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INTEGRATED AUTOMATION,

INTEGRATED AUTOMATION, MOTION & DRIVES I SPECIAL Hier spielt die Musik Leiser Antrieb sorgt für dynamische Klavier-Klänge Kleinstantriebe leisten heute in den unterschiedlichsten Anwendungen beachtliches. Klein, drehmomentstark, dynamisch bei präziser Ansteuerung und möglichst geräuschlosem Lauf sind Anforderungen, die viele industrielle Anwendungen an die Antriebe stellen. Auch bei der Entwicklung eines innovativen Klavier-Konzepts, das den gehobenen Ansprüchen moderner Konzertpianisten gerecht wird, waren diese Eigenschaften wichtig. Dipl.-Ing. (BA) Andreas Seegen ist Leiter Marketing bei der Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG in Schönaich und Dipl.-Ing. (FH) Nora Crocoll ist Mitarbeiterin im Redaktionsbüro Stutensee „Never change a running system“ gilt bekanntlich für viele Bereiche. Wenn sich die Gegebenheiten jedoch ändern und ein bewährtes System den veränderten Anforderungen nicht mehr gerecht wird, ist Weiterentwicklung nötig. Das gilt auch für Klaviere. Hier gab es im 18. und 19. Jahrhundert zahlreiche innovative Veränderungen. Vor ca. 140 Jahren galten Klaviere dann als vollständig entwickelt. Heute stehen Musiker und Komponisten allerdings wieder vor einem ähnlichen Problem wie bei der aufkommenden Romantik: Mehr Kraft, Lautstärke und Dynamik sind gefragt, denn umfassten zu Beethoven und Mozarts Zeiten Konzertsäle nur einige hundert Besucher, sind es heute teilweise mehrere tausend. Dynamik unterliegt physikalischen Beschränkungen Wie beim Klavier ein Ton entsteht, ist den meisten bekannt: Drückt der Pianist eine Taste, wird über eine Mechanik ein Hammer gegen Saiten geschlagen, die dann einen Ton erzeugen. Drückt er fest auf die Taste, entsteht ein lauter Ton, bei schwächerem Druck ist der Ton leiser. Welches Spektrum ein Pianist zwischen leisen und lauten Tönen abdecken kann, ist abhängig von seiner Fingerkraft. Hinzu kommen dann noch die konstruktiven Eigenheiten des Klaviers: der Anschlagweg der Taste, das Hebelverhältnis, mit dem dieser Weg in die Bewegung des Hammers übersetzt wird und schließlich das Gewicht des Hammers selbst. An diesen Parametern gilt es zu arbeiten, wenn man die Klangdynamik optimieren möchte. Allerdings: Der Anschlag wurde mit der Zeit schon verlängert, von etwa 7 auf 10 mm. Je schnellere Passagen man spielen möchte, desto problematischer wird ein höherer Abstand. Die Praxis zeigt, dass noch größere Abstände unge eignet sind. Das Hebelverhältnis von 5 mm lässt sich – aus konstruktiven Gründen – ebenfalls kaum verändern. Und auch der Hammer sollte nicht schwerer werden als seine aktuellen 10 bis 12 g, denn mit mehr Gewicht würde seine Trägheit das Spiel behindern. Ist also die Grenze des Möglichen bereits erreicht? Das Herz des Klavier-Assistenten Der Physiker und Amateurpianist Dr. Antoine Letessier-Selvon machte sich daran, dennoch eine Lösung zu finden und zwar zusammen mit Laurent Bessières, dem Klavierstimmer der Pariser Philharmonie, und dem Klavierbauer Stephen Pauello, der 42 antriebstechnik 3/2019

für außergewöhnliche Entwicklungen in seinem Fach bekannt ist. Die Grundidee bestand darin, die Erzeugung des Klangs ganz vom Anschlag zu trennen und eine maschinelle Kraftquelle einzufügen. Von einem dafür geeigneten Antrieb war einiges gefordert: Kompakt, robust, drehmomentstark, dynamisch bei präziser Ansteuerung sollte er sein und möglichst geräuschlos laufen. Eine passende Lösung fanden die Ohne den Faulhaber- Linearmotor hätten wir erst gar nicht mit dem Projekt beginnen können. Dr. Antoine Letessier-Selvon, Lagrange-Institut Klavierforscher bei den Experten für Kleinstantriebe von Faulhaber aus Schönaich. Letessier-Selvon berichtet: „Nachdem wir diverse ungeeignete Antriebsmodelle aussortiert hatten, wurden wir mit dem Linearmotor LM 1247 schließlich fündig. Dieser hat eine hohe Leistungsdichte und zudem genau die richtige Größe. Er ist exakt so breit wie eine Klaviertaste. Es würde zwar auch mit 1 mm mehr oder weniger funktionieren, aber dieses Detail verstärkte das Gefühl, dass hier alles perfekt zusammenpasst.“ Wie funktioniert es technisch? Letessier-Selvon und seinen Kollegen war wichtig, kein selbstspielendes mechanisches Klavier zu bauen, sondern eines, das den Pianisten unterstützt und ihm neue Möglichkeiten eröffnet. Letessier-Selvon erläutert, wie das Klavier künftig technisch funktionieren soll: „Wir befestigen einen Beschleunigungssensor am Hammerstiel, der mit dem Druck auf die Klaviertaste bewegt wird. Er erfasst die Bewegung des Anschlags sehr präzise in Stärke und Tempo. Sein Signal wird von einer elektronischen Steuerung, dem Controller an den Linearmotor übermittelt. Dieser übersetzt es sehr präzise in eine Bewegung des Hammers. Der Hammer sitzt auf der Achse des Motors, an derselben Stelle unter der Saite wie bei der herkömmlichen Mechanik.“ Damit sich ein Motor für einen solchen Einsatz eignet, war seine kompakte Baugröße von 12,5 mm Durchmesser und 49,4 mm Länge natürlich ein wesentliches antriebstechnik 3/2019 43