Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPATestreihe zeigt: Im Orgelbau ist CFK eine fortschrittliche Alternative zu Holz
Mehr als nur Zukunftsmusik
Viele Orgelbauer sind besorgt: Die Holzart Haselfichte, die sie seit jeher für ihre Instrumente verwenden, wird immer seltener und teurer. Zusammen mit der Firma Baumgartner Orgelbau aus Neudrossenfeld hat das Fraunhofer IPA in Bayreuth nach Alternativen geforscht. Bei einer Testreihe überzeugt kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) auf ganzer Linie.
Traditionelle Orgelbauer verwenden Haselfichte, um daraus Abstrakte zu fertigen. Das sind schmale Holzleisten, die die Tasten und das Ventil der Orgelpfeifen verbinden. An diesem Material schätzen die Hersteller vor allem seine typischen Eigenschaften. »In Kirchen oder Konzertsälen treten je nach Jahreszeit Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen auf. Während sich andere Holzarten verformen, bleibt Haselfichte stabil«, weiß Projektleiterin Melanie Klein vom Fraunhofer IPA. Außerdem sei das Holz lange haltbar und ermögliche mit seinem geringen Gewicht ein leichtgängiges Orgelspiel.
Haselfichte ist selten, teuer und schwierig zu beschaffen
Allerdings wird es für Orgelbauer immer teurer und aufwendiger, an das Material heranzukommen. Der Baum wächst nur in vereinzelten Regionen Südtirols und Nordsloweniens und noch dazu sehr langsam. Um ihr Holz auszuwählen, müssen Hersteller einen langen Reiseweg auf sich nehmen. Daneben treiben der Verschnitt und die mühevolle Handverlesung die Kosten in die Höhe. Die Firma Baumgartner Orgelbau GbR, die seit 35 Jahren Mechanikteile für Pfeifenorgeln fertigt, hat deshalb die Projektgruppe Regenerative Produktion des Fraunhofer IPA in Bayreuth beauftragt, eine Alternative zu suchen. »Das Substitutionsmaterial sollte leicht zu beschaffen sein, preislich konstant bleiben und Stabilität bei Feuchtigkeits- und Temperaturschwankungen aufweisen«, betont Richard Baumgartner, Inhaber von Baumgartner Orgelbau.
Für diese Aufgabe haben die IPA-Wissenschaftler im ersten Schritt die Charakteristika der Haselfichte analysiert. Nachdem sie das Material vermessen haben, bestimmten sie ein geeignetes Substitutionsmaterial. »Wir haben uns für CFK mit unidirektionalem Laminataufbau entschieden, das der Haselfichte im Aufbau und den Eigenschaften ähnelt, dabei aber preiswerter und leichter zugänglich ist«, so Klein. Nun galt es herauszufinden, wie sich die CFK-Abstrakten beim Orgelspielen verhalten. Nachdem Baumgartner die Bauteile gefertigt und in die Referenzorgel integriert hatte, wurden Testreihen mit Holz- und CFK-Abstrakten an der Orgel der Bayreuther Stadtkirche durchgeführt. Mit Beschleunigungssensoren und Dehnungsmessstreifen zeichneten sie sämtliche Eigenschaften der Abstrakten auf, z. B. Verformung, Beschleunigung, Schwingungsverhalten oder Temperaturund Feuchtigkeitsschwankungen.
Bei Tests an Referenzorgel liegen CFK-Abstrakten vorn
Die Versuche führten sie bei unterschiedlichem Klima in der Kirche durch – mit überraschendem Ergebnis. »Die CFK-Abstrakten sind noch feuchtigkeits- und temperaturbeständiger als Haselfichte. Während das Holz leichte Abweichungen aufwies, stellten wir bei CFK überhaupt keine Schwankungen fest«, informiert Klein. Richard Baumgartner ist ebenfalls begeistert. »Weil CFK als Meterware lieferbar ist, können wir die Abstrakten preiswerter und ohne langen Reiseweg fertigen«. Die CFK-Bauteile verfügen zudem über geringeres Gewicht und lassen sich leichtgängiger spielen. Auch im wichtigsten Punkt, dem Klangverhalten, steht CFK der Haselfichte in nichts nach. »Auch der Stadt- und Dekanatskantor Michael Dorn, der das Instrument bei der Testreihe gespielt hat, war von unserer Technologie begeistert«, erinnert sich Klein. In einem Folgeprojekt wollen die beiden Partner einen Prüfstand bauen, bei dem alle Abstrakte – von der Taste über Winkel und Umlenkrollen bis zum Pfeifenventil – aus CFK bestehen. Schneidet der Werkstoff auch hier gut ab, ist es für Baumgartner denkbar, das Material dauerhaft in seine Instrumente zu integrieren.