I-Ma-Tech-Projekt „Alternativlegierungen – Entwicklung neuer Alternativlegierungen für Musikinstrumente“

Autor: Holger Schiema, IfM – Institut für Musikinstrumentenbau Zwota e.V.

Im Rahmen des durch das Bundesministerium für Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderten Bündnisses I-Ma-Tech wurde im Projekt „Alternativlegierungen“ die Entwicklung neuer bleifreier und nickelfreier Werkstoffe für den Musikinstrumentenbau untersucht. Das Verbundprojekt des Instituts für Metallformung (IMF) der TU Bergakademie Freiberg und des IfM – Institut für Musikinstrumentenbau Zwota e.V. widmete sich damit einer zentralen Herausforderung des traditionellen Metallblasinstrumentenbaus: der Substitution etablierter blei- und nickelhaltiger Werkstoffe unter den verschärften Anforderungen der europäischen REACH-Verordnung.

Für den Metallblasinstrumentenbau besitzen Kupferlegierungen eine entscheidende Bedeutung für die Präzision, Klangqualität und Langlebigkeit der Instrumente. Blei als Bestandteil sorgt dabei bei der spanenden Verarbeitung für kurze Bruchspäne und eine wirtschaftliche Bearbeitung, während Nickel in Neusilberlegierungen eine hohe Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohe Oberflächenhärte gewährleistet. Ein reiner Verzicht auf diese Elemente würde die Bearbeitung so gut wie unmöglich machen.
Im Projekt wurden geeignete Legierungssysteme entwickelt und anschließend schmelzmetallurgisch erzeugt und thermo-mechanisch verarbeitet. Zum einen wurden nickel- und bleifreie Legierungen, welche zusätzlich Mangan oder Silizium enthalten, als Alternativen für das bisher verwendete Messing und Neusilber untersucht. Außerdem wurde eine bleifreie, eisenhaltige Sondermessinglegierung entwickelt. Ziel war es dabei, die technologischen Funktionen von Blei und Nickel durch geeignete Gefügestrukturen und Legierungsbestandteile zu ersetzen. Ein entscheidender Schwerpunkt lag auf der Entwicklung einer metallurgischen Phase in der eisenhaltigen Messinglegierung, welche als Spanbrecher im Material selbst wirkt. Mithilfe einer Simulationssoftware konnte eine eisenhaltige Phase identifiziert werden, die die Funktion des Bleis beim Spanbruch übernehmen kann.

Die anschließende Herstellung und Verarbeitung der Legierung war erfolgreich. In Zerspanungsversuchen zeigte das neu entwickelte Material kontrollierbare kurze Späne und erwies sich insbesondere beim Sägen, Drehen und Fräsen als gut verarbeitbar. Die Korrosionsuntersuchungen bestätigten ebenfalls die Eignung des neuen Werkstoffs. Das neue Material schloss bei den Untersuchungen überzeugend gut ab und ist uneingeschränkt einsetzbar. Auch weitere alternative Materialien erwiesen sich trotz etwas schlechterer Verarbeitbarkeit grundsätzlich als geeignet.

Hinsichtlich der akustischen Eigenschaften überzeugte die neu entwickelte eisenhaltige Legierung sowie auch weitere Alternativlegierungen. Sowohl schwingungstechnische Simulationen einer Trompete mit Drehventilen als auch Messungen an Materialproben zeigten keine Verschlechterungen gegenüber den bislang eingesetzten Metalllegierungen. Aus akustischer Sicht können die untersuchten Alternativlegierungen ohne Einschränkungen für den Bau von Metallblasinstrumenten empfohlen werden.

Für den Praxisnachweis wurden fünf Mustertrompeten hergestellt, wovon vier mit Komponenten aus den alternativen Legierungen bestückt waren; ein fünftes Instrument aus traditionellen Materialien diente als Referenz. Die Musterinstrumente wurden sowohl akustisch gemessen als auch durch Musiker bewertet. Im Ergebnis schnitten die Trompeten mit Alternativwerkstoffen vergleichbar gut ab. In einzelnen Attributen wurden teilweise sogar höhere Wertungen abgegeben. Besonders die Spielbarkeit und Intonation erhielten durchweg hohe Bewertungen. Eine Zusammenfassung des Projektes findet sich auf der > I-Ma-Tech-Homepage unter Abschlussbericht.

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Titel:	I-Ma-Tech-Projekt „Alternativlegierungen – Entwicklung neuer Alternativlegierungen für Musikinstrumente“
Druckdatum:	17.09.2026