Während des Zweiten Weltkriegs entwickelte das deutsche Militär einige für die damalige Zeit sehr ausgeklügelte Technologien, darunter die V-2-Raketen, mit denen es London in Schutt und Asche legte. Doch die V-2 und viele andere deutsche Militärgeräte waren von einem obskuren und scheinbar veralteten Bauteil abhängig, von dem Sie wahrscheinlich noch nie etwas gehört haben: dem so genannten magnetischen Verstärker oder Mag-Amp.

In den Vereinigten Staaten galten Magnetverstärker schon lange als veraltet – „zu langsam, schwerfällig und ineffizient, um ernst genommen zu werden“, wie eine Quelle berichtet. Daher waren die US-Militärelektronik-Experten jener Zeit verblüfft über den umfangreichen deutschen Einsatz dieses Geräts, von dem sie erst durch Verhöre deutscher Kriegsgefangener erfuhren. Was wussten die Ingenieure des Dritten Reichs, was den Amerikanern entgangen war?

Nach dem Krieg durchforsteten amerikanische Geheimdienstler Deutschland nach nützlichen wissenschaftlichen und technischen Informationen. Vierhundert Experten sichteten Milliarden von Seiten an Dokumenten und schickten 3,5 Millionen mikroverfilmte Seiten in die Vereinigten Staaten zurück, zusammen mit fast 200 Tonnen deutscher Industrieausrüstung. Unter dieser Masse an Informationen und Geräten befand sich auch das Geheimnis der deutschen Magnetverstärker: Metalllegierungen, die diese Geräte kompakt, effizient und zuverlässig machten.

Die US-Ingenieure waren bald in der Lage, diese Legierungen zu reproduzieren. Infolgedessen erlebten die magnetischen Verstärker in den 1950er und 60er Jahren eine Renaissance, in der sie in großem Umfang im Militär, in der Luft- und Raumfahrt und in anderen Branchen eingesetzt wurden. Sie kamen sogar in einigen frühen digitalen Festkörpercomputern zum Einsatz, bevor sie vollständig den Transistoren weichen mussten. Heutzutage ist diese Geschichte so gut wie vergessen. Deshalb möchte ich hier die wenig bekannte Geschichte des Mag-Amps vorstellen.

Ein Verstärker ist per Definition ein Gerät, das es einem kleinen Signal ermöglicht, ein größeres zu steuern. Eine altmodische Trioden-Vakuumröhre tut dies, indem sie eine Spannung an ihre Gitterelektrode anlegt. Ein moderner Feldeffekttransistor tut dies mit Hilfe einer Spannung, die an sein Gate angelegt wird. Der Mag-Amp steuert elektromagnetisch.

Um zu verstehen, wie das funktioniert, betrachten Sie zunächst eine einfache Spule, z. B. einen Draht, der um einen Eisenstab gewickelt ist. Eine solche Drosselspule neigt dazu, den Fluss von Wechselstrom durch den Draht zu blockieren. Das liegt daran, dass die Spule beim Stromfluss ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das sich auf den Eisenstab konzentriert. Und dieses wechselnde Magnetfeld induziert Spannungen im Draht, die dem Wechselstrom, der das Feld überhaupt erst erzeugt hat, entgegenwirken.

Wenn ein solcher Induktor viel Strom führt, kann der Stab einen Zustand erreichen, der als Sättigung bezeichnet wird, wobei das Eisen nicht mehr stärker magnetisiert werden kann, als es bereits ist. Wenn das passiert, fließt der Strom praktisch ungehindert durch die Spule. Sättigung ist normalerweise unerwünscht, aber der Magnetverstärker macht sich diesen Effekt zunutze.

Physikalisch gesehen besteht ein magnetischer Verstärker aus einem Metallkern, der leicht gesättigt werden kann, in der Regel aus einem Ring oder einer quadratischen Schleife, um die ein Draht gewickelt ist. Ein zweiter Draht, der ebenfalls um den Kern gewickelt ist, bildet eine Steuerwicklung. Die Steuerwicklung enthält viele Drahtwindungen, so dass der Eisenkern durch einen relativ kleinen Gleichstrom in die Sättigung oder aus der Sättigung gezwungen werden kann.

Der Mag-Amp verhält sich also wie ein Schalter: Im gesättigten Zustand lässt er den Wechselstrom in seiner Hauptwicklung ungehindert passieren, im ungesättigten Zustand sperrt er diesen Strom. Die Verstärkung erfolgt, weil ein relativ kleiner Steuergleichstrom einen viel größeren Strom modifizieren kann.r AC-Laststrom.

Die Geschichte der magnetischen Verstärker beginnt in den Vereinigten Staaten mit einigen im Jahr 1901 angemeldeten Patenten. Bis 1916 wurden große magnetische Verstärker für die transatlantische Funktelefonie eingesetzt, die mit einer Erfindung namens Alexanderson-Alternator durchgeführt wurde, der einen leistungsstarken Hochfrequenz-Wechselstrom für den Funksender erzeugte. Ein magnetischer Verstärker modulierte den Ausgang des Senders entsprechend der Stärke des zu übertragenden Sprachsignals.

In einem Schulungshandbuch der Marine aus dem Jahr 1951 wurden magnetische Verstärker detailliert beschrieben – wenn auch mit einer defensiven Haltung gegenüber ihrer Geschichte.

In den 1920er Jahren machten Verbesserungen bei den Vakuumröhren diese Kombination aus Alexanderson-Generator und Magnetverstärker überflüssig. Damit spielte der magnetische Verstärker nur noch eine untergeordnete Rolle, z. B. bei Lichtdimmern in Theatern.

Die späteren deutschen Erfolge mit magnetischen Verstärkern hingen weitgehend von der Entwicklung fortschrittlicher magnetischer Legierungen ab. Ein aus diesen Materialien hergestellter magnetischer Verstärker schaltete scharf zwischen dem Ein- und Aus-Zustand hin und her und bot so eine bessere Kontrolle und Effizienz. Diese Materialien reagierten jedoch äußerst empfindlich auf Verunreinigungen, Schwankungen in der Kristallgröße und -ausrichtung und sogar auf mechanische Belastungen. Sie erforderten daher ein anspruchsvolles Herstellungsverfahren.

Das leistungsstärkste deutsche Material, das 1943 entwickelt wurde, hieß Permenorm 5000-Z. Es handelte sich um eine hochreine Nickel-Eisen-Legierung im Verhältnis 50:50, die unter Teilvakuum geschmolzen wurde. Das Metall wurde dann so dünn wie Papier kaltgewalzt und um eine nichtmagnetische Form gewickelt. Das Ergebnis ähnelte einer Rolle Klebeband, wobei das dünne Permenorm-Metall das Band bildete. Nach dem Aufwickeln wurde das Modul 2 Stunden lang bei 1.100 °C in Wasserstoff geglüht und dann schnell abgekühlt. Dabei wurden die Metallkristalle so ausgerichtet, dass sie sich wie ein großer Kristall mit einheitlichen Eigenschaften verhielten. Erst danach wurden Drähte um den Kern gewickelt.

Bis 1948 hatten Wissenschaftler des U.S. Naval Ordnance Laboratory in Maryland herausgefunden, wie diese Legierung hergestellt werden konnte, die bald von einem Unternehmen namens Arnold Engineering Co. unter dem Namen Deltamax vermarktet wurde. Die Ankunft dieses magnetischen Materials in den Vereinigten Staaten führte zu einer neuen Begeisterung für magnetische Verstärker, die extreme Bedingungen aushalten und nicht wie Vakuumröhren durchbrennen. Magnetverstärker fanden daher viele Anwendungen in anspruchsvollen Umgebungen, insbesondere im Militär, in der Raumfahrt und bei der industriellen Steuerung.

In den 1950er Jahren setzte das US-Militär magnetische Verstärker in Autopiloten, Feuerleitgeräten, Servosystemen, Radar- und Sonargeräten, der Boden-Luft-Rakete RIM-2 Terrier und vielen anderen Anwendungen ein. In einem Schulungshandbuch der Marine aus dem Jahr 1951 werden magnetische Verstärker detailliert erläutert – wenn auch mit einer defensiven Haltung zu ihrer Geschichte: „Viele Ingenieure haben den Eindruck, dass die Deutschen den magnetischen Verstärker erfunden haben; in Wirklichkeit ist er eine amerikanische Erfindung. Die Deutschen nahmen einfach unser vergleichsweise grobes Gerät, verbesserten den Wirkungsgrad und die Reaktionszeit, reduzierten das Gewicht und die Masse, erweiterten den Anwendungsbereich und gaben es an uns zurück.“

Auch das US-Raumfahrtprogramm machte wegen ihrer Zuverlässigkeit ausgiebig Gebrauch von magnetischen Verstärkern. So wurden beispielsweise in der Redstone-Rakete, die Alan Shepard 1961 ins All brachte, magnetische Verstärker eingesetzt. Bei den Apollo-Missionen zum Mond in den 1960er und 70er Jahren steuerten magnetische Verstärker Stromversorgungen und Gebläse. Satelliten aus dieser Zeit umagnetische Verstärker zur Signalaufbereitung, zur Strommessung und -begrenzung sowie für die Telemetrie. Sogar die Raumfähre verwendete magnetische Verstärker, um ihre Leuchtstoffröhren zu dimmen.

Magnetische Verstärker wurden auch in Redstone-Raketen eingesetzt, wie hier hinter den Astronauten John Glenn, Virgil Grissom und Alan Shepard.Universal Images Group/Getty Images

Magnetische Verstärker wurden auch in der industriellen Steuerung und Automatisierung eingesetzt. Viele Produkte, die sie enthielten, wurden unter Markennamen wie General Electric’s Amplistat, CGS Laboratories‘ Increductor, Westinghouse’s Cypak (kybernetisches Paket) und Librascope’s Unidec (universelles Entscheidungselement) vermarktet.

Die während des Zweiten Weltkriegs in Deutschland entwickelten magnetischen Werkstoffe hatten jedoch den größten Nachkriegseffekt auf die Computerindustrie. In den späten 1940er Jahren erkannten die Forscher sofort die Fähigkeit der neuen magnetischen Materialien, Daten zu speichern. Ein kreisförmiger Magnetkern konnte gegen den Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn magnetisiert werden und so eine 0 oder eine 1 speichern. Eine so genannte rechteckige Hystereseschleife sorgte dafür, dass das Material nach dem Abschalten der Stromversorgung in einem dieser Zustände fest magnetisiert blieb.

Schon bald konstruierten die Forscher einen so genannten Kernspeicher aus dichten Gittern von Magnetkernen. Diese Technologen wechselten bald von gewickelten Metallkernen zu Kernen aus Ferrit, einem eisenoxidhaltigen Keramikmaterial. Mitte der 1960er Jahre wurden Ferritkerne zu Milliardenbeträgen produziert, da die Herstellungskosten auf einen Bruchteil eines Cents pro Kern sanken.

Der Kernspeicher ist jedoch nicht der einzige Bereich, in dem magnetische Materialien einen Einfluss auf die frühen Digitalcomputer hatten. Die erste Generation dieser Maschinen, die in den 1940er Jahren begann, rechnete mit Vakuumröhren. Diese wurden in den späten 1950er Jahren durch eine zweite Generation ersetzt, die auf Transistoren basierte, gefolgt von Computern der dritten Generation, die aus integrierten Schaltkreisen bestanden.

Transistoren waren kein offensichtlicher Gewinner für die frühen Computer, und viele andere Alternativen wurden entwickelt, darunter magnetische Verstärker.

Aber der technologische Fortschritt in der Computertechnik verlief nicht so linear. Frühe Transistoren waren keine offensichtlichen Gewinner, und es wurden viele andere Alternativen entwickelt. Magnetische Verstärker waren eine von mehreren weitgehend vergessenen Computertechnologien, die zwischen die Generationen fielen.

Das liegt daran, dass Forscher in den frühen 1950er Jahren erkannten, dass Magnetkerne nicht nur Daten speichern, sondern auch logische Funktionen ausführen können. Indem man mehrere Wicklungen um einen Kern legte, konnten Eingänge kombiniert werden. Eine Wicklung in der entgegengesetzten Richtung konnte beispielsweise andere Eingänge sperren. Durch die Verbindung solcher Kerne in verschiedenen Anordnungen konnten komplexe logische Schaltungen realisiert werden.

1956 entwickelte die Sperry Rand Co. einen magnetischen Hochgeschwindigkeitsverstärker namens Ferractor, der mit mehreren Megahertz arbeiten konnte. Jeder Ferractor wurde aus einem Dutzend Wicklungen eines Permalloy-Bandes von einem Achtel Millimeter (etwa 3 Mikrometer) um eine nichtmagnetische Edelstahlspule von 2,5 mm (0,1 Zoll) hergestellt.

Die Leistung des Ferractors war auf die bemerkenswerte Dünne des Bandes in Kombination mit den winzigen Abmessungen der Spule zurückzuführen. Sperry Rand verwendete den Ferractor in einem Militärcomputer namens Univac Magnetic Computer, auch bekannt als Computer des Air Force Cambridge Research Center (AFCRC). Diese Maschine enthielt 1.500 Ferraktoren und 9.000 Germaniumdioden sowie einige Transistoren und Vakuumdioden. Röhren.

Später entwickelte Sperry Rand Geschäftscomputer, die auf dem AFCRC-Computer basierten: den Univac Solid State (in Europa als Univac Calculating Tabulator bekannt), gefolgt von dem weniger teuren STEP-Computer (Simple Transition Electronic Processing). Obwohl der Univac Solid State seinem Namen nicht ganz gerecht wurde – sein Prozessor verwendete 20 Vakuumröhren – war er mäßig beliebt und wurde zu Hunderten verkauft.

Eine andere Abteilung von Sperry Rand baute einen Computer mit dem Namen Bogart, der der Nationalen Sicherheitsbehörde der USA beim Entschlüsseln von Codes helfen sollte. Fans von Casablanca und Key Largo werden enttäuscht sein, wenn sie erfahren, dass dieser Computer nach dem bekannten Herausgeber der New York Sun, John Bogart, benannt wurde. Dieser relativ kleine Computer verdiente diesen Namen, weil er kryptografische Daten bearbeitete, bevor sie von den größeren Computern der NSA verarbeitet wurden.

Fünf Bogart-Computer wurden zwischen 1957 und 1959 an die NSA geliefert. Sie verwendeten eine neuartige Magnetverstärkerschaltung, die von Seymour Cray entwickelt wurde, der später die berühmten Cray-Supercomputer schuf. Berichten zufolge war Cray von seinen Dutzenden von Patenten am stolzesten auf sein Magnetverstärkerdesign.

Computer, die auf magnetischen Verstärkern basierten, funktionierten jedoch nicht immer so gut. So entwickelte der schwedische Milliardär und Industrielle Axel Wenner-Gren in den frühen 1950er Jahren eine Reihe von Vakuumröhrencomputern, den ALWAC (Axel L. Wenner-Gren Automatic Computer). Im Jahr 1956 sagte er der US-Notenbank, dass er eine Version mit Magnetverstärker, den ALWAC 800, in 15 Monaten liefern könne. Nachdem das Federal Reserve Board 231.800 US-Dollar gezahlt hatte, geriet die Entwicklung des Computers in technische Schwierigkeiten, und das Projekt scheiterte völlig.

Die Fortschritte bei den Transistoren in den 1950er Jahren führten natürlich zum Niedergang der Computer mit magnetischen Verstärkern. Eine Zeit lang war jedoch nicht klar, welche Technologie die bessere war. Mitte der 1950er Jahre diskutierte Sperry Rand beispielsweise zwischen Magnetverstärkern und Transistoren für die Athena, einen 24-Bit-Computer zur Steuerung der Titan-Atomrakete. Cray baute zwei gleichwertige Computer, um die Technologien direkt miteinander zu vergleichen: Der Magstec (Magnetschalter-Testcomputer) verwendete Magnetverstärker, während der Transtec (Transistor-Testcomputer) Transistoren verwendete. Obwohl der Magstec etwas besser abschnitt,…

Quelle

Während des Zweiten Weltkriegs entwickelte das deutsche Militär einige für die damalige Zeit sehr ausgeklügelte Technologien, darunter die V-2-Raketen, mit denen es London in Schutt und Asche legte. Doch die V-2 und viele andere deutsche Militärgeräte waren von einem obskuren und scheinbar antiquierten Bauteil abhängig, von dem Sie wahrscheinlich noch nie gehört haben: dem so genannten magnetischen Verstärker oder Mag-Amp.

In den Vereinigten Staaten galten Magnetverstärker schon lange als veraltet – „zu langsam, schwerfällig und ineffizient, um ernst genommen zu werden“, wie eine Quelle berichtet. Daher waren die US-Militärelektronik-Experten jener Zeit verblüfft über den umfangreichen deutschen Einsatz dieses Geräts, von dem sie erst durch Verhöre deutscher Kriegsgefangener erfuhren. Was wussten die Ingenieure des Dritten Reichs, was den Amerikanern entgangen war?

Nach dem Krieg durchforsteten US-Geheimdienstler Deutschland nach nützlichen wissenschaftlichen und technischen Informationen. Vierhundert Experten durchforsteten Milliarden von Seiten an Dokumenten und verschickten 3,5 Millionen mikroverfilmte Seiten nach Deutschland.k in die Vereinigten Staaten, zusammen mit fast 200 Tonnen deutscher Industrieausrüstung. Unter dieser Masse an Informationen und Geräten befand sich auch das Geheimnis der deutschen Magnetverstärker: Metalllegierungen, die diese Geräte kompakt, effizient und zuverlässig machten.

Die US-Ingenieure waren bald in der Lage, diese Legierungen zu reproduzieren. Infolgedessen erlebten die magnetischen Verstärker in den 1950er und 60er Jahren eine Renaissance, in der sie in großem Umfang im Militär, in der Luft- und Raumfahrt und in anderen Branchen eingesetzt wurden. Sie kamen sogar in einigen frühen digitalen Festkörpercomputern zum Einsatz, bevor sie vollständig den Transistoren weichen mussten. Heutzutage ist diese Geschichte so gut wie vergessen. Deshalb möchte ich hier die wenig bekannte Geschichte des Mag-Amps vorstellen.

Ein Verstärker ist per Definition ein Gerät, das es einem kleinen Signal ermöglicht, ein größeres zu steuern. Eine altmodische Trioden-Vakuumröhre tut dies, indem sie eine Spannung an ihre Gitterelektrode anlegt. Ein moderner Feldeffekttransistor tut dies mit Hilfe einer Spannung, die an sein Gate angelegt wird. Der Mag-Amp steuert elektromagnetisch.

Um zu verstehen, wie das funktioniert, betrachten Sie zunächst eine einfache Spule, z. B. einen Draht, der um einen Eisenstab gewickelt ist. Eine solche Drosselspule neigt dazu, den Fluss von Wechselstrom durch den Draht zu blockieren. Das liegt daran, dass die Spule beim Stromfluss ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das sich auf den Eisenstab konzentriert. Und dieses wechselnde Magnetfeld induziert Spannungen im Draht, die dem Wechselstrom, der das Feld überhaupt erst erzeugt hat, entgegenwirken.

Wenn ein solcher Induktor viel Strom führt, kann der Stab einen Zustand erreichen, der als Sättigung bezeichnet wird, wobei das Eisen nicht mehr stärker magnetisiert werden kann, als es bereits ist. Wenn das passiert, fließt der Strom praktisch ungehindert durch die Spule. Sättigung ist normalerweise unerwünscht, aber der Magnetverstärker macht sich diesen Effekt zunutze.

Physikalisch gesehen besteht ein magnetischer Verstärker aus einem Metallkern, der leicht gesättigt werden kann, in der Regel aus einem Ring oder einer quadratischen Schleife, um die ein Draht gewickelt ist. Ein zweiter Draht, der ebenfalls um den Kern gewickelt ist, bildet eine Steuerwicklung. Die Steuerwicklung enthält viele Drahtwindungen, so dass der Eisenkern durch einen relativ kleinen Gleichstrom in die Sättigung oder aus der Sättigung gezwungen werden kann.

Der Mag-Amp verhält sich also wie ein Schalter: Im gesättigten Zustand lässt er den Wechselstrom in seiner Hauptwicklung ungehindert passieren, im ungesättigten Zustand sperrt er diesen Strom. Die Verstärkung erfolgt, weil ein relativ kleiner Steuergleichstrom einen viel größeren Lastwechselstrom verändern kann.

Die Geschichte der magnetischen Verstärker beginnt in den Vereinigten Staaten mit einigen Patenten aus dem Jahr 1901. Bis 1916 wurden große magnetische Verstärker für die transatlantische Funktelefonie eingesetzt, die mit einer Erfindung namens Alexanderson-Alternator durchgeführt wurde, der einen leistungsstarken Hochfrequenz-Wechselstrom für den Funksender erzeugte. Ein magnetischer Verstärker modulierte den Ausgang des Senders entsprechend der Stärke des zu übertragenden Sprachsignals.

In einem Schulungshandbuch der Marine aus dem Jahr 1951 wurden magnetische Verstärker detailliert beschrieben – wenn auch mit einer defensiven Haltung gegenüber ihrer Geschichte.

In den 1920er Jahren machten Verbesserungen bei den Vakuumröhren diese Kombination aus Alexanderson-Generator und Magnetverstärker überflüssig. Damit spielte der magnetische Verstärker nur noch eine untergeordnete Rolle, z. B. bei Lichtdimmern in Theatern.

Die späteren deutschen Erfolge mit magnetischen Verstärkern hingen weitgehend von der Entwicklung fortschrittlicher magnetischer Legierungen ab. Ein aus diesen Materialien hergestellter magnetischer Verstärker schaltete sharply zwischen dem Ein- und dem Aus-Zustand, was eine bessere Kontrolle und Effizienz ermöglicht. Diese Materialien waren jedoch äußerst empfindlich gegenüber Verunreinigungen, Schwankungen in der Kristallgröße und -ausrichtung und sogar gegenüber mechanischer Belastung. Daher erforderten sie ein anspruchsvolles Herstellungsverfahren.

Das leistungsstärkste deutsche Material, das 1943 entwickelt wurde, hieß Permenorm 5000-Z. Es handelte sich um eine hochreine Nickel-Eisen-Legierung im Verhältnis 50:50, die unter Teilvakuum geschmolzen wurde. Das Metall wurde dann so dünn wie Papier kaltgewalzt und um eine nichtmagnetische Form gewickelt. Das Ergebnis ähnelte einer Rolle Klebeband, wobei das dünne Permenorm-Metall das Band bildete. Nach dem Aufwickeln wurde das Modul 2 Stunden lang bei 1.100 °C in Wasserstoff geglüht und dann schnell abgekühlt. Dabei wurden die Metallkristalle so ausgerichtet, dass sie sich wie ein großer Kristall mit einheitlichen Eigenschaften verhielten. Erst danach wurden Drähte um den Kern gewickelt.

Bis 1948 hatten Wissenschaftler des U.S. Naval Ordnance Laboratory in Maryland herausgefunden, wie diese Legierung hergestellt werden konnte, die bald von einem Unternehmen namens Arnold Engineering Co. unter dem Namen Deltamax vermarktet wurde. Die Ankunft dieses magnetischen Materials in den Vereinigten Staaten führte zu einer neuen Begeisterung für magnetische Verstärker, die auch unter extremen Bedingungen funktionieren und nicht durchbrennen wie Vakuumröhren. Magnetverstärker fanden daher viele Anwendungen in anspruchsvollen Umgebungen, insbesondere im Militär, in der Raumfahrt und bei der industriellen Steuerung.

In den 1950er Jahren setzte das US-Militär magnetische Verstärker in Autopiloten, Feuerleitgeräten, Servosystemen, Radar- und Sonargeräten, der Boden-Luft-Rakete RIM-2 Terrier und vielen anderen Anwendungen ein. In einem Schulungshandbuch der Marine aus dem Jahr 1951 werden magnetische Verstärker detailliert erläutert – wenn auch mit einer defensiven Haltung zu ihrer Geschichte: „Viele Ingenieure haben den Eindruck, dass die Deutschen den magnetischen Verstärker erfunden haben; in Wirklichkeit ist er eine amerikanische Erfindung. Die Deutschen nahmen einfach unser vergleichsweise grobes Gerät, verbesserten den Wirkungsgrad und die Reaktionszeit, reduzierten das Gewicht und die Masse, erweiterten den Anwendungsbereich und gaben es an uns zurück.“

Auch das US-Raumfahrtprogramm machte wegen ihrer Zuverlässigkeit ausgiebig Gebrauch von magnetischen Verstärkern. So wurden beispielsweise in der Redstone-Rakete, die Alan Shepard 1961 ins All brachte, magnetische Verstärker verwendet. Bei den Apollo-Missionen zum Mond in den 1960er und 70er Jahren steuerten magnetische Verstärker die Stromversorgungen und Gebläse. In den Satelliten jener Zeit wurden magnetische Verstärker zur Signalaufbereitung, zur Strommessung und -begrenzung sowie für die Telemetrie eingesetzt. Sogar die Raumfähre verwendete Magnetverstärker, um ihre Leuchtstofflampen zu dimmen.

Magnetische Verstärker wurden auch in Redstone-Raketen eingesetzt, wie hier hinter den Astronauten John Glenn, Virgil Grissom und Alan Shepard.Universal Images Group/Getty Images

Magnetische Verstärker wurden auch in der industriellen Steuerung und Automatisierung eingesetzt. Viele Produkte, die sie enthielten, wurden unter Markennamen wie General Electric’s Amplistat, CGS Laboratories‘ Increductor, Westinghouse’s Cypak (kybernetisches Paket) und Librascope’s Unidec (universelles Entscheidungselement) vermarktet.

Die während des Zweiten Weltkriegs in Deutschland entwickelten magnetischen Werkstoffe hatten jedoch den größten Einfluss auf die Computerindustrie in der Nachkriegszeit. In den späten 1940er Jahren erkannten die Forscher sofort die Fähigkeit der neuen magnetischen Materialien, Daten zu speichern. Ein kreisförmiger Magnetkern konnte gegen den Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn magnetisiert werden, um Daten zu speichern.Eine so genannte rechteckige Hystereseschleife sorgte dafür, dass das Material nach dem Abschalten der Stromzufuhr in einem dieser Zustände fest magnetisiert blieb.

Schon bald konstruierten die Forscher einen so genannten Kernspeicher aus dichten Gittern von Magnetkernen. Diese Technologen wechselten bald von gewickelten Metallkernen zu Kernen aus Ferrit, einem eisenoxidhaltigen Keramikmaterial. Mitte der 1960er Jahre wurden Ferritkerne zu Milliardenbeträgen produziert, da die Herstellungskosten auf einen Bruchteil eines Cents pro Kern sanken.

Der Kernspeicher ist jedoch nicht der einzige Bereich, in dem magnetische Materialien einen Einfluss auf die frühen Digitalcomputer hatten. Die erste Generation dieser Maschinen, die in den 1940er Jahren begann, rechnete mit Vakuumröhren. Diese wurden in den späten 1950er Jahren durch eine zweite Generation ersetzt, die auf Transistoren basierte, gefolgt von Computern der dritten Generation, die aus integrierten Schaltkreisen bestanden.

Transistoren waren kein offensichtlicher Gewinner für die frühen Computer, und viele andere Alternativen wurden entwickelt, darunter magnetische Verstärker.

Aber der technologische Fortschritt in der Computertechnik verlief nicht so linear. Frühe Transistoren waren keine offensichtlichen Gewinner, und es wurden viele andere Alternativen entwickelt. Magnetische Verstärker waren eine von mehreren weitgehend vergessenen Computertechnologien, die zwischen die Generationen fielen.

Das liegt daran, dass Forscher in den frühen 1950er Jahren erkannten, dass Magnetkerne nicht nur Daten speichern, sondern auch logische Funktionen ausführen können. Indem man mehrere Wicklungen um einen Kern legte, konnten Eingänge kombiniert werden. Eine Wicklung in der entgegengesetzten Richtung konnte beispielsweise andere Eingänge sperren. Durch die Verbindung solcher Kerne in verschiedenen Anordnungen konnten komplexe logische Schaltungen realisiert werden.

1956 entwickelte die Sperry Rand Co. einen magnetischen Hochgeschwindigkeitsverstärker namens Ferractor, der mit mehreren Megahertz arbeiten konnte. Jeder Ferractor wurde aus einem Dutzend Wicklungen eines Permalloy-Bandes von einem Achtel Millimeter (etwa 3 Mikrometer) um eine nichtmagnetische Edelstahlspule von 2,5 mm (0,1 Zoll) hergestellt.

Die Leistung des Ferractors war auf die bemerkenswerte Dünne des Bandes in Kombination mit den winzigen Abmessungen der Spule zurückzuführen. Sperry Rand verwendete den Ferractor in einem Militärcomputer namens Univac Magnetic Computer, auch bekannt als Computer des Air Force Cambridge Research Center (AFCRC). Dieser Computer enthielt 1.500 Ferraktoren und 9.000 Germaniumdioden sowie einige Transistoren und Vakuumröhren.

Sperry Rand entwickelte später Geschäftscomputer, die auf dem AFCRC-Computer basierten: den Univac Solid State (in Europa als Univac Calculating Tabulator bekannt), gefolgt von dem weniger teuren STEP-Computer (Simple Transition Electronic Processing). Obwohl der Univac Solid State seinem Namen nicht ganz gerecht wurde – sein Prozessor verwendete 20 Vakuumröhren – war er mäßig beliebt und wurde zu Hunderten verkauft.

Eine andere Abteilung von Sperry Rand baute einen Computer mit dem Namen Bogart, der der Nationalen Sicherheitsbehörde der USA beim Entschlüsseln von Codes helfen sollte. Fans von Casablanca und Key Largo werden enttäuscht sein, wenn sie erfahren, dass dieser Computer nach dem bekannten Redakteur der New York Sun, John Bogart, benannt wurde. Dieser relativ kleine Computer verdiente diesen Namen, weil er kryptografische Daten bearbeitete, bevor sie von den größeren Computern der NSA verarbeitet wurden.

Fünf Bogart-Computer wurden zwischen 1957 und 1959 an die NSA geliefert. Sie verwendeten eine neuartige Magnetverstärkerschaltung, die von Seymour Cray entworfen wurde, der später den berühmten Cr

ay-Supercomputer. Berichten zufolge war Cray von seinen Dutzenden von Patenten am meisten stolz auf seinen Entwurf eines Magnetverstärkers.

Computer, die auf magnetischen Verstärkern basierten, funktionierten jedoch nicht immer so gut. So entwickelte der schwedische Milliardär und Industrielle Axel Wenner-Gren in den frühen 1950er Jahren eine Reihe von Vakuumröhrencomputern, den ALWAC (Axel L. Wenner-Gren Automatic Computer). Im Jahr 1956 sagte er der US-Notenbank, dass er eine Version mit Magnetverstärker, den ALWAC 800, in 15 Monaten liefern könne. Nachdem das Federal Reserve Board 231.800 US-Dollar gezahlt hatte, geriet die Entwicklung des Computers in technische Schwierigkeiten, und das Projekt scheiterte völlig.

Die Fortschritte bei den Transistoren in den 1950er Jahren führten natürlich zum Niedergang der Computer mit magnetischen Verstärkern. Eine Zeit lang war jedoch nicht klar, welche Technologie die bessere war. Mitte der 1950er Jahre diskutierte Sperry Rand beispielsweise zwischen Magnetverstärkern und Transistoren für die Athena, einen 24-Bit-Computer zur Steuerung der Titan-Atomrakete. Cray baute zwei gleichwertige Computer, um die Technologien direkt miteinander zu vergleichen: Der Magstec (Magnetschalter-Testcomputer) verwendete Magnetverstärker, während der Transtec (Transistor-Testcomputer) Transistoren verwendete. Obwohl der Magstec etwas besser abschnitt,…


Weiterlesen: https://spectrum.ieee.org/the-vacuum-tubes-forgotten-rival