AkkoLight – Das I-Ma-Tech Projekt Leichtbau-Akkordeon

I-Ma-Tech-Projekt »Leichtbau-Akkordeon – Entwicklung von Leichtbaulösungen in der Akkordeonfabrikation (AkkoLight)«

Autoren: Holger Schiema, IfM – Institut für Musikinstrumentenbau e.V.; Prof. Dr.-Ing. Johannes Zentner, Moritz Neubert, HTWK Leipzig

Im Rahmen der 2019 durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt ins Leben gerufenen Initiative WIR! - Wandel durch Innovation in der Region, wurden durch das Vorhaben I-Ma-Tech (Innovative Konzepte für langfristige Sicherung der Material-, Technologie- und Fachkräftebasis für den Musikinstrumentenbau im westsächsischen Vogtland) in dem Projekt mit dem Akronym „AkkoLight“ Maßnahmen zur Gewichtsreduzierung moderner Akkordeons entwickelt und umgesetzt. Das Projektteam setzte sich zusammen aus der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) und dem Institut für Musikinstrumentenbau (IfM) in Zwota. Die HTWK übernahm die Entwicklung der konstruktiven Lösungen, das IfM war verantwortlich für die akustische Bewertung und Musiker-Tests der neuen Leichtbaukomponenten.
Das Hauptziel in diesem Projekt war die Entwicklung und simulationsgestützte Absicherung gewichtsreduzierter Konstruktionen für Korpus, Diskant- und die Bassmechanik. Dabei wurden verschiedene Leichtbaustrategien verfolgt und kombiniert: Material-, Konstruktions- und Technologiesubstitution. Begleitende akustische Untersuchungen sollten dabei eine negative Beeinflussung der klanglichen Eigenschaften ausschließen.
Zur Umsetzung der Maßnahmen wurde das Instrument zunächst digital rekonstruiert und davon ausgehend Funktion und Aufbau der Komponenten des Akkordeons umfassend analysiert. Außerdem wurden die Massen der relevanten Baugruppen und Bauteile empirisch bestimmt. Das dabei entstandene CAD-Modell des Instrumentes stellte die Grundlage der neuen Konstruktionen dar. Für den Korpus wurde eine Konstruktion in Sandwichbauweise mit flachsfaserverstärktem Kunststoffschaum und umgestalteten Blechteilen zur besseren Lasteinleitung entwickelt. Die Klavishebel der Diskantmechanik wurden mit FE-Simulationen strukturoptimiert und für die Herstellung aus Magnesiumlegierungen umgestaltet.
Für die Bassmechanik wurde eine Konstruktion mit Fokus auf additiver Fertigung, Gewichtseinsparung durch Hohlstrukturen und den Einsatz leichter Kunststoffe erarbeitet, sowie ein Systemleichtbau-Ansatz auf Basis eines neuen technischen Prinzips mit weniger beweglichen Teilen untersucht. Anschließend wurden in Zusammenarbeit mit dem gewerblichen Partner Demonstratoren und Musterbaugruppen hergestellt und in einem Experimentalakkordeon auf Funktion und Klang untersucht. Im Experimentalakkordeon wurden folgende Masseneinsparungen erzielt: Korpus 0,614 kg, Diskantmechanik 0,135 kg, und Bassmechanik 0,088 kg. Dies ergibt eine Gesamteinsparung von 0,837 kg, was etwa 19 % der ursprünglichen Masse der bearbeiteten Baugruppen von 4,477 kg entspricht und somit das gesetzte Einsparziel von 0,824 kg erreicht.
Blindtests mit professionellen Musikern fielen insgesamt positiv aus, wobei kleinere Optimierungspunkte wie Optik und Tastengeräusche identifiziert wurden, die jedoch behebbar sind. Basierend auf den Projektergebnissen wurden zudem Leitfäden zur Umsetzung von Leichtbauvorhaben sowie zur Anwendung von Material-, Technologie- und Konstruktionssubstitution erstellt.
Eine Zusammenfassung des Projektes findet sich auf der I-Ma-Tech-Homepage unter: https://www.imatech-musik.de/projekt-leichtbau-akkordeon/ unter Abschlussbericht. Da die Ergebnisse aus dem Projekt AkkoLight vielversprechend waren, wurde das aktuell laufende Nachfolgeprojekt AirAkkoLight, welches sich mit der Gewichtsoptimierung von Balg und Stimmstöcken beschäftigt initiiert.