The Ball-and-Disc Integrator

1876 · Mechanical Integration · Werk 648 von 1.871

The Ball-and-Disc Integrator, 1876, Mechanical Integration

A polished flat steel disc turning horizontally on a vertical spindle, a hard steel sphere resting on the disc and a small polished cylinder resting on top of the sphere, the sphere carried in a light fork that slides along the radius of the disc, its distance from the centre setting how fast the sphere and cylinder turn, the whole mounted on a brass bed with the driving gear of the disc beneath it, the three surfaces of contact lit so their edges glint, in a Victorian instrument maker's workshop, one gas flame at the bench, the workshop walls dark.

Wofür es benutzt wurde
Der Scheibe-Kugel-Zylinder-Integrator ist ein Getriebe, das mechanisch integriert. Eine angetriebene Scheibe dreht über eine aufliegende Kugel einen Zylinder. Verschiebt man die Kugel in Richtung Scheibenmitte oder Rand, ändert sich das Übersetzungsverhältnis; die Zylinderdrehung ist dann das Integral der verschobenen Größe über die Scheibendrehung. Anders als bei den Planimetern von Sang und Amsler, deren Rad zugleich rollt und seitlich gleitet, überträgt die Kugel die Bewegung durch reines Rollen; die Idee des reinen Rollens hatte James Thomson nach eigener Angabe von James Clerk Maxwell. James Thomson, Ingenieur und Bruder William Thomsons, veröffentlichte das Prinzip als „On an Integrating Machine Having a New Kinematic Principle“ in den Proceedings of the Royal Society. William Thomson baute fünf solche Integratoren in seinen harmonischen Analysator von 1878 und verweist dort auf „Professor James Thomson's paper“.
Was daran neu war
Thomson nannte das Neue schon im Titel ein „new kinematic principle“: Zwischen Scheibe und Zylinder liegt eine Kugel, nicht ein Reibrad. Damit wurde das Integrieren zu einem Bauteil, das in größere Maschinen eingesetzt werden konnte — bei William Thomson fünfmal in einem Gerät. Der Widerhaken: Das Getriebe gibt nur ein sehr kleines Drehmoment ab. Solange die Kugel einen Zeiger bewegte, genügte das. Sobald der Ausgang eines Integrators den Eingang des nächsten antreiben sollte, reichte es nicht. Tim Robinson, der solche Maschinen aus Meccano nachbaut, schreibt, erst der Drehmomentverstärker habe den Bau des ersten Differentialanalysators möglich gemacht — rund ein halbes Jahrhundert später. Bushs Maschine von 1931 arbeitete dann nicht mit Kugeln, sondern mit Radscheiben-Integratoren, einer anderen Bauform.

Was die Quellen offenlassen: Der Originalaufsatz von James Thomson liegt bei Zenodo als Scan vor (DOI 10.1098/rspl.1875.0033): Proceedings of the Royal Society, Band XXIV, S. 262–265, eingegangen am 31. Januar 1876, Sitzung vom 3. Februar 1876; nur die Metadaten des Datensatzes nennen 1875. Die Bauform der Integratoren in Bushs Maschine ist nach der Objektbeschreibung des MIT Museum angegeben.

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