DE976437C - Elektronische Rechenmaschine - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBENAM 5. SEPTEMBER 1963

M 124.41 IXcI42 m

Es sind elektronische Rechenmaschinen bekannt, die mit Hochvakuum- oder Gasentladungsröhren derart arbeiten, daß ein aus einer oder mehreren solcher Röhren bestehender Stromkreis einen von mehreren stabilen Schaltzuständen einnehmen kann. Solche Stromkreise, sind dann in einer Zählkette vereinigt, die einer Stelle eines Zählwerkes entspricht. Durch Zufuhr von Zählimpulsen nimmt der Reihe nach jeweils ein anderer Stromkreis einen bestimmten Schaltzustand ein, und die Stelle, die dieser Stromkreis in der Zählkette innehat, entspricht dem Wert, auf den die betreffende Zählstelle gezählt hat. Der betreffende Stromkreis kann seinen Schaltzustand beispielsweise durch das Aufleuchten einer Glimmlampe anzeigen.

Diese Zählwerksstellen sind besonders umfangreich, da schon meistens ein Stromkreis dieses Zählwerkes mehrere Röhren einnimmt und dadurch eine Zählwerkstelle bis zu zwanzig Röhren umfaßt.

Bei mehreren bekanntgewordenen Ausführungen ist außerdem noch ein besonderer Aufwand zur Ablesung des im Zählwerk stehenden Wertes nötig. Es ist auch bekannt, daß eine Zähleranzeige mit Hilfe von sogenannten Gasentladungsröhren, die eine Anode und einen zehngeteilten Kathodenring aufweisen, möglich ist. Abgesehen von der durch den Mechanismus der Gasentladungsröhre beschränkten Schwierigkeit ist es mit diesen Röhren nicht möglich, ein Ziffernsymbol anzuzeigen.

Die Erfindung sieht vor, daß der Zählvorgang und die Ablesung für eine Zählwerkstelle durch eine einzige besonders ausgebildete Kathodenstrahlröhre erfolgt. In der Bahn des Kathodenstrahles befindet sich eine Zahlenplatte, auf der die Zahlensymbole ausgespart sind. Die Ablenkung des Kathodenstrahles von seiner Nullstellung,· in der er durch das Null-Symbol hindurchgeht, erfolgt elektrostatisch durch eine Ablenkplatte, deren Ablenk-

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spannung dem Zählwert entspricht. Die Ablenkspannung wird in einem Zählkondensator dadurch erzeugt, daß über verschiedene Schaltmittel Impulse an ihn gelangen, die während der Impulsdauer dt eine bestimmte gleichbleibende Stromstärke haben. Da J dt gleich einer Ladung Q ist, nimmt auch die Ladung des Zählkondensators um die Impulsladung zu und damit auch die Spannung U nach der Formel U=~, wobei C dieKapa-

zität des Zählkondensators ist. Die Stromquelle, die solche Impulse liefert, muß eine Kennlinie haben, die im /a/t/a-Diagramm parallel der Ua-Achse verläuft. Eine solche Kennlinie besitzt beispielsweise eine Pentode.

Mehrere solcher Zählröhren sind zu einem Zählwerk vereinigt. Eine aus solchen Zählwerken aufgebaute Multiplikationsanordnung besteht aus einer Impulsquelle für den Multiplikanden, die verschieao dene Impulszüge mit den Impulszahlen 1 bis 9 über einen Einstellteil an die betreffenden Zählkondensatoren liefert, und einer weiteren Impulsquelle für den Multiplikator, die entsprechend, jedoch mit einer zehnmal geringeren Frequenz als die Multiplikanden-Impulsquelle, arbeitet.

In einem Ausführungsbeispiel bestehen diese Impulsquellen je aus neun Zahlenstufen, die wieder aus je einer Zahlenröhre und einer Vorröhre bestehen. Jede Zahlenstufe ist einem Impulszug zugeordnet. Das Gitter der Vorröhre liegt an einem .Zahlenkondensator, dessen Wert von Stufe zu Stufe zunimmt und den Zahlen 1 bis 9 entspricht.. Wenn der Zahlenkondensator durch Zuführung von Impulsen eine bestimmte Spannung erreicht hat, zündet die Vorröhre und unterbricht dadurch die weitere Impulslieferung der Zahlenröhre.

In einer etwas einfacheren Ausführungsform, die dafür etwas langsamer arbeitet, werden die entsprechenden Impulse durch motorisch angetriebene Kommutatoren erzeugt.

Der Zehnerübertrag erfolgt entweder zwischen zwei Impulsen durch einen von der zehnten Stelle auf der Zahlenplatte der Zählröhre eingeleiteten Impuls, wobei gleichzeitig der zugehörige Zählkondensator gelöscht wird, oder analog den mechanischen Rechenmaschinen zu einem besonderen Übertragszeitpunkt, wobei der Übertrag in einem besonderen Stromkreis vorbereitet und zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgelöst wird. In den Zeichnungen zeigt

Fig. ι das Schaltbild der Multiplikationsanordnung, bei der die Impulse von Zahlenstufen geliefert werden und der Übertrag zwischen zwei Impulsen erfolgt,

Fig. 2 die Impulsquelle in Form von Kommutatoren,

Fig. 3 die Zehnerübertragung mit Vorbereitung

und Auslösung zu einer bestimmten Übertragszeit.

Der Aufbau und die Wirkungsweise der elektronischen Rechenmaschine nach der Erfindung sind nachstehend an Hand des Schaltbildes beschrieben, ohne daß dadurch die Zahl der praktisch möglichen Ausführungsformen erschöpft sein soll.

Ein Impulsgenerator A liefert die für den weiteren Verlauf benötigten Impulse in einer bestimmten Frequenz und Kurvenform. In der Vorstufe B werden die Impulse gegebenenfalls noch weiter umgeformt und eine zehnfach geringere Frequenz / für den Multiplakator gebildet. Der Zahlenteil D₁ für den Multiplikanden, zu dem die Impulse nunmehr gelangen, besteht aus mehreren Stufen I bis IX. Jede Stufe enthält eine Zahlenröhre ZR und eine Vorröhre VR, vorzugsweise eine gittergesteuerte Gasentladungsröhre. Das Gitter der Vorröhre ist mit einem Zahlenkondensator K verbunden. Der Zahlenkondensator jeder Stufe hat eine Größe, die der Stellung der Stufe im Zahlenteil entspricht. Der Zahlenkondensator der zweiten Stufe ist also doppelt so groß wie der der ersten Stufe, der der dritten Stufe dreimal so groß, usf. Wenn an den ersten Zahlenkondensator K1 ein Impuls gelangt, liegt an ihm und dem damit verbundenen Gitter der Vorröhre eine Spannung, die die Röhre zündet. Gleichzeitig ist dieser eine Impuls an das erste Gitter der Zahlenröhre ZR1 gelangt und ist durch diese Röhre hindurchgegangen, da deren zweites Steuergitter, das mit der Anode der bisher nichtleitenden Vorröhre verbunden ist, eine hohe positive Vorspannung hat. Wenn nun der zweite Impuls eintritt, so hat er auf die Vorröhre der ersten Stufe keine Wirkung mehr und gleichfalls nicht auf das erste Steuergitter der Zahlenröhre, da deren zweites Gitter jetzt eine niedere oder negative Vorspannung hat. Bei der zweiten Stufe läuft der Vorgang entsprechend ab, nur daß hier die Vorröhre erst beim zweiten Impuls zündet. Durch die zugehörige Zahlenröhre sind zwei Impulse hindurchgegangen. Diese Impulse gelangen in neun Zügen über eine Formstufe F, in der sie in ihrer Polarität umgekehrt und in eine für die Zählung geeignete Form gebracht werden, zu dem Multiplikanden-Einstellwerk G (Fig. ι b). In dem Zahlenteil befindet sich außerdem noch eine zehnte Vorröhre VRio, die nach jedem zehnten Impuls die anderen Vor röhren über eine Röhre Rn löscht und gleichzeitig die Übertragsauslösung bei den Zählröhren bewirkt.

Im Multiplikanden-Einstellwerk G, das ähnlich dem von normalen Volltastatur-Rechenmaschinen angeordnet ist, entspricht jede Tastenreihe einer Zahlenstufe. Jede Spalte des Tastenfeldes ist mit einer Stelle eines Kontaktkörpers H verbunden. Der Kontaktkörper entspricht dem bekannten Schlitten der mechanischen Rechenmaschine und hat die Aufgabe, die eingestellte Zahl auf die gewünschte Stelle im Resultatzählwerk zu schalten. Er besteht aus einer festen Kontaktleiste H1, die so vieleKontaktstellen besitzt, wie das Einstellwerk Zahlenreihen hat, und aus einer dieser gegenüber verschiebbaren Kontaktleiste H 2, deren Kontaktzahl mit der Zahl der vorhandenen Resultatzähl- iao röhren übereinstimmt. Dieser Kontaktkörper baut sich viel kleiner und einfacher als die üblichen Schlitten der mechanischen Rechenmaschine.

Den Hauptteil der Rechenmaschine bildet die Zählvorrichtung, die im wesentlichen aus den Zählkondensatoren N und den Zählröhren M besteht.

Die Zählröhre ist eine Kathodenstrahlröhre mit zwei Ablenkplatten ι und 2, die an dem zugehörigen Zählkondensator liegen. Sie besteht weiter aus der Kathode 3, der Anode 4 und der Zahlenplatte 5. In dieser Zahlenplatte, die sich im Weg des Kathodenstrahls befindet, sind die Ziffernsymbole ausgespart. Der Kathodenstrahl, der hier nicht punktförmig ist, sondern einen gewissen Durchmesser hat, dringt durch die Zahlenplatte hindurch und trifft auf den Leuchtschirm 6, wo er das Zahlensymbol aufzeichnet. Wenn es erwünscht ist, daß das Zahlensymbol immer an der gleichen Stelle des Leuchtschirmes erscheint, muß noch eine Elektronenoptik vorgesehen werden, die mit 7 angedeutet ist.

Eine andere Anzeigemöglichkeit auf dem Braunschen Rohr besteht darin, daß man übereinander dünne Leuchtschichten anbringt, die jeweils die Form eines bestimmten Zahlensymbols haben und

ao die auf verschiedene Energien des Kathodenstrahles ansprechen. In diesem Falle muß die Zählspannung nicht an einer Ablenkelektrode, sondern an einer Beschleunigungselektrode liegen, die dem Kathodenstrahl die entsprechende Energie verleiht.

as Bei Addition ist eine nach der Zahl »9« liegende Stelle und bei Subtraktion eine vor der Zahl »1« liegende Stelle der Zahlenplatte mit einem Steuerorgan verbunden, das die Zehnerübertragung und die Löschung des Zählkondensators bewirkt.

Beim Zehnerübertrag zwischen zwei Impulsen gelangt der Impuls von der Zahlenplatte zu einer Röhre 8, die den Impuls mit umgekehrter Polarität auf den Zählkondensator der nächsthöheren Zählröhre überträgt, wobei der Zeitpunkt des Übertrags durch geeignete Dimensionierung der Schaltglieder, so gewählt werden kann, daß der Übertragsimpuls zwischen zwei normalen Zählimpulsen auftritt. Durch das Leitendwerden der Löschröhre 9 wird der Zählkondensator entladen, und der Kathodenstrahl nimmt seine Ausgangsstellung wieder ein. Das Schaltbild der Fig. ia bis ic ist nur schematisch, und die einzelnen Schaltglieder, z. B. zum Voreinstellen und Justieren der Ablenkspannung, sind im Interesse einer einfacheren Darstellung weggelassen. Wenn der Übertrag nach Fig. 3 zu einem besonderen Übertragszeitpunkt erfolgt, gelangt der Übertragsimpuls von der Zahlenplatte über verzögernde Schaltglieder zu einer Doppelröhre 11, an deren anderes Gitter bei jedem zehnten Impuls von der zehnten Vorröhre VR10 ein negativer Impuls gelangt. Dadurch wird in bekannter Weise, weil die bisher leitenden Röhren stromlos werden, der gemeinsame Anodenpunkt einen positiven Impuls liefern, der an den Zählkondensator der nächsthöheren Zählröhre gelangt. Die Löschung des Ausgangs-Zählkondensators erfolgt auf dieselbe Weise wie bei der vorhergehenden Übertragsart.

Für die Anzeige des Multiplikators ist ein ähnlicher Stromkreis vorgesehen. Dieser verläuft von der die Frequenz f₂ = V₁₀ f_t liefernden Impulsquelle über den Multiplikator-Sperrteil C zum Multiplikator-Zahlenteil D₂. Dieser ist ähnlich wie der Multiplikanden-Zahlenteil D₁ aufgebaut, nur daß der Ausgang der Anoden der Vorröhren ebenfalls zum Multiplikator-Einstellteil G' gelangt. Hier ist jede Taste mit zwei Kontakten versehen, von denen der eine den Ausgang der Zahlenröhren über ein Kontaktstück 10 mit dem Multiplikator-Kontaktkörper verbindet. Von hier gelangen die Zählimpulse von der Kontaktleiste H 2 zu den Multiplikator-Zählröhren T, die zweckmäßigerweise auch mit der schematisch angedeuteten Zehnerübertragung P untereinander verbunden sind. Der andere Kontakt verbindet den Ausgang der Vorröhren VR' über einen anderen Pol des Kontaktstückes 10 mit dem Sperrteil C des Multiplikanden-Zahlenteils.

Durch einen Druck auf eine Taste des Multiplikanden-Einstellteils G wird an eine Ablenkplatte einer von einer Gruppe von Zählröhren L, die die Multiplikandenanzeige darstellt, eine dem Tastenwert entsprechende feste Ablenkspannung gelegt, so daß auf diesen Röhren der eingestellte Multiplikand erscheint.

Durch Vergleich der Multiplikandenanzeige mit dem eingetasteten Wert ist eine Kontrolle dafür gegeben, daß die Anordnung im ganzen richtig funktioniert, da bei Übereinstimmung die Spannungen richtig sein müssen.

Wirkungsweise

Zu Beginn des Arbeitens gelangen von dem Multiplikanden-Zahlenteil die den eingestellten Zahlen entsprechenden Impulszahlen über die Kontaktleiste an die Resultat-Zählröhren M. Die Kontaktleiste befindet sich in der · in Fig. 1 b gezeigten Stellung und führt die Impulse zu den untersten Resultat-Zählröhren, die den niedersten Zählwerkstellen entsprechen. Während dieses Multiplikanden-Arbeitsspiels tritt am Anfang auch ein Multiplikatorzählimpuls in jeder Multiplikator-Zahlenröhre ZR1 auf. Wenn nun im Multiplikator-Einstellteil beispielsweise die Zahl »5« eingetastet ist, und zwar in der Spalte ganz rechts, so wiederholt sich dieses Maschinenspiel im ganzen noch viermal, und da die Multiplikator-Zählröhre der niedersten Stelle mit der 5-Multiplikator-Zahlenröhre verbunden ist, gelangen fünf Zählimpulse an die Zählröhre. Nach dem fünften Impuls zündet aber die Vorröhre VR 5' der 5-Zahlen-Stufe, und ihre nun in der Spannung absinkende Anode ist über den zweiten Kontakt des Kontaktstückes 10 mit dem Sperrteil des Multiplikandenzweiges verbunden, wodurch nun jede weitere Zufuhr von Impulsen zu diesem Zweig gesperrt wird. Es folgen jedoch noch weitere Multiplikatorimpulse, bis die zehnte Multiplikator-Vorröhre zündet und die beweglichen Kontaktstücke · und die beweglichen Multiplikanden-Kontaktleiste um einen Schritt durch den Magneten U vorgeschoben werden. Die zehnte Multiplikator-Vorröhre hatte ähnlich wie die Multiplikanden-End-Vorröhre am Ende des Maschinenspiels die vorhergehenden Vorröhren gelöscht. Nach Verschiebung der Kontaktteile beginnt der Multiplikationsvorgang von neuem mit einer neu eingestellten Multiplikatorstelle, bis bei Erreichen der letzten linken

Multiplikatorspalte auch der Multiplikatorsperrteil betätigt und der Rechenvorgang beendet wird. Die Löschung sämtlicher Zählelemente geschieht durch Kurzschließen der Zahlen- und Zählkondensatoren. Der Kommutator-Impulsgeber nach Fig. 2 als weitere Ausführungsform besteht aus einem zylindrischen Körper, dessen Oberfläche axial, ähnlich einem Kollektor, in je einen bis zehn leitende und isolierende Sektoren eingeteilt ist, und zwar derart, daß die oberste Lamelle 12 einen leitenden Sektor besitzt (sie gibt also bei einer Umdrehung einen Stromimpuls), die nächste darunter zwei leitende Sektoren (sie gibt zwei Impulse pro Umdrehung), usf. Dieser Kollektorteil 12 liefert die Impulse für den Multiplikanden.

Ein ähnlicher Impulskörper 13 ist für den Multiplikator vorgesehen, er hat jedoch nur ein Zehntel der Umdrehungszahl von 12. Auf diesen Multiplikator-Kollektor folgen noch einige Lamellen 14, die je nach dem Grad und der Ausbildung der Automatisierung (z. B. bei automatischer Division) weitere Schaltvorgänge bewirken. Angetrieben wird der Impulsgeber von einem kleinen Synchronmotor. Die Funktion der Lamellen 12 entspricht der der Multiplikanden-Zahlenröhren, die Funktion der Lamellen 13 a der der Multiplikator-Zahlenröhren und die Funktion der Lamellen 13 & der der Multiplikator-Vorröhren. Durch eine der Lamellen 13 c wird am Ende des Multiplikator-Maschinenspiels der Vorschub der beweglichen Kontaktteile eingeleitet.

Der in den einzelnen Zählröhren M stehende Wert kann dadurch auf mechanische Zählwerke oder Druckwerke übertragen werden, daß die hochisolierten Zählkondensatoren von den Kontaktteilen durch einen Schalter getrennt und an eine andere Vorrichtung gelegt werden. Diese Vorrichtung entlädt die Zählkondensatoren, um gleiche Strommengen 7 · dt und treibt gleichzeitig für jede elekironische Zählstelle eine mechanische Druck- oder Zählstelle an. Wenn der Zählkondensator völlig entladen ist, was mit Hilfe einer Elektronenröhre angezeigt werden kann, wird der Vorschub des mechanischen Zählwerkes beendet, und es bleibt in einer Stellung stehen, die dem im Zählkondensator gespeichert gewesenen Wert entspricht.

Claims (12)

1. PATENTANSPRÜCHE:
2. ι. Elektronische Rechenmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in einer einzigen Kathodenstrahlröhre der Zählvorgang und die Einleitung der Zehnerübertragung vor sich geht und daß gleichzeitig an derselben Röhre eine Ablesemöglichkeit des eingegebenen Wertes in Ziffernsymbolen besteht.
   2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählung durch einen an sich bekannten Zählkondensator (N) geschieht, indem an diesen Impulsekonstanter Stromstärke und konstanter Zeitdauer gelangen, wodurch der Zählkondensator eine der Zahl der eingegebenen Impulse entsprechende Spannung annimmt, die als Ablenkspannung für einen Kathodenstrahl dient.
3. 3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zählende Kathodenstrahlröhre aus einer Kathode, einer röhrenförmigen Anode, zwei Ablenkplatten, an deren einer der Zählkondensator liegt, einer Zahlenplatte und einem Leuchtschirm besteht.
4. 4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenstrahl entsprechend der Ablenkspannung durch in den Zahlenplatten ausgesparte Zahlensymbole hindurchgeht und ein Bild des Zahlensymbols auf dem Leuchtschirm entwirft.
5. 5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrstelliges Zählwerk aus solchen Zählkathodenstrahlröhren aufgebaut ist, wobei durch eine auf der Zahlenplatte nach der Zahl »9« oder bei Subtraktion eine vor der Zahl »1« angebrachte Kontaktstelle, die vom Kathodenstrahl getroffen wird, die Löschung des Zählkondensators und die Einleitung des Zehnerübertrages ausgelöst wird.
6. 6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Zählkathodenstrahlröhren aufgebautes Zählwerk als Resultatzählwerk und ein anderes Zählwerk als Multiplikatorzählwerk einer Multiplikationsvorrichtung dient.
7. 7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse für die beiden Zählwerke (M und T) je in einem Zahlenteil (D_x und D₂) abgezählt werden.
8. 8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahlenteil aus neun Stufen aufgebaut ist, von denen jede eine Zählröhre (Zi?) und eine Vorröhre (VR) enthält, wobei am'Gitter der Vorröhre ein Kondensator (K) liegt, dessen Wert der Stellung der Stufe entspricht, und wobei die Vorröhre nach einer Anzahl von Impulsen zündet, die der Stellung der Stufe entspricht, wodurch die Zahlenröhre gehindert wird, weitere Impulse auszusenden.
9. 9. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahlenteil für den Multiplikator mit einer zehnmal geringeren Frequenz arbeitet als der Zahlenteil für den Multiplikanden oder das Resultatzählwerk.
10. 10. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich des vermittels einer bestimmten, durch eine Tastatur (G) gewählten, von den anderen Betriebsspannungen der Anordnung abgeleiteten festen Ablenkspannung an bestimmten Einstellprüfröhren (L) tatsächlich anliegende Wert mit dem eingetasteten Wert gleichzeitig zur Prüfung der Richtigkeit der Betriebsspannung der Gesamtanlage dient.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Einstellteil ein-

    gehende Strom nach Kurvenform und Kurvenfolge durch umlaufende Kontaktkörper mit Schleifbürsten erzeugt wird.
12. 12. Anordnung nach den Ansprüchen ι bis ii, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Zählröhren (M) und den Kondensatoren (N) stehende Wert auf mechanische Zähl- oder Druckwerke übertragen wird, indem der Zählkondensator um gleiche Elektrizitätsmengen / · d t entladen wird, und zwar durch eine Vorrichtung, die gleichzeitig das mechanische Zähl- oder Druckwerk antreibt, und daß der Antrieb des Zähl- oder Druckwerkes und der Entladevorgang beendet werden, wenn der Kondensator völlig entladen ist.

    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Electronics, November 1949, S. 92 bis 96.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

    © 309 675/15 8.63