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Die Erfindung betrifft einen Schleifkontaktschalter mit Schleifkontakten und mehreren auf einer Isolierstoffplatte aufgebrachten Kontaktflächen, wobei mindestens zwei Kontaktflächen in Bewegungsrichtung der Schleifkontakte hintereinander angeordnet sind, und wobei die Isolierstoffplatte zwischen den in Bewegungsrichtung der Schleifkontakte hintereinander angeordneten Kontaktflächen schlitzartige Ausnehmungen aufweist, die mit ihren Längserstreckungen schräg zur Bewegungsrichtung der Schleifkontakte ausgerichtet sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine vorteilhafte Beschaltung eines Schleifkontaktschalters.
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Ein als Schleifkontaktschalter ausgebildeter Schiebeschalter ist in der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 90 10 973 U1 beschrieben. Der Schleifkontaktschalter weist schlitzförmige Ausnehmungen zwischen Kontaktflächen einer Kontaktbahn auf, wobei die Längserstreckungen der Ausnehmungen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schleifkontaktes ausgerichtet sind. Die Ausnehmungen verhindern, dass der Abrieb des Materials der Kontaktflächen durch den Schleifkontakt auf der Isolierstoffplatte verwischt wird, wodurch elektrische Verbindungen zwischen den Kontaktflächen entstehen könnten. Von den Kontaktflächen abgetragenes Material wird stattdessen von den Ausnehmungen aufgenommen. Die Entstehung elektrisch leitender Verbindungen zwischen benachbarten Kontaktflächen wird hierdurch verhindert.
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Nachteilig ist, dass Ausnehmungen zwischen den Kontaktflächen eines derartigen Schleifkontaktschalters die Schalthaptik auf unerwünschte Weise beeinflussen können. So kann beim Verschieben eines Schleifkontakts dieser in den Ausnehmungen hängen bleiben, was ein unangenehm „hakeliges” Schaltgefühl bewirkt. Unerwünscht ist es zumeist auch, wenn an den Ausnehmungen ein Einrasten des Schleifkontaktes fühlbar ist, zumal sich der Schleifkontakt hier zwischen den vorgesehenen Schaltstellungen befindet.
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Diese unerwünschten Effekte können gering gehalten werden, wenn die Auflagefläche des Schleifkontakts groß im Vergleich zur Breite der schlitzförmigen Ausnehmungen ausgeführt ist. Nachteilig hierbei ist aber, dass bei einem großflächig an einer Kontaktfläche anliegenden Schleifkontakt sich die Kontaktkraft auf eine große Fläche verteilt und damit kein hoher Kontaktdruck zustande kommt, was für die Qualität der hergestellten elektrischen Verbindung ungünstig ist. Auch ergibt sich keine definierte Kontaktstelle, was die elektrischen Eigenschaften der so hergestellten Schaltverbindung weiter verschlechtert.
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Alternativ zu einem großflächigen Schleifkontakt können auch sehr enge schlitzförmige Ausnehmungen in einer Isolierstoffplatte vorgesehen werden. Enge Ausnehmungen haben aber den Nachteil, dass sie von den Kontaktflächen abgetragenes Material nur schlecht aufnehmen und sich schon nach relativ kurzer Zeit zusetzen können. Hierdurch sind die angestrebten Vorteile der Ausnehmungen schon nach relativ kurzer Verwendungszeit des Schleifkontaktschalters nicht mehr gegeben.
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Ein Schleifkontakt, der beispielsweise ein halbzylinderförmiges Kontaktelement aufweist, dessen runde Seite an einer leitenden Kontaktfläche anliegt, kontaktiert diese Kontaktfläche zwar im Idealfall über seine ganze Längserstreckung, bildet dabei aber nur eine geringe Berührfläche mit der Kontaktfläche aus und kann so einen hohen Kontaktdruck aufbauen. Das Kontaktelement bildet idealerweise eine Kontaktlinie senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schleifkontakts aus. Befindet sich neben der Kontaktfläche eine schlitzförmigen Ausnehmung, die mit ihrer Längserstreckung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schleifkontakts ausgerichtet ist und deren Längserstreckung größer ist als die Längserstreckung des Kontaktelements am Schleifkontakt, so verliert die Kontaktlinie des Kontaktelements beim Überfahren der Ausnehmung an wenigsten einer Position ihre Unterstützung durch die Isolierstoffplatte und fällt sozusagen ein Stück weit in die Ausnehmung, was bei der Schalterbetätigung als ein Verhaken oder Einrasten spürbar ist.
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Ein gattungsgemäßer Schleifkontaktschalter ist aus der US-Patentschrift
US 5,587,886 bekannt. Bei diesem Schleifkontaktschalter sind Ausnehmungen schräg zur Bewegungsrichtung der Schleifkontakte ausgerichtet, wodurch die Längserstreckung der Ausnehmungen nicht parallel zu Kontaktlinie des über die Ausnehmung geführten Kontaktelements ausgerichtet ist. Dadurch findet das Kontaktelement des Schleifkontakts beim Übergang über die Ausnehmung an jeder Stelle eine ausreichende Abstützung durch die Isolierstoffplatte. Die Ausrichtung der vorgesehenen schlitzartigen Ausnehmungen schräg zur Bewegungsrichtung der Schleifkontakte ermöglicht es so, Schleifkontakte über die Ausnehmungen hinwegzuführen, ohne dass die Schleifkontakte in diese eingreifen.
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Es stellte sich die Aufgabe, einen derartigen Schleifkontaktschalter auf einfache Weise so zu verbessern, dass er auch unter hohen Strombelastungen besonders langlebig ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Isolierstoffplatte zwischen den in Bewegungsrichtung der Schleifkontakte hintereinander angeordneten Kontaktflächen jeweils mindestens zwei schlitzartige Ausnehmungen aufweist.
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Erfindungsgemäß sind mehrere Ausnehmungen hintereinander angeordnet, ohne dass sich zwischen den Ausnehmungen eine Kontaktfläche befindet. Durch mehrere aufeinander folgende Ausnehmungen wird deren Wirksamkeit bei der Aufnahme abgetragenen Kontaktmaterials weiter erhöht.
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Der Schleifkontaktschalter weist mindestens zwei zueinander parallel verlaufende Kontaktbahnen mit jeweils einer oder mehreren Kontaktfläche auf. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Schleifkontaktschalters sind vier zueinander parallel verlaufende Kontaktbahnen vorgesehen; zwei Kontaktfedern bilden jeweils zwei Schleifkontakte aus, welche die Kontaktflächen von jeweils zwei Kontaktbahnen elektrisch miteinander verbinden können. Der Schleifkontaktschalter kann so mehrpolige Schaltfunktionen und insbesondere einen elektrischen Umpolschalter realisieren, der Potentialanschlüsse einer Gleichspannungsquelle mit den Anschlüssen eines elektrischen Verbrauchers, wie zum Beispiel eines Motors verbindet.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn ein solcher Umpolschalter Kontaktflächen in einer asymmetrische Anordnung derart aufweist, dass bei einer Verschiebung der Schleifkontakte die Verbindung der Potentialanschlüsse der Gleichspannungsquelle mit den Anschlüssen des elektrischen Verbrauchers in einer definierten Reihenfolge zeitlich nacheinander erfolgen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gleichspannungsquelle und der elektrische Verbraucher derart mit den Kontaktflächen des Schleifkontaktschalters verbunden sind, dass der Massepotentialanschluss der Gleichspannungsquelle zeitlich nach dem Pluspotentialanschluss mit dem elektrischen Verbraucher verbunden wird und dass der Massepotentialanschluss stets vor dem Pluspotentialanschluss vom elektrischen Verbraucher getrennt wird. Das Trennen und Verbinden des elektrischen Stromflusses beim Umpolvorgang erfolgt somit immer auf der der Seite des elektrischen Massepotentialanschluss.
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Bekannt ist, dass an Schaltkontakten, die hohe Ströme schalten, ein Verschleiß durch sogenannte Elektroerosion erfolgt. Dabei findet ein Transport des Kontaktmaterials hauptsächlich vom positiveren zum negativeren Potential hin statt. Durch das erfindungsgemäß vorgesehene ausschließliche Schalten an Kontaktflächen, die Massepotential führen, kann der Materialabtrag von diesen Kontaktflächen deutlich vermindert werden.
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Der erfindungsgemäße Schleifkontaktschalter kommt vorzugsweise als Schiebeschalter oder als Lenkradstockschalter in einem Kraftfahrzeug zur Anwendung.
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Im Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 wesentliche Teile eines Schleifkontaktschalters,
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2 eine schematische Darstellung der Anordnungen von Kontaktbahnen und Ausnehmungen auf einer Isolierstoffplatte nach dem Stand der Technik,
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3 und 4 schematische Darstellungen der Anordnungen von Kontaktbahnen und Ausnehmungen auf jeweils einer Isolierstoffplatte.
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Die 1 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schleifkontaktschalters. Dieser weist einen aus einem elektrisch nichtleitenden Material bestehenden Schleifkontaktträger 3 auf, der vier zueinander parallel angeordnete Schleifkontakte 1a, 1b, 2a, 2b haltert. Die metallenen Schleifkontakte 1a, 1b, 2a, 2b sind federnd ausgeführt und tragen an ihren Endabschnitten jeweils ein halbzylinderförmiges Kontaktelement 5. Jedes dieser Kontaktelemente 5 liegt an einer von vier parallelen Kontaktbahnen K1, K2, K3, K4 auf einer Isolierstoffplatte 4 an und wird bei einer Bewegung des Schleifkontaktträgers 3 an diesen Kontaktbahnen K1, K2, K3, K4 entlang geführt.
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In der 1 nicht dargestellt ist ein Betätigungselement zum Verschieben des Schleifkontaktträgers, dessen konkrete Ausführung für die nachfolgende Erläuterung der Erfindung ohne Bedeutung ist. Der hier skizzierte Schleifkontaktschalter kann insbesondere Bestandteil eines Schiebeschalters oder vorzugsweise eines Lenkstockschalters in einem Kraftfahrzeug sein. Bevorzugt ist der Schleifkontaktschalter zum direkten Schalten von Stromstärken in der Größenordnung von 1 bis 10 Ampere vorgesehen.
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Die schematischen Darstellungen der 2 bis 4 verdeutlichen mögliche Anordnungen von Kontaktflächen K11, K12, K21, K31, K32, K41 und Ausnehmungen 61, 63, 611, 612, 631, 632 auf einer Isolierstoffplatte 4. Die drei dargestellten Ausführungen weisen übereinstimmende Merkmale auf, die in den 2 bis 4 jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Die
2 zeigt eine Anordnung mit jeweils einer Ausnehmung
612,
631 zwischen in Bewegungsrichtung der Schleifkontakte hintereinander angeordneten Kontaktflächen K11, K22; K31, K32. Die Anordnung entspricht damit im Aufbau dem Gegenstand der eingangs zitierten Druckschrift
US 5,587,886 . Die
2 zeigt somit eine Ausführung nach dem Stand der Technik.
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Die 3 und 4 zeigen jeweils eine erfindungsgemäß ausgeführte Anordnung.
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Die Schleifkontaktschalter mit den in den 2 bis 4 skizzierten Kontaktanordnungen bilden jeweils einen elektrischen Umpolschalter aus, der geeignet ist, die Drehrichtung eines elektrischen Motors M umzukehren. Hierzu besitzen alle drei Ausführungen jeweils vier zueinander parallele Kontaktbahnen K1, K2, K3, K4, von denen zwei Kontaktbahnen K1, K3 jeweils zwei in Bewegungsrichtung der Schleifkontakte 1a, 1b, 2a, 2b, hintereinander angeordnete Kontaktflächen K11, K12 bzw. K31, K32 aufweisen. Die Bewegung der Schleifkontakte 1a, 1b, 2a, 2b ist an die Verschiebung des Schleifkontaktträgers 3 gekoppelt und erfolgt hier in Längsrichtung der Kontaktbahnen K1, K2, K3, K4. Der Begriff „Bewegungsrichtung der Schleifkontakte” soll hier sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsverschiebungen des Schleifkontaktträgers 3 umfassen. Zwei weitere, zu den Kontaktbahnen K1, K3 parallele Kontaktbahnen K2, K4 bestehen aus jeweils einer einzelnen, über den gesamten Bewegungsweg des Schleifkontaktträgers 3 ausdehnten Kontaktfläche K21, K41.
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Der Schleifkontaktträger 3 haltert zwei Schleifkontaktfedern 1, 2, die einstückig jeweils zwei elektrisch miteinander verbundene Schleifkontakte 1a, 1b bzw. 2a, 2b ausbilden. Jeder der Schleifkontakte 1a, 1b, 2a, 2b wird durch die Bewegung des Schleifkontaktträgers 3 an jeweils einer zugeordneten Kontaktbahn K1, K2, K3, K4 entlang geführt, wodurch nacheinander verschiedene Kontaktflächen K11, K12, K21, K31, K32, K41 benachbarter Kontaktbahnen K1, K2 bzw. K3, K4 über die Schleifkontaktfedern 1, 2 elektrisch miteinander verbunden werden.
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In den Kontaktbahnen K1, K3, welche jeweils zwei hintereinander angeordnete Kontaktflächen K11, K12 bzw. K31, K32 aufweisen, befindet sich zwischen den Kontaktflächen K11, K12 bzw. K31, K32 jeweils mindestens eine, schräg zur Bewegungsrichtung des Schleifkontaktträgers 3 bzw. der daran befestigten Schleifkontakte 1a, 1b, 2a, 2b ausgerichtete Ausnehmung 61, 63, 611, 612, 631, 632.
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In der 2 sind zwei schlitzförmige Ausnehmungen 612, 631 erkennbar, die zwischen den Kontaktflächen K11, K12 bzw. K31, K32 der Kontaktbahnen K1 und K3 angeordnet sind. Die Längserstreckungen dieser Ausnehmungen 612, 631 sind in einem nicht senkrechten Winkel zur Betätigungsrichtung des Schleifkontaktträgers 3 ausgerichtet. Dabei sind die Ausnehmungen 612, 631 jeweils nahe einer Kontaktfläche K12, K31 angeordnet, deren benachbarter Randabschnitt 71, 73 zumindest zum größten Teil dem Längsrand 81, 83 der jeweiligen Ausnehmung 612, 631 parallel verläuft. Dies ist vorteilhaft, da so nur kleine Zwischenräume zwischen den Randabschnitten 71, 73 der Kontaktflächen K12, K31 und den Längsrändern 81, 83 der Ausnehmungen 612, 631 vorhanden sind, auf denen sich leitendes Abriebmaterial auf der Isolierstoffplatte 4 ansammeln kann.
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Die 3 und 4 zeigen zwei erfindungsgemäße Ausführungsvarianten des in der 2 dargestellten Schleifkontaktschalters nach dem Stand der Technik. In der 3 sind statt jeweils einer einzigen Ausnehmung 612 bzw. 631 zwischen den Kontaktflächen K11, K12 bzw. K31, K32 jeweils zwei Ausnehmungen 611, 612 bzw. 631, 632, vorgesehen. Jeder der Kontaktflächen K11, K12, K31, K32 ist somit eine benachbarte Ausnehmung 611, 612, 631, 632 zugeordnet, die in geringem Abstand und zum jeweils größten Teil parallel zum benachbarten Randabschnitts der zugehörigen Kontaktfläche K11, K12, K31, K32 angeordnet ist. Hierdurch wird der Materialabrieb aller Kontaktflächen K11, K12, K31, K32 noch besser abgeführt als im Ausführungsbeispiel der 2.
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Die 4 verdeutlicht, dass Ausnehmungen nicht unbedingt parallel zueinander ausgerichtet sein müssen, sondern dass die Ausnehmungen 61, 63 den Kontaktbahnen K1, K3 auch aufeinander zulaufend angeordnet sein können und darüber hinaus auch zu einer etwa v-förmigen Anordnung miteinander verbunden sein können.
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Hinsichtlich ihrer elektrischen Funktion sind die drei in den 2 bis 4 dargestellten Kontaktanordnungen einander gleichwertig. Die Anordnungen der Kontaktflächen K11, K12, K21, K31, K32, K41 sind in allen drei Ausführungsformen so gestaltet, dass beim Umpolvorgang zunächst die elektrische Verbindung zwischen dem angeschlossenen elektrischen Verbraucher M und dem Massepotential GND als erstes getrennt und als letztes geschlossen werden. Eine dazu geeignete Beschaltung des Schleifkontaktschalters sei im Folgenden anhand der 2 näher erläutert.
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Es sei angenommen, dass die Kontaktflächen K11 und K32 mit dem Pluspotential + und die Kontaktflächen K12 und K31 mit dem Massepotential GND einer Gleichspannungsquelle fest verbunden sind. Als elektrischer Verbraucher ist hier ein Motor M dargestellt, dessen Drehrichtung durch den Umpolvorgang umgekehrt werden kann. Die Anschlüsse des Motors stehen in fester elektrischer Verbindung zu den Kontaktflächen K21 und K41.
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In der abgebildeten Stellung des Schleifkontaktträgers 3 sind einerseits über die Schleifkontaktfeder 1 die Kontaktflächen K11 und K21 und andererseits über die Schleifkontaktfeder 2 die Kontaktflächen K31 und K41 miteinander verbunden. An dem mit der Kontaktfläche K21 verbundenen Anschluss des Motors M liegt daher Pluspotential und an dem mit der Kontaktfläche K41 verbundenen Motoranschluss entsprechend Massepotential GND an.
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Die Potentiale an den Kontaktflächen K21 und K41, und damit die Drehrichtung des Motors M, kann durch eine Verschiebung des Schleifkontaktträgers 3 umgekehrt werden. Verschiebt man Schleifkontaktträger 3 nach links, so wird durch die asymmetrische Anordnung der Kontaktflächen K11, K12, K31, K32 in der Position B2 zunächst die Verbindung zwischen den Kontaktflächen K31 und K41 getrennt, da an dieser Position B2 die Kontaktfeder 2a die Verbindung zur Kontaktfläche 31 verliert. Dabei wird der Stromfluss unterbrochen, wobei ein hier symbolisch angedeuteter Schaltfunken SF3 entsteht. Bei Weiterschieben des Schleifkontaktträgers 3 wird an der Position A2 die Verbindung zwischen den Kontaktflächen K11 und K21 stromlos getrennt.
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Jenseits der Mittenposition 0 wird zunächst an der Position A1 die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen K31 und K41 hergestellt, wodurch der Motor M zunächst stromlos mit dem Pluspotential + verbunden ist. An der Position B1 wird durch Verbinden der Kontaktflächen K21 und K12 auch die Massepotentialverbindung zum Motor M geschlossen. Damit setzt der Stromfluss wieder ein, so dass nun an der Position B1 ein Schaltfunken SF1 entsteht.
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Die Schaltfunken SF1 und SF3, die bei höheren Stromstärken unvermeidlich sind, entstehen hier immer an den Kontaktflächen K12, K31, die Massepotential GND führen. Dies ist vorteilhaft, da die mit den Schaltfunken SF1, SF3 einhergehende schädliche Elektroerosion hauptsächlich Material an dem Kontakt mit dem positiverem Potential abträgt, was hier die massiveren Schleifkontakte 1a, 2a sind, die gegen Kontaktabbrand widerstandsfähiger sind als die vergleichsweise materialarmen Kontaktflächen K12, K31. Das Anliegen des Massepotentials GND an den den Stromfluss aus- bzw. einschaltenden Kontaktflächen K12, K31 vermindert somit den Kontaktabbrand. Der dennoch auftretende Materialabtrag wird von den zu den Kontaktflächen K12, K31 benachbarten Ausnehmungen 612, 631 bzw. 61, 63 aufgenommen und kann so keine unerwünschten leitenden Verbindungen auf der Isolierstoffplatte 4 herstellen. Der Materialabtrag an den Kontaktflächen K11, K32 mit Pluspotential + ist dagegen vernachlässigbar gering, das an diesen Stellen stets stromlos und damit ohne Schaltfunken ein und ausgeschaltet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2
- Schleifkontaktfedern
- 1a, 1b, 2a, 2b
- Schleifkontakte
- 3
- Schleifkontaktträger
- 4
- Isolierstoffplatte
- 5
- Kontaktelemente
- 61, 63, 611, 612, 631, 632
- Ausnehmungen
- 71, 73
- Randabschnitte (von Kontaktflächen)
- 81, 83
- Längsränder (von Ausnehmungen)
- 0
- Mittenposition
- A1, B1, A2, B2
- Positionen
- GND, +
- Potentialanschlüsse
- GND
- Massepotentialanschluss
- +
- Pluspotentialanschluss
- K1, K2, K3, K4
- Kontaktbahnen
- K11, K12, K21, K31, K32, K41
- Kontaktflächen
- M
- Motor (elektrischer Verbraucher)
- SF1, SF3
- Schaltfunken
