Reference / Paper · 2022
Haertel's classification of the actuating mechanisms of mechanical calculators (3rd ed., in German): stepped drum, pinwheel, proportional lever, switching latch and the rest, crediting Christel Hamann with the switching latch.
Peter Haertel Die Klassifizierung mechanischer Rechenmaschinen The classification of mechanical calculating machines Teil 3 / Part 3: Schaltwerksprinzipien, Control mechanism principles Lilienthal, September 2022 Dritte überabeitete Ausgabe - Version 2022 im Rechnerlexikon Die große Enzyklopädie des mechanischen Rechnens, Vorveröffentlichungen 1996 und 2011 durch IFHB Internationales Forum Historische Bürowelt e.V. Third revised edition - Version 2022 in Rechnerlexikon Die große Enzyklopädie des mechanischen Rechnens Previously published in 1996 and 2011 by IFHB Internationales Forum Historische Bürowelt e.V. Titelseite / Frontpage: NFI Modell 3A, SN 38263 Copyright © Peter Haertel 2022 2 Teil 3 / Part 3 SCHALTWERKSPRINZIPIEN control mechanism principles Inhaltsverzeichnis/ Seite page 3 Contents Einführung / 5 introduction 1 6 Sprossenräder / pin wheels 1.1 Geteiltes Sprossenrad / 6 splitted pin wheel 1.2 Axial-Sprossenrad / 7 axial pin wheel 1.3 Klappsprossenrad / 9 folding pin wheel 2 9 Staffelwalzen / stepped drums 2.1 Geteilte Staffelwalze / 10 splitted stepped drum 2.1.1 Sonderbauformen der geteilten Staffelwalze 11 special designs of splitted stepped drums 3 12 Schaltklinke / ratchet 4 Proportional- oder Verhältnishebel / 13 proportional lever 5 13 Proportionalräder / proportional gear actuators 6 Multiplikations- oder Einmaleinskörper / 15 direct multiplier 6.1 Anordnung der Multiplikationskörper in Blockform / 15 common arrangement of the multipliers in block form 6.2 getrennte Anordnung der Einer- und ZehnerMultiplikationskörper / 17 separate arrangement of the multipliers 7 19 Schaltschwinge / rocker arm 3 8 19 Zahnantriebe / toothed drives 8.1 Zahnstange / 20 toothed-bar 8.2 Zahnsegment / 20 toothed-segment 8.3 Zahnscheibe / 21 toothed-wheel 8.4 Zahnkette / 22 chain 9 23 Stellsegment / adapting segment 10 24 Pendelrad / pendulum wheel 11 Mehrfach-Zählrolle mit Zehner-Übertragskurven/ 25 multiple counting role with ten transfer curves 12 26 Zählscheibe / counting disk 13 28 Gewindespindel / threaded spindle 14 Oszillierende Betätigungswalze / 29 oscillating actuator Vers.: Teil 3_09 4 Einführung: Der dritte Teil behandelt die Klassifizierung mechanischer Rechenmaschinen nach ihren Schaltwerksprinzipien wie z. B. Staffelwalzen, Sprossenräder, etc. Wegen der Vielzahl der Konstruktionen war es bei der erstellten Systematik nicht möglich, eine vollständige Erfassung der bekannten Grund- und Mischformen zu erreichen. Ein solches Schema wird auch sehr leicht unübersichtlich und ist wenig praxisgerecht. Deshalb beschränkt sich die Systematik im Wesentlichen auf die „klassischen“ und aus der Literatur her allgemein bekannten Prinzipien. Auf der anderen Seite muss hierbei billigend in Kauf genommen werden, dass weniger bekannte Ausführungen durch solch ein grobes Einordnungsraster fallen. Introduction: The third part deals with the classification of mechanical calculators according to control mechanism principles such as stepped drums, pin wheels, etc. Because of a vast number of designs accomplishing a complete coverage of the known basic and hybrid forms has not been attempted in the present compilation. Such a scheme easily tends to become confusing and is hardly practical. That is why this systematization is primarily confined to “classical” and generally well-known principles as they are found in literature. On the downside, it has to be accepted that less known design versions drop through a classification grid as rough as this. 5 Schaltwerksprinzipien control mechanism principles 1. Sprossenräder / pin wheels: Bei einem auf einer Welle (1) festsitzenden Sprossenrad (2) werden durch Drehen einer Einstellscheibe (3) radial 1 bis 9 Zähne, die sogenannten Sprossen (4), herausgeschoben. Bei einem Umlauf der Welle (1) wird ein zugeordnetes Zählrad (5) entsprechend der Anzahl herausragender Sprossen gedreht1. Die Grundstellung der Einstellscheibe entspricht dem Übertragungswert 0. Anmerkungen: 1. Beim Rechnen mit umlaufenden oder feststehenden Einstellscheiben (3). Einzelheiten hierzu siehe Klassifizierung Teil 2 / Abs. 2.3.1 und 2.3.2. Beispiel: Triumphator Modell CN, S/N 155212, mit umlaufenden Einstellscheiben 1.1. Geteiltes Sprossenrad / splitted pin wheel: 2 1 Beispiel: Facit-Funktionsmuster mit zwei am Außenmantel beschrifteten Einstellscheiben: 9876501234. 1 2. Technischer Höhepunkt in der Entwicklung der Sprossenrad-Maschinen waren die Facit-Modelle CM 2-16 und 1004 inkl. Varianten nach den Patenten von Erik Konrad Grip. Diese Maschinen haben eine Zehnertastatur mit genormter Anordnung der Zifferntasten. Die von den Tastenhebeln (1) einer Zehnertastatur gesteuerten Einstellscheiben (2) sind jeweils mit einem Radkörper (3) gekoppelt und arbeiten mit unterschiedlichen Drehrichtungen. Damit werden ihre max. Schwenkwinkel reduziert und eine Tasteneingabe ermöglicht. Die Eingabe der Zahlenwerte 1 bis 4 erfolgt bei linken Teildrehungen der Einstellscheiben (2), wobei an den Radkörpern (3) eine dem Eingabewert entsprechende Anzahl Sprossen (4) radial herausgeschoben wird. Die Eingabe des Zahlenwertes 5 erfolgt mit Beginn der Rechts- vgl.: Lind, Wilhelm: Büromaschinen, Teil 1, Füssen 1954, S. 16-29 6 drehungen der Einstellscheiben (2), wobei an den Radkörpern (3) ein fünfzahniges Segment (5) angehoben wird. Bei den Eingabewerten 6 bis 9 sind die Schwenkwinkel der rechtsdrehenden Einstellscheiben (2) entsprechend größer, sodass zu den 5 Zähnen der Segmente (5) jeweils max. 4 ergänzende Sprossen (4) gesetzt werden. Die Grundstellung aller Zahnelemente (4, 5) entspricht dem Übertragungswert 02. Anmerkung: Beispiel: Facit NEA, S/N 406540 1.2. Axial-Sprossenrad / axial pin wheel: Erfinder ist der Schwede Karl Victor Rudin (1882-1939). Mit seiner Erfindung wurde das Einstellwerk – bisher eine Schwachstelle aller Sprosenradmaschinen – deutlich verbessert. Jeder Tastenbank (1) der Volltastatur sind zwei Steuerscheiben (2, 3) zugeordnet, die nebeneinander fest auf einer Antriebswelle (4) liegen. Die Anzahl der Scheibenpaare entspricht der Eingabekapazität der Maschine. Für die Eingabe der einstelligen Dekadenwerte 1 bis 9 werden in den Steuerscheiben (2, 3) insgesamt neun Sprossen gelagert, von denen fünf von der linken und vier von der rechten Seite her axial etwa 2 mm weit NUMERIA der Fa. Lagomarsino S.p.A., in den Zwischenbereich der Mailand, Italien. Scheiben (2, 3) ausgelenkt Schweizer Patent 209384 von 1940, mit werden. Prioritätshinweis zur italienischen Erstanmeldung vom 25. März 1938. Patentinhaber und Ersthersteller ab 1940 war die SOCIETA ITALIANA COMMERCO MACCINE PER UFFICIO (SICMU) in Mailand. 2 Die Auslenkungen erfolgen durch zwei Auslenkhebel (8, 9), die an jeder Tastenbank (1) vorhanden sind. Beim Drücken einer der Zifferntasten 1 bis 9 werden beide vom Tastenschaft wertanhängig so geschwenkt, dass ihre Druckkörper (14) in definierten radialen Der Büromaschinenmechaniker, Heft 7, Hamburg, 1960, S. 11 7 Abständen zum Drehpunkt der Steuerscheiben (6, 7) liegen. Für den linke Auslenkhebel (8) gibt es drei, den rechten (9) zwei feste Sprossen-Auslenkpunkte. In Abhängigkeit von der Werteingabe können bei einem Umlauf der linken Steuerscheibe (2) jeweils eine, vier oder fünf Sprossen von der linken sowie Seitenansicht der linken und rechten zwei oder vier von der rechten Steuerscheibe Steuerscheibe (3) mit ihrem (Außenflächen in Sichtebene geklappt) Übergabebereich (rot markiert) in den Eingriffsbereich des Zwischenrades (13) zum Rechenwerk gelenkt werden (s. Tabelle 1). Beispiel: Sprossenveschiebung in linker Steuerscheibe gesetzte gesetzte WertSprossen Sprossen Eingabe rechts links 1 1 2 2 3 1 2 4 4 5 5 6 4 2 7 5 2 8 4 4 9 5 4 Tab. 1: Anzahl gesetzter Sprossen - Die axialen Auslenkungen linker und rechter Sprossen (6, 7) erfolgen an radial ausgerichteten Gegennocken (11 / grün markiert), die - abhängig von den zugeordneten Eingabewerten- in unterschiedlichen Höhen zum Drehpunkt der Steuerscheiben (2, 3) liegen. Bei Links- oder Rechtslauf der Steuerscheiben (6, 7) werden sie nur von solchen Druckkörpern (14) in den Übergabebereich gelenkt, die auch in den vom Eingabewert bestimmten radialen Positionen liegen. Die Auslenkung der Sprossen (6, 7) gegen die Kraft einer Druckfeder (12) erfolgt unmittelbar vor dem Überlauf des Zwischenrades (13). Darauf gleiten sie wieder in ihre Grundstellungen zurück. Bei Multiplikationen / Divisionen wiederholt sich dieser Vorgang mit jedem Umlauf des Scheibenpaares. Zusätzlich zu den neun Eingabesprossen trägt jedes Scheibenpaare zwei Sprossen für die Zehnerübertragung. Anmerkung: Die mit Axial-Sprossenrädern arbeitenden Numeria-Maschinen wurden von einigen Fachautoren fälschlich der Maschinengruppe mit geteilten Beispiel: Lagomarsino Numeria 7101 H, Staffelwalzen (s. Abs. 2.1) zugeordS/N 039756 net3. Reese, Martin, Haertel, Peter: „Numeria - nur scheinbar eine MonroeTochter“ in: INTERNATIONALES FORUM HISTORISCHE BÜROWELT (Hg.): Historische Bürowelt, Nr. 77 (2007), S. 3ff 3 8 1.3. Klappsprossenrad / folding pin wheel Beispiel: Alpina URM Beim Drehen des gerändelten Einstellringes (1) wird auch die Kurvenscheibe (2) gedreht. Dies bewirkt ein seitliches Umklappen der Stifte (3) in Arbeitsstellung. Beim Antrieb der Hauptachse werden die Einstellungen verriegelt, das Einstellwerk gedreht und die waagerecht (axial) liegenden Sprossen treten in die Bahn von Zwischenrädern, die den eingestellten Betrag in das Resultatwerk übertragen. Anmerkungen: 1. Erstmals eingesetzt von Giovanni Poleni (1685-1761) in seiner 1709 beschriebenen Machinæ Aritmeticæ mit Gewichtsantrieb. 2. Klappsprossenrad auch ausgeführt bei Kuhrt Modell AB von 1923. 3. Das Schaltwerksprinzip wird auch als Schwenksprossenrad bezeichnet. 2. Staffelwalzen / stepped drums: Bestehen aus einem Zylinder (1) („Walze“) mit neun unterschiedlich langen („gestaffelten“) Zähnen (2). Ein zugeordnetes Übertragungsrad (3) wird durch Eingabetasten oder -schieber axial so gestellt, dass es von 1 bis 9 Zähnen getroffen wird und der entsprechende Wert in das Resultatwerk (RW) übertragen werden kann4. Die Grundstellung des Übertragungsrades (3) entspricht dem Rechenwert 0. Anmerkungen: 1. Je nach Konstruktion arbeiten die Maschinen der Version 1 : mit einer Staffelwalze pro Dekade des Eingabe< und Resultatwerkes oder: Version 1: Record Universal von 1915, S/N 852 Version 2: mit einer Staffelwalze für zwei Dekaden des Eingabeund Resultatwerkes. 4 vgl.: Martin, Ernst: Die Rechenmaschinen und ihre Entwicklungsgeschichte, Band 1, S. 6-14 9 Version 2: mit einer Staffelwalze für 2 Dekaden des Einstell- und Rechenwerkes: Pos. 1: Staffelwalze Pos. 2: Zehnerschaltzahn Pos. 3: Übertragungsrad zum RW Beispiel Version 2: Rheinmetall, Reichspatent 319630 vom 06. April 1919, Erfinder: Richard Berk. Die Unterschiede der Version 2 zu 1 sind an den Maschinen äußerlich nicht erkennbar. 2. Herstellung der Staffelwalzen allgemein - als Frästeil - als Gussteil (Bronze, Stahl, Aluminium) - durch Zusammenfügen gestanzter Einzelbleche - durch Zusammenfügen von Stanzund Drehteilen 3. Staffelwalzen-Maschinen wurden nur mit Volltastaturen oder Schiebereinstellungen gefertigt. Beispiel (Schema): Zehnstelliges Einstellwerk mit fünf Staffelwalzen zur Übertragung max. 10-stelliger Werte in das Resultatwerkes. 2.1 Geteilte Staffelwalze / splitted stepped drum: Schema 1: Brunsviga-Rechenmaschine Modell 10 5Lind, 4. Hersteller von Staffelwalzenmaschinen waren u. a.: - Archimedes - Badenia - Diehl - Friden - Madas - Rheinmetall - Rheinmetall-Borsig - Record - Spitz Jede Rechenstelle besteht aus zwei Segmentteilen (1)(2), die unterschiedlich verzahnt sind: a) eine Zahnreihe (1), die 1 bis 4 Zähne trägt, b) eine Zahnreihe (2) mit 5 gleich großen Zähnen. Durch entsprechende axiale Verschiebung der nebeneinanderliegenden Segmentteile in den Eingriffsbereich (3) eines Übertragungsrades (4) werden bei jedem Umlauf der Rechenmechanik 1 bis 9 Zähne wirksam5. Die Grundstellung aller Zahnelemente entspricht dem Übertragungswert 0. Wilhelm: a. a. O., S. 62-67 10 Die Verschiebung der Segmentteile (1)(2) in ihre Arbeitsstellung erfolgt durch zwei Kippschienen (5), die von den Einstellhebeln oder einer Tastatur ausgelenkt werden. Der Eingabewert bestimmt die Richtung der axialen Verschiebung: Schema 2: Beispiel Übertragung des Wertes 1 Eingabewert Verschieberichtung 1, 2, 3, 4 5 6, 7, 8, 9 Teil 1 < Teil 2 > Teil 1 < Teil 2 > Anmerkung: Das Schaltwerksprinzip wurde u. a. verwendet von: - Brunsviga - Komet - Madas - Monroe - Nisa - Shanghai Calculator Beispiel: Brunsviga 10 S/N 138569 2.1.1 Sonderbauformen der geteilten Staffelwalze special designs of splitted stepped drums Ähnlich den ungeteilten Staffelwalzen wurden auch bei den geteilten Staffelwalzen unterschiedliche Herstellverfahren gewählt; sie hatten Einfluss auf die Ausführungen der Eingabewerke (EW) und Resultatwerke (RW). Ein Beispiel liefert das Monroe-Modell G mit geteilten Staffelwalzen aus Stanz- und Drehteilen. Anmerkungen: 1. Erfinder dieses Schaltwerksprinzips war der US-Amerikaner Frank Stephen Baldwin (1838-1925) Beispiel: Monroe G, gebaut ab 1919 2. Patente: US1080245 v. 15.06.1912 GB27231 v. 26.11.1912 11 3. Schaltklinke / ratchet: Beispiel einer Hamann-Rechenmaschine Die Werteübertragung in das Resultatwerk (4) erfolgt durch eine umlaufende Mitnehmerklinke (1) („Schaltklinke“), die während eines Rechenganges in die Innenverzahnung eines Arbeitsrades (2) einfällt und dieses um 1 bis 9 Zähne weiterdreht. Mit der Außenverzahnung des Arbeitsrades (2) wird der Wert über Zwischenräder (3) in das Resultatwerk (4) übertragen. In jeder Dekade des Eingabewerkes erfolgt die Einstellung einer Zahl durch eine feststehende Scheibe (5) – sie hat einen Ausschnitt (6) für das Einfallen der Schaltklinke – in Verbindung mit einem drehbaren Segment (7), das jeweils mit einem Einstellhebel (8) verbunden ist. Scheibe (5) und Segment (7) liegen zentrisch zur Hauptachse (9) und bilden in der Nullstellung eine geschlossene Einstellscheibe. Bei der Werteeingabe wird Segment (7) mit Einstellhebel (8) gedreht und es entsteht am Umfang der Einstellscheibe ein Ausschnitt, dessen Länge proportional dem Einstellwert ist. In diesen Ausschnitt fällt die Mitnehmerklinke (1), greift hierdurch in die Innenverzahnung des Arbeitsrades (2) und nimmt eine entsprechende Zähnezahl mit6. Beispiel: Hamann E S/N 73500 6 Anmerkung: Erfinder des Schaltwerksprinzips ist Dr. h.c. Christel Hamann (1870-1948). vgl.: Lenz, K.: Die Rechen- und Buchungsmaschinen, Leipzig und Berlin 1932, S. 61-64 12 4. Proportional- oder Verhältnishebel / proportional lever: Die zehn Zahnstangen eines Zahnstangensatzes werden bei einer Schwenkbewegung des Proportionalhebels P um Drehpunkt D1 oder D2 so hin und her bewegt, dass bei größter Auslenkung die erste nicht, die zweite um eine Zahnbreite, die dritte um zwei Zahnbreiten, usw. verschoben wird. Verschiebbare Gegenräder übertragen die Vorwärtsbewegung auf das Resultatwerk R. Dieses wird während der Rückwärtsbewegung abgekuppelt7. Anmerkungen: 1. Der Proportionalhebel wird bei Addition / Multiplikation im Drehpunkt D1, bei Subtraktion / Division im Drehpunkt D2 gelagert. 2. Erfinder des Schaltwerksprinzips ist Dr. h.c. Christel Hamann (18701948) Beispiel: Mercedes Euklid 29, SN 101970 5. Proportionalräder / proportional gear actuators: Übertragung der Rechenwerte durch Schwenkradgetriebe, deren Antriebsräder-Zähnezahlen den Werten 1 bis 9 proportional sind. Pro Dekade sind Antriebsrädersätze vorhanden, die auf die drei Wellen a, b und c verteilt vgl.: Brockhaus der Naturwissenschaften und der Technik, Wiesbaden 1958, S. 457 7 13 Proportionalräder der Schwenkradgetriebe (Schema) sind, in Vierer- und Fünfergruppen geordnet sind und einander gegenüberliegen. Die drei Wellen werden gemeinsam angetrieben und führen pro Arbeitsgang 1/12, 1/4 und ½ Umdrehung aus. Damit wird jedes der neun Antriebsräder um eine seinem Wert entsprechende Zähnezahl zwischen 1 und 9 gedreht. Zu jeder Dekade gehören fünf separate Schwingplatten d auf Welle i, von denen jeweils nur eine den Rechenwert zur Zählrolle des Resultatwerks überträgt; gemeinsam verbunden sind sie über die Abtriebsräder g. Die Auswahl der Schwingplatte erfolgt - von der Tastatur ausgehend – über ein Einstellgestänge und eine Gruppe von fünf Nockenscheiben. Hierdurch wird ein Übertragungsrad e in Radsatz k auf Welle b oder Radsatz l auf Welle c eingeschwenkt8. Schwingplatte mit Übertragungsrad e Anmerkungen: 1. Ausgeführt bei den MarchantRechenmaschinen. Erfinder ist der Amerikaner Harold T. Avery. 2. Bei einem Rechenvorgang erfolgt die gesamte Werteverarbeitung inkl. Zehnerübertragung in einem kontinuierlichen, stoßfreien Ablauf. Trotz hoher Rechengeschwindigkeit ist die Geräuschentwicklung sehr gering. 3. Zuletzt gefertigt wurde Modell CMA, Produktionseinstellung 1970. Beispiel: Marchant 10 ADX, S/N 476380 vgl.: Lange, Werner: „Leben und Wirken des Erfinders H. T. Avery“ in: Bürowirtschaft, Ausg. 11/1985, S. 25f; vgl.: Lind, Wilhelm: a. a. O., S. 76 bis 80 8 14 6. Multiplikations- oder Einmaleinskörper / direct multiplier: Anmerkung: Speziell im Patentwesen gebrauchte Bezeichnung für dieses Schaltwerksprinzip sind Rechenkörper für das direkte - nicht additive – Multiplizieren mit zwei einstelligen Faktoren. Damit werden zwei aufeinander folgende Multiplikationen durchgeführt, das gesuchte Produkt entsteht durch Addition der Teilsummen. - Teilproduktkörper - Wählplatten Anmerkung: Frühe Patente von Ramón Verea (1878), Otto Steiger (1892) und Léon Bollée (1895). 6.1 Anordnung der Multiplikationskörper in Blockform / Die kompakt angeordneten Multiplikationskörper bilden den so genannten Einmaleinsblock. Er besteht aus - einer einzelnen Einerzungenplatte - acht Zungenplattengruppen mit jeweils einer Einer- und einer Zehnerzungenplatte. common arrangement of the multipliers in block form Damit werden aus dem Multiplikanden und jeweils einer Stelle des Multiplikators ein- und zweistellige Teilprodukte gebildet und in das Resultatwerk (1) übertragen. Einmaleinsblock der Millionär-Vierspezies-Maschine mit Einer- und Zehnerplatten für das direkte Multiplizieren. Ablauf: In der Ruhelage stehen die Zahnstangen (2) 1 bis 9 den Zehnerplatten (3) gegenüber. Das Multiplizieren erfolgt in der Form, dass der Rahmen (4) mit dem Einmaleinsblock bei einer vollen Drehung der Kurbel (5) zweimal vor- und zurückschwingt. Diesen Bewegungen folgen alle Zahnstangen. Einstellhebel für die stellenweise Eingabe des Multiplikators Bei dem ersten Vorlauf verschieben sich alle Zahnstangen (2) um die Längen der Zehnerzungen, bei dem zweiten um die Längen der Einerzungen9. 1. Hennemann, A: Die technische Entwicklung der Rechenmaschine, Aachen 1954, S. 117 bis 121 9 15 Hierbei sind nur solche Zahnstangen (2) über Zahnräder (6) mit dem Resultatwerk (1) gekoppelt, die im Zuge der Multiplikatoreingabe durch Verschiebung auf Vierkantachsen (7) in die Verzahnnung der Zahnstangen (2) geschoben wurden. Im Beispiel 826 x 8 multiplizieren die Zahnstangen (2) 8, 2, 6 in Verbindung mit Zungenplattengruppe 8: Beispiel: Eingabeschema des Produktes aus 816 x 8 in ein zehnstelliges Resultatwerk. Beispiel: Zehner- und Einerplatten für den Teilmultiplikator 8. Zahnstange 8 überträgt beim Vorlauf der Zehnerplatte den Wert 6 in die höchste Stelle des Resultatwerkes (1). Es erfolgt eine automatische Verschiebung des Rechenschlittens nach rechts, sodass bei dem anschließenden Vorlauf der Einerplatte der Wert 4 in die zweitehöchste Stelle des Resultatwerks übertragen wird. Zeitgleich haben die Zahnstangen 2 und 6 die Ergebnisse aus 2 x 8 und 6 x 8 stellenrichtig in das Resultatwerk (6) übertragen. Eintrag der Zehnerzungen (rot) und Einerzungen (blau) in ein 10-stellliges Resultatwerk (6): 8 x 8 = 6 2 x 8 = 4 1 6 x 8 = 6 4 8 826 x 8 = 6608000000 Beispiel: Millionär VIII e, Serien-Nr. 2598. Anmerkung: Einzelheiten zum Rechenablauf siehe Rechnerlexikon :„Die Schweizer Rechenmaschine Millionär – Eine Beschreibung der Funktionsabläufe beim Multiplizieren“ (Haertel 2015/7) 2. vgl.: Lind, Wilhelm: a. a. O., S. 80 bis 86 16 6.2 getrennte Anordnung der Einer- und ZehnerMultiplikationskörper / separate arrangement of the multipliers Beispiel: Zehner- und Einerplatte für den Multiplikator 5. In der Patenschrift DE222166 werden die Multiplikationskörper als „Wählplatten“ bezeichnet. Bedienfeld: - (3): Eingabe des Multiplikanden - (4): stellenweise Eingabe des Multiplikators - (5): Funktionstasten Die Moon-Hopkins-Fakturiermaschine ist eine Konstruktion der US-amerikanischen Brüder William Wallace Hopkins (18501916) und Hubert Hopkins (1858-1930). Die Maschine multipliziert mit flachen, aus Blech gestanzten Multiplikationskörpern für die Bildung ein- und zweistelliger Teilprodukte aus dem Multiplikanden und jeweils einer Stelle des Multiplikators. Für das Multiplizieren sind insgesamt neunzehn Multiplikationskörper vorhanden: - zehn Zehnerplatte (1) für die Teilmultiplikatoren 0, 1 bis 9, - neun Einerplatten (2) für die Teilmultiplikatoren 1 bis 9. Für die Verarbeitung eines einstelligen Teilmultiplikators ist ein getrenntes Anheben der zugehörigen Zehnerund Einerplatte erforderlich; d. h. bei einer handgetriebenen Maschine muss der Zughebel zweimal gezogen werden. Damit wird zuerst die Zehnerplatte (1) angehoben, dann folgt die Einerplatte (2). Beispiel: 654 x 9 1. Eingabe des Multiplikanden 6-5—4 in die linken Tastatur (3), Drücken der R-Taste (5 / Registrierung) und Ziehen des Handzughebels. Es folgen: - Speicherung im vorderen Rechenwerk (12), - Ausdruck durch Typen (17) an den Zahnstangen (11), - Voreinstellung der Hängeschieber (14). - Vorderes Rechenwerk (12), in drei Partitionen unterteilt (Beispiel) - Hinteres Rechenwerk (13) - ZÜ I, ZÜ II: Zehnerübertragungen 2. Eingabe des Multiplikators 9 in die rechte Tastatur (4) und erste Betätigung des Handzughebels; die Zehnerplatte 9 17 (1) wird angehoben. Im Zuge der Eingabe des Multiplikanden 654 wurden drei zugeordnete Hängeschieber (14) seitlich so versetzt, dass sie jetzt mittels Querarmen (15) von den Stufen 6, 5 und 4 der hochlaufenden Zehnerplatte (1) angehoben werden. Die Hubhöhen ergeben sich aus den Stufenhöhen und sind proportional den Zehnerstellen aus 6x9=54 5x9=45 4x9=36. Das entstandene erste Teilprodukt 5 4 3 wird per Zahnstangen (11) in das hintere Rechenwerk (13) übertragen. Seitenansicht, vereinfacht. Bei erneuter Betätigung des Handzughebels werden die drei Hängeschiebe (14) von der Einerplatte 9 (2) angehoben. Die Hubhöhen aus den Stufenhöhen sind jetzt proportional den Einerstellen aus 6x9=54 5x9=45 4x9=36. Auch das zweite Teilprodukt 4 5 6 wird – stellenrichtig versetzt - in das hintere Rechenwerk (13) übertragen. 3 Die getrennt entstandenen und gespeicherten Teilprodukte ergeben im Rechenwerk (13): - Zehner 5 4 3 Multiplikationsbeispiel 6 x 9: Die Zehnerplatte (1) und Einerplatte (2) für den Multiplikator 9 heben nacheinander einen auf den Multiplikanden 6 eingestellten Hängeschieber (14) per Querarm (15) an. Die damit hochlaufenden Stufenplatten (16) begrenzen den Vorlauf der Zahnstangen (11) der ersten zwei Dekaden mit ihren Anschlägen (17); die Teilprodukte 5 und 4 werden nacheinander in das hintere Rechenwerk (13) übertragen. - Einer 4 5 6 = 5 8 8 6 Anmerkungen: 1.Kaiserliches Patentamt Berlin, Patentschrift Nr. 222166, patentiert im Deutschen Reiche ab 18. August 1907; Patentinhaber ist die MoonHopkins Billing Machine Company in St. Louis, V.ST.A.; Erfindernamen werden nicht genannt. 2. Einzelheiten zur Entwicklung und Funktion der Maschine siehe Rechnerlexikon: „Die Moon-Hopkins Fakturiermaschine“ (Haertel 2019/1) 18 Beim Niederdrücken einer der Tasten 1 bis 9, die gleichen Hub besitzen, wird die Schwinge S um verschieden großen Winkel gegen die Kraft einer Rückholfeder ausgelenkt. Der Betrag der Auslenkung wird beim Rückhub als proportionaler Zahlenwert in das Resultatwerk übertragen. 7. Schaltschwinge / rocker arm: Beispiel 1: Volltasten-Addiermaschine mit Schaltschwinge (Schema) Eine Variante arbeitet in der Form, dass die Übertragung unmittelbar beim Niederdrücken der Tasten erfolgt. Das Resultatwerk ist dann beim Rückgang abgekoppelt10. Anmerkungen: 1. Werden Zahlenwerte durch Tasten, Hebel, Stifte oder Räder direkt und in einem Arbeitsgang in das Zählwerk eingegeben, so sprechen wir von Beispiel 2: Contex A, S/N 71264 mit Zifferntasten „einstufiger Werteverarbeitung“. 1 bis 5 pro Dekade; bei Eingabewerten 2. In der Regel nur bei Maschinen mit > 5 müssen nacheinander zwei Tasten Volltastatur u. reduzierter Vollgedrückt werden. tastatur; Ausnahme: Zehntasten-Addiermaschine von Otto Berndt von 1877. Zuordnung einer dem Eingabewert proportionalen Zähnezahl auf - Zahnstangen, - Zahnsegmenten, - Zahnscheiben, - Zahnketten 8. Zahnantriebe / toothed drives: Anmerkungen: 1. Diese Bauelemente werden direkt oder über Zwischenräder mit - dem Rechenwerk (RW), - einer RW-Inhaltsanzeige oft nur - einer Eingabeanzeige optional verbunden. Beispiel: Dreispezies-Maschine Modell XX11C9 des schwedischen Herstellers Odhner mit dem Schaltwerksprinzip Zahnstange 2. Ein Großteil der Addier- und Saldiermaschinen arbeitet mit Zahnstangen oder -segmenten. Aus diesen Maschinen sind die Drei- oder VierSpezies-„printing calculators“ hervorgegangen. 3. Kleinrechenmaschinen mit Stiftoder Fingereingabe werden getriebetechnisch als Spannwerke bezeichnet, Lenz K.: Die Rechenmaschinen und das Maschinenrechnen, Leipzig und Berlin 1915, S. 41f 10 19 wenn durch Federkraft gespannte Zahnsegmente oder –ketten nach einer Eingabe auf 0 zurückspringen. arbeitet nach dem Prinzip der Längenumwandlung, d. h. der proportionalen Zuordnung einer Stablänge bzw. eines Zahnstangenabschnittes zu dem Eingabewert einer zugeordneten Dekade der Rechenmechanik11. 8.1 Zahnstange / toothed-bar: Anmerkungen: Der Vorlauf der Zahnstangen wird begrenzt durch: a) Stellstifte eines Stiftschlittens bei Maschinen mit Zehnertastatur b) Tastenschäfte bei Maschinen mit Volltastatur. c) Stellstifte eines feststehenden Stiftblockes bei Maschinen mit Zehnertastatur. (Beispiel Sundstrand) Beispiel: Astra Klasse 0-Serie 02 S/N 2258 hat statt der geraden Zahnstangen mit linearer Bewegung Zahnsegmente, die eine begrenzte Drehbewegung ausführen. Der Winkelwert ist proportional einem Rechenwert. 8.2 Zahnsegment / toothed-segment: Anmerkungen: 1. In der Regel bei Maschinen mit Zehnertastatur 2. Der Vorlauf der Zahnsegmente wird begrenzt durch: Beispiel: Mercedes Modell A 51 a) Stifte eines Stiftschlittens bei Maschinen mit Zehnertastatur 11 vgl. Lind, Wilhelm: a. a. O., S. 93f 20 b) die Stellräder eines Stellradschlittens; Einzelheiten siehe Rechnerlexikon: Die Klassifizierung mechanischer Rechenmaschinen, Teil 6, Abs. 6 3. Bei einfachen Kleinrechenmaschinen kann die Werteeingabe direkt über die Zahnsegmente erfolgen. Hierfür sind die Zahnsegmente mit Einstellhilfen (Hebeln) versehen, die nach de Werteeinstellung auch der Einstellkontrolle dienen. Beispiele: - Lipsia Addi, - Argenta, - Triumphator KA. Beispiel: Mauser HS S/N 4044 8.3 Zahnscheibe / toothed-wheel: Die horizontal gelagerten Zahnscheiben sind mit dem Resultatwerk direkt verbunden und - als Einstellräder für Finger oder Griffel ausgebildet (s. Teil 2 / 2.5 u. 2.6) - bei der Werteeingabe mit Eingabesegmenten gekoppelt, die mit Finger oder Griffel eingestellt werden. Beispiel: Summira Chieftain, Zahnscheibe als Einstellrad ausgebildet. Anmerkungen: 1. Die Dateneingabe mit Stift /Finger entspricht einer Direkteinstellung des Zählwerkes (s. Teil 2 / 6.1) 2. Mit Eingabesegmenten arbeiten u. a.: - Summira 7, 9, S - Resulta 7, 9, A7, AS7, B7 Beispiel: Resulta 9, Zahnscheiben mit Eingabesegmenten gekoppelt12. 3. Eingabe-Beispiele: - Summira „Chieftain“ - Regina - Resulta, Komet SK 12 Finger Finger Griffel vgl.: Haertel, Peter: „Von Fossa-Mancini bis Triumphator KA - Die Technik mechanischer Kleinrechenmaschinen mit Ziffernrollen-Rechenwerken und Mehrfach-Zählrollen“ in: Rechnerlexikon, November 2014 21 8.4 Zahnkette / chain: Maschine hat statt gerader Zahnstangen mit linearer Bewegung Zahnketten, die direkt oder indirekt in das Resultatwerk eingreifen. Vorrangig verwendet bei den Kleinrechnern; besonders geeignet für kompakte Bauformen und niedrige Herstellkosten. Addiermaschine mit Kettenantrieb, Seidel & Naumann, Dresden, DRP 249606 von 1910, gehört getriebetechnisch zur Gruppe der Spannwerke (s. Abs. 8, Anm. 2) Anmerkungen: 1. Zahnketten arbeiten als Spannwerke, wenn diese nach einer Eingabe in die Nullstellung zurückspringen. Arbeitsbereich dieser Ketten in der Regel nur am Resultatwerk. 2. Maschinen mit Endlos-Ketten bilden formschlüssige Kettenräder-Getriebe, die zur Gruppe der Zugmittelgetriebe gehören. (s. Teil 5, Abs. 8.2.3) Diese umlaufenden Endlos-Ketten arbeiten im Arbeitsbereich des Resultatwerkes und im Eingabebereich. 3. Eingesetzt werden - Sonderketten (Beispiel S & N) - handelsübliche Ketten wie z. B. Hakenketten (Beispiel Golden Gem nach US-Patent 847759 von 1907) 4. Ausführungsbeispiele sogenannter „Kettenaddierer“: - Argos - Dux - Golden Gem - Pico Adding Machine - Scribola - Seidel und Naumann Werbung von 1925 Beispiel: EndlosHakenkette bei dem EinspeziesRechner Golden Gem, mit Griffeleingabe. 22 9. Stellsegment / adapting segment: Abb. 1: Funktionsschema DEMOS Bei jeder vollen Rechtsdrehung der Handkurbel macht das Einstellwerk - es besteht aus zentrisch gelagerten Einstellscheiben mit Zahnsegmenten (1) und Einstellgriffen (2) - eine gegenläufige Teildrehung und wieder zurück. Synchron zum Vor- und Rücklauf des Einstellwerkes wird das Resultatwerk (3) vorgeschwenkt, übernimmt den eingestellten Rechenwert und schwenkt danach wieder zurück14. Funktionsablauf DEMOS (Abb. 2): Fig. 1: Grundstellung Fig. 2: Einstellung Rechenwert Fig. 3: Übertragungsphase Fig. 4: Rückstellung Je nach Fabrikat erfolgt die Werteeingabe über Tasten oder nicht umlaufende Hebel: Abb. 2: Funktionsablauf DEMOS Abb. 3: Demos II Vierspezies-Rechner, Carl Moesch, Aargau / Schweiz a) Marchant (Modell-Auswahl): XL, XLB / Hebeleinstellung KA, KB, KC, KE, KEA / Volltastatur b) Demos-Modelle ab 1923: Hebeleinstellung, Schweiz-Patent Nr. 101848 von 1923 DRP Nr. 405510 ab 1920. c) PRODUX-Kleinrechner: Hebeleinstellung, Lieferung unter den Markennamen - axbxc-Calculator, - Multator - Multical - Summira X d) Hannovera C, CK (EOS) / Hebeleinstellung Anmerkungen: 1. Wegen ihrer großen Ähnlichkeit zur Sprossenradmaschine werden Stellsegment-Maschinen auch häufig mit diesen verwechselt. Abb. 4: Produx Multator I, S/N 7314, Otto Meuter, Hamburg13 2. Das als Stanzteil gefertigte Stellsegment ließ sich wesentlich kostengünstiger herstellen als z. B. ein gefräster Sprossenradkörper. Büromaschinen-Lexikon / NZB- Neuzeitliche Bürotechnik 7. Auflage, BadenBaden 1963/64, S. 294 13 14 vgl.: Martin, Ernst: a. a. O., S. 365ff 23 Das Schaltwerk besteht aus den pendelnden Radsätzen 1 und 2 mit jeweils gleicher Zahnräderzahl. Beide Radsätze sind in einem Radsatzrahmen 3 (oben) und 4 (unten) gelagert, die unabhängig voneinander schwenkbar sind. 10. Pendelrad / pendulum wheel / shuttle wheel Der untere Radsatz 1 wird in Zahnstangen 5 eingeschwenkt, die den Stiftschlitten des Einstellwerkes abfühlen. Der obere Radsatz 2 stellt die Verbindung her zwischen Radsatz 1 und dem Hauptzählwerk 6 bzw. dem Umdrehungszählwerk. Beide Zählwerke sind in einem Zählwerksschlitten gelagert15. Schnittzeichnung für Olympia RA 16 u. RA 20 Anmerkungen: 1. Das Schaltwerksprinzip dieser Vierspezies-Maschinen ist besonders geeignet für Rückübertragungen aus dem Resultatwerk und aus dem Umdrehungszählwerk. 2. Saldierend, Konstantenspeicher 3. Patentierte Divisionseinrichtung nach DE1147060 von 1963; Erfinder: - Ernst Altenburger, - Ernst Trümpelmann und - Karl Westinger. Olympia RA 16, Rechenkapazität 8 x 8 x 16, SN 14-13653 von 1964 4. Einsatz nur bei Olympia. Es ist denkbar, dass andere Hersteller dieses Schaltwerksprinzip wegen des bestehenden Patentschutzes nicht übernommen haben. 5. Produktionszeit der Modelle - RA 16: ab 1961 - RA 20: ab 1964 bis 1966 Olympia RA 20, Rechenkapazität 10 x 11 x 20 vgl.: Anthes, Erhard: „Pendelradmaschine Olympia RA 16“ in: Internationales Forum Historische Bürowelt (Hg.): Historische Bürowelt, Nr. 10 (1985), S. 14f 15 24 11. Mehrfach-Zählrolle mit Zehner-Übertragskurven/ multiple counting role with ten transfer curves Beispiel: „Indispensable“ um 1900, Erfinder: Carlo Fossa-Mancini und Ernesto Faller 16 Die Zählrollen sind horizontal gelagert und als Einstellrad für Stift- oder Fingereingabe ausgebildet (s. Teil 2, Abs. 2.5 u. 2.6). Für die Eingabewerte 1 bis 9 sind am Gehäuse entsprechende Eingabemarken vorhanden, ihr Abstand entspricht dem Teilungsabstand der Eingaberasten. Typisch ist das Fehlen eines Resultatwerks, da das Resultat direkt am Umfang der Zählrollen abgelesen wird. Hierzu sind die Zifferngruppen 0, 1 bis 9 mehrfach vorhanden. Jeder dieser Zifferngruppen ist eine Kurve für den Zehnerübertrag zugeordnet. Anmerkungen: 1. Die Einspezies-Kleinrechner wurden u. a. unter den Markennamen Addimat Addipresto Handy Calculator Schnellrechner Simex Caroline Beispiel: Simex Caroline mit vier Zehner- verkauft. Sie arbeitet ohne Übertragskurven. Zahnräder; einige Modelle mit (Zeichnung: A. Witzemann) Ergänzungszahlen für Subtraktion. 2. Die Dateneingabe mit Stift /Finger entspricht einer Direkteinstellung des Zählwerkes nach Teil 2 / 6.1 3. Die Reihe der Zählrollen eines Gerätes ähnelt einem sogenannten Rollenzählwerk. 4. Patenthinweise: - Fossa-Mancini: IT42837 von 1896, FR272735 von 1897, IT49628 von 1898 und GB189904487 von 1899. - Addimat, Addipresto: Erfinder ist Sergio Lanza, Patent IT554094 von 1956 Beispiel: Swift „Handy Calculator“ mit Stiftbedienung 16 vgl.: Martin, Ernst: a. a. O., S. 136 25 12. Zählscheibe / counting disk FIGURAYTOR mit Stifteingabe, Ray Adding Machine Co., New York PEBALIA mit Fingereingabe, DRP 216318, Trio-Gesellschaft, München Horizontale Anordnung der Zählscheiben auf parallelen, senkrechten Einzelachsen. Anwendung bei einstufig arbeitenden Ein- und Zweispezies-Kleinrechnern. Werteeingabe: mittels Stift oder Finger. Für die Stifteingabe sind Bohrungen, Mulden, Sprossen oder Schlitze vorhanden. Bei der Handeingabe werden kleine Stifte auf der Zählscheibe (Beispiel: Pebalia), Drehknöpfe in Verlängerung der Lagerachse (Beispiel: Inaudy) oder Zeiger im Zifferkreis (Beispiel: Conto) betätigt. Die Beschriftung der einzelnen Eingabestellen einer Scheibe ist meist ring- oder segmentförmig auf dem Gehäuse angebracht. Eine zusätzliche Eingabeanzeige (Beispiel: Conto) ist selten. Anzeige: erfolgt in der Regel durch die Zählscheiben selbst (Beispiel: The Calcumeter), durch zusätzliche Ziffernscheiben (Beispiel Ken + Add), seltener durch Ziffernrollen (Beispiel: Pascaline). „Pascaline“ des Blaise Pascal Subtraktion: durch Umschaltung der Mechanik (Beispiel: alte ScheibenaddiererVersion von Pebalia) oder Änderung der Drehrichtung der Zählscheibe (Beispiele: neue Scheibenaddierer-Version NO 704 von Pebalia). Zählwerks-Löschung: Gesamtlöschung mittels Laschen oder Hebel. 1. Zählscheibe für Stifteingabe, 2. Stiftanschlag 3. Ziffernrollen, mit zwei reziproken Ziffernreihen beschriftet. 4. Zehner-Übertragsmechanismus Anmerkungen: 1. Zusatzinformationen: s. Teil 2 / - Stifteingabe Abs. 2.6 - Anzeigeeinrichtunge Abs. 3 - Löscheinrichtungen Abs. 10.1 26 2. Typische Zählscheiben-Rechner wie „Figuraytor“, „Pebalia“ oder „Pascaline“ arbeiten mit in Reihen angeordneten Zählscheiben, die über den Zehnerübertrags- Mechanismus gekoppelt sind. Die Anzahl der Zählscheiben entspricht hierbei der Rechenkapazität der Maschine. Rechenmaschine UNION, Vertrieb: A. Hauff, Berlin Daneben gibt es andere ZählscheibenRechner, die wegen ihrer Bauform oft als „Scheibenrechner“ bezeichnet werden. Auch hier sind die Einrichtungen für den Zehnerübertrag vorhanden und die Eingabe erfolgt über Griffel oder Finger. Es sind: a) Rechner mit konzentrisch angeordneten Zählscheiben: Beispiel: - UNION-Rechenmaschine Eine Variante hierzu ist die 8 x 9stellige ATLAS-Addiermaschine Herring Computing Machine, US-Patent 1263244 von 1918, Vertrieb: Keuffel & Esser Co.,N.Y. von Julius Mauch in Zürich. Die Ziffern 0, 1 bis 9 für die Werteeingabe sind auf den speziellen konzentrischen Zählscheiben dreimal vorhanden, jedoch nur einmal sichtbar. Eingabe mittels Stift, der radial verschiebbar auf einem zentrisch gelagerten Drehhebel angeordnet ist. Geliefert wurden Maschinen mit und ohne Einrichtung zur Nullstellung. b) Rechner mit zwei nebeneinander liegenden Zählscheiben unterschiedlicher Größe: Beispiele: - Herring Computing Machine - Nestler & Roesler-Addierer - Webb`s Adder Trotz ihres geringen Preises haben Rechenmaschinen dieser Bauformen nur eine geringe Verbreitung erreicht. Webb`s Adding Machine, US-Patent 75322 von 1868; Durchmesser 1 = 11 cm Durchmesser 2 = 6 cm 3. Scheiben- oder walzenförmige Rechner ohne Zehnerübertrag sind als Rechenhilfe einzustufen und nicht Gegenstand dieser Klassifizierung. Beispiele: - Tröger-Rechenscheiben - Loga-Rechenwalzen 27 13. Gewindespindel / threaded spindle Die Linearbewegung eines handgeführten Schubstiftes wird in Drehbewegungen einer Gewindespindel umgesetzt und damit als Rechenwert in das oben liegende Resultatwerk übertragen. Die Anzahl erzeugter Spindelumdrehungen ist proportional dem Eingabewert / der Anzahl durchlaufener Spindelsteigungen. Abbildung 1: Zweispezies-Rechner Spira, Schweizer Patent Nr. 51475 von 1910, Erfinder: Dr. Victor Vogel, Riga, Hersteller: Franz Morat, Eisenbach. Lieferbare Rechenkapazität: - 3 x 4 - 5 x 6, - 8 x 9. Addition, Frontblende auf der rechten Seite, der Schriftzug „Addition“ ist sichtbar. Für die Eingabe der Werte 1 bis 9 sind am Gehäuse entsprechende Eingabemarken vorhanden, der Ziffernabstand entspricht der Steigung der Gewindespindel. Bei einer Addition (Abb. 1) liegt die verschiebbare Frontblende auf der rechten Rechnerseite, der Schubstift wird in Führungsschlitzen auf der rechten Spindelseite von oben nach unten geführt. Bei der Subtraktion wird die Frontblende (in Abb. 2 rot umrandet) zur linken Seite geschoben und der Schubstift auf der linken Spindelseite von unten nach oben geführt. Diese Umkehr der Schubrichtung des Stiftes bewirkt eine Umkehr der Drehrichtung der Gewindespindel. Anmerkungen: 1. Ähnliche Patente für Kleinrechner mit Gewindespindel: - CH309957 von 1950, Anmelder: Arva S. A. Abbildung 2: Subtraktion, Frontblende (rot umrandet) auf der linken Seite, der Schriftzug „Subtraktion ist sichtbar. (Darstellungen vereinfacht) - CH494428 von 1970, Anmelder: Andre Kolly 28 2. Getriebetechnisch gesehen ist die Gewindespindel Teil eines Schraubgetriebes. Beispiel einer Gewindespindel mit Kegelrad zur Übertragung der Umdrehungen zum Resultatwerk. 14. Oszillierende Betätigungswalze 17 / oscillating actuator Facit Vierspezies-Rechner 10-51, Patent von 1966 des Schweden Erik Konrad Grip (Schema) Die Betätigungswalze (1) wird aus gleichen, verzahnten Einstellscheiben (2) gebildet, die auf einer gemeinsamen Achse (3) gelagert sind und beim Rechnen gleiche axiale und oszillierende Bewegungen ausführen. Die Einstellscheiben (2) - ihre Anzahl entspricht der Rechenkapazität der Maschine sind in zwei Segmente unterteilt, die zueinander axial versetzt sind, sodass immer nur ein Bereich mit dem Resultatwerk in Verbindung stehen kann. Der Versatz (4) entspricht einer halben Teilung des Resultatwerkes. Das kleinere Segment mit neun Zähnen (5 / gelb markiert) arbeitet als Plus-Sektor. Das größere Segment enthält zusätzlich zum Minus-Sektor mit neun Zähnen (6 / rot markiert) den Eingabesektor (7) für die Übernahme von R