Устройство для изготовления обвитой струны фортепиано и способ изготовления обвитой струны фортепиано с использованием акустического контроля величины натяжения керна перед производством навивки
Изобретение относится к области изготовления в непроизводственных условиях обвитых струн для фортепиано Устройство содержит два опорно-силовых кронштейна 16, 17 с крепежными приспособлениями 18, 19. На консольном выступе каждого кронштейна 16, 17 закреплен электромотор 20, 21, соединенный с соответствующим шпинделем 22, 23. На конце одного шпинделя 22 установлено приспособление 26 для закрепления одного из концов керна 30, а на конце другого шпинделя 23 установлен натяжной механизм 28 с приспособлением 29 для закрепления другого конца керна 30. Устройство также содержит систему питания и управления электромоторами 20, 21, обеспечивающую синхронное вращение электромоторов 20, 21. Кронштейны 16, 17 закрепляют на противоположных кромках несущей поверхности предмета 36, используемого в качестве станины. Предварительно натягивают керн 30 с помощью натяжного устройства 28 и устанавливают между керном 30 и передней кромкой несущей поверхности два порожка 43, 44 на расстоянии друг от друга, равном длине рабочего участка струны. Возбуждают колебания керна 30 и усиливают его натяжение до достижения производимым им звуковым тоном звуковысотного уровня эталонного тона, частота которого соответствует частоте колебаний керна, натянутого с усилием, рассчитанным для изготовления данной струны. Затем порожки 43, 44 убирают, включают электромоторы 20, 21, которые синхронно приводят в движение шпиндели 22, 23 и керн 30, и подают на керн 30 канитель для ее навивки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к портативным устройствам для изготовления в непроизводственных условиях обвитых струн для пианино и роялей посредством навивки на упругую стальную струнную проволоку, именуемую керном, мягкой стальной, медной или латунной проволоки, именуемой канителью, а также к способам изготовления указанных струн с использованием высокоточного акустического контроля величины натяжения керна перед производством навивки для различных по параметрам струн.
Во всех струнных музыкальных инструментах вообще и в пианино и роялях в частности для получения звуков низких тонов применяют так называемые обвитые струны. Для изготовления обвитой струны туго натягивают упругую стальную струнную проволоку, именуемую керном, приводят ее во вращение по всей длине и навивают на нее более мягкую стальную, медную или латунную проволоку, именуемую канителью, плотно укладывая ее витки друг к другу и к керну по всей длине рабочего участка будущей струны, чем увеличивают ее массу и, тем самым, понижают частоту ее колебаний.
В условиях фабричного производства пианино и роялей и в некоторых местах их концентрации (консерватории, музыкальные театры, фирмы по ремонту и восстановлению фортепиано и т.п.) навивку струн осуществляют на стационарных струнонавивальных станках, аналогичных описанным в книге Н.А. Дьяконова «Рояли и пианино. Конструирование и производство», издательство «Лесная промышленность», Москва, 1966 г., стр. 305-307.
Такой станок имеет длинную литую металлическую напольную станину с направляющими, на которых укреплены две бабки с шестернями; одна бабка закреплена неподвижно и ее шестерня соединена с электродвигателем через редуктор, а другая бабка - подвижная и может быть установлена на различном расстоянии от первой бабки в пределах длины направляющих. На шестернях имеются крючки для закрепления концов кернов. Натяжение керну придают путем отодвигания с усилием подвижной бабки от неподвижной. Шестерни неподвижной и подвижной бабок соединены между собой трансмиссией, состоящей из дополнительных шестерен, приспособлений для крепления их осей и длинного граненого металлического стержня, служащего для механической передачи вращения от шестерни неподвижной бабки к шестерне подвижной бабки с целью обеспечения в процессе навивки равномерного вращения натянутого керна по всей длине. Мотки стальной струнной проволоки, из которой изготавливают керны, надевают на вилку. Для включения и выключения станка служит ножная педаль, расположенная вдоль станины.
Существенным недостатком вышеописанного аналога является то, что стационарные струнонавивальные станки и подавляющее большинство находящихся в эксплуатации музыкальных инструментов, нуждающихся в замене обвитых струн, находятся в местах, удаленных друг от друга, что усложняет и удорожает обслуживание музыкальных инструментов, так как в случаях выхода из строя обвитых струн делает невозможной их оперативную замену, надолго выводя музыкальные инструменты из рабочего состояния.
Известны аналогичные по принципу работы стационарным переносные сборно-разборные устройства, изготовляемые непромышленным способом и применяемые некоторыми профессиональными фортепианными мастерами для навивки струн в условиях их мастерских или непосредственно в местах нахождения обслуживаемых музыкальных инструментов. Такое устройство описано на веб-сайте www.masterpiano.ru/stanok.html в Интернете и изображено на рисунке фиг. 1.
Устройство имеет две стойки 1 и 2, смонтированные на крайних звеньях 3 и 4 раздвижной направляющей, которая прикрепляется с помощью специальных зажимов 6 к несущей поверхности предмета 5 типа столешницы, используемой в качестве станины. Керн 7 закрепляют между стойками на специальных крючках и натягивают с помощью натяжного механизма 8 для последующей навивки на него канители 9. Равномерное вращение керна по всей длине обеспечивает трансмиссия, в которую входят: смонтированный на одной из стоек, соединенный с главным шпинделем и приводимый в действие электромотором 11 редуктор 10, вращающий одновременно и главный шпиндель, и ведущую шестерню трансмиссии 12, которая через составной трубчатый вал 13 передает вращение ведомой шестерне 14 и через нее шестерне 15 вспомогательного шпинделя, смонтированного на другой стойке.
К существенным недостаткам вышеописанного устройства относится следующее. Особенности его конструкции требуют от несущей поверхности предмета, выполняющего функцию станины, способности при длине, доходящей при навивке струн для концертных роялей до 2 метров, и величине натяжения кернов от 65 до 180 кг противостоять поперечному изгибанию, поскольку стойки устройства, жестко прикрепляемые к его краям, представляют собой перпендикулярные его поверхности рычаги и при приложении к ним усилия натяжения керна оказывают на него значительное изгибающее воздействие, что в условиях вне специально оборудованной мастерской усложняет нахождение предмета для использования его в качестве станины. Устройство в свернутом виде неудобно для хранения и транспортировки, поскольку имеет значительные для ручной клади габариты и вес из-за присутствия в его конструкции длинномерных деталей направляющей и трансмиссионного вала, зажимов, редуктора, зубчатых передач, обязательных при наличии открытых зубчатых передач защитных щитков и кожухов, электромотора, пусковой педали с механизмом изменения скорости вращения электромотора.
Общим существенным недостатком для обоих вышеописанных аналогов является несовершенство используемых при работе на них способов контроля величин натяжения кернов перед производством навивки. Технология изготовления обвитых струн требует, чтобы при навивке керн был натянут с усилием, максимально приближенным к тому, с которым впоследствии будет натянута в музыкальном инструменте готовая струна, иначе при недостаточном натяжении витки ее обвивки разойдутся, причем неравномерно, что ухудшит или сделает вовсе неприемлемым качество ее звучания, при чрезмерном натяжении после снятия струны со станка может произойти ослабление прилегания витков обвивки к керну, а при натяжении, превосходящем сопротивление струнной проволоки на разрыв, даже травмоопасный обрыв керна, потому что между величиной натяжения струны в музыкальном инструменте и близкого к ней натяжения керна при навивке и величиной его натяжения, приводящей к разрыву, стальная струнная проволока имеет весьма небольшой запас прочности. На стационарных устройствах контроль натяжения кернов осуществляют либо динамометрическим способом, по величине сжатия или растяжения специальной пружины, если таковая предусмотрена в системе натяжения конструкции, либо тактильным способом, то есть проверкой натяжения на ощупь. На сборно-разборных станках непромышленного изготовления это делают исключительно на ощупь. Оба способа контроля чрезвычайно неточны, поскольку рассчитаны на контроль натяжения вообще, который не привязан к параметрическим характеристикам конкретных струн, имеющих различные и значительно разнящиеся величины натяжения в музыкальных инструментах, поэтому керны чаще всего недотягивают из-за стремления не допустить их обрыва, что влияет на качество звучания струн в сторону ухудшения.
Наиболее близким к предложенному является устройство для изготовления обвитой струны фортепиано, содержащее два опорно-силовых кронштейна с консольными выступами и с крепежными приспособлениями, натяжной механизм, электромоторы, закрепленные на консольном выступе каждого кронштейна и соединенные с соответствующим шпинделем, на конце одного из которых установлено приспособление для закрепления конца керна, катушку для подачи канители для навивки на керн и систему питания и управления электромоторами (CN 101231840 А, 30.07.2008).
Этому техническому решению также присущи все вышеуказанные недостатки.
Задачей изобретения является создание станка для изготовления обвитых струн фортепиано, лишенного указанных недостатков.
Поставленную задачу решает устройство для изготовления обвитой струны фортепиано, содержащее два опорно-силовых кронштейна с крепежными приспособлениями, натяжной механизм, электромоторы, закрепленные на консольном выступе каждого кронштейна и соединенные с соответствующим шпинделем, на конце одного из которых закреплено приспособление для закрепления одного из концов керна, катушку для подачи канители для навивки на керн и систему питания и управления электромоторами, в котором крепежные приспособления выполнены с возможностью закрепления упомянутых кронштейнов на кромках несущей поверхности предмета, используемого в качестве станины, при этом упомянутый натяжной механизм размещен на конце другого шпинделя и снабжен приспособлением для закрепления другого конца керна, а упомянутая система питания и управления электромоторами выполнена с возможностью обеспечения синхронного и однонаправленного вращения электромоторов.
Кроме того, упомянутая система питания и управления электромоторами содержит блок питания, пульт управления и программируемый блок управления, выполненный с возможностью формирования напряжения и управляющих сигналов одновременно для двух электромоторов.
Поставленная задача решается также способом изготовления обвитой струны фортепиано с использованием вышеописанного устройства, опорно-силовые кронштейны которого предварительно закрепляют на кромках несущей поверхности предмета, используемого в качестве станины, включающий размещение керна между концом соответствующего шпинделя и концом натяжного механизма и его предварительное натяжение, при этом между керном и передней кромкой упомянутой несущей поверхности устанавливают два порожка на расстоянии друг от друга, равном длине рабочего участка обвитой струны, возбуждают колебания керна и увеличивают его натяжение до достижения производимым им звуковым тоном звуковысотного уровня эталонного тона, частота которого соответствует частоте колебаний керна, натянутого с усилием, заданным для изготовления данной струны, после чего упомянутые порожки убирают, и включают электромоторы для вращения керна и подают на него канитель для ее навивки на керн.
Технический результат, достигаемый предложенным изобретением, заключается в упрощении конструкции станка, снижении его габаритов и массы, обеспечении возможности снижения изгибающей нагрузки на предмет, используемый в качестве станины, а также в обеспечении высокого качества звучания изготавливаемых струн за счет обеспечения точной величины натяжения керна.
Предлагаемое изобретение, благодаря иному, чем у аналогов, принципу организации опорно-силовой системы и акустическому контролю величин натяжения кернов, характерных и общих для них вышеописанных недостатков не имеет. В отличие от аналогов в конструкции устройства отсутствуют станина, направляющие, редуктор, трансмиссия, зубчатые передачи, трансмиссионный вал, защитные щитки и кожухи, пусковая педаль с механизмом изменения скорости вращения электромотора. Детали предлагаемого в изобретении устройства, между которыми натягивают керн, тоже представляют собой рычаги, но располагаются они не перпендикулярно несущей плоскости предмета, используемого в качестве станины, а перпендикулярно ее кромке, что резко повышает способность несущей плоскости к сопротивлению на изгибание даже при большой длине навиваемых струн и тем самым резко расширяет круг предметов, которые могут быть использованы в качестве станины. Это могут быть столешница, обычная деревянная доска, древесно-стружечная плита, пара деревянных реек и т.п. В свернутом виде устройство имеет крайне малые габариты и вес, легко и удобно транспортируется в ручной клади, быстро приводится в рабочее состояние, неприхотливо к условиям использования, обеспечивает фортепианному мастеру возможность включить устройство в состав рабочего инструментария и всегда иметь при себе для изготовления обвитых струн непосредственно в местах нахождения обслуживаемых музыкальных инструментов.
В изобретении используется акустический контроль величин натяжения кернов, позволяющий осуществлять это натяжение в полном соответствии с расчетными для каждой отдельной струны параметрами, что предохраняет керны от обрыва и при этом обеспечивает каждой струне сохранность плотности ее обвивки при последующем натяжении в музыкальном инструменте, что является условием высокого качества ее звучания. Способ позволяет при относительно небольшом запасе прочности стальной струнной проволоки избегать как недостаточного, так и избыточного натяжения изготовляемых из нее кернов при производстве навивки, а также исключить ухудшение качества звучания струн и обрывы, которые кроме опасности нанесения травм навивальщику ведет еще и к непродуктивному расходованию струнных материалов.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан станок - ближайший аналог изобретения.
На фиг. 2 - опорно-силовая часть предложенного станка, вид в изометрии.
На фиг. 3 - схематическое изображение станка в рабочем положении, вид в изометрии.
На фиг. 4 - принципиальная схема системы питания электромоторов и управления их работой.
На фиг. 5 - схема, иллюстрирующая контроль натяжения керна при осуществлении предложенного способа.
Опорно-силовая часть устройства изображена на фиг. 2. Она состоит из двух агрегатов, в конструкцию которых входят опорно-силовые кронштейны 16 и 17 с крепежными приспособлениями 18 и 19, позволяющими закреплять агрегаты на противоположных кромках несущей поверхности предмета, используемого в качестве станины. На консольных выступах кронштейнов 16 и 17 установлены два синхронизированных между собой электромотора 20 и 21, валы которых напрямую, без редукторов, соединены со шпинделями 22 и 23, неподвижные части которых 24 и 25 при установке в их рабочее положение служат упорами в переднюю кромку используемого в качестве станины предмета. Один шпиндель 22 оканчивается крючком 26 или иным приспособлением для закрепления на нем одного конца керна, другой шпиндель 23 заканчивается посадочным местом 27, на котором установлен натяжной механизм 28, также оборудованный крючком 29 или иным приспособлением для закрепления на нем другого конца керна.
Схематическое изображение общего вида в изометрии развернутого в рабочее положение станка приведено на фиг. 3. На нем показаны опорное основание 36 (станина); опорно-силовые кронштейны 16 и 17, закрепленные на опорном основании 36 посредством крепежных приспособлений 18 и 19; штепсельная вилка 37 для подключения устройства к бытовому источнику электроэнергии; блок 31 питания; программируемый блок 32 управления; соединительные провода 38, 39, 40; пульт 33 управления (в данном варианте выносной в наручном исполнении); приспособление 41 для закрепления выносного пульта 33 на руке навивальщика; керн 30; катушка 42 для подачи канители; канитель 34; навивка 35. Канитель 34 при навивке подают вручную. Возможны различные варианты исполнения пульта 33 управления: выносной наручный, как на рисунке, настольный, педальный, разделенный в различных комбинациях на наручный, настольный, педальный, с разнесением кнопок и установкой их на различных носителях, в том числе на корпусе программируемого блока 32 управления, снаружи или внутри корпуса контейнера для упаковки устройства при транспортировке и т.п.
Принципиальная схема системы питания и управления электромоторами с помощью управляющих сигналов представлена на фиг. 4. В систему входят блок 31 питания (БП), программируемый блок 32 управления (ПБУ), пульт 33 управления (ПУ), оборудованный кнопками переключения режимов работы электромоторов 20 и 21 (ЭМ1 и ЭМ2). Блок 31 питания оснащен функциями защиты схемы от короткого замыкания и перегрузки и служит для преобразования переменного напряжения в постоянное. Программируемый блок 32 управления получает питание от блока 31 питания и формирует напряжение одновременно для двух электромоторов 20 и 21 в соответствии с рабочей программой и сигналами управления. Включение электромоторов 20 и 21 в работу осуществляют с пульта 33 управления кнопкой SB1 «Пуск/Стоп» при снятой с программируемого блока 32 управления блокировке работы с помощью кнопки SB3. В соответствии с рабочей программой программируемого блока 32 управления электромоторы 20 и 21 при пуске плавно и синхронно разгоняются до заданной скорости вращения, приводя во вращение шпиндели и через них керн, и позволяя навивать на него канитель с образованием навивки. Работу электромоторов 20 и 21 можно остановить в любой момент кнопкой SB1 «Пуск/Стоп» пульта 33 или, в аварийной ситуации, кнопкой SB3, которая мгновенно блокирует питание электромоторов 20 и 21 на выходе программируемого блока 32 управления (ПБУ). Если в процессе навивки при подаче канители вручную случатся нежелательные наслоения ее витков друг на друга, их ликвидацию осуществляют следующим образом: останавливают электромоторы 20 и 21 кнопкой SB1, переключают их кнопкой SB2 «Реверс» на обратный ход, кнопкой SB1 опять запускают в работу, на обратном вращении керна отматывают нежелательные витки, затем электромоторы 20 и 21 снова останавливают кнопкой SB1, переключают на прямой ход кнопкой SB2 «Реверс», кнопкой SB1 запускают в работу и продолжают навивку. Роторы электромоторов 20 и 21 невелики по массе, практически не имеют инерции и потому при прекращении питания останавливаются почти мгновенно. Способ их включения в электрическую цепь обеспечивает и безопасность для навивальщика при навивке, и сохранность керна при выходе из строя одного из электромоторов 20 и 21 в результате электрического повреждения его обмотки, поскольку второй электромотор при последовательном включении электромоторов 20 и 21 в цепь тоже мгновенно останавливается, что предотвращает скручивание по оси и неминуемый в таких случаях травмоопасный обрыв керна, а также сохраняет керн в целостности для дальнейшей навивки.
Реализация акустического контроля величин натяжения кернов при изготовлении обвитых струн фортепиано представлена на рисунке фиг. 5.
Опорно-силовые кронштейны 16 и 17 закрепляют на противоположных кромках несущей поверхности предмета 36, используемого в качестве станины, таким образом, что неподвижные части шпинделей 22 и 23 упираются в переднюю кромку несущей поверхности указанного предмета 36. Если предмет 36, используемый в качестве станины, имеет большие размеры, возможно закрепление опорно-силовых кронштейнов 16 и 17 на боковой и передней кромках предмета 36.
На крючках 26 и 29 закрепляют концы керна 30. Методом расчетов по известной формуле или с помощью специальной справочной таблицы определяют наименование эталонного музыкального тона, частоте которого должна соответствовать частота колебаний керна, натянутого с усилием, рассчитанным для изготовления конкретной струны по ее индивидуальным параметрам. Керн 30 предварительно натягивают с помощью натяжного устройства 28. Затем между керном и передней кромкой несущей поверхности предмета 36, используемого в качестве станины, устанавливают два съемных подвижных порожка 43 и 44 на расстоянии друг от друга, равном длине L рабочего участка будущей обвитой струны. Порожки 43 и 44 в указанном на рисунке положении выполняют функцию фортепианного штега и способны передавать колебания керна 30 телу опорной поверхности предмета 36, превращая ее в резонатор. Установив порожки 43 и 44, щипком возбуждают колебания керна 30 и, слушая его тон, повышают его до звуковысотного уровня рассчитанного или определенного с помощью таблицы эталонного тона, усиливая натяжение керна 30 с помощью натяжного механизма 28. Получив нужное натяжение керна 30, порожки 43 и 44 убирают. После этого включают электромоторы 20, 21 и осуществляют навивку канители на вращающийся керн 20.
Достигаемый в предлагаемом изобретении технический результат имеет комплексный характер и заключается в следующем. Устройство технологично в изготовлении и имеет низкую по сравнению с аналогами себестоимость вследствие того, что его конструкция, за исключением опорных кронштейнов и некоторых деталей шпинделей, в основном состоит из стандартных покупных комплектующих, что позволяет организовать экономически выгодное производство описанных в изобретении портативных струнонавивальных станков на промышленной основе. Принцип организации опорно-силовой системы позволил полностью исключить из конструкции устройства множество применяемых в аналогичных устройствах деталей, узлов и механизмов, таких как станина, направляющие, редукторы, зубчатые передачи, трансмиссионный вал, пусковая педаль с механизмом управления оборотами электродвигателя, вследствие чего компактность и вес свернутого для транспортировки устройства оказались настолько невелики, что это позволяет фортепианному мастеру включить устройство в состав рабочего инструментария и всегда иметь при себе на случай возникновения необходимости изготовить обвитые струны непосредственно в местах нахождения обслуживаемых музыкальных инструментов. Используемый в предложенном способе акустический контроль величин натяжения кернов позволяет пользователям устройства, даже не имеющим опыта изготовления обвитых струн, не только экономить струнные материалы посредством заложенных в способе возможностей профилактики обрыва кернов, но и изготавливать струны с высоким качеством звучания. Простота конструкции устройства, удобство его применения и обслуживания, невысокая себестоимость промышленного производства, влияющая на конечную цену изделия для потребителя, - все это делает привлекательным приобретение устройств в пользование при осуществлении профессиональной деятельности для большинства фортепианных мастеров, а это в свою очередь разрушает монополию на изготовление обвитых струн достаточно ограниченного круга лиц, имеющих доступ к стационарным струнонавивальным станкам или владеющих сборно-разборными станками непромышленного производства. В случае внедрения предлагаемого изобретения в общественную практику совокупность вышеописанных составляющих технического результата, способна радикально повлиять на повышение оперативности и качества обслуживания пианино и роялей, что, в свою очередь, повысит их потребительские свойства при одновременном увеличении сроков эксплуатации за счет качественного изготовления обвитых струн.
1. Устройство для изготовления обвитой струны фортепиано, содержащее два опорно-силовых кронштейна с консольными выступами и с крепежными приспособлениями, натяжной механизм, электромоторы, закрепленные на консольном выступе каждого кронштейна и соединенные с соответствующим шпинделем, на конце одного из которых установлено приспособление для закрепления одного из концов керна, катушку для подачи канители для навивки на керн и систему питания и управления электромоторами, отличающееся тем, что крепежные приспособления выполнены с возможностью закрепления упомянутых кронштейнов на кромках несущей поверхности предмета, используемого в качестве станины, при этом упомянутый натяжной механизм размещен на конце другого шпинделя и снабжен приспособлением для закрепления другого конца керна, а упомянутая система питания и управления выполнена с возможностью обеспечения синхронного и однонаправленного вращения электромоторов.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутая система питания и управления электромоторами содержит блок питания, пульт управления и программируемый блок управления, выполненный с возможностью формирования напряжения и управляющих сигналов одновременно для двух электромоторов.
3. Способ изготовления обвитой струны фортепиано с использованием устройства по п. 1, опорно-силовые кронштейны которого предварительно закрепляют на кромках несущей поверхности предмета, используемого в качестве станины, включающий размещение керна между концом соответствующего шпинделя и концом натяжного механизма и его предварительное натяжение, при этом между керном и передней кромкой упомянутой несущей поверхности устанавливают два порожка на расстоянии друг от друга, равном длине рабочего участка обвитой струны, возбуждают колебания керна и увеличивают его натяжение до достижения производимым им звуковым тоном звуковысотного уровня эталонного тона, частота которого соответствует частоте колебаний керна, натянутого с усилием, заданным для изготовления данной струны, после чего упомянутые порожки убирают, включают электромоторы для вращения керна и подают на него канитель для ее навивки на керн.
