
Es war früher durchaus möglich, exakte Durchmesserabstufungen zu erreichen. Durch das Verfahren mit dem “Zängelmaß” sind auch gleichmässige Durchmesserreduktionen mit konstanten Reduktionskoeffizienten gegeben.
Für unsere Zeit stellt sich die Frage, sollen die Drahtdurchmesser in einem metrischen System mit z. B. 0,20 mm; 0,225 mm; etc. hergestellt werden oder ist es für den Instrumentenbau und die Mensurauslegung nicht wichtiger eine gleichmässige Durchmesserreduktion zu haben?
Wir haben uns für das Nürnberger System entschieden, wie dies von Remy Gug bschrieben wurde. Dabei ist es nicht entscheidend, ob die von ihm gemachte Nummerierung historisch korrekt ist, sondern dass die Durchmesserreduktion über den ganzen Bereich 5,313 % beträgt. Damit sind feine und gleichmässige Durchmesserübergänge möglich, wie dies mit einer metrischen Abstufung nicht machbar wäre.
Saitenbestellung
Am besten bestellen Sie die gewünschten Saiten durch die Angabe der Bestellnummer aus dem Katalog. Wenn Sie diese nicht sicher ermitteln können, bieten wir Ihnen dazu einige Dienstleistungen an (siehe weiter unten).
Umtausch von falsch bestellten Saiten
Bitte haben Sie Verständnis dafür, dass wir falsch bestellte Saiten nicht umtauschen können. Dabei geht es um den Kunden, der dann den Draht bekommen würde, dessen Korrossionsschutz nicht gewährleistet ist. Niemand möchte angebrochene Saitenspulen bekommen oder Saitenmaterial, das oxidiert, weil es zu feucht gelagert oder mit den Fingern berührt wurde.
Saitenpreise
Die Preise für alle Saitenspulen aus unserem Katalog sind inklusive dem mitgelieferten Prüfbericht. Dies gilt nicht für Röslau-Klaviersaitendraht. Alle einzelnen Ersatzsaiten werden ebenfalls ohne Prüfbericht geliefert.
Da es sich bei Saiten- und Mensurbestimmung um eine komplexe Problematik handelt, ist im Materialpreis kein Aufschlag für Beratung enthalten. Dienstleistungen zur richtigen Saitenauswahl bieten wir separat an.
Bestellung von Ersatzsaiten
Sollten Sie keine genauen Angaben über das benötigte Material machen können, bieten wir folgende Möglichkeiten an:
A. Berechnung einer Ersatzsaite
B. Berechnung von weiteren Ersatzsaiten
Dazu benötigen wir folgende Angaben:
- Ton
- Länge der Saite zwischen den Stegnägeln
- Kammerton - Ø der Saite oder der benachbarten Saite
- Drahtmuster, falls Sie den Ø nicht kennen
- gewünschte Anzahl der Ersatzsaiten
- Typ und Hersteller des Instruments
Bestellung von Mensurberechnungen
Sollte ein ganzes Instrument neu bezogen werden, bieten wir auch die Berechnung ganzer Mensuren an. Wenn dabei mehrere Materialien technisch möglich sind, erhalten Sie verschiedene Besaitungsvorschläge. Diese Mensurberechnungen liefern wir auf Wunsch auch mit einem Kommentar zu Besaitungsvorschlägen. Sofern Sie über die nötigen Sachkenntnisse verfügen und die technischen Voraussetzungen haben, können Sie sich auch im Internet das als Shareware angebotene Mensurberechnungsprogramm “Mensurix” herunterladen
(http://www.piano-stopper.de).
Aufziehen von Ersatzsaiten
1. Drehen Sie den Stimmnagel ca. 5 Umdrehungen gegen den Uhrzeigersinn heraus.
2. Arbeiten an den Saiten sollten wenn möglich nur mit dünnen Trikothandschuhen durchgeführt werden.
3. Nehmen Sie die Saite aus der Verpackung.
4. Rollen Sie die Saite ganz auseinander.
5. Achten Sie darauf, daß keine Schlingen entstehen. Sollte sich eine Schlaufe zuziehen, wird die Saite dort reißen.
6. Hängen Sie die bereits gewickelte Öse an den freien Stift der Anhängeleiste.
7. Führen Sie den Saitendraht zwischen den Springern bis zum freien Stimmnagel.
8. Schneiden Sie die Saite dreifingerbreit hinter dem Stimmnagel ab.
9. Fädeln Sie die Saite in das Loch des Wirbels und drehen Sie mit einer Hand den Stimmnagel im Uhrzeigersinn.
10. Dabei sollten Sie mit der anderen Hand die Saite stets leicht gespannt halten, damit sie sich weder vom Anhängestift
noch vom Stimmnagel lösen kann.
11. Achten Sie darauf, daß die Windungen am Stimmnagel nicht übereinander, sondern untereinander zu liegen kommen.
12. Messing- und Kupfersaiten sollten etwa einen Halbton tiefer "ruhen" und erst nach ca. 1 Stunde vorsichtig auf die
endgültige Tonhöhe hochgezogen werden.
13. Eisensaiten brauchen etwa eine Woche, bis sie ihren Klang entfalten. Nichteisenmetalle brauchen ein bis zwei Monate dazu.
HINWEISE ZUR SAITENLAGERUNG
Saitenmaterial rostet bei falscher Lagerung und falscher Handhabung des Materials.
Lagerung
Die Lagerung sollte trocken unter 40 % Luftfeuchtigkeit erfolgen, da bei diesem trockenen Klima weder Rost noch Korrosion entstehen. Ist die Lagerung bei einer solch geringen Luftfeuchtigkeit nicht möglich, kann man sich mit Rostschutzpapier und Climagel behelfen. Diese verlangsamen die Oxidation jedoch nur und können sie nicht vollständig vermeiden. Eine optimale Lagerung ist in einem dampfundurchlässigen Beutel unter 40 % Luftfeuchtigkeit.
Handhabung
Beim Anfassen und Aufziehen der Saiten sollten stets Handschuhe aus z.B. Stoff oder Latex getragen werden, damit weder Schweiß oder dessen Säure an die Saiten gelangen. Diese beschleunigen den Korrosionsprozess und machen die Saiten schnell brüchig. Hat man schnell schwitzende Hände sollte man darum bemüht sein stets zu kontrollieren, ob die Handschuhe noch trocken sind. Hierbei sind die Latexhandschuhe empfehlenswerter, da diese keine Nässe durchlassen.
Climagel
Climagel ist ein Silicat. Es nimmt Feuchtigkeit auf bis die Silicate vollgesogen sind und läßt sie nicht mehr entweichen. Dadurch ermöglicht das Climagel einen gewissen Rostschutz. Ist es gesättigt ist eine Reaktivierung möglich, indem man es bei 150°C für 15 Minuten in einem Ofen trocknet.
Rostschutzpapier
Das Rostschutzpapier schützt Metalloberflächen nicht nur auf Kontakt, sondern über die Gasphase auch auf Abstand (beidseitig wirksam). Es gibt ständig Kleinstmengen rostschützender Gase ab, die das Packgut zuverlässig konservieren (zeitlich begrenzt) .
Aluverbundbeutel
Im Gegensatz zu gebräuchlichen PP-Beuteln ist der Aluverbundbeutel nicht nur wasserdicht, sondern auch dampfundurchlässig. In Kombination mit Vakuum ist das darin verpackte Material vor Rost und Korrosion geschützt, da keine bzw. nur Kleinstmengen Luft vorhanden sind.
Lagerung des Saitenmaterials
Die Saitenspulen werden eingeschlagen in Rostschutzpapier und mit einem Beutel Climagel in einem Aluverbundbeutel vakuumiert und eingeschweißt. Die so verpackten Spulen kommen mit ihrem zugehörigen Reißtest-Datenblatt in einen weiteren transparenten PP-Beutel, damit der Materialinhalt klar identifiziert werden kann.
Anhand des beigepackten Reißtests können Sie vor öffnen des Alubeutels feststellen, ob sich das richtige Saitenmaterial im undurchsichtigen Beutel befindet. Nach Öffnung des Aluverbundbeutels ist eine Rücknahme des Saitenmaterials leider nicht mehr möglich, da das Material evtl. schon genutzt wurde oder falsch gelagert bzw. falsch gehandhabt wurde. Der aufgeschnittene Aluverbundbeutel bietet keinen 100%-igen Rostschutz mehr. Sie können die Saitenspule zusammen mit dem Climagel in das Rostschutzpapier einschlagen und im Aluverbundbeutel lagern. Dies bietet einen höheren Schutz gegen Rost und Korrosion, als wenn das Saitenmaterial offen gelagert wird. Ist das Climagel vollgesogen kann es wie oben erwähnt, reaktiviert werden.
Der Cembalobauer und Cembalospieler sucht häufig nach dem idealen Saitenmaterial mit dem besten Klang. Man spricht von betont grundtönigem oder von obertonreichem und strahlendem Klang. Von großer Brillanz, von hervorragender Sonorität, Tonreinheit, leichter Ansprache und kräftigem, langanhaltendem Schwingen. Dazu gibt es sporadisch immer wieder neue Theorien, die den idealen Klang von einem einzigen Faktor abhängig machen. Auf der anderen Seite gibt es viele, die vor der Fülle an scheinbar komplizierten Zusammenhängen ihre Neugierde verlieren.
Wir möchten hier keine vorschnelle, einfache Antwort geben, sondern verschiedene physikalische Einflussgrössen möglichst einfach erklären, damit Musiker wie auch Cembalobauer eine fundierte Saitenwahl treffen können.
Derjenige der ein klares Klangideal hat, kann natürlich leicht einen Klang in schön und hässlich einteilen. Diese Aufgabe haben ja alle Ideale, auch ausserhalb der Musik. Wer sich jedoch die Freiheit erhalten und experimentieren möchte, braucht dazu die nötigen Informationen über das erhältliche Material.
Es geht im folgenden also darum, eine Basis zu schaffen, mit dem ein Saitenmaterial ausgewählt werden kann. Erste Grundlage ist natürlich, dass die Saite nicht reisst. Cembalosaiten gibt es in einem breiten Spektrum von Reissfestigkeiten.
Die Reissfestigkeit (Rm) ist abhängig von:
• der Materialart (Eisen, Messing, Kupfer, etc.)
• der Legierung innerhalb einer Materialart (CuZn28, CuZn15, etc.)
• dem Herstellungsprozess (Durchmessereduktion, Zwischenglühen, Oberflächengüte, etc.)
Die Reissfestigkeit ist technisch relativ einfach festzustellen. Leider sagt diese aber nur etwas über den Punkt aus, wo es schon zu spät ist und die Saite reisst. Also wird in der Praxis häufig ein Sicherheitsabschlag gemacht, z.B. 20% oder ein Ganzton unter der Reissgrenze. Das sind natürlich willkürliche Annahmen und auch jahrelange Erfahrung nützt gar nichts, wenn das neu eingekaufte Material nicht absolut die gleichen physikalischen Eigenschaften hat wie das vorher verwendete.
Aus diesem Grunde haben wir sehr viel Zeit in die Saitentestung investiert. Zu den von uns gelieferten Saitenspulen erhalten Sie ohne Aufpreis einen ausführlichen Prüf-Bericht mit einem Kraft-Weg-Diagramm und praktischen Hinweisen zum Einsatz des Materials.
Der Zerreißtest
Zum Erstellen des Prüf-Berichts wird der Draht in einer Testmaschine eingespannt.
Dabei haben wir für die dünnen und schwachen Drähte eine Kraftmessdose mit 200 N maximaler Messkraft und für die starken Drähte eine Dose mit 5000 N. So erhalten wir sowohl im unteren, wie auch im oberen Bereich exakte Messergebnisse.
Schwieriger ist die genaue Messung der Verlängerung des Drahtes. Zum Messen der Dehnung ist eine immer exakt gleich grosse Prüflänge Bedingung und die Verlängerung muss im Tausendstel mm gemessen werden können. Dazu haben wir einen sogenannten Längenextensiometer mit einer genau definierten Messlänge (L) von 50 mm. Mit diesem Zusatzgerät kann die Längenveränderung (àLt) genau festgestellt werden, ohne dass ein Nachrutschen in der Drahtklemmung oder schwankende Versuchslängen (Le) die Ergebnisse verfälschen.
Zum Ausgleich der normalen Drahtkrümmung wird mit einer kleinen Vorkraft gearbeitet, diese liegt aber auch an der Kraftmessdose an und fliesst in die Berechnung der Zugkräfte mit ein. So wird auf dem Ausdruck des Kraft-Weg-Diagramms der Diagrammbeginn der Kräfte um die Vorkraft höhergelegt, was zu einem ruhigeren Kurvenbeginn führt, aber keinen Einfluss auf die gemessenen Daten hat.
Erst durch die auf die Messung von dünnen Drähten optimierte Testanordnung ist es möglich, Aussagen über die Höchstzugkraft ( Fm), die verschiedenen Dehngrenzen (Rr0,01, Rr0,03, Rp0,2), und die damit zusammenhängenden Resultate wie Elastizitätsmodul (E) und Steifigkeit zu machen.
Der Prüfbericht
Zum Verständnis der technischen Begriffe möchten wir hier auf das Glossar auf dem Prüfbericht selbst verweisen.
Die Resultate Bruchgrenze, Dehngrenze, Elastizitätsgrenze und Empfehlung werden auf dem Prüf-Bericht sowohl als Spannung in N/mm2 aufgeführt, als auch in den gemessenen N und in Prozent (%) bezogen auf die Bruchgrenze. Diese dreifache Auflistung erlaubt ein sofortiges verstehen ohne dass Umrechnungen nötig sind.
Die Spannungswerte (N/mm2) sind interessant, da damit unterschiedliche Durchmesser miteinander verglichen werden können. Die Angaben in Kräften (N) ermöglichen ein zuordnen der Grenzen auf dem Diagramm. Liest man den Wert auf der linken Diagrammseite auf der Skala ab und sucht auf dieser Höhe den Kreuzungspunkt mit der Kurve, so erhält man auch einen optischen Eindruck von der Lage auf der gesamten Kurve. Dieselbe Aussage in Prozentwerten in Bezug auf die Reissgrenze ermöglicht auch ein beurteilen des in der Praxis häufig verwendeten pauschalen Sicherheitsabschlags.
Wie aber werden die auf dem Prüf-Bericht ausgedruckten Werte gefunden? Zunächst werden während des Zugversuchs die Kraft- und die Wegveränderungen gemessen und gespeichert. Das ergibt ausgedruckt die Diagrammkurve.
Bei der gemessenen Verlängerung des Drahtes bis zum Reisspunkt, treten verschiedene Arten von Dehnung auf. Man unterscheidet in reversibler und irreversible oder wie die Normung formuliert in elastische (àLe) und nicht proportionale Verlängerung (àLp).
Belastet man einen Draht nur gering und baut danach die Kraft wieder ab, so hat der Draht am Ende auch wieder seine ursprüngliche Länge. In diesem Fall wurde das Material also nur innerhalb seiner elastischen Dehnung beansprucht. Das ist vergleichbar mit einem Flugzeugflügel oder einem Auto, das nach Gebrauch wieder die gleiche Form hat wie beim Start.
Steigt die Belastung über die Elastizitätsgrenze an, bleibt nach Abbau der Kräfte eine bleibende Verformung ( r) zurück. Das ist bei unserem Vergleich mit dem Auto eine Beule. Fährt man mit einem Auto, das eine kleine Beule hat, so treten elastische und plastische Verformung (àLt) gleichzeitig auf. Ist die Beule jedoch sehr groß, ist ein normaler Gebrauch nicht mehr möglich.
Die Normgebung definiert die Elastizitätsgrenze da, wo die nicht proportionale Verlängerung 0,01% der Prüflänge erreicht. Bei unserer Testanordnung mit einer Prüflänge von 50 mm im Längenextensiometer, entspricht das also einer plastischen Verformung von 0,005 mm.
Zur Ermittlung der verschiedenen Dehngrenzen auf der Kraft-Weg-Kurve, muss zuerst eine Parallele zum Diagrammbeginn gelegt werden. Wir definieren den Beginn dieser Parallelen bei 20% und das Ende bei 40% der maximalen Kraft. Man könnte die Grenzen auch tiefer und enger setzten. Bei tiefliegenden Werten können aber schon kleinste Ungenauigkeiten zu starken Schwankungen führen. Ebenso können eng liegende Grenzen bei weichen Materialien zu starken Schwankungen führen. Mit dem von uns bewusst etwas goss und hoch gesetzten Intervall ist es dafür möglich, all die verschiedenen Materialien die beim Cembalobau vorkommen mit den gleichen Einstellungen zu testen und so eine optimale Vergleichbarkeit der Messergebnisse zu erzielen.
Diese so definierte Parallele zeigt also eine bestimmte Steigung im Kraft-Weg-Diagramm, die zur Berechnung der Steifigkeit, auch Federkonstante genannt, gebraucht wird. Führt man diese Parallele weiter bis sich die Probe um 1 mm verlängert hat, erhält man die Federkonstante in N/mm. Da die Kraft jedoch sehr vom Durchmesser der Probe abhängig ist, kann man verschiedene Materialien nur bei gleichem Durchmesser vergleichen. Die Federkonstante fliesst in die Berechnung der Inharmonizität ein.
Das Elastizitätsmodul ist eine Materialkennzahl, die die Spannung bei einer Verlängerung der Messlänge um 100% bezeichnet (Federkonstante x Messlänge / Probenquerschnitt).
Das E-Modul wird in der Mensurberechnung gebraucht. Da es sich um eine Kraft pro Querschnitt (Spannung) handelt, kann man die verschiedenen Durchmesser miteinander vergleichen. Dabei stellt man fest, dass das E-Modul sowohl von der Legierung als auch von der Kaltverformung des Materials abhängig ist.
Zur Definition der 0,01%-Elastizitätsgrenze wird nun diese Parallele Linie um 0,005 mm nach rechts verschoben. Der Schnittpunkt ergibt die Elastizitätsgrenze. Genauso definiert man die 0,2%-Dehngrenze (Rp0,2), nur muss die Parallele um 0,1 mm nach rechts im Diagramm verschoben werden. Da sich die Prozentwerte der nicht proportionalen Dehnung ( p) bei uns auf die Messlänge von 50 mm beziehen, sind dies auf unserem Diagramm die gemessenen Verlängerungen von 0,005 und 0,1 mm.
Eine Streckgrenze mit anschliessendem Fliessbereich haben kaltverformte Saitendrähte nicht. Deshalb kann diese nicht definiert werden. Bei Materialien ohne Streckgrenze wird als Ersatz für diese die o,2%- Dehngrenze berechnet. Diese halten wir für den praktischen Einsatz im Cembalobau für etwas zu grob. Auf der anderen Seite finden wir die Elastizitätsgrenze zu genau. So haben wir eine zusätzliche Grenze (Rr0,03) ermittelt, die wir bei 0,03% plastischer Dehnung definieren. Diese bezeichnen wir auf dem Diagramm als empfohlene maximale Spannung.
Das kann natürlich nur ein Richtwert sein, der in der Praxis über- oder unterschritten werden kann. Um die verschiedenen Tests von unterschiedlichen Materialien besser vergleichen zu können, haben wir die Grenze für diese Empfehlung bei allen Materialien immer gleich gewählt.
Alle vier verschiedenen Grenzen haben wir zur praktischen Anschauung auf dem Prüf-Bericht auch umgerechnet in Mensurlängen von c2 bei einem Kammerton von a1 gleich 415 Hz und bei 440 Hz.
Historische Praxis
Brauchen wir im historischen Cembalobau überhaupt solche Prüfergebnisse über das Saitenmaterial? Früher hatten die Cembalobauer doch auch keine Saitentests zur Verfügung?
Wie groß die Auswahl an Saitendrähten für die alten Cembalobauer war, wissen wir nicht. Sicherlich war der Handel in Europa mit solchen Spezialitäten wie Feindraht viel ausgeprägter als wir uns das vorstellen, ob der einzelne der Instrumentenbauer jedoch immer Zugang zu diesen Drähten hatte , oder durch die königlichen Privilegien eingeschränkt war, ist eine andere Sache. Grundsätzlich wurde damals die Mensur des Instruments nach dem gewünschten Kammerton und nach dem vorhandenen Saitenmaterial gelegt.
Das ist genau das Gegenteil von dem, was wir heute machen, wenn wir nach einer historischen Vorlage arbeiten.
Wir übernehmen eine Mensur, obwohl wir über das verwendete Saitenmaterial keine Angaben haben. So entsteht für den heutigen Cembalobauer die Frage, welche Saiten kann er für die originale Mensur verwenden. Die gleiche Fragestellung entsteht bei allen Reparaturen, selbst wenn ein Musiker nur eine Saite auswechseln möchte.
Die Mensurberechnung
Da wir heute durch unseren Prüf-Bericht die Zugfestigkeit (Rm) wissen, können wir schon im vornherein berechnen, ob der Draht auf einer bestimmten Mensur hält.
Die schwingende Saitenlänge zwischen den Stegen (Länge) ist abhängig von: Frequenz, Durchmesser, Erdanziehung, Zugkraft, spezifisches Gewicht
l = 1/ (n x d) x (g x p / x s)
Länge = 1 / Frequenz x Durchmesser x Wurzel
aus Gravitation x Kraft / x spez. Gewicht
Wenn man aus dieser Formel die Gravitation und als Konstante mit der man Durchmesser berechnet herausnimmt und
dafür die Zahl 17841 einsetzt, sieht die Formel folgendermaßen aus:
Länge = (17841 / Frequenz x Durchmesser) x Wurzel aus (Kraft / spez. Gewicht)
Wenn von den drei Dingen Frequenz, Spannung und Länge bei zwei Saiten ein Faktor gleich ist und ein Faktor ungleich ist, muss der dritte Faktor auch ungleich sein, z. B. bei gleicher Frequenz und unterschiedlicher Länge zweier Saiten ist die Spannung auch unterschiedlich.
Belastet man eine Saite bis nahe an die Bruchgrenze, entsteht durch die ständige Überlastung eine kontinuierliche Verlängerung die durch nachstimmen kompensiert werden muss. Im Laufe der Zeit wird die Saite immer dünner und schwächer bis diese reisst, das kann zum Teil auch erst nach einem Jahr oder später sein. Zu beachten ist auch, dass der Zug in der Saite durch die Reibung an den Stegstiften nicht gleich hoch verteilt ist. Je grösser die Abwinklung am Steg, also je grösser die Reibung ist, desto grösser muss die Reserve im Draht sein.
Die Materialwahl
Die Unterschiede zwischen den einzelnen Materialien die im Cembalobau Verwendung finden ist enorm. So kann eine weiche Kupfersaite im Bass eine Zugfestigkeit von 500 N/mm2 haben und eine dünne lange Diskantsaite jedoch durchaus 2000 N/mm2 haben.
Welches Material brauche ich für meine Mensur?
Ist die Mensur schon vorgegeben, wie dies heute meist der Fall ist, muss ich zwingend eine Saitenberechnung durchführen. Dann kann ich sagen, welche Spannung das Material aushalten muss.
Nun kann ich ein Material auswählen, bei dem die berechnete Spannung unter der Dehngrenze liegt. Als Orientierungshilfe kann ich auch die auf dem Prüf-Bericht angegebene empfohlene maximale Spannung nehmen.
Durch diese Berechnung habe ich die Gewissheit, dass die Saite auch unter ungünstigen Einsatzbedingungen noch nicht reisst. Gleichzeitig kann ich die verschiedensten Materialien miteinander vergleichen und bekomme so ein Gefühl für materialtypische Eigenschaften.
Daraus wird ersichtlich, dass ich das richtige Material nur auswählen kann, wenn mir verschiedene Materialien zur Verfügung stehen und ich deren Eigenschaften auch wirklich genau kenne. Dabei sind natürlich Richtwerte unbrauchbar, da die tatsächlichen physikalischen Grössen im einzelnen Drahtdurchmesser sehr stark von den Richtwerten abweichen können.
Kurze geschichtliche Aspekte des Drahtziehens
In Europa sind metallene Musiksaiten aus Eisen-, Kupfer- oder Silberdraht schon ab dem 14. Jahrhundert in Gebrauch. Bis zum 18. Jahrhundert kamen noch Messing und Golddrähte dazu. Erst nach 1834 gab es dann noch die hochfesten Stahlsaiten.
Die frühen Saiten hatten noch nicht eine so hohe Zugfestigkeit wie dies mit heutigen Materialien möglich ist.
Dies ist bedingt durch Schwankungen in den Legierungen durch unterschiedliche Erze und Verunreinigungen durch Schlacke, als auch durch die nachfolgende Bearbeitung durch schmieden.
Der Draht wurde auf „Handleiern“ gezogen und zwar immer in die gleiche Richtung, damit das Gefüge des Drahtes trotz Verunreinigungen nicht aufgerissen wurde.
In der modernen Drahtproduktion wird das Material zuerst gewalzt. Im „Grobzug“ wird der Durchmesser von ca. 12 auf 3 mm verringert, im „Mittelzug“ erfolgt eine weitere Reduktion auf ca. 1mm um schliesslich im „Feinzug“ auf die ganz dünnen Durchmesser gebracht zu werden. Beim Durchziehen von Drähten durch ein konisches Ziehwerkzeug werden die einzelnen Metall-Kristalle gestreckt und gegeneinander verschoben. Gleichzeitig drehen diese sich mit ihren Gleitrichtungen in Umformrichtung ein. Dehnung, Scherung und Ausrichtung der kristallinenen Struktur stehen in enger Beziehung zum Werkstofffluss. Durch Rationalisieren der Produktionsprozesse, etwa durch grosse Querschnittsabnahme des Drahtes mit grossen Ziehwinkeln im Ziehstein, wird der Werkstofffluss jedoch wieder inhomogener.
Es ist also höchst interessant zu sehen, wie früher durch Beachtung einiger Regeln ein gutes Produkt erzeugt wurde und auf der anderen Seite heute, trotz umfangreichem technischem Wissen, durch den Kostendruck nicht die beste Qualität entstehen muß.
Osemund Eisen
Der Begriff Osemund rührt wohl vom skandinavischen Osemundofen her. Im Laufe der Geschichte wurde der Begriff aber auf ganz unterschiedliche Eisenqualitäten und die damit verbundenen Herstellungsverfahren angewendet.
Das im Osemundofen gewonnen Eisen war direkt schmiedbar und dürfte damit dem kohlenstoffarmen Eisen aus dem Brennofen vergleichbar gewesen sein. Historiker im 19 Jahrhundert wiesen darauf hin, dass dieses Eisen trotz seines relativen hohen Phosphorgehalts nicht brüchig war. Es wurden auch Verfahren beschrieben, wie das Osemundeisen zu
Stahl aufgekohlt werden konnte.
Mit dem sich im 13 Jahrhundert immer stärker verbreitenden Flussofen (Hochofentechnik), hatte man Kohlenstoff reiches Roheisen und es bestand das Problem, dieses zu entkohlen und schmiedbar zu machen. Dies war notwendig, wollte man dies genauso gebrauchen können, wie man es sich vom Osemundeisen aus dem bisherigen Brennofen gewohnt war. Das als Osemundfrischen bezeichnete Verfahren soll dazu gedient haben. Unter Osemund wurde deshalb immer mehr eine besonders qualitätsvolle Form von kohlenstoffarmen Eisen verstanden, weil dies durch die neuen Flussöfen nicht mehr automatisch anfiel.
Letztlich wurde der Begriff Osemundeisen, bzw. Osemundstahl auch auf in Sandwichtechnik zusammengefügte Materialien verwendet.
Dabei wurden kohlenstoffreiche mit kohlenstoffarmen Schichten zusammengeschmiedet und gefaltet. Die Silikateinschlüsse dürften sich im kohlenstoffarmen Eisen mechanisch stark bemerkbar gemacht haben.
Phosphor
Wie schon erwähnt, gibt es Hinweise aus dem 19 Jahrhundert, dass das Osemundeisen einen relativ hohen Phosphorgehalt haben soll. Auch in neuen Untersuchungen aus den USA wird darauf hingewiesen.
Bei eigenen Materialanalysen in der Bundesanstalt für Materialforschung haben wir festgestellt, dass auch moderner Klaviersaitendraht extrem hohen Phosphorgehalt hatte. Das konnte natürlich nicht sein, den Phosphor und Schwefel gelten als Stahlschädlinge, die brüchig machen. Eine Nachfrage ergab, dass durch die modernen Fluoreszenz Messmethode nicht zwischen Oberfläche und Kern unterschieden werden kann.
Der Klaviersaitendraht hatte also nur eine phosphatierte Oberfläche zum Schutz vor Oxidation. Wie die Untersuchungen in den USA durchgeführt wurden, wissen wir nicht.
Wissenswert ist in diesem Zusammenhang die historische Herstellung von Draht. Nach jedem Ziehdurchgang muss der Draht wieder weichgeglüht werden. Dies war notwendig, da man noch kein Hartmetall oder Diamant als Ziehsteine kannte.
Das sogenanntes „Hol“ war also nur gering härter als das zu ziehende Material.
Nach dem Glühen musste der Draht entzundert werden. Dazu brachten alle Drahtzieher einer „Drahtrolle“ jeden morgen in einem Kübel den gesammelten Urin der ganzen Familie mit. Der Draht wurde zum entzundern im Urin gebeizt, das Material hat sich mit dem Phosphor aus dem Urin angereichert. Vorallem der Urin von Kindern enthält viel Phosphor und wurde ja in den kinderreichen Familien gesammelt. Man sagt, die Arbeiter hätten dafür am Abend im selben Kübel Rapsöl das zum ziehen verwendet wurde mit nachhause genommen, um die Kartoffeln zu braten.
Es fragt sich also, ob die beschriebene leichte Anreicherung mit Phosphor etwas mit dem Herstellungsprozess zu tun hat und weshalb der Phosphor seine schädigende Wirkung im Osemundeisen nicht entfaltet. War dies deshalb, weil der Phosphorgehalt nur aussen erhöht war? Beim falten und erneuten schmieden kommt diese äussere Schicht wohl nach innen, aber nicht auf dieselbe Weise, als wenn der Phosphor im Gefüge verteilt ist.
Saitendurchmesser und Verlängerungskoeffizient
Remy Gug zeigt in seiner Untersuchung zur Nürnberger Drahtnumerierung, dass früher die Drahtdurchmesser durch Gewicht und Länge definiert wurden, da der für uns selbstverständliche Mikrometer damals noch nicht zur Verfügung stand. Bekannt war früher wohl die Drahtklinke, diese ist aber ein Prüf- und kein Messinstrument. Andererseits sind uns die damals gebräuchlichen Gewichts- und Längeneinheiten nicht mehr vertraut.
Bei dieser von Gug beschriebenen Vorgehensweise musste der Drahtzieher pro Gewichtseinheit eine bestimmte vorgegebene Drahtlänge erreichen. Wird ein Draht im Durchmesser halbiert, so wird er vier mal länger. Die Drahtlänge ist natürlich einfacher zu messen als der Drahtdurchmesser. Bekannt sind Drahthaspel mit definiertem Umfang, über den der zu messende Draht gezogen wurde. Beschrieben sind auch “Zängelmaße”, dabei handelt es sich um ein Stück Blech, das an der oberen Kante schräg abgeschnitten war und vier Markierungen hatte. Wenn der Draht sich von der ersten zur vierten verlängert hatte, so war eine Durchmesserstufe erreicht.
Wollte ein Drahtzieher eine bestimmte Gewichtseinheit auf z. B. 100m Länge ziehen und verfehlte diese um 2,5%,also 102,5 m statt 100 m, so entspricht das einem Durchmesserfehler von 0,005 mm beim Durchmesser 0,2 mm.
Mit dem “Zängelmaß” konnte die Verlängerung schon an einer kleinen Probe vorab bestimmt werden. Das “Zängelmaß” hatte 48,8 mm (2 Zoll). Hatte der Drahtzieher aber den beschriebenen Fehler von 2,5%, so wäre das eine Länge von 1,22 mm. Dies ist eine Fehlergrösse, die der Drahtzieher problemlos mit dem “Zängelmaß” feststellen konnte.
Es war früher durchaus möglich, exakte Durchmesserabstufungen zu erreichen. Durch das Verfahren mit dem “Zängelmaß” sind auch gleichmässige Durchmesserreduktionen mit konstanten Reduktionskoeffizienten gegeben.
Für unsere Zeit stellt sich die Frage, sollen die Drahtdurchmesser in einem metrischen System mit z. B. 0,20 mm; 0,225 mm; etc. hergestellt werden oder ist es für den Instrumentenbau und die Mensurauslegung nicht wichtiger eine gleichmässige Durchmesserreduktion zu haben?
Wir haben uns für das Nürnberger System entschieden, wie dies von Remy Gug bschrieben wurde. Dabei ist es nicht entscheidend, ob die von ihm gemachte Nummerierung historisch korrekt ist, sondern dass die Durchmesserreduktion über den ganzen Bereich 5,313 % beträgt. Damit sind feine und gleichmässige Durchmesserübergänge möglich, wie dies mit einer metrischen Abstufung nicht machbar wäre.
Saitenbestellung
Am besten bestellen Sie die gewünschten Saiten durch die Angabe der Bestellnummer aus dem Katalog. Wenn Sie diese nicht sicher ermitteln können, bieten wir Ihnen dazu einige Dienstleistungen an (siehe weiter unten).
Umtausch von falsch bestellten Saiten
Bitte haben Sie Verständnis dafür, dass wir falsch bestellte Saiten nicht umtauschen können. Dabei geht es um den Kunden, der dann den Draht bekommen würde, dessen Korrossionsschutz nicht gewährleistet ist. Niemand möchte angebrochene Saitenspulen bekommen oder Saitenmaterial, das oxidiert, weil es zu feucht gelagert oder mit den Fingern berührt wurde.
Saitenpreise
Die Preise für alle Saitenspulen aus unserem Katalog sind inklusive dem mitgelieferten Prüfbericht. Dies gilt nicht für Röslau-Klaviersaitendraht. Alle einzelnen Ersatzsaiten werden ebenfalls ohne Prüfbericht geliefert.
Da es sich bei Saiten- und Mensurbestimmung um eine komplexe Problematik handelt, ist im Materialpreis kein Aufschlag für Beratung enthalten. Dienstleistungen zur richtigen Saitenauswahl bieten wir separat an.
Bestellung von Ersatzsaiten
Sollten Sie keine genauen Angaben über das benötigte Material machen können, bieten wir folgende Möglichkeiten an:
A. Berechnung einer Ersatzsaite
B. Berechnung von weiteren Ersatzsaiten
Dazu benötigen wir folgende Angaben:
- Ton
- Länge der Saite zwischen den Stegnägeln
- Kammerton - Ø der Saite oder der benachbarten Saite
- Drahtmuster, falls Sie den Ø nicht kennen
- gewünschte Anzahl der Ersatzsaiten
- Typ und Hersteller des Instruments
Bestellung von Mensurberechnungen
Sollte ein ganzes Instrument neu bezogen werden, bieten wir auch die Berechnung ganzer Mensuren an. Wenn dabei mehrere Materialien technisch möglich sind, erhalten Sie verschiedene Besaitungsvorschläge. Diese Mensurberechnungen liefern wir auf Wunsch auch mit einem Kommentar zu Besaitungsvorschlägen. Sofern Sie über die nötigen Sachkenntnisse verfügen und die technischen Voraussetzungen haben, können Sie sich auch im Internet das als Shareware angebotene Mensurberechnungsprogramm “Mensurix” herunterladen
(http://www.piano-stopper.de).
Aufziehen von Ersatzsaiten
1. Drehen Sie den Stimmnagel ca. 5 Umdrehungen gegen den Uhrzeigersinn heraus.
2. Arbeiten an den Saiten sollten wenn möglich nur mit dünnen Trikothandschuhen durchgeführt werden.
3. Nehmen Sie die Saite aus der Verpackung.
4. Rollen Sie die Saite ganz auseinander.
5. Achten Sie darauf, daß keine Schlingen entstehen. Sollte sich eine Schlaufe zuziehen, wird die Saite dort reißen.
6. Hängen Sie die bereits gewickelte Öse an den freien Stift der Anhängeleiste.
7. Führen Sie den Saitendraht zwischen den Springern bis zum freien Stimmnagel.
8. Schneiden Sie die Saite dreifingerbreit hinter dem Stimmnagel ab.
9. Fädeln Sie die Saite in das Loch des Wirbels und drehen Sie mit einer Hand den Stimmnagel im Uhrzeigersinn.
10. Dabei sollten Sie mit der anderen Hand die Saite stets leicht gespannt halten, damit sie sich weder vom Anhängestift
noch vom Stimmnagel lösen kann.
11. Achten Sie darauf, daß die Windungen am Stimmnagel nicht übereinander, sondern untereinander zu liegen kommen.
12. Messing- und Kupfersaiten sollten etwa einen Halbton tiefer "ruhen" und erst nach ca. 1 Stunde vorsichtig auf die
endgültige Tonhöhe hochgezogen werden.
13. Eisensaiten brauchen etwa eine Woche, bis sie ihren Klang entfalten. Nichteisenmetalle brauchen ein bis zwei Monate dazu.
HINWEISE ZUR SAITENLAGERUNG
Saitenmaterial rostet bei falscher Lagerung und falscher Handhabung des Materials.
Lagerung
Die Lagerung sollte trocken unter 40 % Luftfeuchtigkeit erfolgen, da bei diesem trockenen Klima weder Rost noch Korrosion entstehen. Ist die Lagerung bei einer solch geringen Luftfeuchtigkeit nicht möglich, kann man sich mit Rostschutzpapier und Climagel behelfen. Diese verlangsamen die Oxidation jedoch nur und können sie nicht vollständig vermeiden. Eine optimale Lagerung ist in einem dampfundurchlässigen Beutel unter 40 % Luftfeuchtigkeit.
Handhabung
Beim Anfassen und Aufziehen der Saiten sollten stets Handschuhe aus z.B. Stoff oder Latex getragen werden, damit weder Schweiß oder dessen Säure an die Saiten gelangen. Diese beschleunigen den Korrosionsprozess und machen die Saiten schnell brüchig. Hat man schnell schwitzende Hände sollte man darum bemüht sein stets zu kontrollieren, ob die Handschuhe noch trocken sind. Hierbei sind die Latexhandschuhe empfehlenswerter, da diese keine Nässe durchlassen.
Climagel
Climagel ist ein Silicat. Es nimmt Feuchtigkeit auf bis die Silicate vollgesogen sind und läßt sie nicht mehr entweichen. Dadurch ermöglicht das Climagel einen gewissen Rostschutz. Ist es gesättigt ist eine Reaktivierung möglich, indem man es bei 150°C für 15 Minuten in einem Ofen trocknet.
Rostschutzpapier
Das Rostschutzpapier schützt Metalloberflächen nicht nur auf Kontakt, sondern über die Gasphase auch auf Abstand (beidseitig wirksam). Es gibt ständig Kleinstmengen rostschützender Gase ab, die das Packgut zuverlässig konservieren (zeitlich begrenzt) .
Aluverbundbeutel
Im Gegensatz zu gebräuchlichen PP-Beuteln ist der Aluverbundbeutel nicht nur wasserdicht, sondern auch dampfundurchlässig. In Kombination mit Vakuum ist das darin verpackte Material vor Rost und Korrosion geschützt, da keine bzw. nur Kleinstmengen Luft vorhanden sind.
Lagerung des Saitenmaterials
Die Saitenspulen werden eingeschlagen in Rostschutzpapier und mit einem Beutel Climagel in einem Aluverbundbeutel vakuumiert und eingeschweißt. Die so verpackten Spulen kommen mit ihrem zugehörigen Reißtest-Datenblatt in einen weiteren transparenten PP-Beutel, damit der Materialinhalt klar identifiziert werden kann.
Anhand des beigepackten Reißtests können Sie vor öffnen des Alubeutels feststellen, ob sich das richtige Saitenmaterial im undurchsichtigen Beutel befindet. Nach Öffnung des Aluverbundbeutels ist eine Rücknahme des Saitenmaterials leider nicht mehr möglich, da das Material evtl. schon genutzt wurde oder falsch gelagert bzw. falsch gehandhabt wurde. Der aufgeschnittene Aluverbundbeutel bietet keinen 100%-igen Rostschutz mehr. Sie können die Saitenspule zusammen mit dem Climagel in das Rostschutzpapier einschlagen und im Aluverbundbeutel lagern. Dies bietet einen höheren Schutz gegen Rost und Korrosion, als wenn das Saitenmaterial offen gelagert wird. Ist das Climagel vollgesogen kann es wie oben erwähnt, reaktiviert werden.
5,0
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Yuye Kim, 22.12.2022
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