Objekt des Monats Januar 2020
Hier möchten wir ein weiteres Peripheriegerät unserer Zuse Z23 vorstellen:
Das Bausteinprüfgerät!
Die Z23 war ab 1961 der erste volltransistorisierte Rechner der ZUSE KG. Er besteht aus etwa 800 Elektronikkarten, den sogenannten Bausteinen. Auf ihnen sind etwa 2300 Transistoren verbaut. Diese Bausteine sind entweder Logikgatter, FlipFlops oder Treiberbausteine. Etwa 35 verschieden Bausteintypen sind bei der Zuse Z23 verbaut. Zum Beispiel sind Bausteine mit der Nummer „101“ , einem FlipFlop, sehr häufig verwendet, da sie unter anderem für den Aufbau der Register genutzt werden. Dagegen ist der Baustein mit der Nummer 600, der „Uhrspurfilter“, nur einmal verbaut.
Dieser diskrete Aufbau eines Computers mit typengleichen Elektronikkarten ist einerseits sehr wartungsfreundlich, da die Karten kostengünstig rasch getauscht werden können, andererseits sind die Steckkontakte eine stete Fehlerquelle. Trotz Vergoldung korrodieren die Kontakte und die Spannung der Federleisten erlahmt. Dadurch entstehen Übergangswiderstände, die die Signalpegel dämpfen und die Funktionalität, je nach Belastung des Bausteinausgangs, gewährleisten oder einschränken. Weitere Defekte sind auf den Karten selbst zu finden. Das wäre zum einen die Alterung der Bauteile wie Transistoren, Dioden oder Kondensatoren durch Hitze, und zum anderen können Risse der Leiterbahnen oder „kalte“ Lötstellen die Funktion des Rechners temperaturabhängig beeinflussen.
Bei einem Defekt, der oftmals sporadisch und nicht immer „wieder nachvollziehbar“ auftrat, war schnelle Hilfe bei der Lokalisierung des defekten Bausteines wichtig. Wurde dann der Verursacher ausfindig gemacht, holte sich der Techniker eine typidentische Karte aus dem Holzschrank mit den Ersatzteilen und ersetzte den defekten Baustein. Da mit der Zuse nur eine begrenzte Anzahl an Ersatzbausteinen mitgeliefert wurde und diese Karten relativ teuer waren, war es ratsam, sie selbst zu reparieren.
Hier ein Auszug aus der Preisliste von 1962:.
Das schon erwähnte FlipFlop Nr. 101 war mit 129.- DM etwa so teuer wie ein Radio.
Zum Vergleich: Das durchschnittliche Monatsgehalt betrug etwa 700.- DM.
So bot die Firma Zuse für seine Kunden dieses Testgerät für 8900.- DM an. Es sollte eine rasche Fehlersuche ermöglichen, damit der nutzerinterne Servicetechniker eine kostengünstige Eigenreparatur durchführen konnte. Ersatzbausteine und Ersatzmaterial wie Dioden, Transistoren, Widerstände usw. waren im Serviceschrank vorhanden. Dafür wurden 7800.- DM zusätzlich berechnet.
Bei uns an der FAU war dieser Servicetechniker (auch Werkmeister genannt) Herr Milde, der bei der ZUSE KG in Bad Hersfeld speziell dafür eine 3-monatige Ausbildung durchlief. Ein Blick in Museen mit einer Zuse Z23 zeigt sehr häufig dieses Testgerät im Ensemble mit weiteren Zuse Peripheriegeräten. Es schien also Standard gewesen zu sein, solch ein Bausteinprüfgerät zu ordern. Zum Vergleich: 1962 kostete eine Mercedes 180 ebenfalls 8900.- DM.
Die ZUSE Z23 hatte eine Verfügbarkeit von 90%, was hieß, dass täglich mehr als zwei Stunden für Reparatur und Wartung anfielen. So konnte man annehmen, dass es sicherlich gut angelegtes Geld war, so ein Testgerät zu ordern. Der ehemalige Zuse-Techniker Herr Hartmann, der uns bei der Wiederinbetriebnahme unserer Z23 so tatkräftig geholfen hatte, war da anderer Meinung. „Das Ding kannste vergessen!“, war sein Kommentar. Doch dazu später.
Aufbau und Funktion:
Das Baustein Prüfgerät war eine Eigenentwicklung der ZUSE KG. Aufgebaut war sie mit denselben Bausteinkarten wie sie in der Zuse Z23 verwendet werden. Mit ihnen erzeugt das Gerät unterschiedliche Impulse, wie sie auch beim Betrieb in der Zuse vorkommen. Diese werden an die Eingänge der zu testenden Karte gelegt und die Ausgangsimpulse auf einem Oszilloskop angezeigt.
Nebenbei erwähnt, schlug das 2-Kanal Oszilloskop nochmals mit 2700.- DM zu Buche.
Jeder Kartentyp hat einen eigenen Steckplatz. Die silbernen Platzhalter (siehe Bild) sorgen, wie in der Zuse selbst, vor Verwechslung der Steckplätze. Im oberen Feld der Frontblende sind diverse Drehschalter und eine Anzeige eingebaut. Damit können die Betriebsspannungen des Prüfgerätes getestet, der Triggerzeitpunkt für die Signaldarstellung des Oszilloskopes justiert und die Testimpulse eingestellt werden.
Unterhalb der Kartensteckplätze sind noch zwei Reihen mit Drucktasten. Die linken Tasten sind die sogenannten Systemtasten. Auf vielen Kartentypen ist nicht nur ein System, also nur ein FlipFlop oder nur eine Negation realisiert, sondern es sind mehrere solcher Schaltkreise aufgebaut, die dann mit diesen Systemtasten entsprechend angesteuert werden können.
Die Tastenreihe rechts bezieht sich auf spezielle Karten wie z.B. den Treiberbausteinen, denen eine Ausgangslast angelegt werden kann. Auch können Eingänge neben den Impulsen mit unterschiedlichen Logikpegeln beschaltet werden. Dazu gibt es eine umfangreiche Dokumentation mit Schaltbildern und Bestückungsplänen der einzelnen Bausteine.
Was hat nun den Servicetechniker Herrn Hartmann so gestört, dass er das Testgerät so vehement abgelehnt hat?
Das Problem ist die höhere Last an den Ausgängen der Bausteine beim Betrieb im Rechner.
Was auf dem Testgerät einen korrekten Ausgangsimpuls zeigt, kann unter Last einen defekten Transistor in die Knie zwingen und das Ausgangssignal so stark dämpfen, dass der Pegel von nachfolgenden Bausteinen nicht mehr eindeutig als logische „1“ oder „0“ erkannt wird. Oft zeigt das Oszilloskop am Testgerät einen einwandfreien Signalpegel, während dieser bei der gleichen Karte im Betrieb in der Zuse durch stärkere Wärmeentwicklung und Stromlast zusammenbricht.
So hat Herr Hartmann damals immer wieder defekte Karten beim Kunden und aus Bad Hersfeld für den Reparaturaustausch bekommen, da sie nur mit diesem Testgerät überprüft wurden und als funktionsfähig in die Ersatzteilkiste gelangten. Trotzdem kann mit dem Gerät die grundsätzliche Funktionsweise der Karten getestet werden, wenn z.B. ein Totalausfall eines Bauteiles vorliegt.
Wo kann man das Objekt anschauen?
Wer dieses Testgerät sehen, bzw. die Z23 live erleben will, kann an einem Donnerstag zur Zuse-Vorführung vorbei schauen oder unter Tel. 09131/8527027 einen Termin vereinbaren.
Ausgestellt ist es im RRZE, Martensstraße 1, 1.Stock, Im „ZUSE-Raum“, 1.009