Methode

Auswahl des Rohrholzes mit der AuftriebSummenFormel

Andreas Schultze-Florey

Die theoretischen Ausführungen wurden im Fachmagazin 'rohrblatt 1/2002 als Originalarbeit veröffentlicht.

Choosing reed cane using the AdditionSinkingFormula

The quality of the natural product Arundo donax for making oboe, cor anglais, clarinet and bassoon reeds has been tested on 1159 examples of cane for bassoon using the AquaSelektor. This self made measuring device can be built by following the instructions in the internet under www.schuflo.de. The cane is measured before and after soaking. Adding the two measurements together shows how dense and absorbent the material is without the necessity to gauge. The epth of gauging can be adapted to these results by using a special table for bassoon canes. This method produces consistently good results in reed making and also increases the quantity of useable cane.

Als erfreulich hoch darf der Standard moderner Maschinen für die Holzbearbeitung beim Rohrbau bezeichnet werden. Die Genauigkeit, mit der die Ergebnisse der Hobel unterschiedlicher Hersteller beurteilt werden, liegt im Bereich von hundertstel Millimetern. Trotz dieser Errungenschaft ist die zuverlässige Fertigung der eigenen Mundstücke für viele Musiker noch immer keine Tätigkeit mit vorhersehbarem Ergebnis. Neben einer sicheren Beherrschung der einzelnen Arbeitsabläufe und der damit verbundenen Techniken ist die Auswahl des richtigen Rohrholzes eine grundlegende Voraussetzung für gleich bleibende Qualität der fertigen Mundstücke. Beispielhaft für die Herstellung von Fagott-Rohren soll hier eine Methode zur Beurteilung der Holzeigenschaften vorgestellt werden, die für Oboisten und Klarinettisten gleichermaßen von Interesse sein dürfte. Die folgenden Grundüberlegungen galten als Voraussetzungen für die empirische Entwicklung des Verfahrens.

  • Je früher innerhalb des Bearbeitungsablaufes die Beurteilung des Holzes vorgenommen werden kann, desto geringer ist der Verlust an Aufwand bei ungeeigneten Stücken.
  • Die Bewertung sollte sich nicht auf eine punktuelle Messung stützen, sondern Aufschluss über das gesamte Werkstück geben.
  • Die Messergebnisse sollten auf einer Skala ablesbar sein, damit ein vergleichbarer Standard erstellt werden kann.
  • Für die Weiterverarbeitung und das fertige Mundstück dürfen keine Beeinträchtigungen durch die Messung entstehen.
  • Aufwand und Kosten für die Messung sollten in angemessener Relation zum fertigen Produkt stehen.
  • Das Verfahren sollte einfach in der Handhabung sein.

Nach zahlreichen Versuchen, die oftmals mit komplizierten und kostenaufwändigen Vorrichtungen einhergingen, führte die Spur immer wieder auf die Beurteilung der Dichte des Materials zurück. Messungen des Gewichts mittels einer Waage scheiden dabei von vornherein aus, da sie einerseits Hölzer gleicher Länge, Breite und Dicke und andererseits Waagen mit einer Genauigkeit von 1/100 Gramm erfordern. Nahe liegend ist eine Vergleichsmessung anhand des Auftriebs in Wasser, wodurch sich das Verhältnis von Masse zu Volumen bestimmen lässt.
Viele Theorien über Vorteile und Nachteile der Auswirkungen von Feuchtigkeit auf das Rohrholz wurden bisher aufgestellt, wieder verworfen oder modifiziert. Tatsache ist, dass ein fertiges Mundstück nicht im trockenen Zustand spielbar ist und außerdem im Verlauf seiner Nutzung immer wieder starken Feuchtigkeitsschwankungen ausgesetzt wird. Bei den vorliegenden Untersuchungen konnten keinerlei für die Praxis relevanten Beeinträchtigungen des Materials festgestellt werden.

 

Für die Messungen wurde ein Gerät mit der Bezeichnung AquaSelektor entwickelt, das zunächst nur als Prototyp für eine mögliche industrielle Fertigung vorgesehen war. Da aus der Kontaktaufnahme mit mehreren Anbietern von Zubehör für den Rohrbau zwar Interesse, aber keine konkreten Absichten für Herstellung und Vertrieb resultierten, soll die Vorrichtung hier kurz vorgestellt werden. Eine ausführliche Anleitung zum Selbstbau und zur richtigen Handhabung ist ebenfalls hier zu finden.

Da die Auftriebsmessung am senkrecht im Wasser stehenden Holz vorgenommen wird, ist lediglich eine einheitliche Länge aller zum Vergleich anstehender Hölzer erforderlich. Breite und Dicke des Materials können variieren. Gewöhnlich sind Innenhobel für Fagott auf eine Länge von 120mm eingestellt. Auf dieses Maß beziehen sich alle aufgeführten Werte. Für die Vorbereitung der Auftriebsmessung entsteht somit kein zusätzlicher Arbeitssaufwand. Bleibt also lediglich die Spaltung der Holzröhre in drei bzw. vier Teile, die schon deshalb vorgenommen werden sollte, weil sich entsprechend der Wachstumsbedingungen (Himmelsrichtung) die einzelnen Teile einer Holzröhre mitunter deutlich voneinander unterscheiden. Sinnvoll ist es auch, bereits vor der Messung krumme und verdrehte Hölzer auszusortieren und den für den Hobel erforderlichen Durchmesser zu beachten. Die Genauigkeit des Innenhobels ist nur dadurch zu gewährleisten. Einer kritischen Auswahl nach diesen Kriterien halten nur etwa 20-60% der Hölzer stand. Abhilfe schafft hier die Korrektur der Hölzer mit dem RadiusAdapter.

Mittels der ersten Messung (TrockenAufTrieb TAT) wird zunächst der Auftrieb jedes einzelnen Holzes im trockenen Zustand, also ohne es zuvor einzuweichen, bestimmt. Gemessen wird dabei auf der Skala der Teil, der sich unterhalb der Wasseroberfläche befindet. Da sowohl der Teil im Wasser durch seinen Auftrieb, wie auch der Teil oberhalb der Wasserlinie durch sein Gewicht in die Messung eingehen, ist eine Aussage über das gesamte Werkstück möglich. Durch die einheitliche Länge und bei geeichtem Wasserstand im AquaSelektor können die Hölzer unabhängig von Breite und Dicke unmittelbar miteinander verglichen werden. Ein dickeres Holz ist zwar schwerer, hat aber auch mehr Volumen für den Auftrieb.

 

Um die Methode zu überprüfen wurde eine Statistik über 1159 gemessene Hölzer aus verschiedenen Anbaugebieten angelegt. Die Werte der Messungen im trockenen Zustand zeigen, dass von härtesten Hölzern mit einem TAT von 9 bis zu sehr weichem Material mit einem TAT von 40 ein großes Spektrum von Werten zu verzeichnen war. Allein diese Spannweite zeigt schon, wie unterschiedlich die Hölzer sind und wie unwahrscheinlich es ist, ein konstantes Ergebnis der fertigen Rohre zu erzielen, ohne zuvor das Material geprüft zu haben. Interessant für die spätere Auswahl des verwendbaren Materials ist natürlich die genaue Verteilung der Häufigkeit für einen bestimmten Wert des TAT. Aus der folgenden Tabelle geht hervor, dass von den 1159 Hölzern jeweils mehr als 50 Exemplare einen Wert zwischen TAT 26 und TAT 34 aufwiesen, während die Extremwerte nur vereinzelt auftraten.

Versuche, Hölzer mit gleichem TAT in einer Serie zu verarbeiten, konnten bereits zu deutlich besseren Ergebnissen führen. Der Erfolg lag einerseits in einer verbesserten Gleichmäßigkeit der Eigenschaften bei den fertigen Rohren und andererseits in einer vorhersehbaren Eignung des verwendeten Holzes. Hölzer mit einem TAT unter 20 waren zu hart, Werte über 30 deuteten auf zu weiches Holz hin.
In Vergleichsmessungen mit herkömmlichen Härtetestern, die punktuell einen Wert der Elastizität des bereits innen ausgehobelten Holzes wiedergeben, konnte festgestellt werden, dass sich Hölzer mit gleichem TAT bei dieser Messung noch zu unterschiedlich präsentieren. Dabei ist allerdings zu bedenken, dass durch die Entfernung des Marks beim Innenhobeln das Werkstück gravierend verändert wird. Da für den Rohrbau letztlich aber immer der größte Teil des Marks vom Holz entfernt wird, musste sich die Entwicklung der Messmethode mittels AquaSelektor folglich auf zwei Probleme konzentrieren:

  • Die Unterschiedlichkeit von Hölzern mit gleichem TAT soll durch ein weiteres Kriterium differenziert werden.
  • Die Bewertung des ungehobelten Holzes soll möglichst genau die Eigenschaften des innen gehobelten Werkstückes beschreiben.

Die Beobachtung, dass die Saugfähigkeit der einzelnen Hölzer deutliche Unterschiede aufweist, führte auf die Spur eines zweiten Bewertungskriteriums. Hölzer mit gleichem TAT wurden solange im Wasser eingeweicht, bis sie unter die Wasseroberfläche absanken. Die Zeitspanne betrug zwischen mehreren Stunden bis hin zu einigen Tagen. Eine messbare Differenzierung der Hölzer war damit gegeben. für die Praxis allerdings schien ein unvorhersehbarer Zeitraum für das Einweichen des Holzes nicht tauglich. Auch sollte ein übermäßiges Quellen des Holzes im Hinblick auf die spätere Verwendung vermieden werden. Bei verschiedenen Messreihen konnte festgestellt werden, dass mit einer Zeit von 4 Stunden, während denen die Hölzer in einem verschlossenen Gefäß durch den Deckel unter die Wasseroberfläche gedrückt wurden, ein guter Kompromiss für eine Einweichzeit gefunden war. Einerseits waren Unterschiede bei der Wasseraufnahme der Hölzer bereits zu diesem Zeitpunkt deutliche erkennbar, andererseits konnten keine Schäden durch das Einweichen festgestellt werden. Auch für das anschließende Innenhobeln im nassen Zustand waren gute Bedingungen geschaffen.
Eine weitere Messung des Auftriebs mit AquaSelektor nach 4 Stunden Einweichzeit wurde als NAT (NassAufTrieb) wiederum für jedes Holz festgehalten. Die Notwendigkeit, vor der ersten Messung jedes Holz mit einer wasserfesten Kennzeichnung zu versehen, damit die beiden Messwerte richtig zugeordnet werden können, ergab sich zwangsläufig. Diese Kennzeichnung sollte durch alle Bearbeitungsschritte hindurch auch noch am fertigen Rohr ablesbar sein, damit Rückschlüsse auf die Qualität des Holzes später überhaupt möglich werden. Unmittelbar im Anschluss an die zweite Messung (NAT) sollte zumindest die Entfernung des Marks durch einen Vorhobel vorgenommen werden. Es empfiehlt sich, das Werkstück danach für einen längeren Zeitraum ruhen zu lassen.

 

Deutlich zeigt sich, warum sich Hölzer mit gleichem TAT nach dem Innenhobeln bei der Vergleichsmessung mit einem Härtetester noch recht unterschiedlich präsentieren konnten. Die Werte des NAT differierten zwischen 7 bis hin zu 23. Der normale Bereich der NAT-Werte für Hölzer mit einem TAT von 28 liegt zwischen 13 und 20. Doch selbst innerhalb dieses Bereiches sind die Unterschiede relevant. für die gesamte Menge aller 1159 untersuchten Hölzer ergaben sich NAT-Werte zwischen 0 und 29.

Als entscheidend für die Vergleichbarkeit aller Hölzer untereinander erwies sich die Kombination der beiden Werte von Trockenauftrieb (TAT) und Nassauftrieb (NAT). Die Addition beider Kriterien als gleichwertige Summanden bestätigte sich als aussagekräftig in der AuftriebSummenFormel:

TAT + NAT = SAT
(SummenAufTrieb)

Diese Formel fasst Hölzer, die sich im trockenen Zustand noch deutlich voneinander unterscheiden, je nach ihrer Saugfähigkeit in Wasser zu Kategorien gleicher SAT-Werte zusammen. Die folgende Übersicht des SAT aller 1159 Hölzer gibt Aufschluss über die Verteilung der gemessenen Werte von 9 (sehr hartes Holz) bis 67 (weiches Holz).

 

Derselbe SAT-Wert kann sich nun aus verschiedenen Anteilen von TAT und NAT zusammensetzen. In jedem Fall aber ist der Auftrieb im trockenen Zustand (TAT) natürlich größer als nach der Einweichzeit von 4 Stunden (NAT). Wie groß die Anteile von TAT und NAT für gleiche SAT-Werte ausfiel wird exemplarisch für die 68 Hölzer mit dem SAT von 46 dargestellt.

 

Wieder wurde eine Vergleichsmessung mit einem Härtetester durchgeführt, um zu überprüfen, ob durch die Erhebung der SAT-Werte eine genauere Beurteilung gegenüber der einfachen Messung des TAT erzielt werden konnte. Es zeigte sich, dass mit der Messung des SAT bereits eine Beurteilung des unbearbeiteten Holzes möglich ist, die der Bewertung durch den Härtetester am gehobelten (trockenen) Holz entspricht. Bei den getesteten Hölzern ergab sich eindeutig ein Bezug zwischen SAT und der nach dem Innenhobeln gemessenen Härte. Damit war ein Verfahren gegeben, die Qualität des Rohrholzes bereits vor der Verarbeitung einschätzen zu können.
Mit der Bestimmung des SAT-Wertes ist eine objektive Bewertung des Rohrholzes möglich. Die Auswahl des geeigneten Härtebereiches kann jeder Anwender gemäß seinen Bedürfnissen und Erfahrungen individuell treffen. Als Ausgangswert für Fagottisten hat sich ein SAT um 35 bewährt. Leider lag das Maximum der Häufigkeit der 1159 gemessenen Hölzer nicht bei 35 sondern bei 47, also in einem Bereich, in dem das Material deutlich weicher ist.
Es liegt auf der Hand, dass mit der Begrenzung auf einen bestimmten SAT-Wert für die verwendeten Hölzer auch die Zuverlässigkeit der Ergebnisse beim Rohrbau einhergeht. Die Menge der idealen Hölzer ist dabei allerdings eher ernüchternd. Ein exakter SAT von 35 traf lediglich für 12 der 1159 Hölzer zu, das entspricht gerade 1%. Nimmt man nach oben und unten jeweils die beiden angrenzenden Werte hinzu, ergeben sich für den Bereich SAT 34 bis 36 immerhin 59 verwertbare Hölzer, also gut 5%. An dieser Stelle sei noch einmal daran erinnert, dass oftmals über die Hälfte der gespaltenen Hölzer schon vor der ersten Auftriebmessung ausscheidet. Somit beziehen sich die 5% lediglich auf den Anteil der ursprünglichen Holzmenge, der gerade gewachsen ist und dessen Durchmesser passend zum Innenhobel ist.
Neben der Qualitätsprüfung des Rohrholzes noch vor der Bearbeitung mit dem Innenhobel besteht ein weiterer entscheidender Gewinn der AuftriebSummenFormel in der Möglichkeit, mehr Hölzer verwenden zu können. Die Anzahl brauchbarer Hölzer konnte wesentlich erhöht werden, indem entsprechend der SAT-Werte innen auf unterschiedliche Stärken gehobelt wurde. Die Zunahme der Dichte des Holzes vom Mark zur Schale hin kann für eine differenzierte Bearbeitung genutzt werden. Härtere Hölzer werden dabei dicker belassen, um dann später entsprechend mehr hartes Holz von außen zu entfernen. Bei höheren SAT-Werten wird innen tiefer ausgehobelt und später entsprechend nur die Schale entfernt, um im Bereich der harten Außenschicht zu bleiben. Der Außenhobel muss dabei nicht verstellt werden. In der Praxis haben sich Dicken des von innen gehobelten Holzes zwischen 1,1 und max. 1,4 mm als möglich herausgestellt. Innerhalb dieses Bereiches kann nun ein wesentlich größeres Spektrum an SAT-Werten verarbeitet werden. Bevorzugt man eher weichere Hölzer, hat sich die Aufteilung des SAT von 30 bis 50 auf die Dicken von 1,1 bis 1,4mm bewährt. Voraussetzung für eine unkomplizierte Bearbeitung ist ein Innenhobel, dessen Hobeltiefe sich problemlos im Bereich von hundertstel Millimetern verstellen lässt, wobei geringe Abweichungen bis hin zu 5/100 mm tolerierbar sind.

Beispiel-Tabelle guter SAT-Werte für bevorzugt weiches Material mit den entsprechenden Dicken für den Innenhobel in 1/100 mm

SAT 30 = 140,0 SAT 37 = 129,5 SAT 44 = 119,0
SAT 31 = 138,5 SAT 38 = 128,0 SAT 45 = 117,5
SAT 32 = 137,0 SAT 39 = 126,5 SAT 46 = 116,0
SAT 33 = 135,5 SAT 40 = 125,0 SAT 47 = 114,5
SAT 34 = 134,0 SAT 41 = 123,5 SAT 48 = 113,0
SAT 35 = 132,5 SAT 42 = 122,0 SAT 49 = 111,5
SAT 36 = 131,0 SAT 43 = 120,5 SAT 50 = 110,0

 

Von der Gesamtmenge der 1159 Hölzer waren mit einem SAT von 30 bis 50 durch Anpassung der Hobelstärken 715 Hölzer geeignet, mit Erfolg zu Fagottrohren verarbeitet zu werden, das entspricht 61,7%. Als zu hart mit einem SAT von unter 30 erwiesen sich 106 Hölzer (9,1%). Der Rest von 338 Hölzern (29,2%) war mit einem SAT von über 50 zu weich. für Hölzer, die nicht den gewünschten SAT-Wert erreichen, kann der Arbeitsaufwand künftig eingespart werden. Die Aufmerksamkeit beim Rohrbau darf sich nun auf eine konstante Verarbeitung konzentrieren, damit möglichst ähnliche Rohre in einer Serie entstehen. Haben Rohre gleicher Holzqualität als fertige Endprodukte ähnliche Eigenschaften, ist für den Prozess der Fertigung das Ziel erreicht.

Durch schrittweise Veränderungen bei der Materialauswahl, der Fasson, der Hobeleinstellungen, der Oberflächenbearbeitung und bei dem Umgang mit den Drahtzwingen kann sich nun jeder Spieler seinem Ideal des fertigen Mundstücks nähern, um es dann später in möglichst gleicher Qualität reproduzieren zu können. Handwerkliche Kunst, Geduld und Übung sind nach wie vor unverzichtbar für jeden Holzbläser, der seine Mundstücke nach seinem persönlichen Klangideal selbst anfertigen möchte.