Flashback in die 1970er! In der ersten Jahren dieser Dekade stellte Hewlett-Packard (HP) mit dem HP 35 den ersten wirklich brauchbaren wissenschaftlichen Taschenrechner vor. Für DM 2500! Zu dieser Zeit betrug der BAFöG-Höchstsatz, wenn ich mich recht erinnere, DM 400. Der Rechner war also unerschwinglich! In den folgenden Jahren kamen der HP 41 und der HP 55 heraus, schon etwas preiswerter. Und der HP 55 ließ sich schon programmieren.
Die Antworten von Texas Instruments (TI) waren preiswertere Rechner, die allerdings nicht die Fertigungsqualität der HP Rechner hatten, die Tasten ließen sich schlechter bedienen und die Gehäuse wirkten billiger. 1976 hat man den mit 50 Schritten progammierbaren TI 57 entwickelt (zumindest habe ich mir dieses Jahr hinten auf dem Gehäuse vermerkt), der dann 1977 in Deutschland verfügbar wurde. Der Rechner links ist im September 1978 für DM 148 gekauft worden. Das Bild ist aber neu, es ist 2016 entstanden.
Die Programmierung dieser Rechner war im Prinzip identisch: Die Spalten- und Zeilennummer der gedrückten Tasten wurde als Code gespeichert und der Programmablauf "drückte dann diese Tasten" hintereinander. Aber es gab auch Befehle zur Schleifenbildung und zum Vergleichen, für Label und Subroutines, also für reine Steuerbefehle im Programm.
Das blaue Heft ist die erfreulich umfangreiche und klare Anleitung für das Arbeiten mit dem Rechner und der Programmierung. Zur Programmdokumentation wurde ein Block mit einem doppelseitigen Formular beigelegt, auf denen man Beschreibung, die Nutzung der Speicher 0 - 7, einen PAPL und die einzutippenden Befehle aufschreiben konnte. Der Block ist noch ziemlich vollständig.
Der Rechner wurde intensiv längere Zeit benutzt, wie man an der völlig abgewetzten Metallisierung im Bereich des Displays sieht; Auf dem Bild der Programmieranleitung kann man diese erkennen. Nicht so sehr zum Ausführen umfangreicher Programme, aber häufig wurden kurze Programme eingetippt, um z. B. aus zwei Messwerten etwas zu berechnen. Das erwies sich als sehr praktisch.
Weitere Modelle von TI und HP konnten Programme auf kleinen Magnetstreifen speichern, manche sogar Drucker ansteuern, aber all das war sehr empfindlich. Die Geschichten, dass die Rechner Leseschwächen für diese Streifen entwickelten, sind Legion.
Leider verschwanden die programmierbaren Rechner später vom Markt. Heute wird wahrscheinlich immer ein Spreadsheetprogramm (Excel) angeworfen. Das kann sicher wesentlich mehr, nur muss man dazu immer einen PC, Laptop oder Desktop, am Laufen haben. Ein Rechner nimmt aber weit weniger Platz ein als PC samt Peripherie.
Wo lagen und liegen denn die Nachteile? Der TI 57 war ein Akkumörder! Im Handbuch wird zwar von mehreren Stunden Betrieb und 500 bis 1000 Ladespielen eines Akkupacks geschrieben, aber in Wirklichkeit waren die Akkus entweder immer leer oder defekt. Schnell ließ er sich nur noch mit Netzteil betreiben. Ersatz-Akku-Packs waren extrem teuer, ca. 1/3 des Rechner-Preises. Das eingebaute Akkupack BP7 ließ sich aber reparieren, wenn man Löten konnte: Aufhebeln und die eingebauten NiCd-Akkus austauschen. Aber das war immer eine nur vorübergehende Lösung.
Der Rechner fiel mir wieder in die Hände und Neugierde entstand, ob man ihn heute mit neuerer Elektronik und anderen Akkus wieder in Betrieb nehmen kann. Nur das Original Netzteil ist verschwunden. Ein Problem?!
Im Nachhinein nicht wirklich!
Das Akku-Pack BP7 wurde wieder aufgehebelt. Das geht problemlos, wenn man mit einem kleinen Flach-Schraubendreher an den Seiten die Stege zwischen den Nasen anhebt und das nicht mit den Sprossen vor den Nasen versucht, denn die Sprossen neigen zum Brechen. Nach dem Aufhebeln zeigt sich, dass nicht drei, sondern nur zwei Akkus (2 x NiCd 600 mAh) vorhanden sind und in der dritten Bucht eine kleine Platine liegt (s. auch Bild weiter unten). Aber es bot sich ein traurigen Bild: Die Akkus waren kräftig am Blühen und die kleine Platine war auch schon beblüht. Als Rettungsmaßnahme wurde die Platine freigelötet und entnommen, mit Essigwasser betupft, bis die Schaumentwicklung aufhörte und dann kräftig mit fließendem Wasser gespült und einer Zahnbürste gereinigt. Die Kontrolle mit einer Uhrmacherlupe zeigte keine ernstzunehmenden Schäden.
Auf der Platine ist ein TI-IC BP51C-4A am Werkeln. Eine Web-Suche führte darauf, dass dieser später als TL496C vermarktet wurde. Dafür wurde sogar ein Datenblatt gefunden. Danach war es kein Problem mehr, die Schaltung zu verstehen.
Jetzt war auch klar, dass der Rechner intern mit 9 V arbeitet. Diese 9 V werden über einen Pfostenstecker vom BP7 abgeliefert. Ein direktes - vorbei am BP7 - Einspeisen von 9 V aus einem kleinen (Schalt-) Netzteil zeigte, dass der Rechner noch wie gewohnt lief. An Hand der Musterschaltung im Datenblatt war erkennbar, dass die kleine Platine einen Spannungswandler darstellt, mit dem die 2,4 V der Akkus auf 9 V Betriebsspannung heraufgespannt werden. Hier ist die komplette Funktion im Betrieb hervorragend dargestellt: http://www.stschmid.de/calculators/Technology/technology.html. Der Strom für den Rechner ist weitgehend durch die LEDs der Anzeige bestimmt: Im Grundzustand, nur 0. in der Anzeige, werden ca. 60 mA abgenommen, schaltet man alle LEDs mit -8.8888888 -88 ein, werden ca. 250 mA eingefordert. Das entspricht ca. 3 mA pro Segment. Und dieser Stromverbrauch ist das Problem! Denn deshalb kann für einem Umbau des BP7 ein Einbau eines 9 V Akku-Blocks die Lösung nicht sein. Es muss bei zwei starken 1,2 V Akkus bleiben.
Aus dem TI-Datenblatt das Innenleben des ICs und rechts das empfohlene Anwendungsschaltbild für eine Versorgung mit 2 x 1,2 V Akku-Zellen.
Die Aufnahme der Schaltung von der Platine stimmt mit diesem Schaltbild überein bis auf die Beschaltung des Glättungselkos C0 : dieser ist mit dem Minuspol nicht an Masse, sondern an den Plus-Pol des Akkusatzes angeschlossen. Warum dieses so ausgeführt wurde und im Gegensatz zu den eigenen Applikationsvorschlägen steht: War es nur ein Fehler beim Entwurf der Platine? Soll durch das Aufsetzen auf "Plus" die Spannung über dem 10 V Kondensator auf 6 V reduziert werden? Glättet der Kondensator besser, wenn er parallel zur Spannungserzeugung (Pin 2 - Pin 8) eingebaut ist? Was auch immer!
Wie man sieht, wird mit Wechselstrom gespeist und der Akku nur durch die untere negative Halbwelle geladen. Der Ladestrom wird bestimmt durch den Innenwiderstand Ri des Trafos!
Suchen im Netz führte auf eine Seite, auf der die Battery-Packs und die zugeordneten Netzteile von TI zusammengestellt sind. Demnach sind zwei Netzteile verfügbar: 5,7 V / 240 mA und 8,5 V / 120 mA. Am letzteren habe ich Zweifel: Spannung ist zu hoch!
Was eigenartig ist: Der Spannungswandler läuft immer! Denn der Ein-Aus Schiebeschalter schaltet nur die 9 V für den Rechner ab, also jenseits des OUTPUT auf der Schaltung. Das Datenblatt gibt für diesen Fall einen Stromverbrauch von 150 µA an, ich konnte später aber messen, dass dieser mit 1,5 mA ein Zehnfaches erreicht.
Das erklärt m. E. den Akkumörder: Der Akku wird zum einen immer wieder überladen, wenn das Gerät mal längere Zeit am Stromnetz ist, und zum anderen fließen immer 1,5 mA ab, Tiefentladung nicht ausgeschlossen, wenn der Rechner mal längere Zeit nicht benutzt und ggf. nachgeladen wird. Heute würde man ein solches Produkt nicht mehr akzeptieren, aber vor 40 Jahren war man über dessen Existenz froh.
Was tun? Ein ausschließlicher Betrieb an der Nabelschnur eines 9 V -Netzteils wurde nicht in Betracht gezogen. In der Bastelkiste fanden sich zwei AA-NiMH-Akkus, 2300 mAh, die sich als Akkus eignen sollten. Als Trafo hätte ein altes Steckernetzteil eines längst verflossenen Handys dienen können: Dieses war mit 4,5 V, 300 mA Gleichstrom benannt, es ließ sich aufschrauben und am Trafo ließ sich eine Wechselspannung von 6,3 V im Leerlauf abnehmen.
Mit diesem Trafo wurde eine Versuchschaltung aufgebaut und mit einem Oszilloskop nachgeschaut, was mit den beiden zuvor mit einem modernen Ladegerät voll geladenen Akkus geschieht. Es zeigte sich, dass die voll geladenen Akkus weiter mit kräftigen Impulsen geladen und deshalb warm wurden. So ging es also nicht, wenn die Akkus einige Zeit leben sollten.
Zuerst wurde die Verschaltung des Glättungselkos dem Schaltbild der Applikationsempfehlung angepasst. Dazu wurde an Stelle 2 ein Loch gebohrt, das "-" -Bein des Elkos an Stelle 1 ausgelötet und an Stelle 2 mit einem kurzen Verlängerungsdraht wieder eingelötet. Ob das wirklich nötig ist?
Man sieht hier noch links oben eine blanke Kupferbahn: Hier hatte die Kalilauge der ausgelaufenen alten Akkus den Schutzlack unterkrochen und es hatte sich blaues Kupferhydroxid geblidet. Das ließ sich nicht mit Wasser wegwaschen und musste weggekratzt werden.
Unten rechts sieht man einen 1 Ohm Widerstand, der in der Minus-Leitung liegt und im Applikationsvorschlag nicht auftaucht.
Es gibt einen kompletten und höchst modernen Ersatz dieser Platine bei http://www.stschmid.de/calculators/, wenn man nicht basteln bzw. löten kann.
Die nebenstehende externe Ladeschaltung (aus dem Applikationsteil des LM317-Datenblatts NatSemi entnommen) erfüllt zwei Funktionen: Sie versorgt den Rechner beim Laufen und regelt einigermaßen den Ladevorgang. Ein Netzteil-Ersatz, ein IU-Ladegerät, bei dem zuerst mit konstantem Strom von ca. 250 mA, eingestellt durch R4 (0,6 V / R4), geladen wird. Dabei steigt die Spannung über dem Akkupack bis die Ladespannung den durch (R1, R2 u. R3) eingestellten Wert erreicht und bleibt dann auf der Schwellenspannung stehen.
Es kann sein, dass man R2 leicht verändern muss. Der Transistor kann ein üblicher npn-Typ sein wie z. B. BC 337 u. a. Die Widerstände sind Reihenschaltungen von E12er-Werten. Die Speisespannung sollte bei 8 V oder größer liegen, ggf. kann sie auch geringfügig kleiner sein, theoretisch bis 6,5 V. Der Benennungsstrom muss mindestens 250 mA betragen.
Die Schwellenspannung wurde experimentell noch im Versuchsaufbau ermittelt: Die Bedingung war die Erwärmung der Akkus. Trat diese ein (mit R1 = 0 Ohm hier bei 2,83 V), so wurde R1 vergrößert, bis der Ladestrom auf ca. 80 mA zurückging. Das ist weniger als 0,05 C. Nach einer Weile waren die Akkus wieder abgekühlt, eine Überladung sollte nicht stattfinden.
Wird der Rechner während des Ladevorgangs betrieben, dann schwankt dessen Stromaufnahme zwischen 60 mA und 250 mA, der Rest geht dann als Ladestrom in den Akku.
Wichtig: Bei Entfernung oder dem Ausschalten der Stromversorgung muss der Stecker am TI57 gezogen werden. Der Akku wird sonst über R1, R2 und R3 entladen.
Moderne Lademethoden wie das Einhämmern von Ladeimpulsen und Messen der Leerlaufspannung in Ladepausen können m. E. nicht angewandt werden, weil die Akkus nicht aus dem Battery-Pack entnommen werden können. In situ gefährdet aber auch die deutlich höhere Ladespannung bei den Ladeimpulsen den vorhandenen IC: Für den den Eingang 2C sind 3,2 V als Maximum genannt. Außerdem würde ein eingeschalteter Rechner keinen Leerlauf bedeuten.
Die Diode auf der Platine wurde überbrückt, um dem Ladegerät die Akkuspannung ohne Verfälschung zurückzugeben. Plus und Minus liegen nun direkt am Eingang des Akkupacks.
Das fertig bestückte Battery-Pack BP7 nach dem Umbau. Die vorhandenen Akkus haben keine Lötfahnen und sind deshalb über Kontaktfahnen aus Messing gehaltert
Unten rechts hinten sind die beiden Außenanschlüsse zu sehen, darüber der dreipoligen geknickten Pfostenstecker für das Aufstecken des Steckers im Rechner.
Im Rechner ist Minus auf Rot und Plus auf Schwarz verkabelt.
Das ausgeführte Ladegerät bzw. der Netzteilersatz mit dem kühlenden Gehäuse. Der große LM317 ist deutlich zu sehen und trägt die Platine. Die Stromzuführung vom eigentlich Netzteil ist ein gängiger Hohlstecker. Das BP7 wird jetzt mit Gleichstrom gespeist!
Als besonders kniffelig stellte sich die Anfertigung des 5 x 7 mm großen Steckers heraus.
Die runden Kontaktfedern sind aus Messing von leeren Kugelschreiberminen.
Erst der dritte Versuch für den Stecker war brauchbar, die Bohrungen für die Kontaktfedern haben 2 mm Durchmesser und einen Abstand von nur 2,4 mm.
Die Buchsen-Führung im BP7 ist durch die beiden schrägen Ecken "gekeyed", eine Verwechslung damit ausgeschlossen.
Das Ergebnis ist ein wieder lauffähiger TI57! Eine Akkuladung reichte für 2 x 3 h und 1,5 h (mit Unterbrechungen). Aktiv waren in dieser Zeit 43 LEDs (s. großes Bild oben), was in etwa einen Mittelwert darstellt. Die Anzeige wechselt bei Unterspannung in 0.0000 ---, die Zellenspannung war auf 0,8 V gesunken. Das anschließende Laden endete (Indiz: Netzteil war wieder kalt) nach ca 6.5 h. Schlussfolgerung: die auf dem Akku genannte Kapazität von 2300 mAh ist etwas großmundig oder sie sind schon leicht angeschlagen. Aber trotzdem: 7,5 h Benutzungsdauer! Das war mit den Original NiCd-Akkus nie erreichbar.
