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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter nach Patentanspruch 1.
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Solche Schalter werden als Ein-Aus-Schalter für Elektrogeräte, Haushaltsgeräte o. dgl. verwendet. Insbesondere kommen solche Schalter in Kraftfahrzeugen, beispielsweise als Bedienschalter sowie in Kraftfahrzeug-Innenleuchten, zum Einsatz.
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Aus der
DE 42 02 214 A1 ist ein derartiger elektrischer Schalter mit einem aus einem Sockel und einem Deckel bestehen Gehäuse bekannt, der ein aus wenigstens einem Festkontakt sowie einem Schaltkontakt bestehendes, zwei Schaltstellungen besitzendes Kontaktsystem aufweist. Der Schalter besitzt ein Betätigungsorgan, das gegen die Kraft eines Rückstellelements, beispielsweise einer Druckfeder, aus einer Ausgangsstellung in eine Betätigungsstellung bewegbar ist. Das Betätigungsorgan wirkt bei dessen Bewegung zwischen der Ausgangs- und der Betätigungsstellung derart mit dem Schaltkontakt zusammen, daß das Kontaktsystem in die jeweils andere Schaltstellung rastend umschaltet.
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Der bekannte Schalter ist vergleichsweise großbauend ausgestaltet. Dabei legt das Betätigungsorgan zwischen der Ausgangs- und der Betätigungsstellung einen relativ langen Betätigungsweg zurück. Außerdem verbleibt das Betätigungsorgan nach dem Umschalten des Kontaktsystems in der Betätigungsstellung, womit das Betätigungsorgan korrespondierend mit dem Kontaktsystem verrastet ist.
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Weiter ist aus der
US 4 408 106 A ein elektrischer Schalter mit einem Kontaktsystem bekannt, wobei das Kontaktsystem eine Schaltwippe besitzt, an der Schaltkontakt befestigt ist. Die Schaltwippe ist zwischen zwei zu den Schaltstellungen korrespondierenden Wippenstellungen verschwenkbar. Das Rückstellelement wirkt in der Ausgangsstellung derart auf die Schaltwippe ein, daß die Schaltwippe rastend in einer der beiden Wippenstellungen gehalten ist. Dadurch erfolgt die Bewegung des Betätigungsorgans tastend ohne Zwischenstellung, indem das Betätigungsorgan nach dem Umschalten von selbst in die Ausgangsstellung zurückkehrt. Das Kontaksystem ist in dessen beiden Schaltstellungen, bei denen beispielsweise das Kontaktsystem offen oder das Kontaktsystem geschlossen ist, rastend, was von den beiden festen Wippenstellungen der Schaltwippe bewirkt wird. Es ist lediglich ein einziges Rückstellelement sowohl für die tastende Bewegung des Betätigungsorgans als auch für die rastenden Schaltstellungen des Kontaktsystems notwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter mit rastendem Kontaktsystem und nichtrastendem, also ohne Zwischenstellung tastendem Betätigungsorgan zu schaffen, wobei der Schalter einen kleinen Betätigungsweg besitzen und kleinbauend ausgestaltet sein soll.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen Schalter durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Schalter befindet sich am Sockel wenigstens ein Ansatz, der als Widerlager für das Rückstellelement dient. Bevorzugterweise sind zwei in etwa senkrecht vom Sockel abstehende Ansätze als Widerlager für das Rückstellelement vorgesehen, wobei die Schaltwippe dann zwischen diesen Ansätzen aufgenommen ist. Damit ist der Sockel in der Art eines Multifunktions-Bauteils zur Aufnahme wesentlicher Elemente des Kontaktsystems ausgestaltet. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der Festkontakt kann am Sockel des Schalters befestigt sein. Bei Verwendung des Schalter als kleinbauender Lastschalter ist es vorteilhaft, am Sockel zwei Festkontakte anzuordnen, wobei der Schaltkontakt zwei miteinander verbundene Arme zur Überbrückung der beiden Festkontakte in der einen Schaltstellung des Kontaktsystems aufweist. Weiter bietet es sich an, die Schaltwippe an einem Drehlager im Sockel zu lagern.
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In weiterer Ausgestaltung wirkt das Betätigungsorgan mit einem Stößelelement zusammen, und zwar ist das Stößelelement kippbar in einer der Schaltwippe zugewandten Aufnahme am Betätigungsorgan geführt. Das Rückstellelement, das zwischen dem Stößelelement und dem Ansatz am Sockel des Schalters angeordnet ist, liegt teilweise mit dem dem Ansatz zugewandten Ende an der Schaltwippe an, und zwar an einer dem Drehlager gegenüberliegenden Erhebung der Schaltwippe. Dadurch übt das Rückstellelement eine Druckkraft auf die Schaltwippe aus, wodurch die Rastung der Schaltwippe erfolgt. Weiterhin ist dadurch gewährleistet, daß die Druckkraft nicht nur in der Ausgangsstellung sondern auch während des Umschaltvorgangs auf die Schaltwippe einwirkt, womit das Rückstellelement zusätzlich zur Erzeugung der Haptik für die Betätigung des Schalters dient.
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Zur Bewegung der Schaltwippe in einfacher Art und Weise in die jeweilige Wippenstellung bietet sich nachfolgende Ausgestaltung an. Das Stößelelement weist einen an der der Schaltwippe zugewandten Seite abstehenden Stößel auf sowie die Schaltwippe besitzt eine in etwa W-förmig ausgestaltete Kulisse. Bei Bewegung des Betätigungsorgans in die Betätigungsstellung greift dann der Stößel derart in die Kulisse an der Schaltwippe ein, daß die Schaltwippe mittels des Stößels zwischen den beiden Wippenstellungen verschwenkbar ist.
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Eine fertigungstechnisch einfache und kostengünstige Ausgestaltung der Schaltwippe sieht vor, daß die Kulisse sowie die Erhebung in der Art eines scheibenförmigen, und zwar insbesondere einstückigen Schaltwippenelements ausgebildet sind. Um eine symmetrische Krafteinwirkung beim Umschalten zu gewährleisten, sind zwei beabstandet einander gegenüberliegende Schaltwippenelemente mittels einer Achse miteinander zur Schaltwippe verbunden. Zwei dazu korrespondierend beabstandete Stößel sind im Stößelelement für die jeweilige Kulisse befindlich. In platzsparender Weise sind die beiden Schaltwippenelemente sowie die beiden als Widerlager für das Rückstellelement dienenden Ansätze in etwa rechteckförmig am Sockel angeordnet.
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In einfacher Art und Weise ist der Schalter auch mit einer Beleuchtung zu versehen, wobei am Sockel ein Leuchtmittel, beispielsweise eine LED, zur Beleuchtung des Betätigungsorgans angeordnet ist. Das Leuchtmittel läßt sich sowohl zwischen den beiden als Widerlager für das Rückstellelement dienenden Ansätzen als auch der Schaltwippe im Sockel, insbesondere in etwa mittig zwischen den beiden Schaltwippenelementen, anordnen. Damit ist zum einen eine platzsparende Anordnung des Leuchtmittels gegeben, so daß der beleuchtete Schalter nicht größer als der unbeleuchtete Schalter ist. Zum anderen gewährleistet eine derartige mittige Anordnung, die durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kontaktsystems ermöglicht ist, auch eine gleichmäßige Ausleuchtung des Betätigungsorgans sowie eventuell dort angebrachter Symbole. Falls notwendig kann dann noch ein Vorwiderstand für das Leuchtmittel am Sockel befestigt sein. Der Vorwiderstand befindet sich bevorzugterweise außerhalb des von den beiden Schaltwippenelementen sowie den beiden Ansätzen gebildeten Rechtecks.
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Zur elektrischen Kontaktierung der Festkontakte, des Leuchtmittels, des Vorwiderstands o. dgl. können Leiterbahnen im Sockel eingespritzt sein. Die Leiterbahnen lassen sich in der Art eines Stanzgitters herstellen und damit einfach handhaben. Ebenso können die elektrischen Anschlüsse des Schalters, die beispielsweise in SMD(Surface Mounted Device)-Technologie ausgestaltet sind, in den Sockel eingespritzt sein. Ein solcherart hergestelltes Kontaktsystem ist besonders kostengünstig.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Schalter in kleinbauender Art ausgestaltet ist, womit der Schalter auch in Elektrogeräten bei beengten Platzverhältnissen, wie sie insbesondere in Kraftfahrzeugen häufig gegeben sind, einsetzbar ist. Der Schalter weist einen kleinen Betätigungsweg auf, der vom Benutzer als besonders ergonomisch empfunden wird, und ist dennoch für höhere Leistungen geeignet. Damit realisiert die Erfindung einen Lastschalter in kleiner Bauweise, also eine Art von Miniatur-Lastschalter.
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Das Kontaktsystem des Schalters verfügt über eine eindeutige taktile Rückmeldung für den Benutzer, womit der Schalter eine ergonomische Haptik aufweist. Dabei ist das Kontaktsystem so aufgebaut, daß die Betätigungskraft, die Kontaktkraft, die Rückstellkraft und die Haptik nur über ein einziges Rückstellelement erzeugt werden. Aufgrund der geringen Anzahl von benötigten Einzelteilen ist das Kontaktsystem einfach und fehlersicher ausgestaltet und dessen Herstellkosten werden erheblich gegenüber herkömmlichen Schaltern reduziert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 einen elektrischen Schalter aufgeschnitten in Draufsicht,
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2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 aus 1, wobei das Betätigungsorgan in der Ausgangsstellung befindlich ist,
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3 einen Schnitt wie in 2, wobei das Betätigungsorgan in der Anlaufstellung befindlich ist,
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4 einen Schnitt wie in 2, wobei das Betätigungsorgan in der Umschaltstellung befindlich ist,
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5 einen Schnitt wie in 2, wobei das Betätigungsorgan in der Betätigungsstellung befindlich ist, und
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6 ein Kraft-Weg-Diagramm in schematischer Darstellung für die Betätigung des Schalters.
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In 1 ist ein in der Art eines Minitatur-Lastschalters ausbildeter elektrischer Schalter 1 aufgeschnitten und in Draufsicht zu sehen. Der Schalter 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das sich wiederum aus einem Sockel 3 und einem Deckel 4 zusammensetzt. Weiter besitzt der Schalter 1 ein Kontaktsystem 5, das aus wenigstens einem Festkontakt 6 sowie einem Schaltkontakt 7 besteht. Das Kontaktsystem 5 besitzt zwei Schaltstellungen, nämlich Kontaktsystem 5 geschlossen, wobei der Schaltkontakt 7 am Festkontakt 6 anliegt (siehe auch 2), sowie Kontaktsystem 5 geöffnet, wobei der Schaltkontakt 7 vom Festkontakt 6 beabstandet ist (siehe auch 5). Schließlich besitzt der Schalter 1 noch ein Betätigungsorgan 8 das gegen die Kraft eines Rückstellelements 9 aus einer in 2 gezeigten Ausgangsstellung in eine in 5 sichtbare Betätigungsstellung manuell vom Benutzer bewegbar ist. Das Rückstellelement 9 ist insbesondere in der Art einer Druckfeder ausgestaltet.
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Das Betätigungsorgan 8 wirkt bei dessen Bewegung zwischen der Ausgangs- und der Betätigungsstellung derart mit dem Schaltkontakt 7 zusammen, daß das Kontaktsystem 5 in die jeweils andere Schaltstellung umschaltet. Hierzu ist der Schaltkontakt 7 an einer Schaltwippe 10 befestigt. Die Schaltwippe 10 ist zwischen zwei zu den Schaltstellungen korrespondierenden Wippenstellungen verschwenkbar, wie anhand von 2 und 5 festzustellen ist. Wie man weiter in 2 sieht, wirkt das Rückstellelement 9 mit einer Druckkraft in der Ausgangsstellung auf die Schaltwippe 10 derart ein, daß die Schaltwippe 10 rastend in einer der beiden Wippenstellungen gehalten ist. Gleichzeitig wird in der Schaltstellung Kontaktsystem 5 geschlossen die Kontaktkraft über die Andruckkraft des Rückstellelements 9 auf die Schaltwippe 10 erzeugt.
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Wie in 2 zu sehen ist, ist der Festkontakt 6 am Sockel 3 des Schalters 1 befestigt. Die Schaltwippe 10 ist an einem Drehlager 11 ebenfalls im Sockel 3 verschwenkbar gelagert. Das Drehlager 11 besteht aus einem am Sockel 3 befindlichen Zapfen 12 sowie einer dazu korrespondierenden Lagerschale 13 an der Schaltwippe 10. Schließlich ist am Sockel 3 wenigstens ein Ansatz 14 als Widerlager für das Rückstellelement 9 angeordnet. Zwecks symmetrischer Abstützung bietet es sich an, zwei Ansätze 14, 14' hierfür anzuordnen. Die Ansätze 14, 14' stehen in etwa senkrecht vom Sockel 3 ab und nehmen dazwischen die Schaltwippe 10 auf.
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Das Betätigungsorgan 8 wirkt mit einem Stößelelement 15 zusammen, wobei das Stößelelement 15 kippbar in einer der Schaltwippe 10 zugewandten Aufnahme 16 am Betätigungsorgan 8 geführt ist, wie vor allem anhand der 4 und 5 zu erkennen ist. Das Rückstellelement 9 ist zwischen dem Stößelelement 15 und dem Ansatz 14, 14' am Sockel 3 des Schalters 1 angeordnet und liegt teilweise mit dem dem Ansatz 14, 14' zugewandten Ende an der Schaltwippe 10, und zwar an einer dem Drehlager 11 gegenüberliegenden Erhebung 17, derart an, daß das Rückstellelement 9 eine Druckkraft auf die Schaltwippe 10 ausübt. Diese Druckkraft bewirkt, wie bereits erwähnt, ein Festhalten der Schaltwippe 10 in deren Wippenstellungen und damit die Rastung des Kontaktsystems 5 in seinen Schaltstellungen. Da das Rückstellelement 9 während des Umschaltvorgangs ebenfalls an der Erhebung 17 angreift, wie anhand der 3, 4 und 5 zu sehen ist, wirkt die Druckkraft zusätzlich zur Erzeugung der Haptik für die Betätigung des Schalters 1 durch den Benutzer.
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Das Stößelelement 15 weist einen an der der Schaltwippe 10 zugewandten Seite abstehenden Stößel 18 auf. Die Schaltwippe 10 besitzt eine, in etwa W-förmig ausgestaltete Kulisse 19. Die Kulisse 19 sowie die Erhebung 17 an der Schaltwippe 10 sind nebeneinanderliegend angeordnet, was anhand der 1 zu erkennen ist, und können in der Art eines scheibenförmigen, insbesondere einstückigen Schaltwippenelements 10 ausgestaltet sein.
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Bei Bewegung des Betätigungsorgans 8 aus der Ausgangsstellung gemäß 2 in Richtung zur Betätigungsstellung gelangt der Stößel 18 in der in 3 sichtbaren Anlaufstellung in Eingriff mit der Kulisse 19 der Schaltwippe 10, die sich in der einen Wippenstellung befindet. Bei weiterer Bewegung des Betätigungsorgans 8 greift nun der Stößel 18 derart in die Kulisse 19 an der Schaltwippe 10 ein, daß die Schaltwippe 10 mittels des Stößels 18 in die in 4 sichtbare Umschaltstellung, bei der sich die Schaltwippe 10 in etwa in Mittelstellung befindet, verschwenkt wird. Anschließend wird das Betätigungsorgan bis in die Betätigungsstellung gemäß 5 weiterbewegt, wobei der Stößel 18 die Schaltwippe 10 dann in die andere Wippenstellung weiter verschwenkt. Der bei Bewegung des Betätigungsorgans 8 auf der Kurve in der Kulisse 19 entlanglaufende Stößel 18 zwingt somit die Schaltwippe 10 zum Umschalten. Läßt nun der Benutzer das Betätigungsorgan 8 los, so kehrt dieses aufgrund der vom Rückstellelement ausgeübten Rückstellkraft wiederum in die Ausgangsstellung gemäß 2 zurück, wobei der Stößel 18 außer Eingriff mit der Kulisse 19 gelangt. Die Schaltwippe 10 verbleibt jedoch in der erreichten anderen Wippenstellung aufgrund der weiterhin einwirkenden Druckkraft des Rückstellelements 9. Um die Schaltwippe 10 zurückzuschwenken ist eine erneute Betätigung des nach jeder Betätigung wieder in Ausgangsstellung befindlichen Betätigungsorgans 8 notwendig, so daß der Schalter 1 ein tastendes Betätigungsorgan 8 sowie ein rastendes Kontaktsystem 5 besitzt.
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Der Kraft-Weg-Verlauf für das Betätigungsorgan 8 und damit dessen Haptik wird dadurch erzeugt, daß die Schaltwippe 10 durch den Stößel 18 in den ersten 2/3 des Betätigungsweges in unterschiedlichem Winkel gegen das Rückstellelement 9 gedrückt wird, was anhand der 2, 3 und 4 zu erkennen ist, womit sich die Betätigungskraft im Verlaufe des Betätigungsweges weiter erhöht. Im letzten 1/3 des Betätigungsweges überfährt die Schaltwippe 10 die Umschaltstellung gemäß 4, womit ab hier die Druckkraft des Rückstellelements 9 die Schaltwippe 10 unterstützt, um in eine der beiden Wippenstellungen zu gelangen. Somit fällt ab der Umschaltstellung die Betätigungskraft bis zur Betätigungsstellung gemäß 5 ab. Ein solcher Verlauf der Kraft F in Abhängigkeit vom Betätigungsweg s für den Schalter 1 ist beispielhaft in 6 gezeigt.
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Bei Verwendung des Schalters 1 als Lastschalter sind zweckmäßigerweise am Sockel 3 zwei Festkontakte 6, 6' angeordnet, wie der 1 zu entnehmen ist. Der Schaltkontakt 7 weist dann zwei miteinander verbundene Arme 7, 7' zur Überbrückung der beiden Festkontakte 6, 6' in der einen Schaltstellung des Kontaktsystems 5, nämlich Kontaktsystem 5 geschlossen, auf. Weiterhin sind zwei beabstandet einander gegenüberliegende Schaltwippenelemente 10, 10' mittels einer Achse 20 miteinander zur Schaltwippe 10 verbunden. Ebenso befinden sich dann zwei dazu korrespondierend beabstandete Stößel 18 am Stößelelement 15 für die Kulisse 19 im jeweiligen Schaltwippennelement 10, 10'. Diese Ausgestaltung gewährleistet eine weitgehend symmetrische Krafteinwirkung auf die Schaltwippe 10, was der Haptik für den Schalter 1 zugute kommt.
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In einer platzsparenden Anordnung bietet es sich an, die beiden Schaltwippenelemente 10, 10' sowie die beiden als Widerlager für das Rückstellelement 9 dienenden Ansätze 14, 14' in etwa rechteckförmig anzuordnen. Dann läßt sich am Sockel 3 ein Leuchtmittel 21, beispielsweise eine LED, eine Glühlampe, eine Glimmlampe o. dgl., ohne weiteren Platzbedarf zur Beleuchtung des Betätigungsorgans 8 anbringen, indem das Leuchtmittel 21 sowohl zwischen den beiden als Widerlager für das Rückstellelement 9 dienenden Ansätzen 14, 14' auch in etwa mittig zwischen den beiden Schaltwippenelementen 10, 10' befindlich ist. Soweit ein Vorwiderstand 22 für das Leuchtmittel 21 benötigt wird, kann dieser außerhalb des von den beiden Schaltwippenelementen 10, 10' sowie den beiden Ansätzen 14, 14' gebildeten Rechtecks am Sockel 3 befestigt sein.
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Wie weiter der 1 zu entnehmen ist, sind die in der Art eines Stanzgitters ausgestalteten Leiterbahnen 23 zur elektrischen Kontatkierung der Festkontakte 6, 6', des Leuchtmittels 21, des Vorwiderstands 22 o. dgl. im Sockel 3 eingespritzt. Dadurch wird eine einfache Handhabung bei der Montage des Schalters 1 erreicht. In gleicher Weise können die nicht weiter gezeigten elektrischen Anschlüsse des Schalters 1, die insbesondere in SMD(Surface Mounted Device)-Technologie ausgestaltet sind, in das Stanzgitter integriert und damit im Sockel 3 mit eingespritzt sein.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann ein derartiger Schalter 1 nicht nur als Miniatur-Lastschalter sondern auch als Bedienschalter für Kraftfahrzeuge, für Tastenfelder an Elektrogeräten, Haushaltsgeräten o. dgl. Verwendung finden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Schalter
- 2
- Gehäuse
- 3
- Sockel
- 4
- Deckel
- 5
- Kontaksystem
- 6, 6'
- Festkontakt
- 7, 7'
- Schaltkontakt
- 8
- Betätigungsorgan
- 9
- Rückstellelement
- 10, 10'
- Schaltwippe/Schaltwippenelement
- 11
- Drehlager
- 12
- Zapfen
- 13
- Lagerschale
- 14, 14'
- Ansatz (Widerlager für Rückstellelement)
- 15
- Stößelelement
- 16
- Aufnahme (am Betätigungsorgan)
- 17
- Erhebung (an Schaltwippe)
- 18
- Stößel
- 19
- Kulisse
- 20
- Achse (für Schaltwippenelement)
- 21
- Leuchtmittel
- 22
- Vorwiderstand
- 23
- Leiterbahn
