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Dokumentenidentifikation DE19516474C2 21.01.1999
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von magnetischen Aufzeichnungsmedien
Anmelder EMTEC Magnetics GmbH, 67059 Ludwigshafen, DE
Erfinder Streif, Gerhard, 77799 Ortenberg, DE;
Gergely, Istvan, Dr., 77746 Schutterwald, DE
DE-Anmeldedatum 05.05.1995
DE-Aktenzeichen 19516474
Offenlegungstag 14.11.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.01.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.01.1999
IPC-Hauptklasse G11B 5/845

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Aufzeichnungsmediums mit einem unmagnetischen Schichtträger und einer darauf aufgebrachten entorientierten Magnetschicht, wobei eine magnetische Dispersion, welche magnetisch anisotrope Pigmente enthält, im flüssigen Zustand auf den Schichtträger beschichtet wird, und danach die noch flüssige Dispersionsschicht einer Orientierungsbehandlung mittels eines magnetischen Feldes ausgesetzt wird, getrocknet wird und anschließend verfestigt wird, das damit hergestellte Aufzeichnungsmedium gemäß Patentanspruch 14 und eine Magnetanordnung gemäß Patentanspruch 8 zu dessen Durchführung.

Bei den heute üblichen partikulären magnetischen Aufzeichnungsmedien zur Aufzeichnung von Video-, Audio- und Datensignalen werden formanisotrope, zumeist nadelförmige, ferromagnetische Pigmentteilchen eingesetzt, die in einer Bindemittelmatrix eingebettet sind. Die Formanisotropie, das heißt das Länge-zu-Dicke-Verhältnis der Teilchen, bewirkt eine ausgeprägte magnetische Anisotropie in dem Sinne, daß die magnetisch leichte Achse der Teilchen parallel zur Längsrichtung orientiert ist. Beim Beschichten einer kontinuierlichen Warenbahn entsteht in der flüssigen Magnetdispersion zwischen Auftragselement und dem bewegten Schichtträger eine abstandsabhängige Scherkraft mit der Auswirkung, daß die nadelförmigen Pigmentteilchen zumindest teilweise in die Beschichtungsrichtung gedreht werden (siehe zum Beispiel M. Pahl in: "Praktische Rheologie der Kunststoffschmelzen und Lösungen", VDI-Verlag, Düsseldorf, 1983, S. 38-39). Im folgenden Trocknungsvorgang wird diese Vorzugsrichtung "eingefroren" durch die Fixierung der Orientierung der Teilchen-Längsachse und somit gleichwohl ihrer magnetisch leichten Achse.

Bei einigen Anwendungen, zum Beispiel bei scheibenförmigen magnetischen Aufzeichnungsmedien mit flexiblem Schichtträger, ist diese magnetische Längsorientierung unerwünscht, weil diese mit einem Magnetkopf ringförmig und konzentrisch beschrieben und gelesen werden und somit das Lesesignal periodisch moduliert wird. Es hat nicht an Bemühungen gefehlt, dieses Problem durch eine Entorientierungsbehandlung der flüssigen Magnetdispersion zu beseitigen.

Ein Verfahren der genannten gattungsmäßigen Art sowie eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung sind aus der Patentschrift EP-B 0 121 093 bekannt. Gemäß EP-B 0 121 093 wird die magnetische Orientierungsbehandlung so durchgeführt, daß der geradlinig bewegte Schichtträger mit der flüssigen Magnetschicht durch mehrere in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnete zeitlich unveränderliche Magnetfelder mit jeweils alternierender Polarität geführt wird, die durch Gruppen von Permanentmagneten erzeugt werden. Die Richtung der Magnetfelder steht im wesentlichen senkrecht zur Magnetschichtebene und der Betrag der Magnetfelder nimmt in Bewegungsrichtung stufenweise ab.

Dieser Behandlungsstrecke ist eine Vorbehandlungsstrecke zur Magnetisierung der flüssigen Magnetschicht vorgeschaltet, die in einer vorteilhaften Ausführungsform aus einem bekannten Ringspalt-Magnetkopf besteht, der die Rückseite des Schichtträgers berührt. Aus der DE-A-35 23 396 ist eine keilförmige Anordnung mit alternierenden Magnetpolen bekannt, in der der Magnetschichtträger unsymmetrisch geführt wird. Bei der Herstellung von räumlich oder flächenhaft isotropen Magnetschichten nach den EP-B-0 121 093 und DE-A-35 23 396 treten folgende Nachteile auf:

Die Senkrechtorientierung der magnetisch anisotropen Pigmentteilchen mit Magnetfeldern wechselnder Polarität setzt zum Teil erheblich große Magnetfelder voraus, die betragsmäßig weit größer sind als die Koerzitivfeldstärke der Pigmentteilchen. Damit nämlich die in einer magnetischen Behandlungszone durch das magnetische Feld bereits erreichte teilweise Orientierung der Magnetteilchen in der jeweils nachfolgenden Behandlungszone durch das dort antiparallel zum vorherigen gerichtete Feld weiter verstärkt wird, ist gleichzeitig mit der Richtungsänderung des Magnetfeldes auch eine Ummagnetisierung der Teilchen erforderlich. Dies wird bekanntlich nur mit hohen Magnetfeldern erreicht, deren Betrag mindestens gleich ist dem 1,5- bis 2-fachen der Koerzitivfeldstärke HC der Magnetteilchen. Bei modernen partikulären Aufzeichnungsmedien beträgt die HC meist 25 bis 65 kA/m, bei einigen Produkten jedoch auch mehr als 100 kA/m. Dies bedingt neben der Verwendung von teuren Sonderlegierungen als Magnetwerkstoffe, zum Beispiel SmCo, auch für die Praxis sehr geringe Polabstände zum Schichtträger von kleiner als 1 mm. In der Vorbehandlungsstrecke wird die Oberfläche des Schichtträgers durch den Magnetkopf sogar berührt. Es ist aber bekannt, daß jeder Kontakt des bewegten Schichtträgers mit feststehenden Einbauten in der Gießmaschine unweigerlich zu Abrieb führt, der die Fehlerzahl des Aufzeichnungsmediums stark erhöht. Auch an die Präzision der Magnetpolfertigung und geometrischen Anordnung der Magnetgruppen sind außerordentlich hohe Anforderungen gestellt, denn es gilt, die beiden Magnetgruppen oberhalb und unterhalb der Ebene des Schichtträgers exakt spiegelsymmetrisch auszuführen, was im Falle der DE-A-35 23 396 absichtlich nicht ausgeführt ist. Zur Entorientierung einer Magnetschicht sind derartige Magnetanordnungen daher nicht geeignet.

Auch die DE-A 40 32 129 befaßt sich mit dem Problem der Herstellung von isotropen, das heißt statistisch orientierten Aufzeichnungsmedien, beispielsweise flexiblen Magnetscheiben mit ringförmigen, konzentrisch angeordneten Informationsspuren. Diese Datenprodukte müssen im Endzustand magnetisch vollständig isotrop sein, damit die Lesespannungssignale von jeglicher orientierungsabhängigen Modulation frei sind. Die Vorrichtung nach der Lehre der DE-A 40 32 129 besteht im wesentlichen aus einer über die gesamte Beschichtungsbreite ausgedehnten drehbar angeordneten Trommel, deren Drehachse rechtwinklig zur Beschichtungsrichtung angeordnet ist und die auf der Mantelfläche möglichst vollständig mit Magnetelementen alternierender Polarität bestückt ist, so daß die lokalen Magnetfelder senkrecht aus der Mantelfläche austreten. Dieser Lehre zufolge kann durch Optimieren der regelbaren Verfahrensparameter - Abstand der Mantelfläche zur Magnetschicht, Drehzahl der Trommel - selbst die geringe, durch den Beschichtungsvorgang bedingte, Orientierung der magnetisch anisotropen Teilchen in der flüssigen Phase der Magnetschicht weitgehend beseitigt werden.

Die grundlegende Verfahrensidee der DE-A 40 32 129 unterscheidet sich somit von der eingangs diskutierten europäischen Patentschrift dadurch, daß die Zufallsorientierung der magnetisch anisotropen Teilchen bewirkt wird durch eine Verwirbelung der Teilchen mittels einer Überlagerung von sehr vielen zeitlich veränderlichen Magnetfeldern, deren Betrag und Richtung sich im Laufe des Durchgangs durch die Behandlungszone in schneller Folge ändern. Aber auch in dieser technischen Lehre ist die Verwendung von besonderen Magneten mit möglichst großem Energieprodukt wesentlich, weil bei einem Abstand des Schichtträgers von der Trommel, der für die Praxis akzeptabel ist, die magnetische Wirkung der auf einer Seite des Schichtträgers angebrachten Trommel ansonsten zu gering ist. In ihrer Vielzahl stellen diese Magnete einen erheblichen Kostenfaktor sowie auch Fertigungsaufwand dar. Außerdem ist die Drehzahl der rotierenden Trommel nicht a priori bekannt und muß durch Versuche für die jeweiligen Magnetschichten optimiert werden. Auch mit der optimalen Ausführung der Erfindung wird keine vollständige Isotropie nach der Behandlung erreicht, es verbleibt immer noch eine Restmodulation des Lesesignals bis zu 3% der spurgemittelten Lesespannungsamplitude.

Weitere Veröffentlichungen, bei denen mehrere, zum Teil sehr viele Magnetfelder auf die magnetisch anisotropen Pigmente einwirken, beschreiben die JP-A 63-052 329, 01-169 726, 01-169 728, 60-125 931, 59-229 746, 01-169 725. Diese bewirken eine Entorientierung der magnetischen Pigmente nach denselben Prinzipien wie die bereits diskutierten EP-B-0 121 093, DE-A-35 23 396 oder die DE-A-40 32 129.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine möglichst einfache Vorrichtung zur Herstellung von magnetischen Aufzeichnungsträgern bereitzustellen, welche die Herstellung von isotropen magnetischen Schichten ermöglichen, die magnetisch anisotrope Pigmente enthalten. Dabei sollte das Verfahren berührungsfrei arbeiten, das heißt alle Teile der Vorrichtung sollten in ausreichendem Abstand vom Schichtträger und von der darauf aufgebrachten flüssigen Magnetschicht angeordnet sein. Des weiteren sollten Verfahren und Vorrichtung bereits mit kleinen Magnetfeldern gute Ergebnisse liefern.

Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann durch ein Verfahren, bei welchem der Schichtträger mit der nach dem Auftrag noch flüssigen Magnetschicht einer Orientierungsbehandlung mittels eines magnetischen Feldes ausgesetzt wird, wobei die Orientierungsbehandlung in folgenden, nacheinander angeordneten, Behandlungszonen erfolgt:

  • a) eine Richtzone, welche ein unipolares, zeitlich konstantes Magnetfeld enthält, dessen Richtung senkrecht zur Ebene des Schichtträgers orientiert ist
  • b) eine Übergangszone im Anschluß an die Richtzone a), in welcher das Magnetfeld der Richtzone a) fortgesetzt wird und in der Bewegungsrichtung bis auf hächstens 10% der Feldstärke in der Richtzone a) abnimmt, und
  • c) eine feldfreie Entrichtzone im Anschluß an die Übergangszone b), deren Länge so bemessen ist, daß sich die magnetisch anisotropen Pigmente in der flüssigen Dispersionsschicht spontan entorientieren.

Zur Erfindung gehört auch eine Magnetanordnung zur Magnetfeldbehandlung eines magnetischen Aufzeichnungsmediums aus:

  • - Magneten (7, 7'), die spiegelsymmetrisch beiderseits einer Symmetrieebene angeordnet sind, die mit der Ebene der Dispersionsschicht (4) übereinstimmt, wobei
  • - sich jeweils ungleichnamige Magnetpole gegenüberstehen
  • - mit gleichnamigen benachbarten Magnetpolen in jeder Raumhälfte beiderseits der Symmetrieebene, so daß
  • - die Magnetisierungsvektoren (9, 9') gleichgerichtet sind, und wobei
  • - der Abstand der Polflächen von der Symmetrieebene im Einlaufteil (a) der Anordnung konstant ist und
  • - im Auslaufteil (b) sich gleichmäßig vergrößert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung, der Figuren und der Beispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Magnetanordnung mit den felderzeugenden Magneten (7, 7').

Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführung der Magnetanordnung, wobei felderzeugende Magnete (7, T) und feldformende Teile (8, 8', 10, 10') angebracht sind.

Fig. 3a und 3b zeigen typische Umfangsverteilungen von Lesespannungsamplituden UL (3a) und UL' (3b) eines Magnetkopfes, gemessen mit eingespannten und rotierenden scheibenförmigen magnetischen Aufzeichnungsmedien, im Fall der Fig. 3b) ein erfindungsgemäßes und im Falle der Fig. 3a) ein nicht erfindungsgemäßes scheibenförmiges Aufzeichnungsmedium.

Die erfindungsgemäße Magnetanordnung besteht aus zwei Hälften, die jeweils untereinander gleichorientierte Magnete enthalten. Die Magnete der beiden Hälften stehen sich bezüglich einer Symmetrieebene (4) mit ungleichnamigen Magnetpolen gegenüber. Der Abstand der gegenüberstehenden Polflächen ist in einem Einlaufteil a) konstant und steigt in einem Auslaufteil b) an.

Im Einlaufteil a) ist der Abstand der Polflächen von der Symmetrieebene einstellbar und sollte mindestens ca. 2 mm betragen, damit im erfindungsgemäßen Einsatz der Magnetanordnung eine Berührung des Schichtträgers und der Dispersionsschicht vermieden werden. Andererseits sollte der Abstand zur Ebene (4) im Hinblick auf die Wirksamkeit der Anordnung höchstens so groß sein, daß der Betrag des Magnetfeldes in der Symmetrieebene mindestens 20 kA/m beträgt. In jeder Hälfte können mehrere Magnetelemente in x- Richtung hintereinander angeordnet sein, wobei die Abstände der einzelnen Magnetelemente untereinander so bemessen sind, daß im Einlaufteil a) an jeder Stelle in der Symmetrieebene (4) der Betrag des Magnetfeldes größer ist als 20 kA/m.

Im Auslaufteil b) sind die Abstände der Polflächen von der Symmetrieebene (4) sowie die Abstände der benachbarten Magnete in x-Richtung so gewählt, daß der Betrag des Magnetfeldes in der Symmetrieebene abnimmt und daß der Gradient des Magnetfeldes in der Symmetrieebene in x-Richtung stets kleiner ist als 1600 kA/m2, vorzugsweise kleiner ist als 600 kA/m2. Am Auslaufende des Teils b) der Anordnung ist der Abstand der Polflächen von der Symmetrieebene (4) so bemessen, daß der Betrag des Magnetfeldes in der Ebene (4) zwischen den endständigen Magnetpolen maximal 10% des Feldes im Einlaufteil a) in der Symmetrieebene beträgt.

Die einzelnen Magnetelemente (7, 7,) in beiden Hälften der Anordnung bestehen in einer zweckmäßigen Ausführung aus quaderförmigen Permanentmagneten aus ferritischem Material mit einer Induktionsflußdichte von mindestens 250 mT. Die Abmessungen der Ferritquader (7, 7') betragen im praktischen Beispiel 130 mm × 50 mm × 18 mm, die Magnetisierungsvektoren (9, 9') stehen senkrecht zur rechteckförmigen Grundfläche 130 mm × 50 mm. Quer zur Symmetrieebene (4), das heißt in y-Richtung, sind so viele Ferritquader lückenlos nebeneinander angebracht, daß die Gesamtlänge jeder Ferritzeile in y-Richtung mindestens gleich groß ist wie die Breite des zu behandelnden Schichtträgers.

Auch andere Ausführungsformen der Magnetelemente (7, 7') sind im Rahmen der Erfindung geeignet, beispielsweise gleichstromdurchflossene Elektromagnete mit oder ohne Eisenkern, oder Permanentmagnete aus Legierungen von Elementen aus der Gruppe Eisen, Kobalt, Nickel, Aluminium, Silizium oder Seltenen Erden, insbesondere Samarium, Neodymium.

Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Magnetanordnung mit den felderzeugenden Magneten (7, 7') im Einlaufteil a) und weichmagnetischen Metallblechen (8, 8', 10, 10') im Einlaufteil a) und Auslaufteil b). Die Magnete (7, 7') bestehen im konkreten Fall aus Ferritquadern der beschriebenen Art. Die weichmagnetischen Metallbleche sind symmetrisch bezüglich der Ebene (4) so angebracht, daß die Unterbleche (8, 8') und die Oberbleche (10, 10') jeweils die Polflächen der Magnete berühren. Die Bleche sind zur Aufnahme der Magnete in voller Breite, das heißt in y-Richtung, vorteilhafterweise ca. 1 mm nutförmig eingefräst. Ober- und Unterbleche bestehen aus weichmagnetischem Stahl mit hoher relativer Permeabilität größer als 10, vorzugsweise größer als 100. Sie können aber erfindungsgemäß auch aus anderen hochpermeablen, weichmagnetischen Fe-Legierungen bestehen, beispielsweise aus Fe-Si, Fe-Ni, Fe-Ni-Co.

Die Unterbleche (8, 8') sind der Symmetrieebene (4) benachbart und haben von dieser einen Abstand von 2 bis 8 mm, vorzugsweise 5 mm. Die Obergrenze von 8 mm entspricht dabei der Grenze der erfindungsgemäßen Wirksamkeit zur Entorientierung der in den Beispielen ausgeführten Dispersionsschichten. Beiderseits der Ebene (4) sind die Unterbleche (8, 8') unter einem Winkel α zur Bewegungsrichtung x abgewinkelt, so daß sie sich im gesamten Bereich der Übergangszone b) mit konstantem Öffnungswinkel α in Bewegungsrichtung x aufweiten. Die hohe relative Permeabilität der weichmagnetischen Bleche (8, 8') bewirkt dabei, daß die Magnetfeldlinien im gesamten felderfüllten Bereich senkrecht auf der Oberfläche dieser Bleche enden. Gleichzeitig gewährleistet die weichmagnetische Eigenschaft der Metallbleche (8, 8'), daß das Magnetfeld zwischen den zwei Anordnungshälften von den Fertigungstoleranzen der Magnete, insbesondere ihrer individuellen Induktionsflußdichte, unabhängig ist und daß das Magnetfeld im Einlaufteil a) homogen ist. Ferner schirmen die Unterbleche (8, 8') auch das Innere der Übergangszone b) von schädlichen magnetischen Streufeldern ab, die zum Beispiel von der abgewandten Rückseite der Magnete herrühren. Entsprechend der obigen Erläuterungen zu Fig. 1 wurden die geometrischen Abmessungen der Unterbleche in der konkreten Ausführung folgendermaßen gewählt: Blechdicke in z-Richtung 3 mm, Breite in y-Richtung 700 mm und Länge in x- Richtung in der Richtzone a) 90 mm, in der Übergangszone b) längs des abgewinkelten Teilstücks 100 mm, Öffnungswinkel α zur x-Richtung war 20°. Der Abstand der Unterbleche (8, 8') von der Symmetrieebene in der Einlaufzone war 5 mm.

Die Oberbleche (10, 10') dienen zur Reduzierung des der Symmetrieebene (4) abgewandten Streufeldes der Magnete (7, 7'). Die genauen Abmessungen der Oberbleche sind nicht erfindungswesentlich. Es ist aber für ihre Wirksamkeit vorteilhaft, ihre Länge in x- und y-Richtung so zu bemessen, daß die abgewandten Polflächen aller Magnete (7, 7') mindestens bedeckt sind.

In der geschilderten konkreten Ausführung der Magnetanordnung wurde das Magnetfeld mittels einer handelsüblichen Hall-Meßsonde gemessen. Die Messung erfolgte dabei nur in der Symmetrieebene (4), die beim Einsatz der Magnetanordnung zur Entorientierung von flüssigen Dispersionsschichten mit der Schichtebene übereinstimmt.

Die vertikale Magnetfeldkomponente HZ in z-Richtung der Anordnung war im Einlaufteil a) konstant und betrug 30 kA/m mit stetiger Abnahme des Meßwerts im Auslaufteil b). In diesem Bereich betrug der Gradient dHz/dx von Hz in x-Richtung und in der Symmetrieebene (4) ca. 0 bis maximal 600 kA/m2. Am Auslaufende des Teils b) war Hz = 3 kA/m, das heißt 1/10 des Meßwerts im Teil a). Die gemessenen Horizontalkomponenten Hx, Hy, waren im gesamten Magnetfeldbereich vernachlässigbar gering und betrugen ebenfalls höchstens 3 kA/m.

Eine vergleichende Messung mit dem ausnahmsweise eingestellten maximalen Abstandswert von 8 mm beiderseits der Schichtträgerebene zu den Unterblechen (8, 8') ergab für Hz im Einlaufteil a) den Meßwert 20 kA/m. Dieser Wert liefert die eigentlich erforderliche Grenze für die Wirksamkeit der Entorientierung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung, unabhängig von den speziellen magnetischen Eigenschaften der verwendeten Magnete und weichmagnetischen Bleche.

Vor dem Einlaufteil a) ergibt die Messung des Hz-Feldes in der Symmetrieebene zunächst eine gegenüber dem Hz Wert im Einlaufteil a) entgegengesetzte Polarität. Dies ist bedingt durch das Streufeld, welches von den der Symmetrieebene abgewandten Polflächen der Magnete bzw. den Oberblechen (10, 10') herrührt. Bei Annäherung an den Einlaufteil a) erfolgt Polaritätsumkehr und es steigt der Wert von Hz steil an, der Gradient von Hz in x- Richtung beträgt dabei 1600 kA/m2, bis schließlich der konstante Wert des Magnetfeldes Hz im Einlaufteil a) von 30 kA/m erreicht ist.

Der erfindungsgemäße Einsatz der Magnetanordnung erfolgt auf folgende Weise:

Der Schichtträger wird unmittelbar nach dem Beschichten mit der noch flüssigen magnetischen Dispersionsschicht mittig, das heißt entlang der Symmetrieebene (4), durch die Magnetanordnung senkrecht zu dem Magnetfeld geführt. Dabei ist es wesentlich, daß zuerst der Einlaufteil a) der Anordnung durchquert wird. Dieser entspricht der Richtzone a), in welcher die Magnetpigmente durch Einwirkung des größten Feldes in der Anordnung zunächst senkrecht zur Schichtebene (4) gestellt werden. Anschließend wird der Schichtträger durch den Auslaufteil b) geführt, welcher der Übergangszone b) entspricht. In dieser nimmt der senkrecht-orientierende Magnetfeldeinfluß so langsam ab, daß die Magnetpigmente ihre Orientierung zunächst beibehalten und am Auslaufende mit der anschließenden feldfreien Entrichtzone c) aufgrund ihrer gegenseitigen magnetischen Abstoßungskräfte sich spontan entorientieren.

In den erfindungsgemäßen Beispielen 1 bis 3 zeigte sich stets die große Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens in der konkreten, beschriebenen Magnetanordnung. Durch die Spiegelsymmetrie der Magnethälften waren dabei keine besonderen Anforderungen an die Führungsgenauigkeit des Schichtträgers gestellt, die Führungstoleranz senkrecht zur Schichtebene betrug Δ z = ± 0,5 mm.

Ein ganz besonderer Vorteil besteht darin, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in den Beispielen auch Magnetschichten mit Koerzitivfeldstärke Hc bis zu 56 kA/m wirksam entorientiert wurden bei einem Maximalwert des Magnetfeldes in der Richtzone a) von nur 30 kA/m. Somit können bereits mit einem Magnetfeld, welches kleiner ist als die Hc der magnetischen Pigmente, flüssige Dispersionsschichten wirksam entorientiert werden. Diese Eigenschaft gestattet eine wirksame Entorientierung auch von hochkoerzitiven, pigmentierten Magnetschichten, welche zum Beispiel auch Metallpigment mit Hc größer als 100 kA/m enthalten, mit der erfindungsgemäßen Anordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Vergleichsweise wurde in einem Vorversuch auch die Bewegungsrichtung des Schichtträgers mit der flüssigen Dispersionsschicht durch die Magnetanordnung geändert, so daß zuerst der Auslaufteil b) durchquert wurde. In diesem Fall ist die Richtzone a) gegeben durch Auslauf- und Einlaufteil und die Übergangszone b) entspricht dem Feldgebiet mit steilem Feldgradient in x-Richtung von 1600 kA/m2 und Umkehr der Feldpolarität. Es wurde keine Entorientierungswirkung der Anordnung festgestellt. Somit liefert dieser Vorversuch jedenfalls eine obere Grenze für den Feldgradienten in x-Richtung in der Übergangszone b).

Mit der geschilderten Vorrichtung können die bekannten magnetischen Aufzeichnungsmedien auf einfache Weise entorientiert werden, vorausgesetzt, daß die Magnetschicht nach dem Verlassen der Übergangszone b) noch flüssig genug ist, um eine spontane Entorientierung der magnetisch anisotropen Pigmente in der Entrichtzone c) zu ermöglichen. Im feldfreien Raum erfahren die zuvor in z-Richtung orientierten und gleichsinnig polarisierten Pigmentteilchen Drehmomente, welche nur bei niedrigem Fließwiderstand der Lacklösung, das heißt geringer Viskosität und Fließgrenze, wirksam werden. Somit ist die genaue Länge der Entrichtzone c) für die vorliegende Erfindung nicht relevant. Dagegen ist es erforderlich, den Abstand des Auslaufendes der Übergangszone b) von der Beschichtungsstation zu optimieren. Dabei sollte dieser Abstand möglichst klein sein, das heißt daß die gesamte Vorrichtung möglichst nahe an der Beschichtungsstation angebracht sein soll, damit der Trocknungsprozeß erst möglichst spät nach Passieren des Auslaufendes der Übergangszone b) beginnt. In den nachfolgenden Beispielen war der Abstand des Einlaufpunktes der Richtzone a) ca. 1,5 m vom Beschichtungspunkt in x-Richtung entfernt bei einer Transportgeschwindigkeit des Schichtträgers in x-Richtung von 90 m/min.

Die magnetischen Aufzeichnungsmedien, welche erfindungsgemäß mit der beschriebenen Magnetanordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, bestehen aus einem unmagnetischen Schichtträger mit mindestens einer darauf aufgebrachten Magnetschicht, welche im fertigen Zustand magnetisch anisotrope ferromagnetische Pigmentteilchen eingebunden in einer Lackschicht aus an sich bekannten Bindemitteln und weiteren Hilfsstoffen enthält. Als Schichtträger können beispielsweise alle üblicherweise eingesetzten polymeren Folien verwendet werden. Sie können sowohl unbeschichtet sein als auch eine oder mehrere Schichten tragen, die ihrerseits auch magnetische Pigmente enthalten können. Die polymeren Folien bestehen vorzugsweise aus Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polypropylensulfid. Die Foliendicke liegt üblicherweise zwischen 4 µm und 100 µm, vorzugsweise zwischen 9 µm und 75 µm.

Als magnetisch anisotrope, ferromagnetische Pigmentteilchen kommen vorzugsweise in Betracht: Feinteiliges stäbchenförmiges Gamma-Eisen(III)oxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,1 bis 2 µm und insbesondere von 0,1 bis 0,9 µm oder stäbchenförmigem Chromdioxid der gleichen Teilchenstruktur, wie beim Eisenoxid angegeben. Weitere geeignete Materialien sind Gamma-Eisen(III)oxid mit Dotierungen von Schwermetallen, insbesondere von Kobalt sowie feinteilige Metallegierungen enthaltend Eisen, Kobalt und/oder Nickel. Besonders geeignet ist feinteiliges Chromdioxid. Ebenfalls geeignet sind Pigmentmischungen. Bei diesen Teilchen wird die magnetische Anisotropie vorwiegend bestimmt durch die stäbchenförmige Gestalt. Das Verhältnis von Länge zu Dicke der Stäbchen beträgt größer als 2, zumeist zwischen 4 und 10. Die durchschnittliche Stäbchenlänge ist üblicherweise 0,1 bis 0,4 µm.

Die die magnetisierbare Schicht bildenden Bindemittel enthalten nicht weniger als 40 Gew.-% Polyurethane. Hierfür kommen beispielsweise lösungsmittelhaltige Polyurethanelastomere infrage, wie sie zum Beispiel in der DE-B 11 06 959 oder in der DE-B 28 53 694 beschrieben sind. Weitere geeignete Polyurethane sind in den DE-A 32 26 995, 32 27 163 und 32 27 164 offenbart. Die Polyurethane können dabei als alleinige Bindemittel oder in Abmischungen mit anderen Polymeren (wie zum Beispiel Polyvinylformale, Phenoxyharze, PVC-Copolymerisate) verwendet werden. Von der zweiten Bindemittelkomponente werden vorzugsweise 10 bis 40% zugesetzt. Bei diesen Bindemitteln ist es von besonderem Vorteil, daß ganz oder teilweise auf zusätzliche Dispergiermittel verzichtet werden kann.

Eine gegebenenfalls, je nach Bindemittelsystem und Bandeigenschaftsprofil, erforderliche Vernetzung der magnetischen Aufzeichnungsträger ist die Umsetzung der Polyurethane oder Polyurethanbindemittelgemische mit Polyisocyanaten. Für die Vernetzung kann eine Vielzahl organischer Di-, Tri- oder Polyisocyanate oder Isocyanatprepolymere bis zu einem Molgewicht von 10000, vorzugsweise zwischen 500 und 3000, verwendet werden. Bevorzugt sind Polyisocyanate, die mehr als 2 NCO-Gruppen pro Molekül tragen. Als besonders geeignet haben sich Polyisocyanate auf Basis von Toluylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat oder Isophorondiisocyanat, die durch Polyaddition an Di- oder Triole oder durch Biuret- und Isocyanuratbildung entstehen, erwiesen. Besonders günstig ist ein Additionsprodukt von Toluylendiisocyanat an Trimethylolpropan und Diethylenglykol. Die eingesetzte Menge an Polyisocyanat ist dabei dem jeweiligen Bindemittelsystem anzupassen.

Als Lösungsmittel werden je nach eingesetztem Bindemittel Wasser, cyclische Ether, wie Tetrahydrofuran und Dioxan und cyclische Ketone, wie Cyclohexanon, verwendet. Die Polyurethane sind auch in anderen stark polaren Lösungsmitteln, wie Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon, Dimethylsulfoxid oder Ethylglykolacetat löslich. Ebenso ist es möglich, die genannten Lösungsmittel mit Aromaten, wie Toluol oder Xylol und Estern, wie Ethyl- oder Butylacetat, zu mischen.

Den Dispersionen aus magnetischem Material und Bindemittel werden im allgemeinen weitere Zusatzstoffe zur Verbesserung der Magnetschicht zugesetzt. Beispiele solcher Zusätze sind Fettsäuren, Polycarbonsäuren, Mono-, Di- oder Polysulfonsäuren beziehungsweise Polyphosphorsäuren, deren Gemische, Ester oder Salze mit Metallen der ersten bis vierten Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente, Lecithine, Fluorcarbone, außerdem Füllstoffe, wie Ruß, Graphit, Quarzmehl und/oder nicht magnetisierbares Pulver auf Silicatbasis oder Eisenoxidbasis. Üblicherweise liegen solche Zusätze insgesamt unter 10 Gew.-%, bezogen auf die feste Magnetschicht.

Die Herstellung der Magnetdispersionen erfolgt in bekannter Weise. Hierzu wird das magnetische Material mit dem verwendeten Bindemittel und ausreichend Lösungsmittel in einer Dispergiermaschine, zum Beispiel einer Topfkugelmühle oder einer Rührwerkskugelmühle, unter Zusatz gegebenenfalls der weiteren Zusatzstoffe dispergiert. Zur Einstellung des zweckmäßigen Bindemittel-Pigment-Verhältnisses können diese Zusatzstoffe der Mischung entweder in festem Zustand oder in Form von Lösungen beziehungsweise Dispersionen mit 10 bis 60 Gewichtsteilen bezogen auf 100 Teile der Zugabeflüssigkeit zugegeben werden. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Dispergierung solange fortzuführen, bis eine extrem feine Verteilung des magnetischen Materials erreicht ist, was 1 bis 5 Tage erfordern kann. Durch anschließendes wiederholtes Filtrieren erhält man eine völlig homogene Magnetdispersion. Gegebenenfalls erforderliche Vernetzungsmittel werden vor der Beschichtung zur Dispersion gegeben.

Die Magnetdispersion wird mit Hilfe üblicher Beschichtungsmaschinen, zum Beispiel mittels eines Linealgießers, oder durch Walzenauftragswerke auf den Schichtträger aufgetragen. Bevor die noch flüssige Beschichtungsmischung auf dem Träger getrocknet wird, was zweckmäßigerweise bei Temperaturen von 50 bis 100°C während 0,2 bis 5 Minuten geschieht, werden die anisotropen Magnetteilchen durch die Einwirkung eines Magnetfeldes mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung entorientiert. Anschließend kann die Magnetschicht auf üblichen Maschinen durch Hindurchführen zwischen geheizten und polierten Walzen, gegebenenfalls bei Anwendung von Druck und Temperaturen von 20 bis 100°C, vorzugsweise 40 bis 80°C, geglättet und verdichtet werden. Die Dicke der Magnetschicht beträgt im allgemeinen 0,2 bis 20 µm, vorzugsweise 0,7 bis 10 µm.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorteilhaft bei allen geschilderten Magnetmedien zur Entorientierung eingesetzt werden kann, beziehen sich die nachfolgenden Beispiele und Vergleichsversuche auf die Herstellung von scheibenförmigen magnetischen Aufzeichnungsmedien. Mit diesen Produkten kann nämlich bekannterweise die flächenhafte Isotropie der Magnetschicht, das heißt der Entorientierungsgrad, besonders empfindlich gemessen werden, zum Beispiel mit einem Certifier des Typs ML 5000 Desk Top Disk Evaluator der Firma Medialogic Inc., Plaineville, Mass., USA. Hierzu wird die Umfangsverteilung der Lesespannungsamplitude UL auf einem festen Radius und bei der bevorzugten 2F-Schreibfrequenz 250 kHz eines zuvor geschriebenen Rechtecksignals mit einem Magnetkopf gelesen. Bei der geringsten vorhandenen magnetischen Vorzugsrichtung erhält man bekanntlich als Einhüllende der Umfangsverteilung UL als NF-Signal eine charakteristische sinusförmige Doppelwelle, wie in Fig. 3a gezeigt. Demgegenüber zeigt eine völlig isotrope, entorientierte Magnetschicht keinen Doppelwellen-Anteil in der Einhüllenden der Umfangsverteilung der Lesespannungsamplitude UL', siehe Fig. 3b. In der Theorie sollte die bekannte Beziehung zwischen dem Modulationshub (ULmax - ULmin )/(ULmax + ULmin) und dem Richtfaktor Mx/My gelten, sofern der Richtfaktor klein und nahe bei 1 ist:





(Diese Beziehung gilt auch für UL')

Dabei sind Mx und My die remanenten Magnetisierungen einer geeigneten Bandprobe nach magnetischer Feldeinwirkung in den Richtungen x und y in der Schichtebene.

Damit ist gezeigt, daß der Modulationshub des Sinus-Doppelwellenanteils von UL beziehungsweise UL' ein empfindlicheres und genaueres Maß für die Entorientierung der Magnetschicht darstellt als der üblicherweise gemessene Richtfaktor.

Die quantitative Analyse und der Vergleich der Lesespannungsverteilungen UL beziehungsweise UL' nach Fig. 3a und 3b ergab außerdem bei allen gemessenen Beispielen folgende überraschende, gleichwohl aber sehr willkommene, Nebenwirkungen.

Der Mittelwert von UL' über einen vollen Umfang der Aufzeichnungsspur war im erfindungsgemäß entorientierten Fall Fig. 3b gleich dem Mittelwert von UL im nicht entorientierten Fall Fig. 3a des jeweiligen Vergleichsbeispiels.

Das Modulationsrauschen der Lesespannung UL, das heißt die geringen statistischen HF- Signal-Schwankungen der Lesespannungsamplitude auf einer Aufzeichnungsspur, war im erfindungsgemäß entorientierten Fall Fig. 3b gegenüber dem Fall 3a deutlich, das heißt bis -0,5 dB, reduziert (in der Zeichnung nicht dargestellt).

Beide günstigen Nebenwirkungen der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind keineswegs selbstverständlich, wenn man bedenkt, daß der spontanen Entorientierung der magnetisch anisotropen Pigmente in der Zone c) eine Senkrechtorientierung zur Magnetschichtebene in den Zonen a) und b) vorausgeht. Daher war vom Fachmann eigentlich eine Rauhigkeitserhöhung der Magnetschicht vorausgesehen worden mit den bekannten ungünstigen Folgen für den Lesespannungspegel und das Modulationsrauschen.

Die nachfolgenden Beispiele sowie die Vergleichsversuche zeigen die Wirksamkeit der Erfindung, angewandt auf die ausgewählten Magnetmedien.

Beispiel 1

Eine 75 µm dicke Polyethylenterephthalat-Folie wurde in 2 Durchläufen durch eine Beschichtungsmaschine beidseitig mit je einer Magnetschicht, mit der Trockenschichtdicke 2,2 -µm beschichtet. Die Magnetschichten wurden mit einem Linealgießer in flüssiger Form beschichtet, erfindungsgemäß entorientiert, getrocknet und auf übliche Weise kalandriert. Aus der fertigen, aufgewickelten Beschichtungsbahn wurden scheibenförmige magnetische Aufzeichnungsmedien im Format 5,25 Zoll ausgestanzt und auf übliche Weise fertigkonfektioniert. Die Magnetschichtdispersion hatte folgende Zusammensetzung:

Das magnetische Pigment bestand aus nadelförmigem γ-Fe2O3 mit der Koerzitivkraft Hc etwa 23 kA/m, Nadellänge im Mittel 350 nm und Länge-Dicken-Verhältnis etwa 6. Dieses wurde gemeinsam mit anorganischem, unmagnetischem Pigment Al2O3 und Ruß in einer Menge von insgesamt 18 Gew.-% bezogen auf die fertige Dispersion eingesetzt. Die Bindemittellösung bestand aus einer Lösung von 10 Gewichtsteilen der Kombination Polyurethan-Phenoxyharz-Nitrocellulose auf 90 Gewichtsteile Tetrahydrofuran. Der Gewichtsanteil der Bindemittellösung an der fertigen Dispersion betrug 31%. Der Rest von 51% bestand aus Lösungsmitteln Tetrahydrofuran und Dioxan im Verhältnis 1 : 1 und weniger als 1 Gew.-% üblicher Hilfsstoffe.

Die resultierende Magnetschicht war isotrop, das heißt ohne magnetische Vorzugsrichtung. Der gemessene Modulationshub der Sinus-Doppelwelle von UL' betrug 0 bis 1%. Mit einem üblichen Schwingmagnetometer wurden Richtfaktoren 0,98 bis 1,02 an Bandproben gemessen, der Mittelwert der Messungen lag bei 1,0.

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde verfahren wie Beispiel 1, jedoch ohne die erfindungsgemäße Entorientierung der Magnetschicht.

Die resultierende Magnetschicht war partiell orientiert mit der magnetisch leichten Achse in x-Richtung. Der orientierungsabhängige Modulationshub von UL betrug 0 bis 3%, im Mittel 1%. Es wurden Richtfaktorwerte 0,98 bis 1,06 gemessen, im Mittel 1,02.

Beispiel 2

Die Zusammensetzung war analog Beispiel 1 mit folgenden Änderungen: Das Magnetpigment bestand aus einer Pigmentmischung von 80 Gew.-% eines nadelförmigem, Co-adsorbiertem γ-Fe2O3 mit Hc 50 kA/m, Länge der Teilchen im Mittel 230 nm und Länge-Dicken- Verhältnis im Mittel 5 sowie 20 Gew.-% nadelförmigem CrO2 mit Hc 48 kA/m, Länge im Mittel 240 nm und Länge-Dicken-Veflältnis im Mittel etwa 10. Die Dicke der trockenen Magnetschicht war 1,0 µm. Die scheibenförmigen magnetischen Aufzeichnungsmedien wurden im Format 3,5 Zoll ausgestanzt.

Die resultierende Magnetschicht war isotrop, das heißt ohne magnetische Vorzugsrichtung. Der gemessene Modulationshub der Sinus-Doppelwelle von UL' betrug 0 bis 1%. Mit einem üblichen Schwingmagnetometer wurden Richtfaktoren 0,98 bis 1,02 an Bandproben gemessen, der Mittelwert der Messungen lag bei 1,0.

Vergleichsbeispiel 2

Es wurde verfahren wie in Beispiel 2, jedoch ohne die erfindungsgemäße Entorientierung. Die resultierende Magnetschicht war partiell orientiert mit der magnetisch leichten Achse in x-Richtung. Der orientierungsabhängige Modulationshub von UL betrug 0 bis 3%, im Mittel 1,5%. Es wurden Richtfaktorwerte 0,98 bis 1,08 gemessen, im Mittel 1,03.

Beispiel 3

Die Zusammensetzung war analog Beispiel 2 mit folgenden Änderungen: Der Eisenoxid- Anteil der Magnetpigment-Mischung bestand aus Co-adsorbiertem γ-Fe2O3 mit Hc 56 kA/m, Länge der Teilchen im Mittel 240 nm und Länge-Dicken-Verhältnis im Mittel 5. Die Dicke der trockenen Magnetschicht betrug 0,7 µm. Der Magnetschichtauftrag erfolgte mit einem Reverse-Roll-Walzenauftragswerk.

Die resultierende Magnetschicht war isotrop, das heißt ohne magnetische Vorzugsrichtung. Der gemessene Modulationshub der Sinus-Doppelwelle von UL' betrug 0 bis 1%. Mit einem üblichen Schwingmagnetometer wurden Richtfaktoren 0,98 bis 1,02 an Bandproben gemessen, der Mittelwert der Messungen lag bei 1,0.

Vergleichsbeispiel 3

Es wurde verfahren wie in Beispiel 3, jedoch ohne die erfindungsgemäße Entorientierung.

Die resultierende Magnetschicht war partiell orientiert mit der magnetisch leichten Achse in x-Richtung. Der orientierungsabhängige Modulationshub von UL betrug 0 bis 3%, im Mittel 2,5%. Es wurden Richtfaktorwerte 0,98 bis 1,10 gemessen, im Mittel 1,05.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Aufzeichnungsmediums mit einem unmagnetischen Schichtträger und einer darauf aufgebrachten entorientierten Magnetschicht, wobei eine magnetische Dispersion, welche magnetisch anisotrope Pigmente enthält,
    1. 1. im flüssigen Zustand auf den Schichtträger beschichtet wird und danach
    2. 2. die noch flüssige Dispersionsschicht einer Orientierungsbehandlung mittels eines magnetischen Feldes ausgesetzt wird getrocknet wird und
    3. 3. anschließend verfestigt wird
    dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsbehandlung in folgenden, nacheinander angeordneten, Behandlungszonen erfolgt:
    1. a) eine Richtzone, welche ein unipolares, zeitlich konstantes Magnetfeld enthält, dessen Richtung senkrecht zur Ebene der Dispersionsschicht orientiert ist
    2. b) eine Übergangszone im Anschluß an die Richtzone a), in welcher das Magnetfeld der Richtzone a) fortgesetzt wird und in der Bewegungsrichtung bis auf höchstens 10% der Feldstärke in der Richtzone a) abnimmt, und
    3. c) eine feldfreie Entrichtzone im Anschluß an die Übergangszone b), deren Länge so bemessen ist, daß sich die magnetisch anisotropen Pigmente in der flüssigen Dispersionsschicht spontan entorientieren.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Richtzone a) der Betrag des unipolaren Magnetfeldes nicht kleiner ist als 20 kA/m.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das unipolare Magnetfeld in Richtzone a) ein Gleichfeld ist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Betrag des magnetischen Gleichfeldes kleiner ist als die Koerzitivfeldstärke der magnetischen Pigmente.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei an jeder Stelle in der Dispersionsschichtebene in der Übergangszone b) der Gradient des Magnetfeldes senkrecht zur Dispersionsschichtebene in der Bewegungsrichtung des Schichtträgers kleiner ist als 1600 kA/m2.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Gradient des Magnetfeldes senkrecht zur Schichtebene nicht größer ist als 600 kA/m2.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei an keiner Stelle in der Dispersionsschichtebene in der Richtzone a) und in der Übergangszone b) der Betrag des Magnetfeldes parallel zur Dispersionsschichtebene mehr als 3 kA/m beträgt.
  8. 8. Magnetanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 mit einem Einlaufteil a) und einem Auslaufteil b) zur Orientierungsbehandlung eines magnetischen Aufzeichnungsmediums mit einem unmagnetischen Schichtträger und einer darauf aufgebrachten flüssigen Dispersionsschicht, gekennzeichnet durch
    1. 1. Magnete (7, 7'), die spiegelsymmetrisch beiderseits einer Symmetrieebene angeordnet sind, die mit der Ebene der Dispersionsschicht (4) übereinstimmt, wobei
    2. 2. sich jeweils ungleichnamige Magnetpole gegenüberstehen und wobei
    3. 3. mit gleichnamigen benachbarten Magnetpolen in jeder Raumhälfte beiderseits der Symmetrieebene, so daß
    4. 4. die Magnetisierungsvektoren (9, 9') gleichgerichtet sind, und wobei
    5. 5. der Abstand der Polflächen von der Symmetrieebene im Einlaufteil (a) der Anordnung konstant ist und
    6. 6. im Auslaufteil (b) sich gleichmäßig vergrößert.
  9. 9. Magnetanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch
    1. 1. weichmagnetische Stahlbleche (8, 8') und (10, 10')
    2. 2. die spiegelsymmetrisch beiderseits der Symmetrieebene angebracht sind und
    3. 3. die im Auslaufteil (b) gegenüber dem Einlaufteil (a) winklig abgekantet sind und
    4. 4. die die Polflächen der Magnete (7, 7') berühren.
  10. 10. Magnetanordnung nach Anspruch 8, wobei
    1. 1. die Magnete (7, 7') nur im Einlaufteil (a) angeordnet sind mit
    2. 2. weichmagnetischen Stahlblechen (8, 8') und (10, 10')
  11. 11. Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Magnete (7, T) Permanentmagnete sind.
  12. 12. Magnetanordnung nach Anspruch 11, wobei die Sättigungsmagnetisierung der Magnete nicht geringer ist als 250 mT.
  13. 13. Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Magnete (7, 7') Elektromagnete sind.
  14. 14. Magnetisches Aufzeichnungsmedium in Scheibenform zur Speicherung von Informationen auf einzelnen kreisförmigen Spuren, hergestellt mit dem Verfahren nach Patentanspruch 1, bestehend aus einem unmagnetischen Schichtträger mit einer oder mehreren entorientierten Magnetschichten, gekennzeichnet dadurch, daß der Lesespannungspegel (UL') auf jeder kreisförmigen Spur keinen orientierungsabhängigen Modulations-Anteil enthält.
  15. 15. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsverteilung der gemessenen Lesespannungspegel (UL') auf jeder kreisförmigen Spur einen niederfrequenten Modulationsanteil von höchstens 1% des Sollpegels enthält.






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