Entwicklung und Modernisierung des Windsystems von Pfeifenorgeln

Europäisches CRAFT-Projekt (Co-operative Research Action for Technology)

© Fraunhofer IBP

Typisches Klangbild einer Orgelpfeife bei Druckschwankungen im Windsystem. Die Lautstärke steht in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Druck in der Kanzelle (1Millimeter Wassersäule [mmWS]
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Ende 2000 wurde ein von der EU unterstütztes Forschungsprojekt von zwölf Orgelbaufirmen aus neun europäischen Ländern in Zusammenarbeit mit der Fachhochschule Ostfriesland und der University of Edinburgh mit Erfolg abgeschlossen.

Das Windsystem ist ein Teil der Orgel, das ihren Klang nachhaltig beeinflusst. Unterliegt der Winddruck starken Schwankungen oder liegt eine »Windstößigkeit« vor, bewirkt dies zwangsläufig Änderungen bei der Lautstärke und der Frequenz des Pfeifenwerks. Im Laufe dieses Projekts sollte den Ursachen dieser Schwankungen auf den Grund gegangen werden, um dann für solche Probleme Abhilfe schaffen zu können. Ziel des Projekts war es, ein neues Windsystem zu entwickeln, das entweder durch eine verbesserte mechanische Regulierungseinrichtung oder ein elektronisches Steuerungssystem einen störungsfreien Betrieb der Orgel gewährleistet. An einem speziell für Demonstrationszwecke entworfenen Windsystem konnten sich die Projektpartner von der Funktionstüchtigkeit der neuen Regulierungen überzeugen. Obendrein stand die Entwicklung einer Computer-Software für eine sicherere und schnellere Planung des traditionellen Windsystems auf dem Programm.

Zunächst wurden in fünf Ländern neun Pfeifenorgeln vor Ort systematisch untersucht, um die Ursachen der Winddruckschwankungen bei verschiedenen Windsystemen herauszufinden (Bild 1). Da manche Messungen an einem so komplexen System wie einer Kirchenorgel nicht möglich sind, wurden im Labor des Fraunhofer IBP die wichtigsten Elemente eines Windsystems, d.h. verschiedene Balgtypen, Rollventile, Tonventile, und Gebläse einzeln auf ihre strömungstechnischen und auch akustischen Eigenschaften untersucht. Die so gewonnenen Messdaten dienten als Grundlage für alle weiteren Entwicklungsschritte. Für den Windverbrauch von großen Orgeln und den Druckverlust sowohl an einzelnen Elementen des Windsystems als auch an unterschiedlichen Pfeifen standen zum Beispiel bisher keine verlässlichen Daten zur Verfügung.

Mit Hilfe dieser Messergebnisse (Bild 2) konnte die Auslegungssoftware entwickelt werden. Sie ermöglicht es den Orgelbauern, den maximal zu erwartenden Windverbrauch einer Orgel, sowie die Abmessungen des Balges, des Rollventils und der Windkanäle zu berechnen. Kern der Software ist ein physikalisches Modell, das die strömungstechnischen Vorgänge im Windsystem und das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten (z.B. Balg und Rollventil) beschrieben werden. Außerdem können mit dem Programm gezielt die gewünschte Stärke der Druckschwankungen und deren Abklingzeit eingestellt und danach die Dimensionierung von Balg und Rollventil vorgenommen werden. Für die Strömungsgeschwindigkeit in den Windkanälen ist ein Grenzwert vorgesehen, der zu große Druckverluste und Strömungsgeräusche verhindert. Mit Hilfe dieses Programmes können viele Probleme beim Entwurf von neuen Windsystemen von vornherein vermieden, bzw. bei schon bestehenden Windsystemen schnell ausfindig gemacht und beseitigt werden.

Im Laufe des Projekts entstanden drei neue Regulierungen für Windsysteme:
Zum einen handelt es sich dabei um zwei neuartige mechanische Regulierungen bzw. Auslassventile, die entweder am Balg oder an der Windlade montiert werden. Ihre Aufgabe ist es, für einen ständigen Ausfluss zu sorgen, der die auftretenden Druckschwingungen dämpft und den Betriebsdruck der Orgel gleichzeitig möglichst konstant hält. Zum anderen wurde ein elektronisch gesteuertes Auslassventil entwickelt. Es erfüllt die gleichen Aufgaben wie die mechanischen Regulierungen und kann darüber hinaus so eingestellt werden, dass das Winddruckverhalten ganz den Wünschen des Orgelbauers entspricht. Diese drei Steuerungen wurden an einem Demonstrationswindsystem im Labor des Fraunhofer IBP getestet und haben ihre Funktionstüchtigkeit bewiesen. Um sie auch in der Praxis zuverlässig einsetzen zu können, ist aber noch weitere Forschung notwendig.

Die am Projekt beteiligten Orgelbaufirmen wenden die Forschungsergebnisse schon jetzt bei ihrer praktischen Arbeit an. Mit Hilfe der Software konnten einige Probleme bei traditionellen Windsystemen lokalisiert und beseitigt werden. Das neue Computerprogramm ist ein sehr gutes Werkzeug, mit dem - in Verbindung mit den neu entwickelten Druckregulierungen - die Produktionskosten neuer Orgeln verringert werden können. In einem Folgeprojekt werden auf Anregung einiger Projektpartner hin die vielversprechenden Ergebnisse weiterentwickelt und für den ständigen Einsatz in der Praxis tauglich gemacht.

Diese Forschungsinitiative wurde von der Europäischen Gemeinschaft im Rahmen eines CRAFT-Projekts(Cooperative Research Action for Technology) unterstützt. Die nachfolgend genannten Firmen haben am Projekt teilgenommen.

Vertrags-Nr. BRST-CT98-5247
 

Projektpartner

  • Werkstätte für Orgelbau Mühleisen GmbH, Leonberg, Deutschland
  • Manufacture d'Orgues Muhleisen, Strasbourg, Frankreich
  • Orgelbau Wegscheider, Dresden, Deutschland
  • Christian Scheffler Orgelwerkstatt Sieversdorf (Frankfurt/Oder),Deutschland
  • Marcussen & Son, Orgelbyggeri A/S, Aabenraa, Dänemark
  • Orgelbau Schumacher, Baelen, Belgien
  • Pels-d'Hondt Orgelbouw BVBA, Herselt, Belgien
  • Fratelli Ruffatti Pipe organ builders, Padova, Italien
  • Gerhard Grenzing, Papiol (Barcelona), Spanien

Projektpartner

  • Oficina e Escola de Organaria, Ltd., Esmoriz (Porto), Portugal
    Didier Grassin, London, U.K.
  • Pécsi Orgonaépitö Manufaktúra KFT, Pécs, Ungarn

Partner für Forschung und technologischen Fortschritt

  • FH Ostfriesland, Emden, Deutschland
  • University of Edinburgh, Edinburgh, Großbritannien