Orgelonderdelen uit koolstofvezel

Veel orgelbouwers zijn bezorgd. De houtsoort fijnspar die ze van oudsher voor hun instrumenten gebruiken, wordt steeds schaarser en duurder. Met koolstofvezel versterkte kunststof blijkt een aantrekkelijk alternatief te zijn.

Traditionele orgelbouwers gebruiken fijnspar om daaruit abstracten te maken. Dat zijn smalle houten lijsten die de toetsen en de ventielen van de orgelpijpen met elkaar verbinden. De fabrikanten waarderen vooral de typische eigenschappen van dit materiaal. In kerken of concertzalen treden, afhankelijk van het jaargetijden, veranderingen in temperatuur en vochtigheid op. Terwijl andere houtsoorten vervormen, blijft fijnspar stabiel. Bovendien is het hout lang houdbaar en maakt met zijn lage massa licht orgelspel mogelijk.

Helaas is fijnspar schaars, duur en moeilijk te verkrijgen. Het kost orgelbouwers steeds meer moeite en het wordt steeds duurder om aan dit materiaal te komen. De boom groei maar in enkele regio's in Zuid-Tirol en Noord-Slovenië en dan ook nog eens zeer langzaam. Om hun hout te selecteren, moeten orgelbouwers een lange reis ondernemen. Het afval en de moeizame selectie met de hand drijven de kosten nog verder op.

Alternatieven voor orgelonderdelen

Reden voor Baumgartner Orgelbau GbR uit Neudrossenfeld, dat al 35 jaar mechanische onderdelen voor pijporgels produceert, opdracht gegeven aan de productgroep Regeneratieve productie van het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA)opdracht gegeven een alternatief te zoeken. Het vervangende materiaal zou gemakkelijk verkrijgbaar moeten zijn, een constant prijsniveau hebben en stabiel blijven bij veranderingen in vochigheid en temperatuur.

Voor deze opdracht hebben de wetenschappers in de eerste stap de karakteristieken van de fijnspar geanalyseerd. Nadat ze het materiaal hadden geanalyseerd, bepaalden ze een geschikt vervangend materiaal. Ze kozen voor met koolstofvezel versterkte kunststof met een unidirectionele laminaatopbouw. Dit benadert de opbouw en eigenschappen van de fijnspar, maar is goedkoper en gemakkelijker verkrijgbaar. Vervolgens moesten de onderzoekers uitvinden hoe de composiet abstracten zich bij het spelen op het orgel zouden gedragen.

Proeven in Stadtkirche

Nadat Baumgartner de onderdelen had gemaakt en in het referentieorgel had geïntegreerd, werden series proeven met houten en composiet abstracten uitgevoerd op het orgel van de Stadtkirche in Bayreuth (foto boven). Met versnellingssensoren en rekstrookjes bepaalden de onderzoekers alle eigenschappen van de abstracten, zoals vervorming, versnelling, trillingsgedrag of veranderingen door temperatuur en vochtigheid.

De proeven werden uitgevoerd bij verschillende omstandigheden in de kerk – met verrassende resultaten. De composiet abstracten zijn nog beter bestand tegen veranderingen in vochtigheid en temperatuur dan fijnspar. Terwijl het hout kleine afwijkingen vertoont, stelden de onderzoekers bij het composiet helemaal geen veranderingen vast.

Omdat met koolstofvezel versterkte kunststof per meter leverbaar is, kan Baumgartner de abstracten goedkoper en zonder lange reizen produceren. De composiet onderdelen hebben bovendien een lager gewicht en zijn lichter te bespelen. Ook op het belangrijkste aspect, de klank, doet composiet het niet slechter dan fijnspar.

In een vervolgproject willen de partners een testbank bouwen, waarbij alle abstracten – vanaf de toets via hoeken en katrollen tot aan het pijpventiel – uit composietmateriaal bestaan. Voldoet het materiaal ook hier goed, dan overweegt Baumgartner het materiaal duurzaam in zijn instrumenten te integreren. (foto: Fraunhofer-IPA)

Onderstaand filmpje geeft een impressie van het project.