Die Telefunken RA 1

Geschichte
Der Rechner RA 1 nimmt unter den heute noch existierenden Analogrechnern eine herausragende Stellung ein. Nicht nur, weil es sich um einen - von einigen wenigen Germanium-Dioden abgesehen - rein röhrenbestückten Rechner handelt, sondern auch und vor allem, weil es sich um einen Prototypen und damit um ein Unikat handelt. Wie kam es dazu, dass das Unternehmen Telefunken, das bis Ende des Zweiten Weltkrieges in erster Linie im Bereich der Funktechnik tätig war, ein neues Gebiet in Form der analogen Rechentechnik erschloss? Der Anfang dieser Entwicklung ist sicherlich in einem Beschluss des Telefunken-Vorstandes von 1954 zu sehen, in dem der Erkenntnis, dass "wie nach dem Ersten Weltkrieg, wieder eine entscheidende Umstellung des Arbeitsgebietes erforderlich" sei, Ausdruck verliehen wurde (siehe "Telefunken Zeitung", Jg. 25, Heft 100, S. 175). Dies führte zur Gründung eines Forschungsinstitutes, das am 1. April 1955 seine Arbeit unter der Leitung Wilhelm T. Runges aufnahm und sich der reinen Grundlagenforschung verpflichtet fühlte. Runge fasste die Aufgaben dieses Institutes 1960 wie folgt zusammen: "Zu den ersten Arbeiten, die das vor einigen Jahren gegründete Forschungsinstitut der Telefunken G.m.b.H. in Angriff nahm, gehörten das Studium der Fragen, die die Entwicklung des Transistors der Schaltungstechnik stellte, und die Analogrechentechnik. [...] Die Bearbeitung dieser Technik ergänzt gleichzeitig die bei Telefunken laufenden Arbeiten an Digitalrechnern zu einem vollständigen Entwicklungsprogramm." (Siehe "Telefunken Zeitung", Jg. 33, Heft 129, S. 4.) Die Entwicklung der RA 1, dieses ersten Analogrechners von Telefunken, erfolgte unter der Leitung von Dr. Ernst Kettel, der zuvor hauptsächlich mit Fragen der Nachrichtentechnik befasst gewesen zu sein scheint. Es steht zu vermuten, wenngleich es bislang nicht belegt werden kann, dass Dr. Kettel während des Zweiten Weltkrieges in Peenemünde Bekanntschaft mit Dr. Helmut Hoelzer, dem Schöpfer des ersten elektronischen Allzweckanalogrechners (1941) schloss, wobei auch davon auszugehen ist, dass er die Arbeiten Hoelzers wohl im Detail kannte. Die RA 1 ist, wie bereits erwähnt, nahezu vollständig in Röhrentechnik ausgeführt, wobei, wie es dem Stand der damaligen Technik entsprach, bereits gleichspannungsgekoppelte Rechenverstärker zum Einsatz kamen, von denen jedoch nur die Verstärker in Integrierern, nicht jedoch die von einfachen Summierern, über eine automatische Nullpunktstabilisierung verfügten. Ein Großteil der RA 1 scheint bereits 1955 implementiert worden zu sein, worauf eine Vielzahl erhaltener Datumsangaben auf Kondensatoren und anderen Bauteilen in der Maschine hindeutet. Nur zwei Jahre später (1957) wurde dieser Prototyp in der "Telefunken Zeitung" mit dem folgenden Bild quasi offiziell der Fachwelt vorgestellt: Dieses erste bekannte Bild der RA 1 unterscheidet sich rein äusserlich in folgenden Punkten vom gegenwärtigen Erhaltungszustand der RA 1: Alle Netzteile sowie das Schaltfeld, der Gossen-Spannungskonstanter und das +/-100 V-Netzteil (rechter Gestellschrank) verfügen noch über ihre Einbaudrehspulinstrumente. Der unterste Einschub des linken Gestellschrankes ist mit einer Blindabdeckung versehen - nach 1957 wurden hier offenbar noch einige Module entwickelt, die jedoch keinen Eingang in das spätere Produktionsmodell RA 463/2 fanden. Gegenwärtig sieht die RA 1 wie folgt aus: Bedingt durch ihren Standort in der Sammlung ist es leider sehr schwer, eine bessere Aufnahme zu machen, in der die gesamte Maschine sichtbar ist. Nichtsdestotrotz sind einige Unterschiede, verglichen mit dem Bild von 1957, offensichtlich: Die fehlenden Instrumente in den Netzteilen, dem Konstanter und dem Schaltfeld sowie die zusätzlichen Einschübe ganz links unten. Gleichermaßen ins Auge fällt allerdings auch der schlechte optische Zustand der Maschine - die Frontplatten der einzelnen Module haben die Zeitläufe glücklicherweise recht gut überstanden, die Lackierung der Gestellschränke hat jedoch stark gelitten und blättert großflächig ab. Von links nach recht betrachtet beinhalten die drei Gestellschränke die folgenden Bausteine: Linker Gestellschrank: Polygonfunktionsgeber mit 21 Stützstellen Vier Parabelmultiplizierer (der linke Multiplizierereinschub nimmt hierbei eine herausragende Stellung ein, da er als einziger über Parabelnetzwerke aus Germanium-Dioden anstelle von Doppeldioden des Typs EAA 91 verfügt - vermutlich ist dies der welterste Parabelmultiplizierer auf Halbleiterbasis, sieht man vom Ausgangsverstärker einmal ab) acht Summierer das Doppeloszilloskop ein Einschub mit Knick- und Begrenzungsfunktionen ein Einschub mit freien Dioden und Relais zum Aufbau von Komparatoren, fünf Koeffizientenpotentiometer sowie ein zuätzlicher umschaltbarer Integrierer/Summierer/freier Verstärker und ein Summierer zur Vorzeichenumkehr Mittlerer Gestellschrank: ein Polygonzugfunktionsgeber mit 21 Stützstellen vier Parabelmultiplizierer acht umschaltbare Integrierer/Summierer/freier Verstärker 16 Koeffizientenpotentiometer acht umschaltbare Integrierer/Summierer/freier Verstärker acht Koeffizientenpotentiometer zentraler Zeitgeber sowie sechs umschaltbare Integrierer/Summierer/freier Verstärker Rechter Gestellschrank: +200 V-Netzteil +200 V-Netzteil -200 V-Netzteil -200 V-Netzteil Schaltfeld Spannungskonstanter von Gossen Präzisionsnetzteil für die Maschineneinheiten von +100 V und -100 V
In den folgenden Abschnitten werden die einzelnen Module der RA 1 im Detail dargestellt. Die Schaltpläne entsprechen dem Produktionsmodell RA 463/2 und stimmen teilweise in Einzelheiten nicht mit dem Prototypen RA 1 überein.
Stromversorgung Schaltfeld Das Schaltfeld (rechter Gestellschrank, dritter Einschub von unten) trägt auf seiner Frontplatte zunächst die beiden Hauptschalter der Maschine - beim Einschalten ist zuerst die Röhrenheizung zu aktivieren, bevor die Anodenspannung eingeschaltet wird. Weiterhin stellt das Schaltfeld eine Hilfsspannung von -450 V zur Verfügung, die aus der Addition einer der beiden Hauptversorgungsspannungen von -200 V und einer im Schaltfeldeinschub generierten Hilfsspannung (mittlerer Transformatorzweig im Schaltbild) gebildet wird. Darüber hinaus liefert das Schaltfeld eine Gleichspannung von 37 V, die für die Ansteuerung der Relais im Rechner benötigt wird. Als letztes Element enthält das Schaltfeld eine einfache Messeinrichtung, mit deren Hilfe während des Betriebes der Anlage einfach und schnell die Versorgungsspannungen kontrolliert werden können. Zur Anzeige dient ein (leider in der RA 1 fehlendes) Drehspulinstrument mit einem Bereich von +/-10 uA, das mit ensprechenden, umschaltbaren Vorwiderständen versehen ist. +200 V Zur Versorgung der einzelnen Rechenelemente wird zunächst eine Spannung von +200 V benötigt, wofür aufgrund der Vielzahl an Einheiten zwei identische Netzteile notwendig sind (gleiches gilt auch für die Erzeugung der -200 V Versorgungsspannung). Der netznahe Teil dieses Einschubes besteht aus zwei Transformatoren, von denen einer für zu regelnde Spannung und einer für die Röhrenheizungen sowie die Versorgung einer Überlastanzeige zuständig ist. Die Ausgangsspannung des oberen Transformators wird gleichgerichtet und durch eine Drossel-Kondensatorkombination geglättet, bevor sie - abgesichert durch eine 1 A-Schmelzsicherung - an die Anoden von vier parallelgeschalteten Doppelleistungstrioden des Typs 6AS7G gelangt (die Anoden sind über kleine Leistungswiderstände entkoppelt). Die Ansteuerung der über 500 Ohm-Widerstände entkoppelten Gitter der vier 6AS7G erfolgt mit Hilfe einer EF 800, die wiederum von einem mit einer E 92 CC aufgebauten Differenzverstärker angesteuert wird. Wichtig ist in diesem Zusammenhang die Tatsache, dass die +200 V Versorgungsspannung auf die hochgenau geregelte Maschineneinheit von +100 V bezogen ist, d.h. der Einschub zur Erzeugung von +200 V ist nicht ohne das +/-100 V-Präzisionsnetzteil betreibbar. -200 V Das -200 V-Netzteil ist fast identisch zum +200 V-Netzteil aufgebaut - auch hier wird die präzise +100 V-Referenzspannung als Bezugsspannung verwendet. +100 V -100 V
Potentiometerfelder Typ I Zu den Potentiometerfeldern ist im Grunde genommen wenig zu sagen - sie umfassen im Wesentlichen eine Reihe von Zehngangpotentiometern, die über dreistufige Drehschalter jeweils entweder als Koeffizientenpotentiometer oder als Anfangswertpotentiometer für die Integrierer genutzt werden können (in diesem Fall wird der sonst freie Eingang des betreffenden Potentiometers entweder an die positive oder negative Maschineneinheit von 100 V gelegt). Beachtens- und bemerkenswert ist die Tatsache, dass die Schleifer der Zehngangpotentiometer weder durch eine Schmelzsicherung noch durch eine kleine Glühlampe gegen Überlast geschützt sind! Patchfehler können hier also durchaus Schäden an der Maschine nach sich ziehen! Beide Potentiometerfelder stellen einige freie Kondensatoren zur Verfügung, mit deren Hilfe Trickschaltungen aufgebaut werden können. Typ II
Polygonzugfunktionsgeber
Spezielle Funktionen Der Einschub für spezielle Funktionen stellt drei Funktionsgeber für tote Zone bzw. variable Begrenzung, zwei Funktionsgeber für feste Begrenzung sowie zwei Absolutbetragsfunktionen zur Verfügung. Bis auf die letztgenannte Funktionsgruppe sind alle Funktionsgeber auf Basis der Doppelröhrendiode EAA 91 bzw. EAA 901S aufgebaut. Schön ist die einfache Schaltung zur Vorspannung der in den Absolutwertgebern eingesetzten Germaniumdioden, mit deren Hilfe die Entstehung einer (kleinen) toten Zone bei der Betragsbildung vermieden wird.
Rechenverstärker Typ I Der Rechenverstärker Typ I ist eines der zentralen Rechenelemente der RA 1 - hierbei handelt es sich um einen Baustein, der zwischen den Funktionen Summierer, Integrierer und offener Verstärker umschaltbar ist. Die eigentliche Verstärkerschaltung enthält keine Besonderheiten - auf eine Differentialeingangsstufe folgen zwei Pentodenstufen mit EF 800 beziehungsweise EL 803. Der eigentliche Trick in dieser Schaltung liegt vor dem eigentlichen Verstärker. Gerade bei der Integration von Funktionen ist es von essenzieller Bedeutung, dass die Drift des Rechenverstärkers gering gehalten wird. In den meisten Fällen kam hierfür ein von Edwin A. Goldberg 1949 zum Patent eingereichtes Verfahren zum Einsatz, das wie folgt funktioniert: Ein driftender Verstärker weist an seinem Summenpunkt eine von Null abweichende Spannung auf. Diese wird mit einem driftfreien Wechselspannungsverstärker, der dieser Spannung mit Hilfe eines meist mechanischen Zerhackers abtastet, verstärkt, phasenrichtig gleichgerichtet und als Korrekturspannung in den nicht invertierenden Eingang des Hauptverstärkers eingespeist. Interessanter Weise folgt Telefunken hier diesem Ansatz nicht, sondern verwendet ein deutlich einfacheres Verfahren, das darauf beruht, dass die RA 1 (Gleiches gilt auch für das Produktionsmodell RA 463/2) für repetierenden Betrieb ausgelegt ist. Die Idee ist, in den Rechenpausen die Fehlerspannung am Verstärkersummenpunkt mit Hilfe eines Kondensators zu speichern, um diese Spannung während der Rechnung abziehen zu können. Da der Kondensator nicht vernachlässigbare Leckströme aufweist und auch der Gitterstrom der Eingangsstufe nicht zu vernachlässigen ist, funktioniert dieses Verfahren mit steigenden Rechenzeiten zunehmend schlechter, was mit ein Grund ist, die maximale Rechenzeit der RA 1 und RA 463/2 auf 112 Sekunden zu begrenzen. Relais Rs 1 wird bei Rechenbeginn erregt - entsprechend befinden sich während der Rechenpause die Kontakte aI und aII in der gezeichneten Stellung, d.h. das Eingangswiderstandsnetzwerk ist auf Masse gelegt, während der Verstärker in der Arbeitsweise "integrieren" seinen Anfangswert über den Eingang A und die beiden 250 k-Widerstände erhält. In dieser Zeit lädt sich der Kondensator C1 auf die negative Driftspannung auf, die am Summenpunkt des Verstärkers anliegt. Während einer Rechnung ist nun Relais Rs 1 erregt, d.h. die Kontakte aI und aII nehmen die jeweils andere Stellung an, so dass das Anfangswerteingangsnetzwerk inaktiv wird, während das Netzwerk aus Eingangswiderständen mit C1 in Serie an den Verstärkereingang gelegt wird. Da C1 jedoch auf die negative Driftspannung aufgeladen wurde, wird hierdurch die Verstärkerdrift (für einige Zeit) kompensiert.
Rechenverstärker Typ II Der Rechenverstärker Typ II ist ausgesprochen einfach aufgebaut und verfügt über keine Driftkompensation (weswegen er auch nur als Summierer ausgeführt ist und nicht für Integrationen genutzt werden kann). Hier unterscheiden sich übrigens die RA 1 und das Produktionsmodell, von dem der untenstehende Schaltplan stammt, voneinander: Im Produktionsmodell RA 463/2 handelt es sich bei diesem Verstärker um einen Summierer mit drei mit 1 gewichteten Eingängen, während dieser Verstärker bei der RA 1 nur drei parallel geschaltete Eingangsbuchsen aufweist und somit eigentlich nur als Vorzeichenumkehrer genutzt werden kann, sieht man von Trickschaltungen mit den freien Kondensatoren der Potentiometerfelder einmal ab. Zur Schaltung ist nicht viel zu sagen - sie besteht aus zwei Differentialstufen, jeweils auf Basis einer E 92 CC, wobei die zweite Stufe die EL 803-basierte Ausgangsstufe ansteuert. Die über einen einstellbaren Spannungsteiler mit dem Ausgang verbundene Glimmlampe dient zur Übersteuerungsanzeige (sehr rudimentär).
Multiplizierer Alle Multiplizierer der RA 1 arbeiten nach dem Verfahren der Parabelmultiplikation. Grundidee dieser Technik ist die folgende Formel: Mit Hilfe dieses Tricks kann die an sich ausgesprochen schwierige Funktion der Multiplikation zweier Spannung auf das deutlich vereinfachte Ersatzproblem abgebildet werden, die Quadratfunktionen einer Summe sowie einer ebenso einfach zu bildenden Differenz zu erzeugen, die dann addiert und mit 0.25 skaliert werden. Zentraler Bestandteil eines derartigen Parabelmultiplizierers sind also die notwendigen Parabelfunktionsgeneratoren, die in der Mehrzahl aller Fälle, so auch hier, als Polygonzugfunktionsgeber aufgebaut werden, d.h. die Parabelfunktion wird aus einer Reihe von Strecken mit passender Steigung zusammengesetzt. Das folgende Schaltbild zeigt die Schaltung der für die Multiplikation notwendigen Parabelfunktionsgeber. Die Erzeugung der Strecken mit vorgegebener Steigung erfolgt mit Hilfe einer Vielzahl passend vorgespannter Röhrendioden (zum Einsatz kommen hier Doppeldioden des Typs EAA 91 beziehungsweise EAA 901S). An der RA 1 ist zum Teil noch schön zu sehen, wie die eingesetzten Röhrendioden handselektiert wurden, um die Abweichungen von der gewünschten Parabelform zu minimieren. Das folgende Schaltbild zeigt den Ausgangsverstärker eines solchen Parabelmultiplizierers: Auf der linken Seite befinden sich die vier Eingangsbuchsen des Multiplizierers (für die Werte +x, -x, +y und -y) - rechts hiervon ist der fünfstufige Wahlschalter mit seinen vier Ebenen dargestellt. Mit seiner Hilfe kann zwischen Normalbetrieb - in diesem Falle werden die Eingangssignale jeweils direkt auf einen der vier Parabelfunktionsgeber geschaltet - und Abgleich unterschieden werden. Zum Abgleich eines Multiplizierers werden nacheinander die vier Parabelfunktionsgeber auf die Präzisionsmaschinenspannungen von +/-100 V geschaltet und der Ausgang des Multiplizierers für jeden Zweig mit Hilfe der Potentiometer R1, R2, R3 und R4 auf +100 V eingestellt. Die Ausgänge dieser vier Parabelfunktionsgeneratoren werden über die bereits genannten vier Abgleichpotentiometer (und eine kleine Trickschaltung, über die gleich zu sprechen sein wird) auf den Summenpunkt eines Gleichspannungsdifferenzverstärkers geschaltet. Dieser Verstärker besteht aus zwei Differenzstufen, die jeweils mit einer E 92 CC aufgebaut sind, und einer Ausgangsstufe auf Basis einer EL 803. Im Prinzip könnte man mit einer solchen Anordnung bereits multiplizieren - hierbei wird jedoch das Problem auftreten, dass die Multiplikationsergebnisse stark fehlerbehaftet sein werden, da die einzelnen Parabelzweige nur mit sehr wenigen Stützstellen nachgebildet wurden (was der Tatsache geschuldet ist, dass Röhrendioden zum Einsatz gelangen). Entsprechend liefern die Parabelfunktionsgeber keine glatte Parabelfunktion sondern vielmehr eine nur grob angenäherte Parabel mit einigen recht störenden Knickstellen. Um dieses Problem zumindest abzuschwächen, griffen die Telefunken-Ingenieure zu einem Trick: Dem Summensignal aus den vier Parabelfunktionsgebern wird ein kleines Hochfrequenzsignal überlagert, wodurch die Knickstellen quasi verschliffen werden. Hierdurch werden die Knickstellen regelrecht ausgebügelt, was im Mittel zu einer erhöhten Rechengenauigkeit führt. Dies ist die Aufgabe der Trickschaltung in der Mitte des obigen Schaltbildes. Das unten stehende Schaltbild zeigt den hierfür notwendigen HF-Generator: Eine als Oszillator geschaltete EF 800 treibt über eine Vorstufe (ebenfalls mit einer EF 800 aufgebaut) eine Gegentaktendstufe aus zwei EL 803, deren Ausgang mit einem Transformator verbunden ist, an dessen Sekundärseite die insgesamt sechzehn Multiplizierer angeschlossen sind.
Doppelsichtgerät Das Doppelsichtgerät der RA 1 und des Produktionsmodells RA 463/2 ist vermutlich einzigartig, zumindest ist es der einzige mir bekannte Fall eines Sichtgerätes, das anstelle einer Zweikanaldarstellung zwei getrennte Anzeigeröhren besitzt. Die Schaltung ist im Wesentlichen traditionell gehalten - auf der linken Seite sind die acht (im Produktionsmodell steckbar ausgeführten) Ablenkverstärker dargestellt - leider nur schematisch durch Angabe ihrer Steckerbeschaltung. Rechts daneben befinden sich die Potentiometer zur Einstellung der Nullpunktslage sowie der gewünschten Verstärkung. Das unten rechts dargestellte Netzteil ist einfach aufgebaut - bemerkenswert ist die Hochspannungserzeugung für die Bildröhrenanoden, die ohne Spannungsvervielfacher auskommt und einen entsprechenden Hochspannungstransformator erfordert. Die Ansteuerung der Wehneltzylinder der beiden Anzeigeröhren des Typs DP 13/14 erfolgt gemeinsam über eine mit einer EF 800 aufgebaute Treiberstufe, wobei zwischen automatischer (gesteuert durch den Zeitgeber) und manueller Helltastung gewählt werden kann.
Zeitgeber

Geschichte

Der Rechner RA 1 nimmt unter den heute noch existierenden Analogrechnern eine herausragende Stellung ein. Nicht nur, weil es sich um einen - von einigen wenigen Germanium-Dioden abgesehen - rein röhrenbestückten Rechner handelt, sondern auch und vor allem, weil es sich um einen Prototypen und damit um ein Unikat handelt.

Wie kam es dazu, dass das Unternehmen Telefunken, das bis Ende des Zweiten Weltkrieges in erster Linie im Bereich der Funktechnik tätig war, ein neues Gebiet in Form der analogen Rechentechnik erschloss? Der Anfang dieser Entwicklung ist sicherlich in einem Beschluss des Telefunken-Vorstandes von 1954 zu sehen, in dem der Erkenntnis, dass "wie nach dem Ersten Weltkrieg, wieder eine entscheidende Umstellung des Arbeitsgebietes erforderlich" sei, Ausdruck verliehen wurde (siehe "Telefunken Zeitung", Jg. 25, Heft 100, S. 175). Dies führte zur Gründung eines Forschungsinstitutes, das am 1. April 1955 seine Arbeit unter der Leitung Wilhelm T. Runges aufnahm und sich der reinen Grundlagenforschung verpflichtet fühlte. Runge fasste die Aufgaben dieses Institutes 1960 wie folgt zusammen: "Zu den ersten Arbeiten, die das vor einigen Jahren gegründete Forschungsinstitut der Telefunken G.m.b.H. in Angriff nahm, gehörten das Studium der Fragen, die die Entwicklung des Transistors der Schaltungstechnik stellte, und die Analogrechentechnik. [...] Die Bearbeitung dieser Technik ergänzt gleichzeitig die bei Telefunken laufenden Arbeiten an Digitalrechnern zu einem vollständigen Entwicklungsprogramm." (Siehe "Telefunken Zeitung", Jg. 33, Heft 129, S. 4.)

Die Entwicklung der RA 1, dieses ersten Analogrechners von Telefunken, erfolgte unter der Leitung von Dr. Ernst Kettel, der zuvor hauptsächlich mit Fragen der Nachrichtentechnik befasst gewesen zu sein scheint. Es steht zu vermuten, wenngleich es bislang nicht belegt werden kann, dass Dr. Kettel während des Zweiten Weltkrieges in Peenemünde Bekanntschaft mit Dr. Helmut Hoelzer, dem Schöpfer des ersten elektronischen Allzweckanalogrechners (1941) schloss, wobei auch davon auszugehen ist, dass er die Arbeiten Hoelzers wohl im Detail kannte.

Die RA 1 ist, wie bereits erwähnt, nahezu vollständig in Röhrentechnik ausgeführt, wobei, wie es dem Stand der damaligen Technik entsprach, bereits gleichspannungsgekoppelte Rechenverstärker zum Einsatz kamen, von denen jedoch nur die Verstärker in Integrierern, nicht jedoch die von einfachen Summierern, über eine automatische Nullpunktstabilisierung verfügten.

Ein Großteil der RA 1 scheint bereits 1955 implementiert worden zu sein, worauf eine Vielzahl erhaltener Datumsangaben auf Kondensatoren und anderen Bauteilen in der Maschine hindeutet. Nur zwei Jahre später (1957) wurde dieser Prototyp in der "Telefunken Zeitung" mit dem folgenden Bild quasi offiziell der Fachwelt vorgestellt:

Dieses erste bekannte Bild der RA 1 unterscheidet sich rein äusserlich in folgenden Punkten vom gegenwärtigen Erhaltungszustand der RA 1:

Alle Netzteile sowie das Schaltfeld, der Gossen-Spannungskonstanter und das +/-100 V-Netzteil (rechter Gestellschrank) verfügen noch über ihre Einbaudrehspulinstrumente.
Der unterste Einschub des linken Gestellschrankes ist mit einer Blindabdeckung versehen - nach 1957 wurden hier offenbar noch einige Module entwickelt, die jedoch keinen Eingang in das spätere Produktionsmodell RA 463/2 fanden.

Gegenwärtig sieht die RA 1 wie folgt aus:

Bedingt durch ihren Standort in der Sammlung ist es leider sehr schwer, eine bessere Aufnahme zu machen, in der die gesamte Maschine sichtbar ist. Nichtsdestotrotz sind einige Unterschiede, verglichen mit dem Bild von 1957, offensichtlich: Die fehlenden Instrumente in den Netzteilen, dem Konstanter und dem Schaltfeld sowie die zusätzlichen Einschübe ganz links unten. Gleichermaßen ins Auge fällt allerdings auch der schlechte optische Zustand der Maschine - die Frontplatten der einzelnen Module haben die Zeitläufe glücklicherweise recht gut überstanden, die Lackierung der Gestellschränke hat jedoch stark gelitten und blättert großflächig ab. Von links nach recht betrachtet beinhalten die drei Gestellschränke die folgenden Bausteine:

Linker Gestellschrank:
- Polygonfunktionsgeber mit 21 Stützstellen
- Vier Parabelmultiplizierer (der linke Multiplizierereinschub nimmt hierbei eine herausragende Stellung ein, da er als einziger über Parabelnetzwerke aus Germanium-Dioden anstelle von Doppeldioden des Typs EAA 91 verfügt - vermutlich ist dies der welterste Parabelmultiplizierer auf Halbleiterbasis, sieht man vom Ausgangsverstärker einmal ab)
- acht Summierer
- das Doppeloszilloskop
- ein Einschub mit Knick- und Begrenzungsfunktionen
- ein Einschub mit freien Dioden und Relais zum Aufbau von Komparatoren, fünf Koeffizientenpotentiometer sowie ein zuätzlicher umschaltbarer Integrierer/Summierer/freier Verstärker und ein Summierer zur Vorzeichenumkehr
Mittlerer Gestellschrank:
- ein Polygonzugfunktionsgeber mit 21 Stützstellen
- vier Parabelmultiplizierer
- acht umschaltbare Integrierer/Summierer/freier Verstärker
- 16 Koeffizientenpotentiometer
- acht umschaltbare Integrierer/Summierer/freier Verstärker
- acht Koeffizientenpotentiometer
- zentraler Zeitgeber sowie sechs umschaltbare Integrierer/Summierer/freier Verstärker
Rechter Gestellschrank:
- +200 V-Netzteil
- +200 V-Netzteil
- -200 V-Netzteil
- -200 V-Netzteil
- Schaltfeld
- Spannungskonstanter von Gossen
- Präzisionsnetzteil für die Maschineneinheiten von +100 V und -100 V

Technik

In den folgenden Abschnitten werden die einzelnen Module der RA 1 im Detail dargestellt. Die Schaltpläne entsprechen dem Produktionsmodell RA 463/2 und stimmen teilweise in Einzelheiten nicht mit dem Prototypen RA 1 überein.

Stromversorgung

Schaltfeld

Das Schaltfeld (rechter Gestellschrank, dritter Einschub von unten) trägt auf seiner Frontplatte zunächst die beiden Hauptschalter der Maschine - beim Einschalten ist zuerst die Röhrenheizung zu aktivieren, bevor die Anodenspannung eingeschaltet wird.

Weiterhin stellt das Schaltfeld eine Hilfsspannung von -450 V zur Verfügung, die aus der Addition einer der beiden Hauptversorgungsspannungen von -200 V und einer im Schaltfeldeinschub generierten Hilfsspannung (mittlerer Transformatorzweig im Schaltbild) gebildet wird. Darüber hinaus liefert das Schaltfeld eine Gleichspannung von 37 V, die für die Ansteuerung der Relais im Rechner benötigt wird.

Als letztes Element enthält das Schaltfeld eine einfache Messeinrichtung, mit deren Hilfe während des Betriebes der Anlage einfach und schnell die Versorgungsspannungen kontrolliert werden können. Zur Anzeige dient ein (leider in der RA 1 fehlendes) Drehspulinstrument mit einem Bereich von +/-10 uA, das mit ensprechenden, umschaltbaren Vorwiderständen versehen ist.

+200 V

Zur Versorgung der einzelnen Rechenelemente wird zunächst eine Spannung von +200 V benötigt, wofür aufgrund der Vielzahl an Einheiten zwei identische Netzteile notwendig sind (gleiches gilt auch für die Erzeugung der -200 V Versorgungsspannung). Der netznahe Teil dieses Einschubes besteht aus zwei Transformatoren, von denen einer für zu regelnde Spannung und einer für die Röhrenheizungen sowie die Versorgung einer Überlastanzeige zuständig ist. Die Ausgangsspannung des oberen Transformators wird gleichgerichtet und durch eine Drossel-Kondensatorkombination geglättet, bevor sie - abgesichert durch eine 1 A-Schmelzsicherung - an die Anoden von vier parallelgeschalteten Doppelleistungstrioden des Typs 6AS7G gelangt (die Anoden sind über kleine Leistungswiderstände entkoppelt).

Die Ansteuerung der über 500 Ohm-Widerstände entkoppelten Gitter der vier 6AS7G erfolgt mit Hilfe einer EF 800, die wiederum von einem mit einer E 92 CC aufgebauten Differenzverstärker angesteuert wird. Wichtig ist in diesem Zusammenhang die Tatsache, dass die +200 V Versorgungsspannung auf die hochgenau geregelte Maschineneinheit von +100 V bezogen ist, d.h. der Einschub zur Erzeugung von +200 V ist nicht ohne das +/-100 V-Präzisionsnetzteil betreibbar.

-200 V

Das -200 V-Netzteil ist fast identisch zum +200 V-Netzteil aufgebaut - auch hier wird die präzise +100 V-Referenzspannung als Bezugsspannung verwendet.

+100 V

-100 V

Potentiometerfelder

Typ I

Zu den Potentiometerfeldern ist im Grunde genommen wenig zu sagen - sie umfassen im Wesentlichen eine Reihe von Zehngangpotentiometern, die über dreistufige Drehschalter jeweils entweder als Koeffizientenpotentiometer oder als Anfangswertpotentiometer für die Integrierer genutzt werden können (in diesem Fall wird der sonst freie Eingang des betreffenden Potentiometers entweder an die positive oder negative Maschineneinheit von 100 V gelegt). Beachtens- und bemerkenswert ist die Tatsache, dass die Schleifer der Zehngangpotentiometer weder durch eine Schmelzsicherung noch durch eine kleine Glühlampe gegen Überlast geschützt sind! Patchfehler können hier also durchaus Schäden an der Maschine nach sich ziehen! Beide Potentiometerfelder stellen einige freie Kondensatoren zur Verfügung, mit deren Hilfe Trickschaltungen aufgebaut werden können.

Typ II

Polygonzugfunktionsgeber

Spezielle Funktionen

Der Einschub für spezielle Funktionen stellt drei Funktionsgeber für tote Zone bzw. variable Begrenzung, zwei Funktionsgeber für feste Begrenzung sowie zwei Absolutbetragsfunktionen zur Verfügung. Bis auf die letztgenannte Funktionsgruppe sind alle Funktionsgeber auf Basis der Doppelröhrendiode EAA 91 bzw. EAA 901S aufgebaut. Schön ist die einfache Schaltung zur Vorspannung der in den Absolutwertgebern eingesetzten Germaniumdioden, mit deren Hilfe die Entstehung einer (kleinen) toten Zone bei der Betragsbildung vermieden wird.

Rechenverstärker Typ I

Der Rechenverstärker Typ I ist eines der zentralen Rechenelemente der RA 1 - hierbei handelt es sich um einen Baustein, der zwischen den Funktionen Summierer, Integrierer und offener Verstärker umschaltbar ist. Die eigentliche Verstärkerschaltung enthält keine Besonderheiten - auf eine Differentialeingangsstufe folgen zwei Pentodenstufen mit EF 800 beziehungsweise EL 803. Der eigentliche Trick in dieser Schaltung liegt vor dem eigentlichen Verstärker.

Gerade bei der Integration von Funktionen ist es von essenzieller Bedeutung, dass die Drift des Rechenverstärkers gering gehalten wird. In den meisten Fällen kam hierfür ein von Edwin A. Goldberg 1949 zum Patent eingereichtes Verfahren zum Einsatz, das wie folgt funktioniert: Ein driftender Verstärker weist an seinem Summenpunkt eine von Null abweichende Spannung auf. Diese wird mit einem driftfreien Wechselspannungsverstärker, der dieser Spannung mit Hilfe eines meist mechanischen Zerhackers abtastet, verstärkt, phasenrichtig gleichgerichtet und als Korrekturspannung in den nicht invertierenden Eingang des Hauptverstärkers eingespeist.

Interessanter Weise folgt Telefunken hier diesem Ansatz nicht, sondern verwendet ein deutlich einfacheres Verfahren, das darauf beruht, dass die RA 1 (Gleiches gilt auch für das Produktionsmodell RA 463/2) für repetierenden Betrieb ausgelegt ist. Die Idee ist, in den Rechenpausen die Fehlerspannung am Verstärkersummenpunkt mit Hilfe eines Kondensators zu speichern, um diese Spannung während der Rechnung abziehen zu können. Da der Kondensator nicht vernachlässigbare Leckströme aufweist und auch der Gitterstrom der Eingangsstufe nicht zu vernachlässigen ist, funktioniert dieses Verfahren mit steigenden Rechenzeiten zunehmend schlechter, was mit ein Grund ist, die maximale Rechenzeit der RA 1 und RA 463/2 auf 112 Sekunden zu begrenzen.

Relais Rs 1 wird bei Rechenbeginn erregt - entsprechend befinden sich während der Rechenpause die Kontakte aI und aII in der gezeichneten Stellung, d.h. das Eingangswiderstandsnetzwerk ist auf Masse gelegt, während der Verstärker in der Arbeitsweise "integrieren" seinen Anfangswert über den Eingang A und die beiden 250 k-Widerstände erhält. In dieser Zeit lädt sich der Kondensator C1 auf die negative Driftspannung auf, die am Summenpunkt des Verstärkers anliegt.

Während einer Rechnung ist nun Relais Rs 1 erregt, d.h. die Kontakte aI und aII nehmen die jeweils andere Stellung an, so dass das Anfangswerteingangsnetzwerk inaktiv wird, während das Netzwerk aus Eingangswiderständen mit C1 in Serie an den Verstärkereingang gelegt wird. Da C1 jedoch auf die negative Driftspannung aufgeladen wurde, wird hierdurch die Verstärkerdrift (für einige Zeit) kompensiert.

Rechenverstärker Typ II

Der Rechenverstärker Typ II ist ausgesprochen einfach aufgebaut und verfügt über keine Driftkompensation (weswegen er auch nur als Summierer ausgeführt ist und nicht für Integrationen genutzt werden kann). Hier unterscheiden sich übrigens die RA 1 und das Produktionsmodell, von dem der untenstehende Schaltplan stammt, voneinander: Im Produktionsmodell RA 463/2 handelt es sich bei diesem Verstärker um einen Summierer mit drei mit 1 gewichteten Eingängen, während dieser Verstärker bei der RA 1 nur drei parallel geschaltete Eingangsbuchsen aufweist und somit eigentlich nur als Vorzeichenumkehrer genutzt werden kann, sieht man von Trickschaltungen mit den freien Kondensatoren der Potentiometerfelder einmal ab.

Zur Schaltung ist nicht viel zu sagen - sie besteht aus zwei Differentialstufen, jeweils auf Basis einer E 92 CC, wobei die zweite Stufe die EL 803-basierte Ausgangsstufe ansteuert. Die über einen einstellbaren Spannungsteiler mit dem Ausgang verbundene Glimmlampe dient zur Übersteuerungsanzeige (sehr rudimentär).

Multiplizierer

Alle Multiplizierer der RA 1 arbeiten nach dem Verfahren der Parabelmultiplikation. Grundidee dieser Technik ist die folgende Formel:

Mit Hilfe dieses Tricks kann die an sich ausgesprochen schwierige Funktion der Multiplikation zweier Spannung auf das deutlich vereinfachte Ersatzproblem abgebildet werden, die Quadratfunktionen einer Summe sowie einer ebenso einfach zu bildenden Differenz zu erzeugen, die dann addiert und mit 0.25 skaliert werden. Zentraler Bestandteil eines derartigen Parabelmultiplizierers sind also die notwendigen Parabelfunktionsgeneratoren, die in der Mehrzahl aller Fälle, so auch hier, als Polygonzugfunktionsgeber aufgebaut werden, d.h. die Parabelfunktion wird aus einer Reihe von Strecken mit passender Steigung zusammengesetzt.

Das folgende Schaltbild zeigt die Schaltung der für die Multiplikation notwendigen Parabelfunktionsgeber. Die Erzeugung der Strecken mit vorgegebener Steigung erfolgt mit Hilfe einer Vielzahl passend vorgespannter Röhrendioden (zum Einsatz kommen hier Doppeldioden des Typs EAA 91 beziehungsweise EAA 901S). An der RA 1 ist zum Teil noch schön zu sehen, wie die eingesetzten Röhrendioden handselektiert wurden, um die Abweichungen von der gewünschten Parabelform zu minimieren.

Das folgende Schaltbild zeigt den Ausgangsverstärker eines solchen Parabelmultiplizierers: Auf der linken Seite befinden sich die vier Eingangsbuchsen des Multiplizierers (für die Werte +x, -x, +y und -y) - rechts hiervon ist der fünfstufige Wahlschalter mit seinen vier Ebenen dargestellt. Mit seiner Hilfe kann zwischen Normalbetrieb - in diesem Falle werden die Eingangssignale jeweils direkt auf einen der vier Parabelfunktionsgeber geschaltet - und Abgleich unterschieden werden. Zum Abgleich eines Multiplizierers werden nacheinander die vier Parabelfunktionsgeber auf die Präzisionsmaschinenspannungen von +/-100 V geschaltet und der Ausgang des Multiplizierers für jeden Zweig mit Hilfe der Potentiometer R1, R2, R3 und R4 auf +100 V eingestellt.

Die Ausgänge dieser vier Parabelfunktionsgeneratoren werden über die bereits genannten vier Abgleichpotentiometer (und eine kleine Trickschaltung, über die gleich zu sprechen sein wird) auf den Summenpunkt eines Gleichspannungsdifferenzverstärkers geschaltet. Dieser Verstärker besteht aus zwei Differenzstufen, die jeweils mit einer E 92 CC aufgebaut sind, und einer Ausgangsstufe auf Basis einer EL 803.

Im Prinzip könnte man mit einer solchen Anordnung bereits multiplizieren - hierbei wird jedoch das Problem auftreten, dass die Multiplikationsergebnisse stark fehlerbehaftet sein werden, da die einzelnen Parabelzweige nur mit sehr wenigen Stützstellen nachgebildet wurden (was der Tatsache geschuldet ist, dass Röhrendioden zum Einsatz gelangen). Entsprechend liefern die Parabelfunktionsgeber keine glatte Parabelfunktion sondern vielmehr eine nur grob angenäherte Parabel mit einigen recht störenden Knickstellen.

Um dieses Problem zumindest abzuschwächen, griffen die Telefunken-Ingenieure zu einem Trick: Dem Summensignal aus den vier Parabelfunktionsgebern wird ein kleines Hochfrequenzsignal überlagert, wodurch die Knickstellen quasi verschliffen werden. Hierdurch werden die Knickstellen regelrecht ausgebügelt, was im Mittel zu einer erhöhten Rechengenauigkeit führt. Dies ist die Aufgabe der Trickschaltung in der Mitte des obigen Schaltbildes.

Das unten stehende Schaltbild zeigt den hierfür notwendigen HF-Generator: Eine als Oszillator geschaltete EF 800 treibt über eine Vorstufe (ebenfalls mit einer EF 800 aufgebaut) eine Gegentaktendstufe aus zwei EL 803, deren Ausgang mit einem Transformator verbunden ist, an dessen Sekundärseite die insgesamt sechzehn Multiplizierer angeschlossen sind.

Doppelsichtgerät

Das Doppelsichtgerät der RA 1 und des Produktionsmodells RA 463/2 ist vermutlich einzigartig, zumindest ist es der einzige mir bekannte Fall eines Sichtgerätes, das anstelle einer Zweikanaldarstellung zwei getrennte Anzeigeröhren besitzt.

Die Schaltung ist im Wesentlichen traditionell gehalten - auf der linken Seite sind die acht (im Produktionsmodell steckbar ausgeführten) Ablenkverstärker dargestellt - leider nur schematisch durch Angabe ihrer Steckerbeschaltung. Rechts daneben befinden sich die Potentiometer zur Einstellung der Nullpunktslage sowie der gewünschten Verstärkung.

Das unten rechts dargestellte Netzteil ist einfach aufgebaut - bemerkenswert ist die Hochspannungserzeugung für die Bildröhrenanoden, die ohne Spannungsvervielfacher auskommt und einen entsprechenden Hochspannungstransformator erfordert.

Die Ansteuerung der Wehneltzylinder der beiden Anzeigeröhren des Typs DP 13/14 erfolgt gemeinsam über eine mit einer EF 800 aufgebaute Treiberstufe, wobei zwischen automatischer (gesteuert durch den Zeitgeber) und manueller Helltastung gewählt werden kann.