Der Bleistift: Von prähistorischer Holzkohle zu modernem Graphit

Hintergrund

Eines der ältesten und am weitesten verbreiteten Schreibgeräte, der Bleistift, hat seinen Ursprung in prähistorischen Zeiten, als kreidehaltige Gesteine und verkohlte Stöcke verwendet wurden, um auf so unterschiedlichen Oberflächen wie Tierhäuten und Höhlenwänden zu zeichnen. Griechen und Römer nutzten flache Bleistücke, um schwache Linien auf Papyrus zu ziehen, aber erst Ende des 15. Jahrhunderts wurde der früheste direkte Vorläufer des heutigen Bleistifts entwickelt. Etwa hundert Jahre später wurde Graphit, ein häufiges Mineral, das als weiche, glänzende Adern in Gesteinen vorkommt, in der Nähe von Borrowdale im nordwestlichen England entdeckt. Die Borrowdale-Mine versorgte Europa mehrere hundert Jahre lang mit Graphit; da man jedoch damals nicht zwischen Graphit und Blei unterscheiden konnte, bezeichnete man Ersteres als „Schwarzblei“. In Stäbe oder Streifen geschnitten, wurde Graphit stark mit Zwirn umwickelt, um Festigkeit und einen bequemen Griff zu bieten. Das fertige Produkt, der Bleistift, war sehr beliebt. Ende des 16. Jahrhunderts wurde in Deutschland eine Methode entdeckt, Graphitstreifen in Holz einzuleimen, und der moderne Bleistift begann Gestalt anzunehmen. 1779 stellten Wissenschaftler fest, dass das Material, das sie zuvor für Blei hielten, tatsächlich eine Form mikrokristallinen Kohlenstoffs war, das sie Graphit nannten (griechisch „graphein“ = „schreiben“). Graphit ist eine der drei natürlichen Formen von reinem Kohlenstoff – die anderen sind Kohle und Diamant.

Ende des 18. Jahrhunderts war die Borrowdale-Mine erschöpft, und da Graphit nun seltener wurde, mussten andere Materialien damit gemischt werden, um Bleistifte herzustellen. Der französische Chemiker Nicolas Jacques Conté entdeckte, dass pulverisierter Graphit, pulverisierter Ton und Wasser, gemischt, geformt und gebrannt, ein Produkt ergaben, das so glatt schrieb wie reiner Graphit. Conté fand auch heraus, dass ein härterer oder weicherer Schreibkern durch Variation des Ton-Graphit-Verhältnisses erzeugt werden konnte – je mehr Graphit, desto schwärzer und weicher der Bleistift. 1839 entwickelte Lothar von Faber in Deutschland ein Verfahren, Graphitpaste in Stäbe gleicher Dicke zu formen. Später erfand er eine Maschine zum Schneiden und Rillen des Bleistiftholzes. Nach Erschöpfung der einst reichhaltigen Graphitquelle in Borrowdale wurden allmählich weitere Graphitminen weltweit erschlossen.

Eine Reihe dieser Minen wurde in den USA eingerichtet, und die ersten amerikanischen Bleistifte wurden 1812 hergestellt, nachdem der Krieg von 1812 englische Importe beendete. William Monroe, ein Schreiner in Concord, Massachusetts, erfand eine Maschine, die Holzleisten präzise genug schnitt und rillte, um Bleistifte herzustellen. Etwa zur gleichen Zeit entwickelte der amerikanische Erfinder Joseph Dixon eine Methode, einzelne Zedernzylinder zu halbieren, den Graphitkern in eine Hälfte zu legen und die beiden Hälften wieder zusammenzukleben. 1861 baute Eberhard Faber die erste Bleistiftfabrik der USA in New York City.

Heute wird die Härte eines Bleistifts durch Zahlen oder Buchstaben bezeichnet. Die meisten Hersteller nutzen die Zahlen 1 bis 4, wobei 1 der weichste und dunkelste Strich ist. Nummer-2-Bleistifte (mittlere Härte) dienen zum normalen Schreiben. Bleistifte werden auch manchmal nach Buchstaben klassifiziert, von 6B (weichste) bis 9H (härteste). Die Idee, einen Radierer an einem Bleistift zu befestigen, geht auf Hyman W. Lipman zurück, einen Amerikaner, dessen US-Patent von 1858 1872 von Joseph Rechendorfer für angeblich 100.000 Dollar gekauft wurde.

Der erste Schritt der Bleistiftherstellung besteht in der Herstellung des Graphitkerns. Eine Methode dazu ist Extrusion, bei der die Graphitmischung durch eine Düse der passenden Größe gepresst wird.

Zusätzlich zum konventionellen Holzbleistift werden diverse andere Bleistifte weit verbreitet. Anfang der 1880er führte die Suche nach einem Bleistift, der nicht gespitzt werden musste, zur Erfindung des sogenannten Automatik-, Vorschub- oder Druckbleistifts. Diese Instrumente haben ein Metall- oder Kunststoffgehäuse und verwenden Minen, ähnlich denen in holzgefassten Bleistiften. Die Mine, in einer Metallspirale im Gehäuse untergebracht, wird durch einen Stift mit einem Metallstift gehalten. Wenn die Kappe gedreht wird, bewegen sich Stift und Stiftschraube in der Spirale nach unten und schieben die Mine zur Spitze. Das frühe 20. Jahrhundert sah die Entwicklung von Buntstiften, bei denen der Graphitkern durch eine Kombination aus Pigmenten oder Farbstoffen und einem Bindemittel ersetzt wurde. Heute sind Buntstifte in mehr als 70 Farben erhältlich, mit 7 verschiedenen Gelbtönen und 12 Blautönen. Dennoch outsellt der Zedernholz-Graphitbleistift – hergestellt in einem Tempo von 6 Milliarden pro Jahr in 40 verschiedenen Ländern – alle seine Konkurrenten, einschließlich des Kugelschreibers.

Rohstoffe

Der wichtigste Bestandteil eines Bleistifts ist der Graphit, den die meisten Menschen weiterhin Blei nennen. Contés Methode, Graphit mit Ton zu kombinieren, wird noch immer angewendet, und Wachs oder andere Chemikalien werden manchmal hinzugefügt. Praktisch der gesamte heute verwendete Graphit ist ein hergestelltes Gemisch aus natürlichem Graphit und Chemikalien.

Das für die Bleistiftherstellung verwendete Holz muss wiederholtes Spitzen aushalten und leicht schneidbar sein, ohne zu splittern. Die meisten Bleistifte werden aus Zeder (speziell Kalifornische Zeder) gefertigt, seit vielen Jahren das bevorzugte Holz. Zeder hat einen angenehmen Geruch, verzieht sich nicht, behält ihre Form und ist leicht verfügbar. Einige Bleistifte haben Radierer, die mit einer Zwinge (Ferrule) gehalten werden – einem Metallgehäuse, das entweder geklebt oder mit Metallstiften befestigt wird. Die Radierer selbst bestehen aus Bimsstein und Gummi.

Herstellungsprozess

Da der meiste kommerziell verwendete Graphit heute in Fabriken statt in Minen hergestellt wird, können Hersteller seine Dichte leicht kontrollieren. Der Graphit wird je nach Bleistifttyp mit Ton gemischt – je mehr Graphit, desto weicher der Bleistift und desto dunkler seine Linie. Für Buntstifte werden Pigmente dem Ton zugesetzt, und praktisch kein Graphit wird verwendet.

Verarbeitung des Graphits

• 1. Zwei Methoden werden verwendet, um den Graphit in seinen fertigen Zustand zu bringen. Die erste ist ein Extrusionsverfahren, bei dem die Graphit-Wachs-Mischung durch eine Form gepresst wird, um einen spaghettiartigen Strang zu erzeugen, der dann auf präzise Maße geschnitten und in Öfen getrocknet wird. Beim zweiten Verfahren wird die Graphit-Ton-Mischung in eine Maschine namens Billetpresse gegossen. Ein Stöpsel wird auf den Pressenoberteil gesetzt, und ein Metallkolben steigt von unten auf, um die Mischung zu einem harten, festen Zylinder – einem „Billet“ – zu verdichten. Der Billet wird von der Maschinenoberseite entnommen und in eine Extrusionspresse gegeben, die ihn durch eine Form presst und Streifen in der Größe des Bleistiftkerns absägt. Nach dem Zuschneiden auf Größe laufen die Minen über ein Förderband und werden in einer Rinne gesammelt, um auf das Einlegen in das Bleistiftholz zu warten.

Herstellung der Holzummantelung

• 2. Die Zeder trifft meist bereits getrocknet, gebeizt und gewachst in der Fabrik ein, um Verzug zu vermeiden. Stämme werden dann in schmale Streifen, sogenannte „Leisten“, gesägt; diese sind ca. 18,4 cm lang, 0,635 cm dick und 6,98 cm breit. Die Leisten werden in einen Zuführer gelegt und einzeln auf ein Förderband fallen gelassen, das sie mit konstanter Geschwindigkeit weiterbewegt.
• 3. Die Leisten werden dann gehobelt, um eine ebene Fläche zu erhalten. Anschließend passieren sie einen Schneidkopf, der parallele halbkreisförmige Rillen – halb so tief wie der Graphit dick ist – entlang einer Seite jeder Leiste fräst. Entlang des Förderbands werden die Hälfte der Leisten mit einer Leimschicht bestrichen, und der geschnittene Graphit wird in die Rillen dieser Leisten gelegt.
• 4. Die Leisten ohne Leim – und ohne Graphit in den Rillen – werden auf ein anderes Band gelegt, das sie zu einer Maschine transportiert, die sie aufnimmt und umdreht, sodass sie mit den Rillen nach unten auf dem Band liegen. Die beiden Förderbänder treffen dann aufeinander, und jede ungeleimte Leiste wird auf eine Leiste mit Leim und Graphit gelegt, wodurch ein Sandwich entsteht. Nachdem die Sandwiches vom Förderband genommen wurden, werden sie in eine Metallzwinge gelegt und von einer Hydraulikpresse zusammengepresst und so lange geklemmt, bis der Leim getrocknet ist. Wenn die Bleistifte getrocknet sind, werden die Enden beschnitten, um überschüssigen Leim zu entfernen.

Formen der Bleistifte

• 5. Der nächste Schritt ist das Formen, bei dem die Sandwiches tatsächlich zu Bleistiften werden. Die Sandwiches werden auf ein Förderband gelegt und durch zwei Sätze von Schneidern bewegt, einer oberhalb und einer unterhalb des Bandes. Die oberen Schneider schneiden um die obere Hälfte, während die unteren die untere Hälfte schneiden und die fertigen Bleistifte trennen. Die meisten Bleistifte sind sechseckig, um zu verhindern, dass sie von Oberflächen rollen; ein einzelnes Sandwich ergibt sechs bis neun sechseckige Bleistifte.

Endschritte

• 6. Nach dem Schneiden werden die Oberflächen durch Schleifmaschinen geglättet, und Lack wird aufgetragen und getrocknet. Dies geschieht mit Lackiermaschinen, in denen die Bleistifte in ein Lackbad getaucht und dann durch eine Filzscheibe gezogen werden, die überschüssigen Lack entfernt. Nach dem Trocknen werden die Bleistifte den Prozess wieder und wieder durchlaufen, bis die gewünschte Farbe erreicht ist. Schließlich erhalten die Bleistifte einen Endanstrich.
• 7. Die Bleistifte werden erneut auf ein Förderband durch Formmaschinen geschickt, die überschüssigen Lack entfernen, der sich an den Enden angesammelt hat. Dieser Schritt stellt auch sicher, dass alle Bleistifte die gleiche Länge haben.
• 8. Radierer werden dann angebracht, gehalten durch ein rundes Metallgehäuse, die „Zwinge“. Die Zwinge wird zuerst entweder mit Klebstoff oder mit kleinen Metallstiften am Bleistift befestigt, dann wird der Radierer eingesetzt und die Zwinge um ihn herum geklemmt. Im letzten Schritt drückt ein beheizter Stahldorn das Firmenlogo auf jeden Bleistift.

Buntstifte

Buntstifte werden im Wesentlichen gleich wie Schwarzschreibbleistifte hergestellt, außer dass ihre Minen Farbstoffe wie Farbpigmente statt Graphit enthalten. Zunächst werden Ton und Gummi als Bindemittel zum Pigment hinzugefügt, dann wird die Mischung in Wachs getränkt, um den Stiften Geschmeidigkeit zu verleihen. Nachdem die Stifte geformt sind, werden die Außenseiten entsprechend der Farbe der Kernmischung lackiert.

Qualitätskontrolle

Da sie während des Herstellungsprozesses über ein Förderband laufen, werden Bleistifte gründlich geprüft, bevor sie an die Öffentlichkeit gelangen. Arbeiter sind geschult, fehlerhafte Bleistifte auszusortieren, und eine Auswahl wird am Ende des Prozesses angespitzt und getestet. Ein häufiges Problem ist, dass der Leim der Sandwiches manchmal nicht haftet, aber dieser Mangel wird meist erkannt, wenn die Sandwiches geschnitten werden.