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PROJEKT: Restaurierung und Instandsetzung
PEK Analogrechner Typ 38500


 
PEK Analogrechner; Bereitstellung und Ankuft

Der PEK Analogrechner erreicht mich gut verpackt auf einer Palette im Februar 2015 per Spedition (es ist nur die vordere Palette auf der Hebebühne :-) ). Der Rechner war bei der VEBEG ausgeschreiben und erreicht mich über einen Zwischenhändler. Vorausgegangen waren einige Korrespondenz, Verhandlungen und, an Hand von Fotos, Spekulationen meinerseits,  ob dieses System wieder instandgesetzt werden könnte.


 
PEK Analogrechner, Anlieferung.

Nach den Speditionspapieren wiegt die Palette rund 120 kg und ich bekomme tatkräftige Unterstützung. Praktischerweise sind die beiden Schränke unten mit je vier Rollen versehen und lassen sich, von der Paltte geschoben, zumindest in der Ebene leicht bewegen.

 
PEK Analogrechner in Rollschränken, Aufdruck und Seriennummer

Nach Recherchen war die Firma PEK, benannt nach ihrem Gründer Dr. Ing. Paul Eduard Klein, bis 1973 ein renommierter Hersteller von Elektronik-Lehrmitteln, angesiedelt in Tettnag, Württemberg, und  auch Mitbegründer und enger Partner der dortigen Technikerschule. (Im Elektronik-Museum Tettnag ist ein gut erhaltener PEK Digital-Schulrechner ausgestellt.)
Die Anlage vom Typ 35957 war das vermutlich einzige Analogrechner-Modell, das PEK Electronic gebaut hat; es lässt sich leider nicht abschätzen wieviele Exemplare des Rechners gefertigt wurden, denkbar ist, dass er eigens für die Ausbildung bei der Bundeswehr entwickelt und hergestellt wurde.




PEK Analogrechner. Module untergebracht im Schrankinneren. Deutschland, ca. 1972


In den Schränken sind die einzelnen Rechnermodule auf DINA-3 großen Platten untergebracht (die grüne Farbe der Platten ist soetwas wie das Markenzeichen der Firma PEK). Die Schränke enthalten auch die Verkabelung der Module untereinander, die Dokumentation sowie das umfangreiche Zubehör bestehend aus Programmierkabeln, Steckern und zuschaltbaren Bauteilen. Die Platten werden in die Profilschienen des aufgestellten Schrankrahmens geschoben. Ein erster (unsortierter) Aufbau zeigt das Bild unten. Das Gesamtsystem ist in einem für sein Alter guten Erhaltungszustand, leicht angestaubt, die Farbe leicht geblichen. Leider fehlt eines der (auch sehr zentralen) Module: Das Potentiometerfeld Typ 38501. Ebenfalls nicht mehr vorhanden: Der in dem System integrierte XY-Schreiber vom Typ 7005B von Hewlett-Packard.




PEK Analogrechner, erster Aufbau


Glücklicherweise ist die Dokumentation, bestehend aus einer Gerätebeschreibung nebst Wartungsanleitung und Stromläufen im Original erhalten geblieben. Erste Tests zeigen, dass die Tafeln soweit in sich vollständig sind und auch elektronisch (qualitativ) funktionieren. Wie gehen wir bei der Restaurierung und Instandsetzung vor?
Die Nummerierung der Platten geben eine gute Reihenfolge vor (38501 bis 38513). Vorangestellt ist allerdings das Richten und Abnehmen der Elektrik und der Stromversorgung.  Die Stromversorgung Typ 38513 funktioniert tadellos und liefert die beiden Betriebsspannungen +15V und -15V. Die in die Schränke eingelassne Elektrik bedarf etwas Überarbeitung, besteht danach aber einen einfachen VDE-Test.




PEK Analogrechner, eingelassene Steckdosenleiste

Mit dem leider fehlenden Potentiometerfeld Typ 38501 kommt die große Herausforderung gleich zu Beginn: Neben den 15 Stück Zehn-Gang-Potentiometern mit Feinstell-Skala enthält dieses Modul auch eine wichtige Kabelweiche, um das Programmierfeld in der unteren Reihe mit den Integrierern und Multiplizierern in der oberen Reihe zu verbinden. Die Verbindung wird hergestellt über nicht gerade handelsübliche 104-polige Serie-M Stecker der Firma AMP (unter dem Namen findet sich die Firma auch noch in einem Katalog von 2003). Die "Receptacle Housings" und zugehöriges Accessories sind schwer auszumachen, finden sich aber mit identischer Teielnummer nun im Programm der Firma TE CONNECTIVITY. Da ein Umbau auf ein anderes Steckersystem vermutlich ungleich aufwändiger und auch nicht bestechend günstiger ist, bestellen wir die beiden Buchsen und Stecker, nebst Pins, Sockets und "Turnable Jackscrews" bei einem Distributor in den USA. 
Durch einen Zufall bekomme ich relativ rasch und günstig einen Posten an 10-Gang-Potentiometer (2 kOhm) nebst Feinstellskalen.
An Hand der Dokumentation rekonstruieren wir, wie die Tafel ausgesehen haben müsste und fertigen vorab ein Papp-Modell (Bild unten, links). Anschließend: Zusammenstellen der Stückliste, Suche nach dem jeweils geeignetsten Anbieter, Bestellungen in diversen Online-Shops, Beobachten der Tracking-Systeme ...


 
PEK Analogrechner, links: Planung des Potentiomerterfelds 38501A; rechts series-M  "160-way"-Stecker von AMP

Der Summierer I Typ 38502 ist eines von zwei Modulen dieser Art. Jeder der sechs Summierer arbeitet mit einem Operationsverstärker  vom Typ SN72709L; vier davon sind fest-, zwei weitere sind variabel und so mit veränderbarer Verstärkung rückgekoppelt.  Jeder der Rechenverstärker führt fünf Eingänge, von denen drei mit 1 - und zwei mit 10 faktorisiert sind. Der Name ist Programm: Ein Summierer summiert die an den Eingängen liegenden elektrischen Spannungen und gibt das Ergebnis als Spannung am Ausgang invertiert wieder aus. Man muss allerdings so rechnen und faktorisieren, dass das Ergebnis keinen höheren Wert als  10 Volt (gleichsam Plus wie Minus) erreicht. Der  Ausgang enthält dazu auch eine kleine Leuchtanzeige, die bei Übesteigen der Ausgangspannung von |10 Volt| anspricht. Mit einem schwarzen Taster kann die Anzeige wieder gelöscht werden.



PEK Analogrechner. Summierer Typ 38502 und 38504 und Stromversorgung 38513

In dem auf gleiche Weise aufgebauten Summierer II Typ 38504 (Mitte Bild oben) blieben die kleinen Lampen bei Übersteuerung des Verstärkers dunkel.
Wie arbeitet diese Überspannungs-Anzeige?
Setzen und Zurücksetzen der Kontroll-Anzeige wird über ein mit Transistoren aufgebautes Flip-Flop bewirkt. Die erste Platine im Kartenträger der Summierer enthält eine nette kleine Hilfsschaltung mit einem Transistor und einem Kondensator, die die Flip-Flops aller sechs Summierer bei Einschalten der Anlage linitialisiert:  Unmittelabr nach Anlegen der Betriebsspannungen schaltet der Transistor durch und bringt die Flip-Flops in den Ausgangszustand (Lampe dunkel). Ist der an der Basis des Transistors liegende Kondensator aufgeladen (und hochohmig) sperrt der Transistor und gibt die Flip-Flops frei. Beim Durchmessen zeigte sich, dass der 50 uF Kondensator wohl "nicht ganz dicht" ist und somit der Transitor durchgeschaltet blieb. Als Folge verharrten die sechs Flip-Flops im Initialisierungs-Zustand und kippten bei Ansteuerung nicht. Wir löten also einen neuen Kondensator in die Schaltung und testen die Übersteuerung aller zwölf Vestärker anschließend positiv.


   

PEK Analogrechner; links: eine Summierer-Platine; rechts: der Betriebsartenschalter

Mit dem Modul Bedienung und Steuerung Typ 38509 lässt sich manuell die Betriebsart des Rechners schalten(siehe Bild oben rechts); die Platte liefert auch die beiden Referenz-Spannungen: + 10V und - 10V, die aus den Betriebsspannungen gewonnen werden. Als Referenz kommt je eine 5,6 V Zenerdiode zum Einsatz; eine Stabilisierung der Spannung wird über einen Operationsverstärker mit nachgeschaltetem Transistor erreicht, an dessen Emitter die Rückkopplung fußt.
Leider waren bei einem ersten Einschalten beide Schaltkreise defekt und lieferten nur heiße OPs und Spannungen jenseits von 10 Volt. Als Vergleichstype zum SN 72709L findet sich der uA709 aufgeführt und ich erwerbe einen Posten der Type TOA2709V mit identischen Spezifikationen. Auf den Platinen lässt sich in der einen Schaltung ein defekte Z-Diode, in der anderen ein offener Transistor ausmachen. Die Restaurierung auf Bauteil-Ebene macht sich bezahlt: Die Referensspannungen lassen sich nach Austausch der defekten Komponenten wieder exakt einstellen und bleiben auch stabil.







PEK Analogrechner: Rekonstruktion des Potentiometerfeldes Typ 38501

Obige Bilder zeigen die Rekonstruktion des Moduls Potentiometer Typ 38501: Fünfzehn 10.Gang Potentiometer 2 kOhm mit Feinsteller und AMP-Spezialstecker, insgesamt 76 Bohrungen und 172 Lötstellen; die Farbe wird mir in einem Lackiergeschäft angemischt. Das Modul führt zudem über zwei 30-polige Messerstecker alle Kontakte der Integrierer und Multiplizierer an das Programmierfeld weiter. Uff, nach dieser Arbeit und den abschließenden Durchgangsprüfungen kenne ich bald jede Litze des Analogrechners. Die Mühe zahlt sich aber aus: Nun sind alle Module des Analogrechners korrekt verbunden und ich kann auf dem Programmierfeld die erste Rechnung stecken.



PEK Analogrechner. Detail Programmierfeld, Summation

Die Rechenoprationen Addition und Subtraktion werden an den Summierern durchgeführt, die einzelnen Summanden (elektrische Spannungen mit entsprechenden Werten) auf dem Programmierfeld zusammengebracht; auch eine Faktorisierung der einzelnen Spannungen ist hier möglich. Auf obigem Bild zu erkennen: Die Summanden werden den Schleifern von Potentiometern entnommen und an die Eingänge a bis e des Summierers S7 gelegt. Die oben abgebildete Programmierung setzt folgende Addtion um:

UA = -( U1 + 2*U2 + 20*U3)

 

PEK Analogrechner. Detail Summierer, Ergebnis Summation

Mit U1=5,8 V   U2=2,0 V  und  U3= -0,21 V zeigt das Messinstrument oben abgebildetes Ergebnis an (man muss anmerken, dass das Ergebnis nicht über viele Stunden stabil ist, sondern um etwa +/- 0,1 V schwankt , besonders eine leichte Änderung der dritten Spannung und das Driften des Operationsverstärkers machen sich bemerkbar). 
Erfreulicherweise sind alle vier Rechenelemente des Integrierer Typ 38503 intakt. Wird in den Rückkoppelzweig ein Kondensator gesteckt und an den Eingang des Vestärkers eine Spannung gelegt, so wird hier über die Zeit integriert (d.h. die Ausgangsspannung steigt an). Die Integrierer werden über Relais gesteuert, die sich über einen Schalter vom Bedienfeld aus betätigen lassen. Somit können vor der eigentlichen Rechnung Anfangsbedingungen gesetzt und die Rechnung auch unterbrochen werden. Ein Versuchssaufbau aus den Schulungsunterlagen demonstriert so die Bildung einer Sägezahnspannung. Mit Widerständen im Rückkoppelzweig arbeiten die Integrierer wie Summierer als Rechenverstäker
Etwas schwieriger verhält es sich mit dem Modul Parabel-Multiplizierer Typ 38505. Mit vergleichsweise viel Schaltungsaufwand werden hier Dioden-Netzwerke in vier Quadranten darauf verwendet, zwei Spannungen zu multiplizieren. Erste Tests zeigten zwar über einige Strecken plausible Werte, trotzdem war ein Neuabgleich ( jeweils acht Dioden/Widerstandsnetzwerke pro Quadrant) erforderlich.

 

PEK Analogrechner. Links zwei Integierer, rechts ein Parabel-Multiplizierer

Ein echter Hingucker ist das Modul Servo Mulziplizierer Typ 38507. Die Multiplikation der Spannungen wird hier über ein elektromechanisches Verfahren erreicht, wobei ein Gleichstrommotor einen Vergleich der einen Eingangsspannung mit Referezespannungen regelt und damit korrelierend die Faktorisierung der zweiten Eingangsspannung stellt. Das Ergebnis wiird, zur Anpassung an die Rechner-Arbeitsspannung abschließend durch zehn geteilt. Ein sehr faszinierendes Verfahren! Ich habe die etwas harzige Mechanik mit Benzin gereinigt und mit einem halben Tropfen Trompetenöl beglückt und alles läuft vorbildlich! Die Bilder unten zeigen folgende Rechnung

UA = ( U1 *U2)  / 10 * (-10)

           

PEK Analogrechner. Detail Programmierfeld, Ergebnis Multiplikation

Mit U1=2,0 V und  U2=3,5 V zeigt sich ein stabiles Ergebnis.
Nach weiteren Ergänzungen und nach Fertigen von angepassten Steckmodulen und Programmierkabeln ist der PEK Analogrechner wieder instandgesetzt. Es ist das nach meinen Recherchen einzig verbliebene von vermutlich drei gebauten Exemplaren.
Weitere Rechenbeispiele sind auf der Hauptseite des PEK Analogrechners Typ 38500 zu finden.


Module Analogrechner PEK Typ 38500:

38501   Potentiometer
38502   Summierer I
38503   Integrierer
38504   Summierer II
38505   Parabel-Multiplizierer
38506   Programmierfeld
38507   Servo-Multiplizierer
38509   Meßinstrument
38513   Stromversorgung
38515   Zubehör 1
38516   Zubehör 2

Abmessungen Gesamtanlage, aufgebaut B x H x T:  (270 x 190 x 80) cm ; Gewicht: 120 kg

Dokumentation:

PEK ELECTRONIC: Ausbildungsausstattung Analogrechner Typ 35957. Geräte und Funktionsbeschreibung. Bedienungsanleitung. Tettnang, 1971.
PEK ELECTRONIC: Ausbildungsausstattung Analogrechner Typ 35957. Wartungs- und Instandsetzungsanleitung. 1972


  
  
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