Die Entwicklung des Videobands: Revolution in Medien und Home-Entertainment

Hintergrund

Videoband ist ein integraler Bestandteil der Videotechnologie, die Medien- und Home-Entertainment-Industrie nachhaltig geprägt hat. Zunächst vom Fernsehen kontrolliert, sind Videoband und Videotechnologie heute breit im privaten Sektor verfügbar und haben die Informationsverbreitung und Unterhaltungsproduktion grundlegend verändert.

Videoband basiert auf magnetischer Aufzeichnung. 1956 kommerziell eingeführt, war magnetische Aufzeichnung eine relativ neue Technologie. Videobänder und alle anderen Aufzeichnungsbänder sind magnetisch. Videoband ähnelt in der Zusammensetzung stark dem Audioband. Die meisten Videobänder bestehen aus einer Schicht winziger Magnetpartikel auf Mylar, einem robusten, flexiblen Kunststoff. Etwa eine Milliarde Magnetpartikel bedecken einen Quadratzoll Band und fungieren wie mikroskopische Stabmagnete. Beim Vorbeilaufen an einem Elektromagneten werden Informationen aufgezeichnet und wiedergegeben.

Die Magnetpartikel sind der wichtigste Teil des Bandes, da sie das Videosignal aufnehmen und tragen. Partikelgröße, Zusammensetzung, Dichte und Verteilung bestimmen die Bandqualität. Während der Herstellung werden die Partikel in der Bandbeschichtung angeordnet. Bei der Aufzeichnung ordnen Videoköpfe die Partikel in Mustern an, die durch die sich ändernde Spannung des Videosignals diktiert werden. Bei der Wiedergabe werden die Muster von einem Wiedergabekopf erfasst und zum Videobild.

Geschichte

Die ersten Videoaufzeichnungsbänder waren mit Rost auf Papierbasis beschichtet. Erste Videorecorder zeichneten Signale auf dünnen Metalldraht auf. Als man entdeckte, dass magnetisches Videoband bessere Ergebnisse lieferte, wurden Magnetrekorder gebaut. Frühe Geräte nutzten kleine Elektromagnete, die Eisendraht magnetisierten, während er zwischen Spulen hindurchlief und den Elektromagneten kreuzte.

Magnetband erwies sich als handlicher, da es sich nicht wie Draht wellt oder biegt. Zunächst wurden Metalloxide wie Eisen pulverisiert und auf das Band aufgebracht. Die Magnetpartikel in frühen Videobändern waren relativ groß. Das vereinfachte die Herstellung, begrenzte aber die Bandleistung. Später wurde Kobalt zu den Partikeln hinzugefügt, um deren magnetische Eigenschaften zu verbessern.

Als Forscher Wege suchten, die Partikelgröße zu reduzieren, stellten sie fest, dass kleinere Partikel bessere Bänder ergaben. Allerdings waren kleinere Partikel schwieriger im Bindematerial zu dispergieren. Bindematerial ist eine flüssige Mischung, die später aushärtet und der magnetischen Schicht Struktur verleiht. Später konzentrierten sich Forscher auf bessere Bindemittelformulierungen und Applikationstechniken und verbesserten die Videobandqualität erheblich.

1951 führte Bing Crosby Enterprises eine der ersten Demonstrationen magnetischer Videoaufzeichnung durch. Die geringe Geschwindigkeit des ersten Videobands machte es jedoch kommerziell unpraktikabel. Dennoch wurden die Vorteile sofort erkannt: verbesserte Sendequalität, wiederverwendbare Bänder, geringere Produktionskosten.

1956 stellte Ampex den ersten praktischen Videorecorder vor: ein großes Band-zu-Band-Gerät mit vier Aufzeichnungs- und zwei Zoll breitem Band. Dies zog die Fernsehbranche an, und am 30. November 1956 sendete CBS als erstes Netzwerk eine Sendung per Videoband.

1969 präsentierte Sony den EIAJ-Standard, das Dreiviertelzoll-U-Matic-System, das erste weit akzeptierte Videokassetten-System. Die Kassette war eine enorme Verbesserung gegenüber Band-zu-Band und hatte tiefgreifende Auswirkungen auf das Videofeld.

Anfang der 1980er Jahre etablierte Sony mit Betamax den ersten Verbrauchermarkt für Videokassetten. Andere Hersteller folgten, und das von JVC eingeführte VHS-System mit 0,5 Zoll (1,3 cm) Band dominierte bald und dominiert bis heute. 1984 brachten Kodak und General Electric den 8-mm-Videorecorder (Camcorder) heraus. 1995 wurde digitales Videoband eingeführt. Digitale Aufzeichnung brachte weniger Rauschen und weniger Bild- und Tonqualitätsverlust.

Die Einführung digitaler Bänder zusammen mit der Digital Versatile Disc (DVD) ließ viele glauben, die Tage der Standard-Videokassetten seien gezählt. Doch 2001 besaßen schätzungsweise 90 % der Haushalte Videorekorder, nur 10 % DVD-Player. Mit neuen Fortschritten in der Bandherstellung und Verbraucherpräferenz für Videobänder wird es noch lange dauern, bis Videoband ausstirbt.

Rohmaterialien

Heutiges Magnetband besteht aus drei Hauptschichten: Trägerfilm, Magnetschicht und Rückseitenbeschichtung. Der Trägerfilm bietet physikalische Unterstützung und Hauptfestigkeit. Er bestehtmostly aus Polyethylenterephthalat (PET), da es langlebig und dehnungsbeständig ist. Die Magnetschicht bestimmt die magnetischen Eigenschaften. Sie besteht aus magnetischen Pulvern (von niedrigenergetischen Eisenoxiden bis zu hochenergetischen Metallpartikeln), Bindemitteln (Polymere, Klebstoffe, Schmiermittel, Reiniger, Lösungsmittel, Dispergiermittel, antistatische Verbindungen), Additiven (z. B. Ruß) zur Eigenschaftsverbesserung und Schmiermitteln zur Reibungs- und Verschleißreduzierung. Die Rückseitenbeschichtung aus Schmiermitteln erhöht Haltbarkeit und Leistung.

Design

Keine zwei Bandhersteller nutzen exakt denselben Herstellungsprozess. Jeder verwendet eigene Materialien und Prozessvarianten für Wettbewerbsvorteile. Der grundlegende Prozess ist jedoch bei allen gleich: Eine Rolle klarer Kunststofffolie wird mit einer Mischung aus Bindemittel und Magnetpartikeln „bemalt“, in einem Ofen getrocknet, und der breite Rollenstreifen wird in schmale Streifen geschnitten, die auf Spulen gewickelt werden. Die Magnetpartikel sind nadelförmig, was dichte Packung auf der Bandoberfläche ermöglicht. Je höher die magnetische Dichte, desto besser das Band. Die besten Bänder nutzen kleinere Partikel in höherer Konzentration.

Der Fertigungsprozess

Der Herstellungsprozess nach Sony, einem der großen Videobandproduzenten, ist ein mehrstufiger Prozess: Mischen, Beschichten, Kalandrieren, Schlitzen, Finishen.

1. Mischen: Herstellung der magnetischen Schicht („Farbe“). Magnetpulver wird zunächst mit Lösungsmitteln und Dispergiermitteln (typischerweise Polyurethan) vorgemischt, um Aufschwimmen zu verhindern. Große Planetenmischer dispergieren das Pulver in großen Metalltanks. Nach Dispergierung werden Bindemittel, Additive und Schmiermittel zugegeben und gemischt. Die Farbe gelangt automatisch zur Mahlstufe: große Walzen erzeugen Scherwirkung, die Agglomerate verhindert.
2. Beschichten: Die magnetische Farbe wird kontinuierlich auf den Trägerfilm aufgetragen. Große Rollen Trägerfilm werden in einen 36,6 m langen Coater (400 kW) eingespeist. Sechs Motoren ziehen den Film bei geringer Spannung hindurch. Am Anfang (Abwickelende) werden neue Rollen per „fliegendem Spleißen“ (während der Lauf) automatisch angefügt. Der Coater-Kopf stoppt das Beschichten, bis der Spleiß durchgelaufen ist. Der Coater-Kopf trägt die Magnetschicht auf. Computer überwachen und steuern den Prozess für dünne, fehlerfreie Schichten (Submikron-Messung). Häufigstes Verfahren: Extrusion – Farbe wird unter Druck durch eine kleine Öffnung geblasen, der Trägerfilm nimmt sie als glatte Schicht auf.
3. Orientierung: Das noch nasse Band durchläuft ein starkes Magnetfeld, das die Magnetpartikel in der frisch beschichteten Schicht physikalisch ausrichtet. Zunächst zufällig angeordnet, werden die Partikel beim Aushärten des Bindemittels in gleiche Richtung orientiert. Je gleichmäßiger Dispergierung und Orientierung, desto besser die Bandleistung. Die Magnetschicht ist nun trocknungsbereit.
4. Trocknen: Fixiert die orientierten Partikel, bevor sie ihre Position ändern können. Lösungsmittel verdampfen und werden zurückgewonnen. Die Magnetschicht stabilisiert. Nach dem Trocknen scannt ein Röntgenscanner die Gleichmäßigkeit der Schicht.
5. Aufwickeln: Das Band wird auf große Rollen (bis 1,2 m breit, über 300 m lang) zurückgewicelt. Wie beim fliegenden Spleiß wird ein Schnitt gemacht und die neue Rolle automatisch aufgewickelt. Die Spannung wird während des Beschichtens konstant gehalten; mit wachsender Rollengröße wird die Wickelgeschwindigkeit allmählich reduziert, um gleichmäßige Spannung zu gewährleisten.
6. Kalandrieren: Der Abstand zwischen Magnetpartikeln hat sich noch nicht vollständig gesetzt. Kalandrieren verdichtet die Schicht zwischen Stahl- und Gummiwalzen. Dies erhöht die Packungsdichte der Magnetpartikel, maximiert die magnetische Dichte und glättet die Oberfläche für besseren Band-Kopf-Kontakt. Das Band läuft automatisch durch eine Walzenserie: Stahlwalzen berühren die Magnetseite, Gummiwalzen die Rückseite – gleichmäßiger Druck. Nach diesem Schritt sind endgültige Oberflächeneigenschaften und Dicke festgelegt. Das Band ist schlitzbereit.
7. Schlitzen: Vor dem Einbau in Kassetten wird das Band auf das formatabhängige Maß geschlitzt. Gängige Formate: 0,5 Zoll (1,3 cm), 0,75 Zoll (1,9 cm), 1 Zoll (2,5 cm). Das Band wird auf einen Schlitzer mit zwei Messersätzen aufgelegt. Während der Durchlauf schneiden die Messer das Band auf die gewünschte Breite. Das Schlitzen ist extrem präzise und kritisch für die Qualität. Laser überwachen Defekte wie Falten oder Nadellöcher. Das Band wird auf Mikrometer genau geschlitzt für reibungslosen Lauf in VCR oder Camcorder. Schlecht geschlitzte Kanten können Oxid, Trägerfilm und Rückseitenpartikel abwerfen. Nach dem Schlitzen reinigt ein Abwischtuch Schmutz. Das Band wird auf lange „Pancake“-Rollen (wie Filmrollen) gewickelt. Nun ist es für das Finishen bereit (Einbau in Kassetten).
8. Finishen: Kassettenhüllen werden hergestellt: geschmolzener Kunststoff in Metallformen zu Ober- und Unterschale (fünf Schrauben). Komponenten: zwei Spulen für das Band, federbeladene Klappe zum Schutz, Edelstahlstifte und -rollen gegen Kratzer, reibungsarme Rollen für Bandführung, antistatischer Vorlauf gegen Staub, zwei federbeladene Sperren gegen Bandverrutschen. Leere Hüllen haben Naben mit Vorlauf. Der Vorlauf wird automatisch mit den Pancake-Rollen gespleißt, die in eine In-Kassetten-Lademaschine eingelegt werden, die eine gemessene Bandlänge in die Kassette spult. Dann werden befüllte Kassetten mit Packeinsätzen montiert und in Schutzhüllen gesteckt. Schließlich Verpackung und Versandkartons.

Nebenprodukte/Abfälle

In manchen Werken wird das Lösungsmittel aus dem Beschichtungsprozess zurückgewonnen, gereinigt und wiederverwendet. Lösungsmittel verdampfen in Trocknern mit Luftstrom, das Luft-Lösungsmittel-Gemisch wird durch Rohre zur Rückgewinnungsstation geführt. Dort werden Lösungsmittel und Luft getrennt, das Lösungsmittel destilliert und zur Wiederverwendung gelagert.

Qualitätskontrolle

Qualitätskontrolle ist kontinuierlich während des gesamten Herstellungsprozesses. Computer, Röntgen und Laser überwachen verschiedene Stufen. Zutaten werden geprüft. Bei Sony werden vor Produktionsbeginn Zutaten im Qualitätslabor gegen Spezifikationen der Bandformulierung gecheckt: Oxid- und Metallpartikel auf Gleichmäßigkeit und Größe, magnetische „Fußabdrücke“ auf magnetische Eigenschaften, Bindemittel und Schmiermittel auf Reinheit, Polyester-Trägerfilm auf Konsistenz und Festigkeit.

Zukunft

Jüngste technologische und fertigungstechnische Fortschritte ermöglichen noch bessere Bänder und weisen in die Zukunft. Zum Jahrtausendwechsel waren die meisten genutzten Bänder Oxidbänder (oxidierte Metallbeschichtung). Bänder mit Reinmetall- oder Metal-Evaporated-Beschichtung haben sich als überlegen erwiesen. Bei Metal-Evaporated-Band werden Magnetpartikel nicht in Bindemittel gemalt, sondern aus festem Material verdampft und auf Trägerfilm abgeschieden. Ein Elektronenstrahl erhitzt Metall auf tausende Grad in einer Vakuumkammer. Das Metall verdampft und haftet an speziell vorbereitetem Trägerfilm. Eine Schutzschicht wird auf die Magnetschicht aufgebracht. Ergebnis: glatter, dünner, dicht gepackter Film reiner Magnetpartikel. Ohne Bindemittel erreichen die Partikel eine Dichte, die festem Metall nahekommt. Sony führte mit seinem Advanced Metal Evaporated (AME) Prozess. Diese Technologie ist relativ neu, ihr volles Potenzial steht noch aus.

Weiterführende Informationen

Bücher

Alldrin, L. et al. The Computer Videomaker Handbook. 2. Aufl. Boston: Focal Press, 2001.

Nmungwun, A. Video Recording Technology: Its Impact on Media and Home Entertainment. New Jersey: Lawrence Erlbaum Associates, 1989.

Heller, N., T. Bentz. The Great Tape Debate: Evolution of the New Video Format. New York: Knowledge Industry Publications, 1987.

Weitere Quellen

Stoffel, T. Videotape Systems Theory Web Page. Dezember 2001. <https://www.lionlmb.org/quad/theory.html>.

Web Page. Dezember 2001. <https://www.mtc-open.net>.

Dan Harvey