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Zum Auffrischen und Schmunzeln . . .

. . . sind diese Museums-Seiten hier gedacht, denn viele wissen nicht mehr oder noch nicht, wie es damals angefangen hat und wie das wirklich funktioniert mit den Tonband- und den Magnetbandgeräten aus alter Zeit. Viele Bilder können Sie durch Anklicken vergrößern, auch dieses.

Wie wird das Band hergestellt . . . . .

. . . . und wo lagen die Geheimnisse.

In Anlehnung an mehrere wissenschaftliche Ausarbeitungen aus dem Jahr 1960 aus dem Buch: "Die Technik der Magnetspeicher".

Quellenangaben erfolgen am Ende der Seiten.

Eine allgemeine Einführung (aus dem Jahr 1960 !) :

Das eigentliche funktionierende Magnetband wurde in Deutschland entwickelt bzw. erfunden. Alle anderen hatten es Jahre lang mit Stahldraht oder Stahlband versucht. Erst der Neu-Dresdner Herr Pfleumer (aus Östereich) kam etwa 1928 auf die Idee, auf Papier bzw. anderem plastischem Material eine Magnetschicht aus Carbonyleisenpulver aufzubringen. Diese Idee wurde ab 1932 (oder 1934) bei der IG-Farben-Industrie AG in Ludwigshafen fortgesetzt und führte schließlich zu der serienmäßigen Produktion zweier Bandtypen,

  • dem Masseband auf Polyvinylchlorid-Basis (genannt Typ L) und
  • dem aus zwei Schichten bestehenden Schichtband auf Acetyl-Cellulose-Basis (genannt Typ C).

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Anfänglich Eisenoxid-Pulver

Als magnetisierbare Substanz wurde Eisenoxydpulver verwendet. Beide Band-Typen wurden bis 1945 bei den IG. Farben ausschliesslich in Deutschland hergestellt. Nach dem "Freiwerden" der Patente zu Kriegsende (die Siegermächte haben die Patente des Verlierers einfach für Null und Nichtig erklärt) wurde, aufbauend auf den deutschen Forschungs- und Fabrikationsergebnissen, die Fabrikation auch in anderen Ländern (vornehmlich den USA) aufgenommen. Jetzt in 1960 entwickeln und produzieren weltweit etwa etwa 20 Firmen Magnetbänder und Magnetfilme. Die Produktion ist wiklich nicht trivial und so kommen kaum Einzelheiten des Fabrikationsablaufes an die Öffentlichkeit. (Nachtrag: Im Jahr 2006 hat sich die Zahl weltweit auf insgesamt 4 reduziert.)
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Die Data Bänder

Neben der analogen Schallaufzeichnung werden auf dem Magnetband immer mehr digitale Daten (Impulsspeicherung) gesichert. Durch Anwendung des sogenannten Multiplex-Verfahrens mit Parallelaufzeichnung von 14 Spuren (und mehr) ist es inzwischen möglich, eine Vielzahl von digitalen Meßwerten von einmaligen und teuren Ereignissen aufzuzeichnen.

Selbst bei hochwertigem Bandmaterial treten unvermeidliche Empfindlichkeitsschwankungen über die Bandlänge auf und verursachen Meßungenauigkeiten von rund 1dB (das sind aber bereits etwa 10%). Durch verschiedene Impuls-Modulationsverfahren wie Frequenz- bzw. Impulsphasen oder Impulsweitenmodulation kann dies bei digitaler Aufzeichnung umgangen werden, sodaß die Datenspeicherung von Meßergebnissen selbst von Analogrechnern immer interessanter wird. - Nachtrag aus 2006: Die Informationsdichte pro Quadratzentimeter Magnetband-Oberfläche ist in den Jahren seit 1960 dramatisch gesteigert worden.
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600 Spuren auf einer Breite von 12,6mm (1/2")

Bei den extrem schmalen Spurbreiten von inzwischen über 600 Spuren auf einer Breite von 12,6mm (1/2") und den kleinen Wellenlängen solcher Datalaufwerke können Oberflächenfehler der Magnetschicht in Form von Erhebungen oder Vertiefungen einzelne Impulse völlig absorbieren. ImAudiobreich sprechenwir von Dropouts. Deren Entstehung zu verhindern ist das Hauptproblem bei der Herstellung solcher Data-Bänder für den Instrumentationssektor. Die Herstellungsmethode weicht von jener zur Tonbandherstellung erheblich ab und stellte die Bandhersteller so um 1960 noch vor große technologische Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten sind inzwischen weitgehend gelöst.

Die Data-Bänder müssen über die gesamte Oberfläche erheblichgenauer geprüft werden. Dies geschiet heutzutage (in 2006) direkt während der Produktion. Da solche Geräte damals 1960 in Europa erst in jüngster Zeit in wenigen kostspieligen Anlagen (z. B. Großrechnern, Fernsehaufzeichnungsgeräten usw.) eingesetzt sind, wurden bisher von den europäischen Bandfabriken noch keine Bänder für den Instrumentationssektor hergestellt.

Von den amerikanischen Herstellern erfuhr man noch 1960, daß in der ersten Zeit der Ausschuß bei der Herstellung einwandfreier, fehlerfreier Data-Bänder außerordentlich hoch war. Es sei aber damit zu rechnen, daß deren verbesserte Herstellungsmethoden auch auf die Tonbänder zur Schallaufzeichnung angewandt würden und bei diesen dann Verbesserungen in Bezug auf Gleichmäßigkeit, Frequenzgang und Geräuschfreiheit bringen würden. Diese Eigenschaften werden vornehmlich durch die Oberflächengüte des Bandmaterials beeinflußt.
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Die Kopf - Band Wechselbeziehungen

Die Wechselbeziehungen zwischen der Magnetschicht und den Tonköpfen geben im Idealfalle vor, daß die Speicherung des hörbaren Frequenzbereiches von 20 bis 15.000 Hz bei den genormten Bandgeschwindigkeiten von v = 76,2, 38,1, 19,05, 9,5 und 4,75cm/s bestimmte optimale Schichtdicken der Magnetschicht bis max. 25µm für die großen Geschwindigkeiten und etwa 10µm für die kleinen Bandgeschwindigkeiten erfordert.

Infolge der Wellenlängenabhängigkeit des Bandflusses wird der genannte Frequenzbereich bei den kleinen Wellenlängen nur durch wenige µm (Micrometer) der Schicht Oberfläche, die den Wiedergabekopf berührt, bestimmt. Die Wellenlänge der gespeicherten Schallfrequenzen erstreckt sich über drei Zehnerpotenzen. Die kleinste Wellenlänge (also die höchste Frequenz), die heute (es war 1960) mit noch erträglichem Aufwand an Präzision aufgezeichnet werden kann, liegt bei etwa 5um entsprechend einer Frequenz von rund 10 kHz bei 4,75 cm/s.

Dies ist auch die kleinste Wellenlänge, die bei der Videoaufzeichnung nach dem Ampex-Verfahren (mittels Quadruplex Recorder) gespeichert wird. Die wirksame Schichtdicke, d. h. jener Teil der Magnetschicht, die den Fluß im Hörkopf bestimmt, beträgt dann nur mehr 1µm.

Die Spaltbreiten der Magnetköpfe zur Speicherung und Abtastung solcher kleinen Wellenlängen liegen dann bei der halben Wellenlänge, also bei rund 2,5µm und verursachen eine Spaltdämpfung von 4dB. Die Oberflächenglätte der Magnetschicht bzw. ihre Rauhigkeit im Ausmaße von 1 bis 2µm ergibt eine Abstandsänderung zwischen Kopfspiegel und Schicht, die sich als Dämpfungsverluste von 10 bis 20dB bei 5µm Wellenlänge bemerkbar machen.

Vergleichen Sie die Abhandlung der Firma Ampex aus 1968 - The Head to tape Interface.

Die Geschwindigkeit und der Abrieb

Bereitet schon die Herstellung der Tonköpfe mit so kleinem Spalt über eine Gesamt-Breite von 6,25mm mit der erforderlichen Präzision bezüglich Parallelität und Oberfächengüte/Glätte der spaltbegrenzenden Ringkernflächen erhebliche Schwierigkeiten, so erscheint es um so erstaunlicher, daß es gelingt (1960 !) , Magnetschichten in einer Länge von 1000m und mit Breiten bis zu 5cm (2") herzustellen, bei denen die Oberfläche frei von Fehlern ist.

Zum Beispiel würde bei der Speicherung des Fernsehsignales auf einem Quadruplex Recorder jeder Oberflächenfehler, der eine Abstandsänderung zwischen Kopf und Magnetschicht von 1µm verursacht, bei der Wellenlänge von 5µm einen Pegeleinbruch (drop-out) von rund 10dB erzeugen, der im Bild als weißer Punkt bzw. bereits als weiße Zeile auftritt. Deshalb ist aktuell (1960) der Ausstoß an fehlerfreien Bändern noch sehr gering und die hochwertigen Bänder sind daher verhältnismäßig teuer. Die gleichen Anforderungen werden (in 1960 noch) an Bänder gestellt, die zur digitalen Speicherung bei EDV Anlagen eingesetzt werden.
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Der Kopf - Band Kontakt

Beim Ampex-Video-Aufzeichnungsverfahren wird dazu die Magnetschicht sehr stark mechanisch beansprucht, da die Relativgeschwindigkeit zwischen dem mit 15.ooo U/min drehenden Kopfrad und dem Band ca. 40 m/s oder 145 km/Std beträgt.

Um einen guten Kontakt zwischen Kopf und Band zu erzeugen, muß das (dazu noch gewölbte) Band fest an die drehenden Köpfe angepreßt werden. Für diese außergewöhnlich hohe mechanische Beanspruchung der Schichtoberfläche mußten Schichten mit großer Abriebfestigkeit entwickelt werden, wodurch aber die Schmiegsamkeit der Bänder nicht beeinträchtigt werden sollte. Ein etwaiger Abrieb mußte als trockener Staub (zur Absaugung) anfallen und durfte den Kopf nicht verschmieren, weil sonst die Wiedergabe völlig gestört wäre. Als Trägermaterial hat sich daher Polyester wegen seiner außergewöhnlich hohen mechanischen und thermischen Stabilität besonders bewährt. Die hohe Reiß- und Dehnungsfestigkeit des PE's ermöglicht die Herstellung besonders dünner und schmiegsamer Bänder. Der Gewinn ist eine große Informationsdichte auf kleinstem Speichervolumen.
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Bei Tonbändern weniger kritisch

Bei den Tonbändern sind die Anforderungen bezüglich Oberflächenfehlerfreiheit über die gesamte Breite des Bandes weniger kritisch, weil die Wellenlängen groß sind und punktförmige Schichtfehler, die aus der Oberfläche herausragen, nur zum teilweisen Abheben des Bandes in der näheren Umgebung der Störstelle führen. Bei den kleinen Bandgeschwindigkeiten und der allgemein angewandten Halbspuraufzeichnung werden hingegen die Anforderungen an die Oberflächenfehlerfreiheit höher, vergleichbar mit denen für die Fernsehaufzeichnung oder Dataaufzeichnung zur Meßwertspeicherung.

In der Oberflächen-Verbesserung wurden in den letzten Jahren (also vor 1960) beachtliche Fortschritte erzielt. Die Stottererscheinungen, die man bei kleinen Geschwindigkeiten früher an Bändern beobachten konnte und die durch eine Vielzahl von Körnchen und Plättchen auf der Schichtoberfläche hervorgerufen wurden, sind praktisch verschwunden.

Nach ihrer Gesamtdicke unterscheidet man

  1. Normalbänder (etwa 52µm),
  2. Langspielbänder (etwa 39µm) und
  3. Doppelspielbänder (etwa 26µm),


bei denen sich die Spielzeit bei gleichem Spulendurchmesser wie 1:1, 5:2 verhält. Methoden zur Prüfung von Data-Instrumentationsbändern in Breiten von 1/4, 1/2, 1 und 2 Zoll für die Impulsspeicherung sind bisher (es ist 1960) nicht bekannt geworden.
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