Die mechanischen Rechenmaschinen -
ein entwicklungsgeschichtlicher Abriß

von Erhard Anthes



 

Die in den letzten Jahren erschienen Publikationen zur Geschichte des Computers enthalten auch immer Bezüge zu der einen Wurzel der elektronischen Datenverarbeitung, den mechanischen Rechenmaschinen.

In zwei Punkten leiden diese Darstellungen unter erheblichen Verkürzungen:
Erstens behandeln sie aus dem Zeitraum 17./18. Jh. fast ausschließlich nur die Konstruktionen von Schickard, Pascal, Leibniz und Hahn, manche erwähnen immerhin noch Poleni, Braun und Müller;
und zweitens gehen sie kaum auf die Fortsetzung dieser Entwicklungen im 19. und 20. Jh. ein.
Daß es zu diesen beiden Defiziten etwas nachzuholen gibt, soll hier gezeigt werden.

 

Textabschnitte

[Erste Ansätze im 17./18. Jh]
[
Beginn industrieller Produktion]
[
Motorisierung]
[Automatisierung]

 


 

1.Erste Ansätze des maschinellen Rechnens (17./18.Jh.)

Nicht nur die oben bereits genannten Personen haben sich im 17. und 18. Jh. mit der Konstruktion von Rechengeräten befaßt, es waren mehr als 20 Wissenschaftler und Instrumentenbauer, die in diesem Zeitraum eine unterschiedliche Anzahl von Maschinen herstellten oder so beschrieben, daß man später Nachbauten anfertigen konnte.

Tabelle 1 : Auflistung der Wissenschaftler und der Maschinentypen im 17. und 18.Jh.

Die einfacheren Geräte sollten vorwiegend für kaufmännisches Rechnen benutzt werden und waren daher meist auf die damaligen Zahlungsmittel abgestimmt.
Die komplizierteren Maschinen, wie die von Leibniz, Poleni, Braun, Hahn u.a., waren vor allem für die im technischen und wissenschaftlichen Bereich wichtigere Multiplikation und Division eingerichtet.
Daß damit auch die Quadratwurzel einer Zahl berechnet werden konnte, ist erst Mitte des 19. Jh. durch das nach Prof. Dr. Toepler (Riga) benannte und von dem Kinematiker Prof. Dr. Reuleaux (Berlin) propagierte Verfahren bekannt geworden.

Dem Versicherungskaufmann Charles Xavier Thomas schließlich gelang es, eine auf den Ideen von Leibniz (Staffelwalze) und Hahn (zweistufige Zehnerübertragung) beruhende Konstruktion zu entwerfen und diese ab ca. 1855 unter ständigen Verbesserungen in größeren Stückzahlen zu produzieren.

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2. Beginn der industriellen Produktion (19.Jh.)

Während zu Beginn des 19. Jh. noch die handwerkliche Produktionsweise vorherrschte, konnte mit zunehmender Einführung von Fertigungsmaschinen die Präzision der hergestellten Teile und deren Anzahl gesteigert werden.

Die Rechenmaschinen gewinnen in diesem Jahrhundert an Funktionstüchtigkeit und Zuverlässigkeit.
Aber bis ca. 1880 gibt es im wesentlichen nur einen Hersteller (Charles Xavier Thomas aus Colmar/Elsaß), der in der Lage ist, den Bedarf an Rechenmaschinen im aufkommenden Bank- und Versicherungsgewerbe, im Vermessungswesen und in wissenschaftlichen Instituten zu decken.

Einer größeren Verbreitung stand der recht hohe Preis von ca. 500 Francs entgegen, aber auch die wohl nur beschränkte Lieferkapazität der Hersteller.
Dies war für viele Konstrukteure, Ingenieure, Erfinder Anlaß genug, sich um neue Wege im Rechenmaschinenbau zu bemühen.

Bis zur Mitte des Jahrhunderts erfährt man von etwa einem Dutzend neuen Konstruktionen, darunter befinden sich wenige, die es zu einer gewissen Bekanntheit bringen, wie die Addiermaschine von Didier Roth (1841), der auch eine Sprossenradmaschine (1841) baut.
Oder die komplizierte Staffelwalzenmaschine Arithmaurel (1849) der Uhrmacher Maurel und Jayet.

Tabelle 2: Maschinen vor Beginn der industriellen Produktion (1800-1850)

Weitere Konstruktionen werden in England (z.B. von Tyrell, Downing, Wertheimber) und in Polen (Chaim Zelig Slonimski, Abraham Israel Staffel) bekannt, wobei die polnischen Geräte sogar in der Lage gewesen sein sollen, die Quadratwurzel zu ziehen.
Die neuen Konstruktionen werden bei den wissenschaftlichen Akademien vorgestellt oder auf den gerade ins Leben gerufenen Industrieausstellungen gezeigt.

In der zweiten Hälfte des 19. Jh. werden über 60 weitere Versuche gemacht, brauchbare Rechenmaschinen zu bauen; die meisten davon sind über das Experimentierstadium nicht hinausgekommen.
Es gibt allerdings Hinweise darauf, daß einige der damals erfolglosen Konstruktionen Vorlage späterer Fabrikate waren.

Tabelle 3: Maschinen zu Beginn der industriellen Produktion (1850-1900)

Einige dieser Geräte haben die Wirrender Zeit überstanden und können heute in Museen besichtigt werden:
Die Schaltklinkenmaschine von Dietzschold (1877) in Dresden,
die von Heide und Büttner (1879) in Braunschweig,
die komplizierte Rechenmaschine des russischen Mathematikers Tschebicheff (1882) in Paris,
mehrere einfache frühe Addierer aus den USA (z.B. Spalding, 1884) in Bonn;
die zirkulare Staffelwalzenmaschine von Edmondson (1885) existiert noch in mehreren Exemplaren, eine davon im Landesmuseum in Braunschweig.
Dort befinden sich noch weitere originelle Maschinen, etwa die Staffelwalzenmaschine von Duschanek (1886),
die Multipliziermaschine (1886) des Mathematikprofessors Selling aus Würzburg,
die Sprossenradmaschine von Esser (1892) und manche andere.

Das im September 1999 eröffnete Arithmeum in Bonn zeigt nicht nur die meisten Konstruktionen des 17. und 18. Jh. in exakten und funktionstüchtigen Nachbauten, sondern auch einige der teilweise einzigartigen Erfindungen des 19. Jh., wie z.B. die Arithmaurel von 1849 oder die Sprossenradmaschine von Büttner (1889.

In der zweiten Hälfte des 19. Jh. werden allerdings auch die Erfindungen gemacht, die das Zeitalter der mechanischen Rechenmaschine in den Kontoren und Büros bestimmten:
Das Odhnersche Sprossenrad (patentiert 1878),
der Feltsche Comptometer (US-Patent 1887),
die Burroughs'sche druckende Addiermaschine (US-Patent 1893),
die Steigersche Millionär (patentiert 1893).

Der sich Ende des 19. Jh. . abzeichnende wirtschaftliche Erfolg der damals führenden Rechenmaschinen-Produzenten Burkhardt, Grimme,Natalis und Co (Odhner / Brunsviga), American Arithmometer Company (Burroughs) und Felt and Tarrant (Comptometer) führt zu einer stürmischen Entwicklung vieler Konkurrenzmodelle, die auf unterschiedlichstem Wege Patentvorschriften zu umgehen suchen und damit zu einer Weiterentwicklung beitragen.

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3. Motorisierung (bis 1930)

Zu Beginn des 20. Jh. hatte die druckende Addiermaschine aus den USA (z.B. Burroughs, Dalton) und die nichtdruckende Vierspeziesrechenmaschine (z.B. Odhner, Burkhardt, Brunsviga) aus Europa einen beachtlichen Interessenten- und Abnehmerkreis gefunden.

Tabelle 4: Rechenmaschinen zur Zeit der Motorisierung

Die technische Kompliziertheit der Geräte erforderte allerdings im Herstellungsablauf eine Mischung aus maschineller und handwerklicher Produktionsweise; dies blieb auch so bis zum Ende des mechanischen Rechners.

Der Elektromotor war inzwischen so weit verkleinert worden, daß er auch für den Einbau in Addier- und Multipliziermaschinen in Betracht gezogen werden konnte.
Im Jahre 1901 zeigt der US-Amerikaner Frank C. Rinche eine druckende Addiermaschine, die elektrisch angetrieben wird; das Patent erhält er 1903.
Die erste verkaufsfähige Maschine erscheint 1904, die Universal Accountant.
Burroughs übernimmt die Herstellungsrechte 1908. Zunächst wird lediglich der Handhebelzug durch den Motorantrieb ersetzt; Zeitersparnis ist dabei nicht das Argument, eher die Schonung des Materials durch den gleichmäßigen Lauf und die Entlastung des Bedienungspersonals von den starken Federkräften, gegen die der Handhebel bewegt werden muß.

Die erste Vierspeziesmaschine mit elektrischem Antrieb ist eine Konstruktion des Österreichers Alexander Rechnitzer, dem eine motorbetriebene, automatisch rechnende Maschine ab 1902 in Deutschland patentiert wird.
Damit ist auch schon die Zielrichtung der Motorisierung angedeutet: Automatisierung aller Rechenvorgänge.

Rechnitzer kann nach seiner Übersiedelung in die USA noch weitere Verbesserungen finden, seine Maschine AUTARITH gerät jedoch in Vergessenheit.
Auch die von dem Amerikaner Emory S. Ensign um 1907 herausgebrachte Maschine gleichen Namens mit eigener Tastatur für die Multiplikation ("Wahltastatur") und Elektroantrieb bleibt nur kurze Zeit in Produktion.

Dagegen kann in Deutschland ein anderer einen großen Erfolg verbuchen:
Der Feinmechaniker und Instrumentenbauer Christel Hamann entwickelt um 1905 sein Proportionalhebelprinzip, das ab 1910 serienmäßig in der Mercedes Euklid Verwendung findet, und das durch seinen sinusförmigen Bewegungsablauf hervorragend für den Motorantrieb geeignet ist.
Ab 1913 werden die elektrisch angetriebenen Geräte gebaut.

Weitere Erfindungen mit dem Ziel, eine Motorisierung zu ermöglichen, werden von Carl Friden in USA (Stellsegment-Prinzip, 1922) und noch einmal von Christel Hamann (Schaltklinken-Prinzip, 1925) gemacht.

Auch die Staffelwalzenmaschinen werden mit Motor ausgerüstet:
Um 1910 die TIM/UNITAS, ca. 1914 die ARCHIMEDES.
Eine erste Sprossenradmaschine mit Motor wird in Frankreich gebaut, die l'ECLAIR (1912) des italienischen Konstrukteurs Roberto Piscielli.
In USA wird 1915 bei Marchant an eine konventionelle Sprossenradmaschine ein Motor angeflanscht.
Nach dem ersten Weltkrieg können alle Gerätetypen im Prinzip mit elektrischem Antrieb gebaut werden.

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4. Automatisierung (ab 1930)

Wie schon angedeutet, hatte die Motorisierung nicht nur eine Entlastung des Bedienenden zur Folge, bedeutungsvoller war die Möglichkeit, weitere und komplexere Funktionen mit Hilfe des elektrischen Antriebes einbauen und die Ablaufgeschwindigkeit steigern zu können.

Die Autarith von 1902 gelangte nicht zur Herstellung, und so war der erste fabrikmäßig produzierte Automat das Modell 7 der Mercedes Euklid (1913), das aber erst nach dem ersten Weltkrieg in größeren Stückzahlen verkauft wurde.
Um 1930 werden von allen großen Firmen hervorragend ausgebaute Vollautomaten auf den Markt gebracht:
Madas Modell VIIeTA (1927),
Mercedes Euklid Modell 18V (1929),
Rheinmetall Modell SAL (1930),
Badenia Modell TEA 10 (ca.1930),
Hamann Modell Selecta (1932),
Archimedes Modell GEMR (ca.1933),
Marchant Modell D (1933).

Tabelle 5: Automatisierung der Rechenmaschinen

Als wesentliches Manko wird die in den Vierspeziesmaschinen immer noch fehlende Schreibeinrichtung beklagt. Hier bahnen sich aber noch vor dem zweiten Weltkrieg Lösungen an, deren Anknüpfungspunkte die druckende Addiermaschine liefert:
Der Chefkonstrukteur der deutschen Firma ASTRA, Lorenz Maier, baut ab 1936 in einer Versuchsserie das Modell 9, eine druckende Addiermaschine mit schneller Multiplizier- und Dividiereinrichtung; Remington Rand und Olivetti sind zur selben Zeit dabei, aus Zweispeziesmaschinen den druckenden Vierspeziesrechner zu entwickeln.
Nach dem zweiten Weltkrieg ist es dann soweit:
Etwa 1946 erscheint die Remington 96 und 1948 die von Natale Capellaro konstruierte Olivetti Divisumma 14.


Diese beiden Maschinen bilden den Ausgangpunkt für einen weiteren Entwicklungsschub mechanischer Rechenmaschinen, der eine Fülle konkurrierender Fabrikate hervorbrachte.

Eine der kompakten und sehr zuverlässigen printing calculators diesen Typs ist die schweizerische Precisa 166 von Helmut Gelling.

Tabelle 6: Automatisierung und Druck


Die Idee von Lorenz Maier findet ihre Fortsetzung in der ULTRA 804 von Gustav Schenk, der 1958 als schnelle Multipliziereinrichtung eine Sprossenradwalze in eine druckende Addiermaschine einbaut.
Die Division wird allerdings noch, wie in den Maschinen von Remington oder Olivetti, von den langsam bewegten Addiersegmenten bewältigt.
Erst mit der Transmatic der Fa. Diehl (1963) ist dann ein gewisser Abschluß der Zusammenführung von druckenden Addiermaschinen mit den schnell arbeitenden Multipliziergeräten erreicht.
Die Ultra 804 wird ab 1962 als MACH 1.07 von der amerikanischen Firma Monroe gebaut und vertrieben und erreicht ebenso wie die Transmatic (in den USA bei Marchant im Programm) eine weltweite Verbreitung.

Einige Sonderkonstruktionen der 50-er und 60-er Jahre sind noch erwähnenswert: Zuerst natürlich der einzige fabrizierte mechanische Rechner, der automatisch die Quadratwurzel ziehen kann, die von Friden gebaute Staffelwalzenmaschine Modell SRW (1952); hierbei läuft das alte Toeplersche Verfahren durch einen vollständig automatisierten Mechanismus selbsttätig ab.
Dann sei noch auf die Pendelradmaschine Olympia RA (1955) hingewiesen, die an Stelle von Staffelwalze oder Sprossenrad einen ganz neuen Übertragungsmechanismus enthält, der besonders für Rückübertragungen aus den Zählwerken in das Einstellwerk geeignet ist. Diese Rückübertragung erleichtert vor allem im technischen und wissenschaftlichen Einsatz die Berechnungen von Produkten mit mehr als zwei Faktoren.

Sprossenradmaschinen sind schon seit den 20-er Jahren damit ausgestattet (z.B. 1925 Brunsviga Nova III), Staffelwalzenmaschinen bringen diese Zusatzfunktion erst nach dem zweiten Weltkrieg.
Die letzten mechanischen Geräte sind die Walther 600 (1958, Konstrukteur Dr. Helmut Gelling), die Logos 27 (Olivetti, 1965), die Facit 1051 (1966) und die Hamann 1630 (1969, Günter Hornauer). Es sind hoch ausgebaute mechanische Superrechner, die aber gegen die aufkommenden elektronischen Tischrechner (1962: Anita von Norman Kitz, gebaut bei der Bell Punch Company, London) keine Chance mehr haben.

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1999 ergänzte Fassung der Veröffentlichung in: Beiträge zum Mathematikunterricht 1987, Bad Salzdetfurth, S.74-77

Literatur: Arithmeum Texte, Forschungsinstitut für Diskrete Mathematik, Bonn 1999