DE1474011B2 - Binaerspeicherzelle - Google Patents

Description

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Energiezufuhr benötigt, wobei der Inhalt der Binär- bilen Zustand umgelegt wird. Die Einstellmündungen Speicherzelle auch nicht verlorengeht, was gemäß 24 und 25 sind mit Einstellkanälen 27 bzw. 28 verobigem bei den strömungsdynamischen Verstärkern bunden.
bei Energieausfall eintritt. Angenommen, die Platte 10 ist in der in F i g. 1

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist 5 dargestellten Lage; die Kammer 11 ist mit der

bei einer Binärspeicherzelle der eingangs umschrie- Außenluft über eine Entlüftungsöffnung 26 verbun-

benen Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in den, und es wird weiter angenommen, daß ein Ab-

den konkaven Wänden senkrecht zu diesen laufende fühl-Eingangssignal durch den Abfühlkanal 18 über

Kanäle für ein Strömungsmittel zum Umschalten und die Drossel 20 zur Abfühlmündung 16 gelangt. Bei

zum Abfühlen der Platte angeordnet sind. io dieser Lage dichtet die Platte 10 aber die Abfühl-

Das Abdecken von Signalkanälen mittels strö- mündung 16 gegen die Entlüftungsöffnung 26 ab, und mungsdruckbetätigter elastischer Elemente ist zwar deshalb gelangt ein Abfühl-Ausgangsdrucksignal an aus der Steuerungstechnik für hydraulische und den Abfühlausgang 22. Diese Lage der Platte 10 sei pneumatische Systeme in verschiedenen Formen be- als der binäre »!.«-Zustand bezeichnet,
kannt. Nach der Erfindung wird aber das elastische 15 Um die Platte 10 in den anderen, als binäre »0« Element nicht nur als Schließelement, sondern in bezeichneten Zustand umzulegen, wird ein Druckseiner Ausbildung als Membran gleichzeitig als signal über den Einstellkanal 27 der Einstellmündung Speicherelement benutzt, das auf sehr einfache 24 zugeführt. Sobald auf dieser Seite der Platte 10 Weise in eine entsprechende Druckkammer ein- ein entsprechendes Druckfeld aufgebaut ist, beginnt gesetzt werden kann. Eine derartige Anordnung ver- 20 diese sich zu krümmen und erreicht schließlich den einigt in sich die Vorteile eines sehr einfachen Auf- Scheitelpunkt zwischen den bistabilen Lagen, der in baus, einer zuverlässigen Arbeitsweise und der un- F i g. 1 gestrichelt gezeichnet dargestellt ist. Hierauf mittelbaren Anwendbarkeit in Strömungssystemen. setzt die Feder ihre Bewegung mit einem Schnapp-

Zahlreiche Ausgestaltungen der Erfindung sind in Vorgang in den anderen stabilen Zustand fort, in dem

den Unteransprüchen enthalten. Die Erfindung wird 25 sie tue Abfühlmündung 17 abdeckt und diese gegen

im folgenden in mehreren Ausführungsbeispielen an die Entlüftungsöffnung 26 abdichtet, während die

Hand der Zeichnungen erläutert. Es stellt dar Abfühlmündung 16 jetzt bezüglich der Entlüftungs-

F i g. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungs- öffnung 26 frei ist.

form, in dem auch die zugehörigen Verstärker ange- . Wird nun erneut ein Abfühldrucksignal durch den

deutet sind, an die die Speicherzelle angeschlossen 30 Abfühlkanal 18 zugeführt, so tritt im Abfühlausgang

werden kann, 22 kein Ausgangssignal auf, da nun die Verbindung

F i g. 2 einen Schnitt durch die Speicherzelle gemäß zwischen dem Abfühlausgang 22 und der Entlüftungs-

F i g. 1 nach der Linie 2-2, öffnung 26 über die nicht abgedeckte Abfühlmün-

F i g. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausfüh- dung 16 freigegeben ist und daher das Drucksignal

rungsform unter Verwendung von Strömungsmittel- 35 des Abfühlkanals über die Entlüftungsöffnung 26 zur

dioden, Atmosphäre abgeleitet wird.

F i g. 4 einen Schnitt durch eine bei der Ausfüh- Entsprechend entsteht ein Abfühl-Ausgangsdruck-

rungsform gemäß F i g. 3 anwendbare Strömungs- signal im Abfühlausgang 23 dann, wenn die Platte 10

mitteldiode und in derjenigen Lage ist, bei der sie bei einem Abfühl-

F i g. 5 einen Schnitt durch eine dritte Ausfüh- 40 Eingangsdrucksignal aus dem Abfühlkanal 19 die

rungsform einer Speicherzelle mit einem Feder- Abfühlmündung 17 gegen die Entlüftungsöffnung 26

element in Membranform. abdichtet. Die Rückstellung der Feder in ihre Stel-

Gemäß F i g. 1 und 2 befindet sich eine elastische lung gemäß F i g. 1 wird durch einen Einstelldruck-Platte 10 in Form einer Blattfeder in einer Kammer impuls aus dem Einstellkanal 28 bewirkt.
11 mit zwei zueinander und zur Zeichnungsebene 45 Für eine exakte Umschaltung der Membran 10 parallelen Stirnwänden 45, 46 und zwei gegenüberlie- wird die Lage der Einstellmündungen 24 und 25 an genden konkaven Wänden 12 und 13, die an Schnitt-. den konkaven Wänden 12 und 13 so gewählt, daß ihr linien 14 und 15 V-förmig aufeinandertreffen. Der Abstand von der Schnittlinie 15 etwa den vierten Teil Abstand zwischen den Schnittlinien 14 und 15 ist der Entfernung zwischen den Schnittlinien 14 und 15 etwas kleiner als die Länge der Platte 10, so daß die 50 entspricht. Hierbei wird die Platte 10 zunächst entin den Schnittlinien 14, 15 eingespannte Platte stan- sprechend der in F i g. 1 gestrichelt dargestellten dig unter einer Längsdrückkraft steht. Sie nimmt da- Form teilweise ausgewölbt und schnappt dann inher zwangläufig jeweils eine von zwei stabilen Lagen folge ihrer hierbei auftretenden Eigenspannungen in ein, in denen sie entweder eine Abfühlmündung 16 in die andere stabile Lage über, wofür nur ein minimader konkaven Wand 12 oder eine Abfühlmündung 17 55 ler Kraftaufwand erforderlich ist.
in der konkaven Wand 13 abdichtend abdeckt. Die Die Abfühlmündungen 16 und 17 sind demgegen-Abfühlmündungen sind ungefähr in der Mitte der über etwa in der Mitte der konkaven Wände 12 und konkaven Wände 12 und 13 angeordnet. 13 angeordnet. Eine Umschaltung der Platte 10 durch

Abfühlkanäle 18 und 19 führen über Drosseln 20 die durch die Abfühlkanäle 18 und 19 zugeführten

bzw. 21 und Abfühleingänge 36, 37 zu den Abfühl- 60 Druckimpulse ist nicht ohne weiteres möglich, da

mündungen 16 und 17, und Abfühlausgänge 22 und hierfür das Abfühlsignal.so stark sein müßte, daß es

23 sind ohne Querschnittsverringerung über die Ab- die Platte 10 in der Mitte auswölbt. Diese Stärke

fühleingänge 36, 37 an die Abfühlmündungen 16 und haben die genannten Druckimpulse nicht.

17 angeschlossen. In den konkaven Wänden 12 und Die Entlüftungsöffnung 26 ist verhältnismäßig groß 13 sind außerdem Einstellmündungen 24 und 25 vor- 65 ausgebildet, um die über die Einstellkanäle 27 und

gesehen, deren Querschnitte so bemessen sind, daß 28 zugeführten Drucksignale schnell abzuleiten, so-

bei der Zuführung von Druckmedium die Platte 10 bald die Platte 10 so weit umgeschaltet ist, daß sie

aus ihrem einen stabilen Zustand in den anderen sta- die Einstellmündung 24 bzw. 25 nicht mehr abdeckt.

Außerdem wird dadurch auch verhindert, daß ein Abfühldrucksignal in der Kammer 11 ein Druckfeld aufbaut.

Die Abfühlkanäle 18, 19 und die Einstellkanäle 27, 28 werden über Ventile mit Druckmedium gespeist; sie können aber auch, wie in F i g. 1 schematisch dargestellt, verstärkte pneumatische Drucksignale über die pneumatischen Verstärker 30, 31 erhalten.

Jeder dieser Verstärker 30, 31 enthält einen Einlaßkanal 32, durch den eine Strömung geleitet wird. Wird diese Strömung nicht beeinflußt, so verläßt sie den Einlaßkanal 32 in laminarem Zustand und gelangt in einen Auslaßkanal 33. Wird jedoch ein Steuerdrucksignal oder ein akustisches Steuersignal durch eine der Steuerleitungen 34 zugeführt, so wird die Strömung turbulent, legt sich an die äußere Wand des gegenüberliegenden Auslaßkanals 35 an, und durch diesen Kanal gelangt ein verstärktes Ausgangssignal.

Entsprechend kann auch ein Verstärker 40 gleicher Art am Abfühlausgang angeordnet werden, womit ein Abfühlausgangssignal am Abfühlausgang 22 zu einer Steuerleitung 42 dieses Verstärkers geführt wird und als verstärktes Signal am Auslaßkanal 41 auftritt. Ein entsprechender Verstärker ist auch dem Abfühlausgang 23 zugeordnet. Die Verstärker können mit weiteren sich anschließenden Speichereinrichtungen verbunden werden.

Wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich, ist die Platte 10 relativ breit und sehr dünn und bildet so bei kleiner Masse eine große Fläche, so daß sie mit geringen Drücken leicht bewegt werden kann. Das Spiel zwischen der Platte 10 und den Stirnwänden 45, 46 der Kammer 11 (F i g. 2) ist möglichst gering gehalten, um die Leckverluste um die Längskanten der Platte 10 während des Umschaltvorganges auf ein Mindestmaß herabzusetzen.

Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführung dadurch, daß die Abfühl-Eingangsdrucksignale durch einen einzigen Abfühlkanal 50 in die Kammer 51 gelangen. Auf ein Abfühl-Eingangsdrucksignal durch den Abfühlkanal 50 wird ein Ausgangsdrucksignal zum Abfühlausgang 52 oder 53 geleitet, je nachdem, welcher von diesen beiden durch die Platte 10 nicht abgedeckt ist. Zur Umschaltung der Platte 10 aus der einen in die andere Lage wird ein Einstelldrucksignal über den Einstellkanal 54 oder 55 geliefert. Strömungsmitteldioden 56, 57 werden in Reihe mit den Einstellkanälen 54 bzw. 55 geschaltet, so daß die Strömungsmitteldiode 57 den Durchgang eines Abfühl-Eingangsdrucksignals durch den Einstellkanal 55 verhindert, wenn dessen öffnung zur Kammer 51 nicht abgedeckt ist, wie in der F i g. 3 veranschaulicht. Die Lage der Mündung der Abfühlausgänge 52, 53 für die Abfühl-Eingangsimpulse in der Kammer 51 ist bei dieser Ausführungsform beliebig, da der Druck sich nicht hinter diesen Ausgängen aufbauen und eine Kraft auf die Platte 10 ausüben kann.

Als Strömungsmitteldiode kann die in F i g. 4 dargestellte Diode 60 verwendet werden. Diese enthält eine Membran 61 in einer Kammer 62, die so gestaltet ist, daß die Membran 61 eine stabile Lage einnimmt, wenn sie an einer Seitenwand 63 anliegt, aber unstabil ist, wenn sie gegen eine gegenüberliegende Seitenwand 64 verstellt wird. Kommt durch den Kanal 65 ein Druckimpuls, so wird die Membran 61 seitwärts gedrückt und der Kanal 65 mit einem Auslaßkanal 66 verbunden, der dem Einstellkanal 54 in F i g. 3 entspricht. Endet das den Kanal 65 zugeführte Signal, so kehrt die Membran 61 in ihren in F i g. 4 veranschaulichten stabilen Zustand zurück. Bei einem Gegendruck im Auslaßkanal 66 und in der Kammer 62 wird somit die Membran 61 verstärkt gegen die Mündung des Kanals 65 gedrückt und verhindert Rückfluß-Leckverluste in den Kanal 65. Zur Sicherung der Instabilität der Membran 61 und ihrer jeweiligen Rückkehr in die ausgezogen gezeichnete Stellung muß die Strecke χ kleiner sein als die Strecke y, wobei χ der Abstand zwischen der Einspannlinie in F i g. 4 oben und der Schnittlinie zwischen Seitenwand 64 und der Verbindungslinie der beiden Einspannlinien ist, während y dem Abstand zwischen dieser Schnittlinie und der unteren Einspannlinie entspricht; die den Krümmungen der Kammer 62 entsprechenden Sinus-Halbkurven sollten an ihren Enden etwa die gleiche Neigung haben. Die in F i g. 5 dargestellte Speicherzelle unterscheidet sich von der in den F i g. 1 und 2 veranschaulichten in erster Linie dadurch, daß hier die elastische Platte als vorgespannte kreisförmige Membran 70 ausgebildet ist. Diese Membran 70 ist zwischen zwei Gehäuseteilen 71 und 72 eingespannt, zwischen denen sich durch gegenüberliegende konkave Ausbuchtungen eine Kammer 73 befindet. Die Ausbuchtungen sind symmetrisch und stimmen mit der Form des beweglichen Teiles der Membran 70 in ihren beiden stabilen Stellungen etwa überein. Die konkaven Wände 74 und 75 nehmen also alternativ die Membran berührend auf. Die Membran 70 ist so dünn, daß in ihr nur sehr geringe Biegungsspannungen auftreten, wenn sie aus ihrer einen stabilen Stellung einwärts in die andere Stellung schnappt. Die Festigkeit der Membran beruht ausschließlich auf den radialen und tangentialen Spannungen. Wenn die Membran 70 in die in F i g. 5 veranschaulichte stabile Stellung eingestellt ist, dichtet sie die Abfühlmündung 76 eines Abfühleinganges 90 gegen die Kammer 73 ab. Somit wird bei Zuführung eines Abfühl-Eingangsdrucksignals durch den Abfühlkanal 77 und über eine Drossel 78 zum Abfühleingang 90 und zur Abfühlmündung 76 ein Abfühl-Ausgangsdrucksignal in einem Abfühlausgang 79 zur Anzeige einer binären »1« abgegeben. Zur Rückstellung der Membran 70 in ihre eine binäre »0« darstellende Lage wird ein Druckimpuls durch den Einstellkanal 80 zu einer Einstellmündung 81 geleitet. Sobald die auf die Membran 70 wirksame Druckkraft eine vorbestimmte Größe erreicht hat, schnappt die Membran 70 in ihren entgegengesetzten stabilen Zustand ein, in dem sie die Abfühlmündung 82 eines Abfühleinganges 91 abdeckt und gegen die Kammer 73 abdichtet, während gleichzeitig die Abfühlmündung 76 zur Kammer geöffnet wird. Wird nun ein Abfühl-Eingangsdrucksignal durch den Abfühlkanal 77 gegeben, so kann im Abfühlausgang 79 kein Ausgangssignal auftreten, weil das Signal durch die Entlüftungsöffnung 83 zur Atmosphäre entweicht. Dementsprechend steht ein Abfühl-Ausgangsdrucksignal nur dann im Abfühlausgang 84, wenn bei Zuführung eines Abfühl-Eingangsdrucksignals durch den Abfühlkanal 86 und über die Drossel 85 die Membran 70 die Abfühlmündung 82 des Abfühleingangs 91 gegen die Kammer 73 abdichtet. Zur Rückstellung der Membran 70 in

ihre in F i g. 5 gezeichnete Stellung wird ein Einstelldruckimpuls durch den Einstellkanal 87 zur Einstellmündung 88 geleitet. Nach der Rückstellung der Membran 70 ist dann die Kammer 73 über eine Entlüftungsöffnung 89 wieder mit der Atmosphäre verbunden.

Bei den in den F i g. 1 und 5 dargestellten Ausführungsformen sind die Abfühlausgänge 22, 23 und 79, 84, in Strömungsrichtung von den Abfühlkanälen her gesehen, hinter den Drosseln 20, 21 bzw. 78, 85. Daher entsteht keine nennenswerte Saugwirkung in einem dieser Abfühlausgänge, z. B. 22, wenn während des binären »O«-Zustandes ein Drucksignal durch die zugeordnete Abfühlmündung 16 zur Kammer 11 strömt. Hingegen kann eine solche Saugwir-

kung in den Abfühlausgängen durch den Venturieffekt erzeugt werden, wenn die Ausgänge unmittelbar an die zugeordnete Drossel angeschlossen sind. Hierzu muß bei der in F i g. 5 veranschaulichten An-

5 Ordnung der Abfühlausgang 79 in der gestrichelt gezeichneten Stellung 79' vorgesehen werden und dementsprechend auch in den anderen Ausführungsformen. Auf diese Weise erzielt man eine Gegentaktwirkung, also eine Saugwirkung, oder einen Druck in der

ίο Steuerleitung des Abfühl-Ausgangsverstärkers, z. B. des Verstärkers 40, je nachdem, ob das Speicherelement im binären »0«- oder im binären »!«-Zustand ist. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn sogenannte DOFL-Verstärker verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (10)

1 474 Oil 1 2 den Wänden anliegende Stellung umschaltbar ist Patentansprüche: und deren Lage bezüglich der Wände durch in den Wänden angeordnete Tastvorrichtungen abfühlbar

1. Binärspeicherzelle mit einer in einer Kam- ist.

mer mit konkaven Wänden an ihren Enden einge- 5 Es ist eine bistabile, mechanisch betätigbare spannten, elastischen Platte, welche durch äußere Speicherzelle bekannt, bei der in einer Kammer zwi-Verstellkräfte in eine von zwei stabilen, an den sehen zwei gegenüberliegenden Wänden von unregel-Wänden anliegende Stellung umschaltbar ist und mäßig konkaver Form eine Blattfeder angeordnet ist, deren Lage bezüglich der Wände durch in den die zwischen zwei stabilen Lagen verstellbar ist Wänden angeordnete Tastvorrichtungen abfühl- io (USA.-Patentschrift 2 658 972). Die Umschaltung bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Blattfeder erfolgt mittels eines mechanisch auf in den konkaven Wänden (12, 13; 74, 75) senk- die Blattfeder in ihrer neutralen Ebene wirksamen recht zu diesen laufende Kanäle für ein Strö- Schubantriebes, z. B. mittels des Ankers eines mungsmittel zum Umschalten (Einstellkanäle 27, Tauchspulenmagneten. Bei jeder Zufuhr eines sol-28; 54, 55; 80, 87) und zum Abfühlen (Abfühl- 15 chen Umschaltimpulses wird die Blattfeder infolge kanäle 18, 19; 50; 77, 86) der Platte (10) ange- ihrer durch die Gestaltung der Kammerwände beordnet sind. einflußten elastischen Verformung in die entgegen-

2. Binärspeicherzelle nach Anspruch 1, da- gesetzte stabile Lage verstellt. Diese Einrichtung durch gekennzeichnet, daß die Abfühlkanäle (18, arbeitet somit als Flip-Flop und ist daher als binäres 19; 77, 86) über je eine Drossel (20, 21; 78, 85) 20 Speicher- und Zählelement einsetzbar. Die Auszu je einem Abfühlausgang (22, 23; 79, 84) und gangssignale zur Anzeige der jeweiligen Stellung der

an einen Abfühleingang (36, 37; 90, 91) führen. Blattfeder werden über durch in die Kammer ragende φ

3. Binärspeicherzelle nach den Ansprüchen 1 Stößel betätigte elektrische Kontakte dargestellt, die und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in minde- mit einer elektrischen Auswerte- oder Zählschaltung stens einer zu den konkaven Wänden senkrech- 25 verbunden sind.

ten Stirnwand (45, 46) eine Entlüftungsöffnung Diese bekannte Binärstufe arbeitet, wie erwähnt,

(26) angeordnet ist. sowohl hinsichtlich ihrer Umschaltung als auch hin-

4. Binärspeicherzelle nach Anspruch 1, da- sichtlich der Abfühlung von deren jeweiliger Lage durch gekennzeichnet, daß in den konkaven rein mechanisch, und ihre Anwendung in elektri-Wänden (74, 75) Entlüftungsöffnungen (83, 89) 30 sehen bzw. elektronischen Anordnungen erfordert angeordnet sind. daher sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig

5. Binärspeicherzelle nach Anspruch 1, da- entsprechende Wandler, was einen erhöhten Aufdurch gekennzeichnet, daß in einer Stirnwand ein wand bedingt. Andererseits entspricht die Schalt-Abfühlkanal (50) angeordnet ist. geschwindigkeit bei weitem nicht den bei elektroni-

6. Binärspeicherzelle nach den Ansprüchen 1 35 sehen Schaltungen üblichen Werten.

und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühl- Aber auch für eine Verwendung in hydraulischen ausgänge (22, 23; 79, 84) unmittelbar hinter den oder pneumatischen Zähl- oder Speichereinrichtun-Drosseln (20, 21; 78, 85), in Strömungsrichtung gen, wo eine Anpassung zwischen den erzielbaren von den Abfühlkanälen aus gesehen, angeordnet Schaltzeiten an sich gegeben wäre, würde eine Umsind. 40 Wandlung der Impulse einen erheblichen Mehrauf-

7. Binärspeicherzelle nach Anspruch 5, da- wand erfordern. Dies beeinträchtig aber erfahrungsdurch gekennzeichnet, daß in den Einstellkanälen gemäß nicht nur die Wirtschaftlichkeit, sondern auch

(54, 55) Strömungsmitteldioden (56, 57) ange- die Zuverlässigkeit der Arbeitsweise und schließlich *

ordnet sind. auch den Wirkungsgrad. Außerdem ist diese Ein- V*

8. Binärspeicherzelle nach einem der vorher- 45 richtung als Flip-Flop-Schalter nur mit einem eingehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, zigen Eingang ausgestattet und daher nur als Zähldaß die Abfühlkanäle (18, 19) etwa in der Mitte element, jedoch ohne weiteres nicht als Speicherzwischen den beiden Einspannlinien (14, 15) der ' element einsetzbar.

Platte (10) in die Kammer (11) münden. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,

9. Binärspeicherzelle nach einem der vorher- 50 eine Binärspeicherzelle zu schaffen, in der die Vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, teile des mit einer bistabil eingespannten Blattfeder daß der Abstand der Einstellkanäle (27, 28) von ausgebildeten Speicherelements nutzbar gemacht der einen Einspannlinie (14) der Platte (10) etwa werden, die aber ohne Wandler und sonstige Uberein Viertel des Gesamtabstandes der Einspann- tragungselemente unmittelbar in hydraulischen oder linien (14,15) beträgt. 55 pneumatischen Systemen eingesetzt werden kann.

10. Binärspeicherzelle nach den Ansprüchen 1, Die hierfür auch einsetzbaren, bistabilen strömungs-2, 4, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamischen Verstärker haben bei ihrer Anwendung Kammer (73) Linsenform hat und die Platte als als Speicherelement zwar den Vorteil, daß sie eine Membran (70) kreisförmig ausgebildet und ein- sehr kurze, mechanischen Speichern vielfach übergespannt ist. 60 legene Schaltzeit haben und verschleißfrei arbeiten,

sie benötigen aber andererseits eine ständige Energie-

zufuhr, und — was weiterhin nachteilig ist — der

Speicherinhalt geht verloren, sobald die Energiezufuhr einmal aussetzt.

Die Erfindung betrifft eine Binärspeicherzelle mit 65 Diese Nachteile werden bei einer Binärspeichereiner in einer Kammer mit konkaven Wänden an zelle der obengenannten Art mit der durch die Erihren Enden eingespannten, elastischen Platte, welche findung vermittelten Ausbildung vermieden, denn es durch äußere Kräfte in eine von zwei stabilen, an wird nur ein kurzer Schaltimpuls und keine ständige