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Mechanisches Schaltglied Es ist bekannt, daß sich Rechenmaschinen
mit elektrischen Relais als einzigem Arbeitsglied aufbauen lassen (z. B. Patentschrift
45s 4s1). Diese Tatsache findet ihre logische Begründung darin, daß sich sämtliche
Rechenoperationen aus den logischen Grundoperationen Konjunktion (A + B), Disjunktion
(A V B) und Negation (A) aufbauen lassen. Die Konjunktion wird durch Hintereinanderschalten,
die Disjunktion durch Parallelschalten von Kontakten und die Negation durch Ruhekontakt
gelöst, wobei die Kontakte mit Hilfe von Elektromagneten durch die Ausgangsangaben
(A, B) gesteuert werden. Die so ermittelten Werte (im Sinne der Aussagenlogik) stellen
neue Angaben dar, die wiederum mit Hilfe der Grundoperationen kombiniert werden
können, bis sich schließlich die Resultate ergeben. Die bei der Einzeloperation
auftretenden Elementarangaben sind zweifach variabel (Ja-Nein-Werte). Aus diesem
Grunde eignet sich die Methode besonders für das Rechnen im Sekundalsystem, da hierbei
die Ziffern bereits zweifach variable Angaben darstellen (o; 1).
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Gegenstand dieser Erfindung sind nun Arbeitsglieder, die die an sich
bekannte Aufgabe elektrischer Relais auf mechanische Weise lösen. Es sollen elementare
Arbeitsglieder für Rechenmaschinen entwickelt werden, welche die logischen Grundoperationen
lösen, so daß sich aus ihnen rechnende Schaltungen aufbauen lassen. Die Erfindung
erstreckt sich jedoch nicht auf alle Schaltungen als solche.
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Das elektrische Relais stellt einen steuerbaren Schalter dar, bei
. dem der steuernde Pol über einen Elektromagneten die Verbindung zweier Leiter
bewirkt.
Bei mechanischen Blechen treten an Stelle der Leiter in ihrer Ebene verschiebbare
Bleche, die übereinanderliegen und mit Ausschnitten versehen sind, in denen sich
Stifte bewegen. Steuerbleche bestimmen die Stellung der Stifte, wodurch Blechverbindungen
geöffnet und geschlossen werden.
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Die Abbildungen z bis 7 zeigen beispielsweise Ausführungsformen von
mechanischen Schaltgliedern. Es zeigt Abb. Z einen Schnitt durch ein Schaltglied
senkrecht zur Arbeitsebene, Abb. 2 ein Schaltglied zum Verbinden der in X-Richtung
verschiebbaren Bleche a und b, gesteuert durch das in Y-Richtung verschiebbare Blech
c, Abb. 3 eine Abwandlung des Schaltgliedes von Abb. 2 zum Verbinden des Bleches
ca mit b oder c (in X-Richtung verschiebbar), gesteuert durch ein in Y-Richtung
verschiebbares Blech d, Abb. q. ein Schaltungsbeispiel, Abb. 5 ein Speicherschaltglied
mit deni Zweck, eine zweifach variable Angabe zu speichern, Abb.6 die Arbeitsgänge
des Speicherschaltgliedes während des Ablesens, Abb. 7 die Arbeitsgänge während
des Speicherns. Wir haben folgende Arten von Blechen: z. Bewegende und bewegte Bleche,
zwischen denen die Verbindung hergestellt werden soll, 2. Steuerbleche, die die
Stellung der Stifte bestimmen, 3. feste Bleche, die die Bewegung der Stifte und
somit der Bleche begrenzen und die beweglichen Bleche trennen.
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Es ist vorteilhaft, die Bleche doppelt auszuführen und sie so übereinander
anzuordnen, daß sie symmetrisch zur Mittelebene liegen.
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Abb. 2 zeigt eine Elementarform eines mechanischen Schaltgliedes,
a ist das bewegende, b das bewegte, c das steuernde und d ein Führungsblech.
ca und b sind in X-Richtung verschiebbar und haben Ausschnitte, in die ein
Stift paßt, der die beiden Bleche verbindet. Dieser Stift läßt sich jedoch durch
das in Y-Richtung verschiebbare Blech c in Arbeits- und Grundstellung bringen. Die
Ausschnitte der Bleche ca und b sind so geformt, daß die Bleche nur in der
Arbeitsstellung des Stiftes verbunden sind. Das Steuerblech hat einen länglichen
Ausschnitt, so daß der Stift nur in Y-Richtung gebunden ist, in X-Richtung aber
die Arbeitsbewegung ausführen kann. Das Grundblech d hat einen winkelförmigen Ausschnitt,
der in der Arbeitsstellung den Stift in der X-Richtung freigibt und in der Grundstellung
den Stift in X-Richtung sperrt.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Die Bleche a und b
haben
zunächst die Anfangsstellung. Das Steuerblech wird in die gewünschte Stellung gebracht.
Dann wird a nach rechts bewegt; entsprechend der Stellung c wird b mitgenommen oder
nicht.
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Abb.3 zeigt ein ähnliches Schaltglied, mit dem Zweck, a in
der einen Steuerstellung mit b und in der anderen mit c zu verbinden.
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Diese Schaltglieder dienen dem Problem des eigentlichen Rechnens.
In Rechenmaschinen tritt nun noch das Problem auf, Angaben, meist Zahlen, festzuhalten,
die erst später gebraucht werden. Da hier nur Elementarbausteine entwickelt werden
sollen, genügt es, ein Speicherschaltglied zu entwickeln, welches eine Elementarangabe,
nämlich eine zweifach variable Angabe (z. B. Sekundalziffer), speichert. Ein solches
Speicherschaltglied zeigen die Abb. 5, 6, 7. Die Bleche sind nur soweit gezeichnet,
wie es zum Verständnis ihres Ineinanderarbeitens erforderlich ist.
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a ist ein steuerndes und bewegendes Blech; es ist einmal in Y-Richtung
verschiebbar und wirkt dann steuernd, zum anderen in der Y-Stellung (in der Zeichenebene
oben) in X-Richtung verschiebbar und wirkt dann bewegend. b ist ein bewegtes und
steuerndes Blech und in X-Richtung verschiebbar. c ist ein festes Blech mit einem
U-förmigen Ausschnitt.
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Die Bleche sind in Abb. 5 in der Grundstellung gezeichnet. Der Stift
ist der eigentliche Träger der Speicherung. Er befindet sich entweder in dem linken
oder dem rechten Schenkel des U-förmigen Ausschnittes von c, was den beiden Möglichkeiten
der zu speichernden Angabe entspricht.
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Abb. 6 zeigt die einzelnen Bewegungsschritte des Speicherschaltgliedeswährend
des Ablegens untereinander in zeitlicher Folge, links für die linke, rechts für
die rechte Stellung des Stiftes. Das Blech wird zuerst nach oben (-Y-Richtung),
dann zur Seite (-X-Richtung) bewegt. Hierbei wird das Blech c mit nach rechts verschoben,
falls der Stift links liegt, oder c bleibt liegen, falls der Stift rechts liegt.
Die gespeicherte Angabe ist also auf das Blech c übertragen.
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Abb.7 zeigt die Bewegungsschritte während des Speicherns für die linke,
rechts für die rechte Stellung des Stiftes. Das Blech wird zunächst nach rechts
verschoben, so daß der obere Teil des Ausschnittes von c frei ist. Dann wird a nach
oben (-Y-Richtung) verschoben. Jetzt wird der Stift durch Verschieben von b in X-Richtung
entweder nach links oder nach rechts verschoben, darauf zuerst a und dann b in die
Grundstellung gebracht. Die Stellung des Stiftes entspricht dann der Stellung von
c.
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Die Kombination der beschriebenen Schaltglieder zu Schaltungen erfolgt
derart, daß die Schaltglieder der Schaltung entsprechend nebeneinander angeordnet
werden. Die festen Führungs- oder Grundbleche können dann aus einem Stück hergestellt
werden. Die Bleche führen von Schaltglied zu Schaltglied; so kann das bewegte Blech
des einen Schaltgliedes bei dem nächsten die Funktion des bewegenden oder steuernden
Bleches haben.
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Abb. q. zeigt ein Schaltungsbeispiel, links mit mechanischen Schaltgliedern,
rechts mit elektrischen Relais. Es wird die Aufgabe der logischen Äquivalenz gelöst.
(e+f) V (e+f)äqb Sie kann zur Bestimmung des Vorzeichens bei Multiplikation und
Division dienen. Den Vorzeichen der beiden Faktoren entsprechen die Leiter bzw.
Bleche c und f. Bei gleichen Vorzeichen sind die Leiter bzw. Bleche a und
b über c oder d verbunden, so daß b an Spannung liegt bzw.
das Blech bei Verschieben des Bleches a mit verschoben wird. Bei ungleichen Vorzeichen
sind entsprechend der Zeichnung a und b nicht miteinander verbunden.
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Die mechanischen Schaltglieder lassen sich leicht nebeneinander und
in Schichten übereinander anordnen,
so daß gegenüber elektrischen
Relais große Raumersparnis erzielt wird. Da sich die Schaltungen aus gleichen Elementen
mit immer wiederkehrenden Blechformen aufbauen, eignet sich die Konstruktion hervorragend
zur Massenfertigung mit Hilfe der Stanztechnik.