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Rechenmaschine Die bisher üblichen Rechenmaschinen, die auf dem Prinzip
der einfachen Zahnübersetzung beruhen, haben den Nachteil, daß sie keine Einrichtung
besitzen, die das Multiplizieren in genügend einfacher Weise gestatten. Ein weiterer
Nachteil, der sich aus dem Prinzip der üblichen Zahnübersetzung ergibt, besteht
darin, daß man nur jeweils eine Rechenoperation durchführen kann. Unter Beibehaltung
der bekannten Prinzipien ist es nicht möglich, diese Nachteile zu umgehen.
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Es wird daher erfindungsgemäß die Anwendung eines anders gearteten
Prinzips vorgeschlagen, das die obigen Nachteile vermeidet, dabei genügend einfach
ist und eine praktische Ausführung ohne komplizierte und teure Nebenapparate gestattet.
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In Fig. i ist ein Schema des Erfindungsgedankens angegeben. Fig.2
zeigt eine beispielsweise konstruktive Ausführung. Fig. 3 ist die Seitenansicht
der in Fig. 2 im Schnitt dargestellten Staffelwalze 2o. In Fig. 4 ist eine ganze
Anzahl von Systemgruppen nach Art der in Fig.2 gezeigten zu einer Rechenmaschine
zusammengestellt. Fig. 5 ist eine Seitenansicht des Antriebrahmens der Rechenmaschine.
Fig. 6 und 7 zeigen nochmals schematische Ausführungen des Grundgedankens. Fig.
6a zeigt die Anordnung und die Betriebsweise der Staffelwalzen 2o. Fig. 6b und 6c
zeigen Rechenbeispiele. Fig.6 d zeigt eine vergrößerte Ansicht des Antriebrahmens
und Fig..6 e einen Schnitt von 6 d. Das in Fig. i dargestellte Schema einer Systemgruppe
besteht aus den starren Stäben 3, 3', die zu einem Gelenkviereck zusammengesetzt
sind. Da der Punkt 4 des ersten Systems fest ist, wird durch einen Druck auf Stoßstange
i das Viereck zusammengedrückt, so daß Punkt 5 um eine Strecke a, die von der Größe
und Richtung des Druckes abhängig ist, verschoben wird. Diese Längenveränderung
der Strecke 4-5 wird auf das benachbarte Gelenkviereck übertragen; da dieses durch
eine geeignete Vorrichtung bei i seine Form nicht ändern kann, wird die Längenänderung
a auf Gelenkpunkt 5 des zweiten Systems übertragen und so fort bis zum letzten Viereck,
dessen Endgelenkpunkt 5 mit einer Zählvorrichtung 13 versehen ist. Durch einen Druck
auf Stoßstange i des zweiten Systems kann auch dieses Viereck zusammengedrückt und
der Abstand zwischen den Gelenkpunkten 5-5 um eine Strecke b verändert werden. So
kann der ersten Längenveränderung a, gleichzeitig oder hintereinander, eine weitere
Längenveränderung b hinzugefügt werden. Die beiden Längenveränderungen summieren
sich, und das Zählrad zeigt die Operation a + b = c an.
Durch einen
Zug an Stoßstange i eines der Systeme kann eine Subtraktion ausgeführt werden.
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Es ist also bei einer beliebigen Anzahl von Gelenkvierecken durch
gleichzeitige Betätigung der Stoßstangen i möglich, beliebige
einfache
Zahlen zu addieren und zu subtrahieren und am beweglichen Endpunkt 5 die entstandene
Summe zu registrieren.
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Dies wird in Fig.2; in der eine andere Art. der Grundsysteme, wie
sie bei der praktischb, Ausführung gewählt werden können, gezeigt. In Fig. 2 bestehen
die einzelnen Systeme aus-, einer Kombination von Zahnstangen und Zahnrädern. Die
Zahnstange i kann in der durch Pfeile angedeuteten Richtung bewegt werden. Diese
Bewegung wird nun durch das Zahnrad 2 auf die Zahnstangen 3, 3' übertragen und bewirkt
eine Veränderung der Länge des Systems. Der Abstand zwischen den Gelenkpunkten 4-5
wird also wieder um eine Strecke a vergrößert oder verkleinert. Da der Endpunkt
4 festgelegt ist, wirkt 'die Längenveränderung des ersten Systems auf das zweite
System ein, mit dem es in geeigneter Weise 6 verbunden ist. Da durch die Bewegung
der Zahnstange i des zweiten Systems gleichzeitig auch dieses System um die Strecke
b in seiner Länge verändert werden kann, setzen sich die beiden Längsänderungen
zu einer Resultierenden, der Summe beider Änderungen -I- a -f-
b, zusammen. Man muß nur dafür sorgen, daß die von einem System auf das andere
übertragenen Längenänderungen nicht auf die jeweilige Zahnstange i zurückwirken,
sondern sich, falls diese Zahnstange für die vorgeschriebene Operation nicht betätigt
wird, unverändert auf das nächste System übertragen. Das läßt sich auf verschiedene
Weise erreichen. Es kann z. B. das Zahnrad 2 mit einer Vorrichtung versehen `werden,
die wohl eine Bewegung der Zahn, Stange i zwangsläufig auf die Stangen 3 und 3'
überträgt, jedoch eine Bewegung, die vom vorherigen System auf 3_ im Punkte 5 einwirkt,
auf 3' überträgt, ohne i zu verändern. Solche freilaufartigen Übersetzungen sind
mehrfach bekannt.
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Eine andere Art der Übertragung im obigen Sinne ist in Fig. 2 gezeigt.
Es soll dabei eine Bewegung der Zahnstange 3, eine Bewegung der Achse des Zahnrades
2, das dabei immer mit der Zahnstange i verbunden bleibt, zur Folge haben, durch
die die Zahnstange 3' im gleichen Maße weitergeführt wird. Dies ist möglich, da
Zahnstange i mit Zahnrad z in ständiges Verbindung bleibt, sich also nicht drehen
kann und daher wie eine starre Verbindung von 3 -auf 3' wirkt. Die Zahnstangen i
werden infolge der Verschiebungen der vorhergehenden Elemente von ihren ursprünglichen
Lagen entfernt. Mit Rücksicht darauf aber, daß jene Vorrichtungen; welche die Bewegungen
der Zahnstangen i steuern sollen (Staffelwalzen 2o), auf ihren Plätzen verbleiben,
ist es notwendig, daß zwischen die Zahmstange i und das steuernde Organ eine bewegliche
Verbindung eingeschaltet wird. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, daß, wie in Fig.
2 ersichtlich, zwischen dem die Bewegung @Aer Zahnstange i steuernden Organ und
der `Z,4hnstange i plattenförmig ausgebildete Ele-'..ri.ente 7, 8 mit zwischenliegendem
Rollenlager `torgesehen werden.
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Wie bereits oben gesagt, gibt es einfachere Methoden, um diese Übersetzung
zu ermöglichen, doch sei an der erwähnten festgehalten, um das Spätere verständlich
zu machen.
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Bei der Addition mehrstelliger Zahlen muß man mehrere Systemgruppen
nach Fig.2 nebeneinander, wie in Fig. 4. angedeutet, anordnen. In Fig.4 sind die
Systemgruppen mit a, b, c .... bezeichnet. Die erste mehrstellige
Zahl wird dann an den Zahnstangen der Reihe L und die zu addierende Zahl an den
Zahnstangen der Reihe k eingestellt. An den Endpunkten 13 der einzelnen Systemgruppen
ist das Resultat der Summierung abzulesen. Dabei muß natürlich eine Zehnerschaltvorrichtung
vorgesehen werden, die aber nicht zum Gegenstand der Erfindung gehört und deshalb
`nicht näher beschrieben ist.
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Nun besteht der Vorteil der bisher beschriebenen Additionsvorrichtung
gegenüber den bekannten darin, däß, wie sich aus dem Getriebe ergibt, die Einstellung
der einzelnen zu summierenden Werte nicht hintereinander zu erfolgen braucht, sondern
mit einem Schlag gleichzeitig erfolgen kann. Man hat mittels einer Vorrichtung,
welche gleichzeitig die Zahnstangen i der verschiedenen Systeme herunterdrückt,
die Möglichkeit, sofort das Resultat abzulesen. Diese Möglichkeit bietet den Vorteil,
Multiplikationen der einzelnen Zahlen durchzuführen.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist es z. B. durch eine Staffelwalze
2o möglich, über die Zahnstange 9 dem System i, 2, 3 einen Impuls derart zu geben,
daß j e nach Drehrichtung und Größe desselben die Zahnstange herauf- oder heruntergedrückt
wird, und zwar um eine Anzahl von Zähnen, die den Werten von - 9 bis + 9 entspricht.
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Diese Staffelwalzen 2o sind auf ihren Achsen z5 verschiebbar, aber
umdrehbar gelagert. In Fig. 3 ist eine Staffelwalze dargestellt. die aus neun Längsabschnitten
besteht. (Der Einfachheit halber sind nur fünf von den neun Längsabschnitten gezeichnet.)
Jeder Längsabschnitt ist wieder in neun Radialabschnitte unterteilt, deren jeder
die dem Längsabschnitt entsprechende Anzahl von Zähnen trägt, und zwar wird der
erste Längsabschnitt mit neun Radialabschnitten mit je einem Zahn, der zw=eite Längsabschnitt
mit neun Radialabschnitten mit je zwei Zähnen usf. bis zum neunten Längsabschnitt
mit je neun Radialabschnitten mit je neun Zähnen versehen.
Dadurch
kann erreicht werden, daß durch seitliche Verschiebung der Staffelwalze 2o auf der
Achse 25 die Größe der Impulse (Multiplikand) und durch Richtung und Drehung der
Walze 2o die Richtung und Anzahl der Impulse (Multiplikator) bestimmt wird.
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Es muß nun dafür gesorgt werden, daß jeder Impuls, der sich als Längsveränderung
der Systemgruppe auswirkt, an dem freien Ende der Systemgruppe registriert wird.
Dies geschieht über die Zahnstange 12, die auf die Registriereinrichtung 13 einwirkt.
Bei jeder Ortsveränderung der Zahnstange 12 um einen Zahn wird die Registriereinrichtung
13 um eine Zahl weiter bewegt.
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Da nun mehrere Systemgruppen nebeneinander angeordnet sind, wie in
Fig.4 dargestellt ist, und zwar so viel Systemgruppen, wie die zu berechnenden Stellen
Zahlen haben sollen, ist die Registriereinrichtung 13 mit einer Zählerübertragung
versehen, um eine Zehnerpotenz auf die nächste Gruppe zu übertragen, z. B. in Fig.
4 von Gruppe f auf Gruppe e usf.
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In Fig. 4. sind also mehrere von den Systemgruppen, die in Fig. 2
dargestellt sind, nebeneinander angeordnet und schematisch dargestellt durch die
strichpunktierten Linien, die mit d, b, c, d, e, f bezeichnet sind.
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Unter jedem Gelenkviereck jeder Systemgruppe befindet sich je eine
Staffelwalze 2o, die wieder mit allen Staffelwalzen der ersten Gelenkvierecke jeder
Systemgruppe auf einer einzigen Achse 25 aufgereiht sind. Diese Achse 25 ist mehrkantig,
wie in Fig. 2 und 6 a gezeigt ist, so daß die Stafelwalzen 20 Seitlich verschiebbar
sind, aber die drehende Bewegung der Achse 25 von allen Staffelwalzen 2o gleichzeitig
mitgemacht werden muß. Diese Drehung wird durch ein am Ende der Achse befindliches
Zahnrad 22 bewirkt. Dadurch, daß jede Staffelwalze 2o unabhängig von der anderen
seitlich verschoben «=erden kann, ist man in der Lage, jeden gewünschten Längsabschnitt
der Staffelwalze 20 mit der Zahnstange 9 in Verbindung zu bringen. In Fig. 4 werden
nun alle ersten Gelenkvierecke der Systemgruppen mit l bezeichnet, alle zweiten
mit k, die dritten mit i, wobei die Glieder untereinander durch die Achse
25 verbunden sind (s. auch Fig.6a).
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Soll z. B. auf der Achse Z die Zahl 328 zum Ausdruck gebracht werden,
so genügt es, wenn die oberhalb des Systems f liegende Staffelwalze f11 derart verschoben
wird, daß der Längsschnitt der Staffelwalze, dessen Radialabschnitt acht Zähne besitzt,
der Zahnstange 9 gegenüber zu stehen kommt. Ebenso wird die Staffelwalze e/l mit
dem Längsabschnitt 2 und die Staffelwalze d/1 mit dem Längsabschnitt 3 der jeweiligen
Zahnstange 9 gegenübergestellt (s. Fig. 6b). Ebenso kann z. B. auf der Achse k die
Zahl 1436, auf der Achse i die Zahl 23408 eingestellt werden.
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Es ist nun ersichtlich, daß durch gleichzeitige Drehung der Achsen
1, k, i um je einen Zahn des Zahnrades 22, also um je einen Radialabschnitt
der Rolle 2o in gleicher Drehrichtung auf den Zahnstangen 9 und somit auch auf den
einzelnen Gelenkvierecken der Systemgruppen, Impulse ausgeübt werden, die auf den
Trommeln 13 der Registriereinrichtung die Summen der untereinanderstehenden
Ziffern ergeben.
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Soll nun eine oder mehrere der obenerwähnten Zahlen statt addiert
subtrahiert werden, so genügt es, die Drehrichtung der betreffenden Achse 25 gegenüber
der Drehrichtung der anderen Achsen 25 zu ändern. Durch die entgegengesetzte Drehrichtung
dieser Achse 25 wird im betreffenden System i, 2, 3, 3@ statt einer Verlängerung
eine Verkürzung hervorgerufen und damit eine Subtraktion der betreffenden Zahlen
erreicht, Um nun die Drehbewegung der einzelnen Achsen 25 selbsttätig regeln zu
können, kann z. B. um die Zahnräder 22 ein Rahmen 2 1 (Fig. 5 und 6d) angebracht
werden. In diesem Rahmen -sind Zähne 26 angeordnet, und zwar jedem Zahnrad 22 entsprechend
j e neun Zähne auf jeder Seite des Rahmens. Diese Zähne sind in den Rahmen derart
gelagert, daß sie unabhängig voneinander aus dem Rahmen in der Richtung gegen die
Zahnräder 22 auf die Weise gedrückt werden können, daß sie mit den Zähnen der Zahnräder
22 bei einer Bewegung des Rahmens 2 i in Richtung des angedeuteten Pfeiles in der
Fig. 6 d in Eingriff kommen, und zwar befinden sich derartige Zähne 26 beiderseitig,
also auf Seite 23 und 24, der Zahnräder 22. Wird nun der Rahmen 2r in Pfeilrichtung
verschoben, so werden die aus dem Rahmen hervorragenden Zähne 26 die Zahnräder 22
um einen gewissen Winkel drehen. Je nachdem nun die Zähne des Rahmens auf der Seite
23 oder der Seite 24 von den Zahnrädern 22 herausgedrückt worden sind, wird die
Drehrichtung der Zahnräder 22 im Uhrzeigersinn oder entgegengesetzt dazu erfolgen.
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Eine einfache Anordnung, die Zähne 26 in die Bahn der Zahnräder 22
zu bringen, ist in Fig.6e gezeigt. Die Zähne26 können jeder für sich umgeklappt
werden. Durch ein Umklappen dieser Zähne in die Bahn der Zahnräder 22, wie dies
in Fig. 6 e bei einem Zahn auf der Rahmenbacke 24 gezeigt ist, gelangt dieser Zahn
bei einer Bewegung des Rahmens 2 z in Eingriff mit dem Zahnrad 22.
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Um eine gemischte ,Operation, also z. B. die Addition zweier Zahlen
in Verbindung finit einer Subtraktion, durchzuführen, werden
wie
in Fig.6b die zu addierenden Zahlen eingestellt und in der Seite 24 des Rahmens
21 je ein Zahn der Zähnegruppe 26 derart vorgedruckt, daß sie bei Bewegung des Rahmens
die Zahnräder
22 i und
22 k (Fig. 6 b) in Uhrzeigerrichtung drehen.
Die zu subtrahierende Zahl wurde auf der Achse l eingestellt. Durch Vordrucken eines
Zahnes der Zahngruppe 26 auf der Seite 23 des Rahmens wird bei dessen Bewegung das
Zahnrad 22 in entgegengesetzter Drehrichtung bewegt. Auf der Achse l sei, z. B.
wieder die Zahl 328 eingestellt worden, auf der Achse
k die Zahl 1436, auf
der Achse
i
die Zahl 214o8. Durch die Verschiebung des Rahmens werden, falls
sich die Zähne der Zahngruppe 26 in der in Fig. 6 d angedeuteten Stellung befinden,
die Zahnräder 22 in oben beschriebenem Sinne gedreht, wodurch die Achsen 25 und
somit auch die Rollen 2o eine entsprechende Drehung ausführen. Diese Drehung wird
durch die Zahnstange 9 auf die Elemente der Systemgruppen übertragen, wobei die
Bewegung der Achse
251 eine Verkürzung der dazugehörigen Systeme, die Bewegung
der Achsen 25 k und 25 i eine Verlängerung der Systeme bewirkt. Das Resultat dieser
gleichzeitigen Verlängerung und Verkürzung der Systemgruppen wird wieder auf den
Rollen 13 . registriert, wo das Resultat dann ablesbar ist. Die ausgeführte Operation
entspricht folgendem Schema:
| Achsel............ 328X - I = - 328 |
| Achse k . . . . . . . . ».- I 436 X -`- x = + 1436 |
| Achse i............ 21408 X -j- I = -E- 21408 |
| 22 516 |
Man sieht, daß einfach dadurch, daß die Zähne des Rahmens entweder links oder rechts
aus dem Rahmen hervorragen, eine Addition oder Subtraktion durchgeführt werden kann.
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Wird aber vor den einzelnen Zahnrädern 22 nicht ein, sondern mehrere
Zähne 26 vorgedruckt, so wird die Achse 25 um einen Winkel verdreht, der der Anzahl
der hervorragenden" Zähne 26 entspricht. Entsprechend der Drehung um diesen Winkel
wird nicht wie bei der Multiplikation mit 1 nur ein Radiälabschnitt, sondern mehrere
Radialabschnitte an der Zahnstange 9 vorbeigedreht. Es wird also ein und derselbe
Impuls der eingestellten Zahl entsprechend mehrmals auf die Zahnstange 9 und damit
auf das System einwirken, und zwar so oft, wie es der Anzahl der Zähne 26 entspricht.
Da man es also in der Hand hat; jede Achse mit einer einstelligen Zahl zu multiplizieren
und gleichzeitig mit einer auf einer anderen Achse mit einer einstelligen Zahl multiplizierten
Zahl -zu addieren, ergibt es sich, daß man jede beliebige mehrstellige Zahl mit
einer anderen mehrstelligen Zahl multiplizieren kann. Es soll also z. B. folgende
Multiplikation durchgeführt werden:
| 425 X 376 |
| 1275 = 425 X 100 X 3 |
| 2975 =425X 10X7 |
| 2550 =425X IX6 |
| 159800 |
Wenn nun die gleiche Operation auf der Maschine durchgeführt werden soll, so wird,
wie in Fig. 6 c angedeutet ist, auf der Achse g die Zahl 425 mit Hilfe der Rollen
2o in bekannter Weise eingestellt. Auf der der Achse 25/g entsprechenden Zahngruppe
26 des Rahmens 21 werden nun sechs Zähne herausgedrückt. Auf der Achse k wird, entsprechend
der nächsten Teiloperation q.25 X 1oX7, die Zahl 425 derart eingestellt, daß sie
um einen Platz weiter nach links gerückt erscheint. Vor dem Zahnrad 22/l1 müssen
nun sieben Zähne der Zahngruppe 26 vorgedruckt werden, wodurch auch die zweite Teiloperation
eingeleitet ist.
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Da bei der dritten Teiloperation die Zahl 425 zunächst mit Zoo zu
multiplizieren ist, wird man die Zahl 425 auf den Staffelwalzen der Achse 25/i einstellen,
aber hierzu jene Staffelwalzen auswählen, die wieder um je eine Stelle nach links
verschoben sind. Vor dem Zahnrad 22/i werden ferner drei Zähne herausgedrückt, wodurch
die dritte Teiloperation eingeleitet ist.
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Wird nun nach dieser Vorbereitung der Rahmen 21 in der Pfeilrichtung
(Fig. 6 d) verschoben, so ist es begreiflich, daß die ganze Multiplikation auf einmal
durchgeführt und das Resultat auf den Registriertrommeln 13 ersichtlich ist.
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Es bereitet keine Schwierigkeit, eine Vorrichtung anzubringen, die
im Falle einer Multiplikation z. B. die Zahl 425 durch eine einmalige Einstellung
auf der Achse g selbsttätig auch auf den anderen Achsen einstellt. Es müssen nur
in diesem Fall die auf den Linien I-I, II-II und III-III ' gelegenen Staffelwalzen
2o zwangläufig miteinander verbunden sein.
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Wenn die Apparatur groß genug ist, können die durch die Multiplikationen
nicht in Anspruch genommenen Achsen für andere Operationen verwendet werden, so
daß gleichzeitig mit der Multiplikation auch noch
weitere Operationen vorgenommen
werden und das Resultat aller Operationen in ihrer Gesamtsumme auf den Trommeln
13 abgelesen. werden kann.
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Zusammenfassend soll nochmals betont werden, daß es sich in vorliegendem
nur
darum handelt, ein neuartiges Prinzip einer Rechenmaschine zum
Ausdruck zu bringen. Dieses Prinzip besteht darin, daß Systeme, die aus den Elementen
i, 2, 3, 3' (Fig. 2) aneinandergereiht werden, und zwar derart, daß die Längenveränderung
des einen Eleinentes auf das nächstliegende übertragen wird, dort algebraisch summiert
und wieder dem nächsten Element weitergegeben werden, so daß-auf dem Endglied das
Gesamtresultat der mit den einzelnen Elementen des Systems durchgeführten Operationen
ersichtlich ist. In Fig.6 und 7 sind zwei weitere Ausführungsmöglichkeiten angedeutet,
die auf demselben Prinzip beruhen.