Rechenmaschine

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Rechenmaschine Resulta BS 7
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Eine Rechenmaschine ist eine Maschine, mit derer Hilfe bestimmte mathematische Berechnungen automatisiert ausgeführt werden können. Eine Rechenmaschine ist also ein Rechenhilfsmittel, das die Berechnung aufwändigerer mathematischer Aufgaben unterstützt in dem vom Benutzer der Maschine möglichst wenig kognitiver Aufwand abverlangt wird. Welche Berechnungen möglich sind, hängt von der Maschine und den für diese Maschine angebotenen Algorithmen ab.

Die ersten Rechenmaschinen waren mechanisch. Weit verbreitet waren bis in die 70er-Jahre vor allem die relativ preiswerten Addiermaschinen, die lediglich die Addition und die Subtraktion beherrscht haben (daher auch Zweispeziesmaschinen genannt), was aber in vielen Anwendungsbereichen ausreichend war. Dreispeziesmaschinen haben zusätzlich die Multiplikation und Vierspeziesmaschinen auch die Division mehr oder weniger automatisch ausführen können.

Drei- und Vierspeziesmaschinen, d.h. Rechenmaschinen, mit denen man auch multiplizieren und — im Fall der Vierspeziesmaschinen — auch dividieren kann, wurden vor allem nach zwei Prinzipien konstruiert: Staffelwalze und Sprossenrad.

Historische Entwicklung

Originalzeichnung von Wilhelm Schickard
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Die erste urkundlich erwähnte Rechenmaschine wurde 1623 von Wilhelm Schickard in einem Brief an Johannes Kepler knapp beschrieben. Die Maschine besteht aus einem Addier- und Subtrahierwerk nach Art der Neperschen Rechenstäben sowie einer Vorrichtung zum Multiplizieren und Dividieren. Schickard berichtet, dass er diese Maschine auch realisiert hat. Man vermutet diese Maschine ist später während eines Brandes seines Hauses verloren gegangen.

1645 führte der Franzose Blaise Pascal seine Rechenmaschine "Pascaline" vor, die mit Zahnrädern und Sperrklinken funktioniert. Pascal fertigte einige dieser Maschinen und versendete sie an europäische Fürstenhäuser. Aus diesem Grund existieren heute neben vielen Nachbauten auch noch einige original Pascalinen.

Zwischen Deutschen und Französischen Historikern wird gerne darüber gestritten, welche Nation nun die erste Rechenmaschine hervorgebracht hat. Wie so oft kann diese Frage nicht objektiv beantwortet werden. Von Schickard ist die erste Konstruktionszeichnung und von Pascal die erste erhaltenen Machine nachweisbar.

Beide Maschinentypen haben ein gemeinsames Problem. Sie eignen sich nicht für den alltäglichen Einsatz als Rechenmaschinen. Sie enthalten wichtige Funktionsprinzipien, nicht aber Vorrichtungen, die das tägliche sichere Arbeiten ermöglichen.

So fehlt der Maschine von Wilhelm Schickard die Möglichkeit Energie für den Zehnerübertrag jeder Dezimalstelle zu speichern. Das bedeutet, dass die Rechnung 9+1 einfach zu bewältigen ist, jedoch 9999+1 hohen Kraftaufwand erfordert und vermutlich zu Verklemmungen der Maschine geführt hat.

In der Maschine von Blaise Pascal verhindern Sperrklinken eine frei Drehbarkeit der Zahnräder, diese werden durch Schwerkraft unten gehalten. Dies führt dazu, dass die Maschine unter dem Phänomen des "Überschleuderns" leidet. Das Problem, dass sich Zahnräder oder ganze Getriebe als träge Masse auch ohne Antrieb weiterbewegen. Mit den Resultat, dass das Rechenergebnis verfälscht wird, da die Maschine bei Addition 1 oder mehr zu viel zählt.

1673 stellte Gottfried Wilhelm Leibniz eine von ihm entwickelte Staffelwalzen-Maschine der Royal Society in London vor. Diese Rechenmaschine ist heute noch im Original im Landesmuseum Hannover erhalten. Wie gut diese Maschine tatsächlich funktioniert hat, kann leider nicht mit letzter Sicherheit gesagt werden. Zum Ende des 19-ten Jahrhunderts wurde der deutsche Rechenmaschinenfabrikant Arthur Burkhardt beauftragt die Leibniz-Maschine zu reparieren. Heute ist die Original-Maschine nicht betriebsbereit.

Die damalige Fertigungstechnik konnte zwar Zahnräder und andere mechanische Teile sehr genau fertigen, war jedoch von einem Austauschbau weit entfernt. Die einzelnen Teile mussten manuell gefertigt und durch Nacharbeit aneinander angepasst werden. Auch wenn die Konstruktion der Mechanik für die 10-er Stelle identisch zur 100-er Stelle war, konnte man die beweglichen Teile nicht zwischen beiden Stellen tauschen ohne Nacharbeiten zu müssen.

Deshalb ist davon auszugehen, dass die Originalmaschine von Leibniz die Beispielaufgaben ordnungsgemäß rechnen konnte und im Laufe der Zeit durch Umbauten und Fehlreparaturen blockiert wurde. Die Nachbauten des Heinz Nixdorf MuseumsForum und des Deutschen Museum funktionieren jedenfalls tadellos. Sie sind jedoch auch unter Verwendung moderner Fertigungstechniken entstanden.

Leibniz fertigte eine Rechenmaschine mit allen notwendigen Konstruktionsmerkmalen, zu einer Serienfertigung kam es nie.

1709 veröffentlicht der italienische Mathematiker und Astronom Giovanni Poleni (1683-1761) die Konstruktionszeichnungen seiner hölzernen Rechenmaschine. Diese funktioniert auf Basis von Zahnrädern mit veränderbarer Zähneanzahl, den sogenannten Sprossenrädern. Die Realisierung seiner Maschine scheiterte an den damaligen Fertigungsmöglichkeiten, so dass Poleni seine Maschine eigenhändig zerstörte.

1727 stellt der Mechaniker Philippe Vayringe (1684-1746) die von Antonius Braun (1686-1728) konstruierte Sprossenradrechenmaschine für den Wiener Hof fertig. Von dieser Maschine existieren heute nur noch Nachbauten, so dass man über die Einsatzfähigkeit der Maschine für den Alltagsbetrieb nichts sagen kann. Immerhin erlauben Konstruktion und feinmechanische Genauigkeit zu dieser Zeit eine solche Entwicklung.

1727 veröffentlicht der deutsche Mechaniker Jacob Leupold (1674-1727) in seiner technischen Enzyklopädie 'Theatrum Aritmetico Geometricum' Konstruktionszeichnungen einer von ihm erfundenen Rechenmaschine. Man vermutet, dass Braun diese Konstruktion schon vor der Erstveröffentlichung kannte. Deshalb wird die Rechenmaschine des Antonius Braun heute als 'Leupold-Braun-Vayringe-Maschine' bezeichnet.

1778 konstruiert der Pfarrer und Erfinder Philipp Matthäus Hahn (1739-1790) eine Rechenmaschine in Dosenform mit konzentrisch angeordneten Zahnrädern, Staffelwalzen und einer zentralen Antriebskurbel. Von dieser Maschine fertigte er vier oder fünf Exemplare, die zum Teil heute noch existieren und funktionstüchtig sind.

Die von Leupold inspirierte zentrale Antriebskurbel das Staffelwalzenprinzip und die verbesserten Fertigungmöglichkeiten tragen dazu bei, dass viele Historiker in der Maschine des Pfarrer Hahn die erste alltagstaugliche Rechenmaschine sehen.

Obwohl die technischen Fertigungsmöglichkeiten zu dieser Zeit eine begrenzte Produktion dieser Maschinen zugelassen hätten und zumindest die Rechenmaschinen von Hahn 'brauchbar' waren, wurde keine Maschine der oben genannten Erfinder in Serie gebaut. Dies mag darin begründet sein, dass die Rechenmaschinen am Beginn ihrer Entwicklung standen, infolgedessen für die praktische Anwendung noch nicht ausgereift genug und zu teuer in der Herstellung waren. Der relevanteste Grund war jedoch, dass es noch keinen Markt für solche Maschinen gab. Staatliche Verwaltungen, das Militär oder Kaufleute litten unter keinem Zeitdruck oder Arbeitskräftemangel.

Serienfertigung

1820 begann der Franzose Charles Xavier Thomas (1785-1870) mit der Welt ersten Serienproduktion von Rechenmaschinen. Thomas war Direktor zweier Versicherungsgesellschaften und betrieb seine Rechenmaschinenproduktion nur nebenbei. Bis zu seinem Tod 1870 waren seine Rechenmaschinen ein Zuschußgeschäft, der Verkaufspreis lag unter den Selbstkosten.

Von 1820 bis 1878 wurden etwa 1500 Geräte gefertigt. Da aus der Anfangszeit nur zwei Rechenmaschinen bekannt sind, sollte man davon ausgehen, dass der eigentliche Schwerpunkt der Serienfertigung in der zweiten Hälfte des 19-ten Jahrhunderts liegt.

Die Rechenmaschinen trugen den Namen Arithmomètre funktionierten nach dem Staffelwalzenprinzip mit einem verschiebbaren Schlitten. Sie funktionierten zuverlässig, waren jedoch zu ihrer Zeit Hochtechnologie und konnten nur in Paris gewartet und repariert werden.

Durch die Verfügbarkeit von Rechenmaschinen entwickelte sich langsam auch ein Markt für numerische Berechnungen. So konnten Unternehmen erstmalig wöchentlich oder gar täglich Bilanzieren oder Ingenieure neben dem Rechenschieber auch algebraische Verfahren anwenden.

1876 der Schwede Willgodt Theophil Odhner (1845-1905) konstruierte eine Sprossenradmaschine, deren Bauprinzip der späteren europäischen Sprossenradmaschinenindustrie als Vorbild diente.

Den Antrieb, eine eigene Rechenmaschine zu konstruieren, lieferte die Aufteilung des Gemeindelandes, das den 1861 befreiten Bauern zugewiesen wurde. Auf einer Kunst- und Industrieausstellung 1866 in Stockholm hatte er die Sprossenradmaschine des schwedischen Mechanikers C. Petterson kennengelernt, eine Maschine, über die nichts näheres bekannt ist.

Die damals erhältlichen Thomas-Maschinen waren seiner Meinung nach zu schwer zu bekommen und außerdem nicht handlich genug. Seine Maschine sollte klein, einfach, leicht zu bedienen und preiswert sein. Seit 1874 befaßte er sich mit dem Bau einer mit den existierenden Werkzeugmaschinen zu fertigenden Sprossenradrechenmaschine und stellte wahrscheinlich 1876 die erste Maschine fertig.

Am 19. November 1878 erhielt der Geschäftspartner von Odhner, ein gewisser Königsberg, das Deutsche Patent Nr. 7393. Im Jahre 1879 erhielt Odhner das Schwedische Patent Nr. 123 und das Russische Patent Nr. 2329 auf seine Konstruktion. Dabei beanspruchte Odhner das Sprossenrad und dessen Sprossenverstellung mit Hilfe eines Stellrings mit Kurvenschlitz nicht als sein geistiges Eigentum.

Die Produktion der Rechenmaschinen unter dem Namen 'Arithmometer' startete 1886 in Odhners eigenen Fabrik. In dieser Zeit wurden nur wenige Maschinen produziert. Die späteren erfolgreichen Maschinen, die von Odhner und der deutschen Firma Grimme, Natalis & Co produziert wurden, beruhen auf dem deutschen Patent Nr. 64 925 aus dem Jahre 1890.

Odhner vergrößerte 1894 seine Fabrik und stellte neben Rechenmaschinen auch noch andere mechanische Geräte her. Im russisch-japanischen Krieg 1904 bir 1905 wurden statt Rechenmaschinen Instrumente für die Marineartillerie hergestellt. Der Firmengründer W. T. Odhner erlebte die Wiederaufnahme der Rechenmaschinenproduktion nicht mehr. Er starb am 15. September 1905 in St. Petersburg. Seine Firma siedelte nach der Oktoberrevolution 1917 nach Göteburg in Schweden um. Die russische Produktion belief sich bis zu diesem Jahr auf ca. 30.000 Rechenmaschinen, die größtenteils auf dem russischen Markt abgesetzt wurden.

Um die Jahrhundertwende gab es schon mehrere Firmen, die ausschließlich Rechenmaschinen herstellten. Die Investition von Charles Xavier Thomas, die Landreformen und die sozialen Umbrüche trugen dazu bei, dass sich ein florierender Markt für Rechenmaschinen entwickeln konnte.

Das Ende der mechanische Rechenmaschinen

Mit der Entdeckung der Elektrizität wurden mechanische durch elektromechanische Rechenmaschinen abgelöst bzw. ergänzt. Das Ersetzen von Handkurbeln und -hebeln durch einen Elektromotor bedeutete besonders bei Drei- und Vierspeziesmaschinen eine erhebliche Zeitersparnis. Anfang bis Mitte der 60er-Jahre kamen dann die ersten elektronischen Rechenmaschinen auf den Markt, zunächst noch mit Röhren ausgestattet, später dann mit Transistoren und schließlich mit integrierten Schaltkreisen. Diese Maschinen haben bis Ende der 70er-Jahre die mechanischen Maschinen fast vollständig verdrängt.

Heute wird der Begriff Rechenmaschine üblicherweise für elektronische Tischrechner verwendet, die oft mit einem kleinen Drucker ausgestattet sind, was eine Kontrolle der Berechnung ermöglicht. Zu den Rechenmaschinen gehören aber auch die Taschenrechner und im weiteren Sinne auch die frei programmierbaren Computer, deren Möglichkeiten aber meist weit über die herkömmlicher Rechenmaschinen hinausgehen und die theoretisch (unendlich viel Speicher und Rechenzeit vorausgesetzt) jede Art Berechnung durchführen können. Heute haben Personal Computer in vielen Bereichen die Aufgaben der klassischen Rechenmaschinen übernommen.

Siehe auch

Weblinks

Literatur

F. Seck (Hrsg.): 'Wilhelm Schickard 1592-1635, Astronom, Geograph, Orientalist, Erfinder der Rechenmaschine', Tübingen 1978

Diskussion der Autoren über den Artikel: Rechenmaschine

Was bitte unterscheidet einen Computer von einer Rechenmaschine? --Coma 16:44, 4. Apr 2003 (CEST)

Ein Computer ist eine Rechenmaschine im weitesten Sinne, aber eine Rechenmaschine ist kein Computer. Es gibt zum Beispiel rein mechanische Rechenmaschinen. Einer der bekannten Bauer von Rechenmaschinen aus dem 18. Jahrhundert beispielsweise ist Charles Babbage. Ulrich.fuchs 19:21, 4. Apr 2003 (CEST)

Der Z3 von Konrad Zuse war auch mechanisch und trotzdem ein Computer! Ich glaub der Unterschied liegt in der Programmierbarkeit... --Coma 19:26, 4. Apr 2003 (CEST)

Ja, in der freien Programmierbarkeit, wohlgemerkt. Ich wollte ja auch nur sagen, dass der ursprüngliche Redirect keinen Sinn ergab, wir brauchen auf jeden Fall einen eigenen Artikel zum Thema. Ulrich.fuchs 20:00, 4. Apr 2003 (CEST)

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Diese Definition bzw. Erklärung des Begriff Rechenmaschine und dessen Bedeutung wurde zuletzt am 8.2.2006 aktualisiert (Glossar Lexikon Enzyklopädie).