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"tonband" - Heft 2 • Mai 1965 • 2. Jahrgang

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DEM TONBAND-GEHEIMNIS AUF DER SPUR

Zu Gast bei der Herstellung des »Magnetophonbandes BASF«

Tag für Tag werden in aller Welt Tonbänder benutzt, die aneinandergereiht viele Milliarden von Kilometer ergäben. In schmucken Kassetten archiviert, auf eleganten Geräten zum Leben erweckt, leisten sie ihren Dienst. Daß dies überhaupt möglich ist, verdanken wir der Forschung in Physik, Chemie und Technik.

Vor dreißig Jahren bereits fanden ihre Ergebnisse industrielle Anwendung und erschlossen mit der Herstellung des ersten Tonbandes eine neue Welt. Kaum jemand, für den die Schallspeicherung auf Magnetophonbändern heute schon eine selbstverständliche Errungenschaft ist, hat eine Vorstellung davon, wie man fast vollautomatisch und mit konstanter Qualität diese haardünnen, mit Eisenoxyd beschichteten Tonträger herstellt.
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Tonbandherstellung am Beispiel BASF

Diese Tatsache (des mangelnden Wissens) veranlaßte uns, dem Stammwerk der BASF in Ludwigshafen am Rhein einen Besuch abzustatten und uns an Ort und Stelle über die einzelnen Herstellungsphasen von Magnetophonbändern zu informieren.

Wie in jedem größeren Industriewerk, so ist auch die gesamte Werksanlage der BASF vor „Werksspionen" geschützt. Erst nach Unterziehung der erforderlichen Kontrollen, Ausweise, Unterschriften und Stempel, war es uns erlaubt, den Fuß auf BASF-eigenes Gelände zu setzen.

Im Büro des Technischen Leiters gab es nach einer herzlichen Begrüßung die erste Begegnung mit dem Prinzip der Bandherstellung: an der Wand des Besprechungszimmers waren auf einer großen Tafel die wesentlichen Fertigungsstufen schematisch dargestellt (siehe Bild 1).

Was auf dem Papier so einfach erschien, erwies sich während unseres Rundganges durch die Fertigungs- und Prüfräume doch als ein äußerst komplizierter Prozeß, der die Lösung einer Fülle physikalischer und technologischer Probleme voraussetzt.

Vom Prinzip der Bandherstellung

Der moderne "Magnetogrammträger" besteht aus einer Kunststoffolie (Trägerfolie) und einer Lackschicht, die mit einem fein verteilten magnetisierbaren Pigment gefüllt ist. Für die Trägerfolie wird heute Triacetat, Polyester oder Polyvinylchlorid verwendet, als Magnetpigment benutzt man vorwiegend gamma-Eisenoxyd, der Lack kann dagegen weitgehend variieren.

Das in großen Mengen in der BASF hergestellte Eisenoxyd wird in Dispergier- Einrichtungen mit dem Lackrohstoff und organischen Lösungsmittel gemischt. Erst wenn eine genügend feine Verteilung aller Bestandteile erreicht ist, kann die Folie beschichtet werden.

Dieser Arbeitsgang stellt die Kernaufgabe bei der Herstellung von Tonbändern dar. Anschließend folgt das Schneiden des beschichteten „Blockes" in Einzelbänder, dann die Kontrolle auf elektroakustische Eigenschaften in der Prüfstelle und schließlich die Konfektionierung des Bandes auf Spulen.
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Die Folienherstellung

Wir waren natürlich gespannt, nun alles Lm Detail zu sehen. Unser erster Besuch galt den Fabrikationsräumen der Folienherstellung, die uns am Beispiel der LUVITHERMFOLIE® (eine Marke der BASF), einer Polyvinylchlorid-Hartfolie, erläutert wurde. Damit das Tonband einen festen und formstabilen Träger erhält, muß auf die Folienherstellung besondere Sorgfalt verwendet werden.

Polyvinylchlorid, eine VINOFLEX®-Marke der BASF, ist ein mehlartiges Pulver, aus dem in mehreren Arbeitsgängen die Folie gewonnen wird. Vom Keller wird dieses Pulver in den Fabrikationsraum, der mit klimatisierter Luft beschickt wird, gefördert.

Durch die in diesem Raum vorhandene Luftfeuchtigkeit wird die elektrostatische Aufladung der Folie weitestgehend herabgesetzt. Der Überdruck in diesem Raum verhindert das Eindringen von Staub der Außenluft.

Die Funktion des "Kalanders", des Walzwerks

Ein Walzwerk verarbeitet das ankommende thermoplastische Vinoflex-Pulver unter Wärmeeinwirkung zu einem „Fell", ein milchig weißer Brei, der mit Hilfe von Abstreifern bandförmig vom Walzwerk abgeschält wird.

Ein Schlagwerk zerkleinert die ungleichmäßig breiten Bänder und führt dieses Vorprodukt dem Hartfolien-Kalander schuppenartig zu.

Anmerkung : Der Kalander gehört bereits hier unbedingt erklärt !!!

Hier findet nun die eigentliche Folienherstellung statt. Die überraschende Tatsache ist auch hier die weitgetriebene Automatisierung. Die gesamte Folienherstellung übernehmen Automaten, die in der riesigen Halle von knapp zehn Fachkräften überwacht werden.

Der Kalander (eine Präzisions-Walze), ein mit vier senkrecht übereinander angeordneten Walzen aufgebautes Aggregat, sorgt für die absolut gleichmäßige Folienstärke über die gesamte Breite der Folienbahn.

Das Konstanthalten der einmal eingestellten Folienstärke geschieht vollautomatisch mit Hilfe einer Nachsteuereinrichtung, die auf den Absorptionsgrad der Folie für radioaktive Strahlung anspricht. Ein radioaktives Präparat durchstrahlt dabei die
den Kalander verlassende Folie, der Strahlendetektor tastet die die Folie durchsetzende Reststrahlung ab und wandelt sie in eine Stellgröße für die Nachregelung an die elektronische Steuereinheit weiter.

Da die zwischen den Walzen eingestellten Spalten unmittelbar auf die Folienbeschaffenheit eingehen, kommt ihnen als wirkende Elemente große Bedeutung zu. Nur bei äußerst stabiler Führung und optimaler, planparalleler Ausrichtung der Walzen (Spaltpräzision)
können die hohen Genauigkeitsforderungen an die Folienstärke eingehalten werden.

Aus diesem Grund muß ein Kalander vor Produktionsbeginn 24 Stunden einlaufen (warmlaufen), bis er seine stabilen technischen Werte erreicht hat. Verständlich, daß die Folienherstellung danach im Non-stop-Betrieb erfolgen muß.

Die Walzfolie flexibilisieren

Nachdem nun die Folie den Kalander verlassen hat, wie wir im linken Teil von Bild 2 sehen, bewegt sie sich über unseren Köpfen rechts hinüber zur Luvithermanlage, in der die noch verhältnismäßig spröde und brüchige Walzfolie durch kurzzeitig hohe Wärmeeinwirkung in allen Eigenschaften verbessert wird.

Anschließend durchläuft sie die in Bild 3 gezeigte Reckeinrichtung. Die in breiter Bahn zulaufende Folie wird durch den Reckvorgang in allen drei Dimensionen verändert, vor allem vergrößert sich ihre Länge um ein Mehrfaches.

In der Mitte von Bild 3 ist die feststehende, geriefte Reckwalze zu erkennen.

Der Beschnitt der Folienblöcke

Im letzten Arbeitsgang werden die Folienblöcke an den Rändern sauber beschnitten und gelangen unter Staubschutz zu den Beschichtungsräumen. Die Festigkeitsunterschiede zwischen Walzfolie und gereckter Luvithermfolie interessierten uns natürlich sehr. Der Fertigungsleiter der Folienfabrik demonstrierte uns dies recht eindrucksvoll und bemerkte, daß die Luvithermfolie die Reißfestigkeit von Stahl (Baustahl 5137) mit 28kg/mm2 nahezu erreiche.

Die Aufbereitung der Dispersion

Die Beschichtung der Folie kann - wie uns auch im Prinzipschema gezeigt wurde - als paralleler Zweig zur Folienherstellung angesehen werden. Zunächst ist es wichtig, daß das in mehreren Stufen auf chemischem Wege gewonnene Eisenoxyd die geforderten magnetischen Kennwerte besitzt, die auf die elektroakustischen Eigenschaften des Bandes grundlegende Auswirkung haben.

In einem magnetischen Labor wird dieses Eisenoxyd auf seine Eignung geprüft, wie die Hysterisis-schleife auf dem Schirm des Oszillographen in Bild 4 zeigt.

Das von der BASF hergestellte gamma Fe203, gewissermaßen eine besondere Art von „Rost", sieht mittelbraun und pulvrig aus und hat kristallinen Aufbau. Für die Tonbandherstellung eignet sich nadelförmiges Eisenoxyd besonders gut und wird heute allgemein verwendet. Die winzigen Nadeln mit einer mittleren Länge von 1/1000mm und einem mittleren Durchmesser von 0,1um lassen sich nur mit einem Elektronenmikroskop einwandfrei sichtbar machen, wie Bild 5 zeigt (siehe auch ton-band-Titelbild Heft 1/1965). Durch ihre Nadelform lassen sich die Teilchen räumlich und damit auch magnetisch orientieren.

Jetzt kommt die Kugel-Mühle dran

Der Dispergiervorgang vollzieht sich - dem Auge unsichtbar - in großen Mühlen, die in einer Werkhalle nebeneinander angeordnet sind. Auch hier sind nur wenige Menschen zu sehen, Automatik beherrscht die Szenerie.

Nur schwer konnten wir neben dem Lärm schwingender und rotierender Dispergieranlagen unsere Unterhaltung fortsetzen.

Kugeln aus Stahl oder Porzellan helfen, die aus Eisenoxyd, Lack und Lösungsmitteln zusammengesetzte Füllung im Innern der Mühlen fein zu verteilen.

Die „Kugelzeit", d.h. die Aufenthaltsdauer des Eisenoxyds in den Mühlen, ist ein wichtiger Faktor, der für die Homogenität der Dispersion, aber auch für die Unversehrtheit der winzigen Eisenoxydnadeln bestimmend ist. Agglomerate (Zusammenballungen) müssen mit Sicherheit zerteilt werden, um die für die dünne Magnetschicht des Tonbandes erforderliche Feinverteilung des Oxyds zu erreichen. Außerdem sorgen spezielle Filteranlagen für die Beseitigung von Fremdkörpern aus der fertigen Dispersion.

Hier - wie in allen Fertigungsstufen - sind Erfahrung und daraus gewonnene Rezepturen die Schlüssel zum Gelingen.

Beschichtung der Folie

Dies wurde uns im besonderen Maß in der wohl wichtigsten Herstellungsphase erneut bewußt. Der gesamte Gebäudekomplex, in dem die Beschichtungsanlagen untergebracht sind, ist eine in sich geschlossene Welt, die sogenannte „weiße Zone", mit Umkleideräumen, Luftschleuse, vollautomatischer Klimaanlage, die für konstante Temperatur und Luftfeuchtigkeit sorgt, eigener Luftzufuhr und dur dicke Glaswände von der Außenwelt - den umliegenden Fabrikationsräumen unter gleichem Dach - abgeschirmt.

In dem mit Spinden sauber ausgestatteten Umkleideraum wechselt der im Beschichtungsraum tätige Facharbeiter die Straßenkleidung mit einer weißen Arbeitskluft. Vor Eintritt in seinen Arbeitsraum muß er die mit zwei automatisch gegeneinander verriegelten Türen versehene (Luft- und Staub-) Schleuse passieren, in der er mittels Druckluft von allen Seiten kräftig abgeblasen wird.

Auf diese Weise verhindert man das Eindringen von Staub in die Beschichtungsräume. Die Beschichtungsmaschine, auf einem soliden Fundament erschütterungsfrei montiert, stellt für den Laien eine Anlage mit zahlreichen Walzen dar, deren Zweck nur dem Eingeweihten klar ist.

Das Herz der Anlage, der Gießer

Das eigentliche Herz der Anlage, der Gießer, läßt seine Funktion jedoch klar erkennen. Eine Ringleitung versorgt alle Beschichtungsanlagen und leitet die Dispersion in den Gießer, der über die gesamte Breite der zu beschichtenden Folie reicht.

Vollkommen geräuschlos zieht sich die Folie unter dem Gießer hinweg, beschichtet mit einem braunen Film. Daß hier wie auch bei der Folienherstellung die "planparallele" Führung für konstante Stärke der Schicht wesentlich ist, dürfte verständlich sein.

Die noch unbeschichteten Folienblöcke werden durch eine eigens dafür gebaute Luftschleuse von außen zugeleitet und in der Beschichtungsanlage nochmals gereinigt.
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Kontrollieren und magnetisieren

Gleich hinter dem Gießer befindet sich in Laufrichtung der beschichteten Folie eine Kontrolleinrichtung, die eine elektromagnetische Bestimmung der pro Flächeneinheit zugeführten Eisenoxydmenge ermöglicht.

Daran schließt sich in Laufrichtung der noch feuchten, beschichteten Folie ein Richtmagnet an, dessen Polschuhe der Folienbreite entsprechen. Sein magnetisches Feld ist so stark, daß die kleinen Eisenoxydnadeln sich in Laufrichtung der Folie orientieren.

Damit hat das Band eine magnetische Vorzugsrichtung, und diese wiederum verleiht dem Benutzer elektroakustische Vorteile beim Einsatz des Bandes auf seinem Gerät.

Zum Aushärten der frisch gegossenen Magnetschicht durchläuft die Folie dann einen Trockenkanal. In diesem Bereich wird erwärmte Luft eingeblasen, deren Temperatur konstant gehalten wird. Die im Trockenkanal freiwerdenden Lösungsmitteldämpfe gewinnt man aus der Abluft durch eine Adsorptionsanlage fast vollständig zurück und kann sie nach Verflüssigung, Reinigung und Trocknung wieder verwenden.

Wichtig: Die Dauer-Klimatisierung der Beschichtungsräume

Bild 6 zeigt die aus dem Trockenkanal herauslaufende Folie mit Meßzähler, Aufwickelvorrichtung und Prüfadapter für eine zweite elektroakustische Vorprüfung. Durch Klimatisierung der Beschichtungsräume und leichten atmosphärischen Überdruck gegen Eindringen von Staub sind weitere Maßnahmen zum Erzielen optimaler Bandqualität getroffen.

Die Oberflächenvergütung, durch die ein besonders guter mechanischer und magnetischer Kontakt zwischen Magnetschicht und Tonkopf ermöglicht wird, schließt sich an den Beschichtungsvorgang an. Danach läuft der beschichtete Folienblock aus der „weißen Zone" hinaus zum Schneideraum.

Im Schneideraum

Aus jedem Block können 40 Bänder mit 6,25 mm Breite herausgeschnitten werden. Spezialmaschinen mit rotierenden Ober- und Untermessern, die leicht ineinander eingreifen, besorgen diese Arbeit. Die geschnittenen Bänder werden dabei automatisch auf Kunststoffringe gewickelt.

Prüfungen - Prüfungen - Prüfungen

Vor der Freigabe eines Blockes gelangen nun ein oder mehrere Bänder in die Prüfstelle. Hier werden die wesentlichen elektroakustischen und mechanischen Eigenschaften ermittelt, protokolliert und von jedem Block (oder auch der Charge, wie der Fachmann sagt) ein kurzes Bandstück für eventuelle spätere Nachmessungen archiviert.

Beim Messen der elektroakustischen Werte der Chargen dient ein Referenzband mit definierten Eigenschaften als Bezugspunkt. Dieses Band - auch Leerband genannt - ist Bestandteil des DIN-Bezugsbandes, mit dessen Hilfe Magnettongeräte eingestellt werden. Auf diese Weise können die Eigenschaften des Aufzeichnungskopfes der verwendeten Prüfmaschine weitgehend eliminiert werden und die Meßwerte „Empfindlichkeit" und
„Frequenzgang" relativ zum Referenzband bestimmt werden.

Weiterhin werden die bei einem bestimmten Magnetisierungswert auftretenden Verzerrungen und die magnetische Gleichförmigkeit der Schicht des Tonbandes gemessen. Die besondere Sorgfalt bei der Prüfung erkannten wir auch darin, daß jeder Block auf seine ganze Länge auf konstante Empfindlichkeit untersucht wird.

Der Prüftechniker zeigte uns ein „Handtuch", ein Meßstreifen, auf dem der Wiedergabepegel mit einem Tintenschreiber aufgezeichnet ist. Geringste Schichtdickenänderungen über der Länge des Blockes werden damit meßtechnisch erfaßt. Bild 7 gibt eine gute Vorstellung über die Anordnung eines solchen Prüftisches, an dem gleich zwei Bänder mit hoher Laufgeschwindigkeit kontrolliert werden. Kurze Empfindlichkeitsabweichungen, denen der Tintenschreiber nicht folgen könnte, werden beim Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes elektronisch registriert.

Umgebaute Studio-Bandmaschinen

Bild 8 zeigt einen Ausschnitt der Prüfapparatur zur Messung der elektroakustischen Eigenschaften. Alle Einrichtungen sind im Rahmen der Möglichkeiten irrtumsicher in Bedienung und Ablesung der Meßwerte und in einer größeren Anzahl vorhanden. Das gleiche gilt auch bei den mechanischen Belastungssimulatoren, für die Dehnungs- und Schrumpfungsmessung.

Die Messungen erfolgen zum größten Teil nach DIN-Empfehlungen unter teilweiser Benutzung speziell vorgeschriebener Meß- und Betriebseinrichtungen. Trotzdem mußten vor allem für die mechanischen Messungen eigene Prüfmaschinen, sogenannte Simulatoren, entwickelt werden, um die auf einem Tonbandgerät auftretenden Extrem-Bedingungen nachbilden zu können.

Die Konfektionierung der Bänder

Sind die Blöcke durch die Prüfstelle freigegeben, so kann das (Anmerkung : damals 1965 nochg manuelle !!!) Bewickeln auf Doppelflanschspulen erfolgen. Die einzelnen Arbeitstische werden von weiblichen Arbeitskräften bedient. Wir haben im Umspulraum einer der vielen Damen über die Schulter geschaut (Bild 9a) und die große Fertigkeit bewundert, mit der diese Arbeit ausgeführt wird.

Von dem großen Wickel (in Bild 9a verdeckt), der von der Schneidemaschine angeliefert wurde, läuft das Band über eine fotoelektrische Prüfeinrichtung. Bei eventuellen Beschichtungslücken bleibt die Maschine automatisch stehen, so daß fehlerhafte Bandstücke entfernt werden können.

Weiter folgt der Bandlängenmesser, eine mit dem Drehzahlmesser gekoppelte Scheibe, an deren definiertem Umfang sich das Band abwickelt. Das innenliegende Ende des Tonbandes wird mit Schaltband und rotem Vorspannband versehen.

Währen die Maschine läuft, wird an das vorhergehende, fertig gespulte Band die Schaltfolie mit dem grünen, äußeren Vorspannband angeklebt, eine Bandklammer angebracht und die Spule in einen Kunststoffbeutel eingeschweißt - bis jetzt noch abhängig von der Fingerfertigkeit der Arbeitskräfte, aber vielleicht bald schon automatisiert.

Dies zeigte auch ein Spezialtisch, an dem der Spulvorgang schon weitgehend automatisiert ist. Im Zuge weiterer Rationalisierung wird an derartigen Verbesserungen sicher intensiv gearbeitet.

Die fertig gewickelten und mit Vorspann-und Schaltband versehenen Spulen gelangen dann in den Packraum; dort werden sie in Kassetten verpackt und versandfertig in den Handel gebracht.

Forderungen der Zukunft

Bei einem abschließenden Gespräch mit dem Technischen Leiter der Magnetophonband-Fabrik konnten wir noch viel Interessantes hören.

Vor allem umriß er die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des Magnetbandes, die außerhalb der reinen Tonaufzeichnung liegen und die durch die weitere Technisierung erforderlich werden.

Diese technischen Anwendungen erstrecken sich auf magnetische Speicher in Rechenanlagen, Programmspeicher für unzählige Steueraufgaben, magnetische Fernsehbildspeicherung, Signalaufzeichnung in Satelliten, geophysikalische Messungen, beispielsweise bei der Erdölsuche, Flugsicherung und vieles andere.

Das in Willstätt entstehende Werk wird sich mit der Fertigung der für solche Zwecke benötigten Bänder befassen. Obwohl das physikalische Prinzip der Magnetisierung bei allen Aufgaben das gleiche ist, so fordern doch die einzelnen Anwendungsbereiche verschiedene Bandeigenschaften und teilweise besondere Herstellungsverfahren und Bedingungen.

Nur auf die wichtigsten Herstellungsphasen vom chemischen Rohstoff bis zum konfektionierten Tonband konnten wir im Rahmen dieses Berichtes eingehen. Vor allem fehlt ihm eine höchst bemerkenswerte Komponente, die zur Chemie gehört wie der Donner zum Blitz: die verschiedenartigsten Düfte in den einzelnen Fertigungsräumen.

Glücklicherweise sind Tonbänder nur Schall- und nicht auch Duftspeicher, sonst dürften sie sich einer weitaus geringeren Beliebtheit erfreuen, als dies heute der Fall ist.

Ende des BASF Artikels von 1965
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