DE2351663A1

DE2351663A1 - Mechanisch betaetigter schalter, insbesondere zuendunterbrecherschalter

Info

Publication number: DE2351663A1
Application number: DE19732351663
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Betz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-10-15
Filing date: 1973-10-15
Publication date: 1975-04-17

Description

R. .17 93

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsinusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Mechanisch betätigter Schalter, insbesondere Zündunterbrecherschalter

Die Erfindung betrifft einen mechanisch betätigten Schalter, insbesondere einen Zündunterbrecherschalter, mit einer Kontaktanordnung, welche innerhalb eines geschlossenen, vorzugsweise starren Gehäuses sitzt und wenigstens „einen beweglichen Kontakt aufweist, der mittels eines durch das Gehäuse hindurchgeführten Bolzens von der Außenseite des Gehäuses aus betätigbar ist.

Bei einem bekannten Zündunterbrecherschalter ist der Betätigungsbolzen für den beweglichen Kontakt durch die Bohrung einer Stellschraube in das Schalterinnere geführt. Durch eine öldichtung wird der Eintritt von öl₉ Wasser und Staub in das Schalterinnere weitgehend verhindert.

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Die Abdichtung am Schaft des beweglichen Bolzens bereitet dann Schwierigkeiten, wenn der Innenraum des Schalters entweder Unterdruck oder Überdruck aufweist. Sowohl bei der Konstruktion des Schalters als Vakuumschalter wie auch bei der Konstruktion als Schutzgasschalter mit einem unter Überdruck stehenden Schutzgas sind daher neue konstruktive Maßnahmen erforderlich.

Weiterhin ist ein mechanisch betätigter Schutzgaskontakt bekannt geworden, bei dem der bewegliche Kontakt oder ein den beweglichen Kontakt betätigenden Nocken an einer Membrane befestigt ist, welche ein gasdichtes Gehäuse an einer Wand abschließt. Derartige Schalter haben den Nachteil, daß die- Spannung der Membran sich mit dem Innendruck im Schalter ändert und somit zu Schwierigkeiten hinsichtlich Justierung und Schaltgenauigkeit führt. Diese Schwierigkeit besteht insbesondere dann, wenn die Schalter erheblichen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, wie dies beispielsweise bei Zündunterbrecherkontakten in Kraftfahrzeugen der Fall ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mechanisch betätigten Schalter,,insbesondere einen Zündunterbrecherschalter für Kraftfahrzeuge zu schaffen, welcher eine hohe Strombelastbarkeit, eine hohe Betriebsspannung und Schaltfrequenzen bis zu mehreren hundert Hertz zuläßt und gleichzeitig äußerst betriebssicher und wartungsarm aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem mechanisch betätigten Schalter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Betätigungsbolzen gasdicht durch das Gehäuse hindurchgeführt ist und daß die von dem Betätigungsbolzen durchdrungene Gehäusewand durch eine Membrane abgedichtet ist, welche einerseits mit dem Betätigungsbolzen und andererseits mit dem Gehäuse gasdicht, verbunden ist. Durch diese Ausbildung erreicht man, daß die Kontaktbetätigung weitestgehend unabhängig vom Innendruck im Schalter

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wird und daß eine hohe Schaltgenauigkeit und eine exakte sowie einfache Justierbarkeit ermöglicht werden. Die Anordnung wird besonders einfach und betriebssicher, wenn der Betätigungsbolzen einteilig ausgebildet und dicht von der Membrane umschlossen ist.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Membrane als gewellte Membranscheibe ausgebildet ist; eine solche Membrane besitzt ein relativ großes Dehnungsvermögen und ist dennoch leicht und preiswert herzustellen und im Schalter einzubauen.' Es können jedoch auch andere Membrangestaltungen mit Vorteil verwendet werden, insbesondere U-förmige bis V-förmige Membranen, welche eine noch größere Elastizität besitzen als eine ebene Membrane und daher eine Schaltbewegung nur minimal dämpfen.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn die Membrane vorgespannt ist zur Unterstützung oder zur vollständigen Übernahme der Kontakt-Schließ- oder Öffnungskraft. Diese Konstruktion kann besonders dann mit Vorteil angewendet werden, wenn der Schalter als Schutzgasschalter mit einem unter überdruck stehenden Schutzgas im Innenraum des Schalters ausgeführt ist, wobei der überdruck des Schutzgases auf die Membrane wirkt und zum Schließen eines Ruhekontaktes in sehr einfacher und zweckmäßiger Weise ausgenutzt wird. Der innere überdruck kann dabei entweder allein oder im Zusammenwirken mit einer Federkraft das Schließen der Kontakte bewirken.

Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Lösung ergibt sich dadurch, daß das Gehäuse aus einer von dem Betätigungsstößel durchdrungenen, durch die Membrane abgedichteten Grundplatte und einem topfförmigen Deckel besteht, wobei vorteilhafterweise zwischen dem Gehäusedeckel und dem inneren Ende des Betätigungsbolzens eine Feder angeordnet ist, welche im Wechselspiel mit einer von außen auf den Betätigungsbolzen ausgeübten Kraft die Kontakte öffnet oder schließt. Der Schalter kann also sowohl mit einem Ruhekontakt wie mit einem Arbeitskontakt ausgeführt werden; die genannte Feder kann die Kontaktkraft allein oder zusammen mit dem zuvor geschilderten

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Schutzgas-Überdruck bewirken. Ferner ist es möglich, den Unterdruck im Schalterinnenraum bei der Ausbildung des Schalters als Vakuumschalter zur Unterstützung einer Federkraft zum Schließen oder Öffnen der Kontakte zu benutzen.

Insbesondere bei der Ausbildung des Schalters als Schutzgasschalter ist es zweckmäßig, wenn wenigstens einer der beiden Kontakte mit Quecksilber getränkt ist· Hierbei werden vorteilhafterv/eise Sintermetall-Kontakte verwendet. Man erhält auf diese Art praktisch verschleiß- und wartungsfreie Kontakte.

Aus fertigungstechnischen Gründen kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn der Betätigungsbolzen aus mehreren Teilen besteht, die starr miteinander verbunden sind.

Hierdurch wird die Abdichtung zwischen Membrane und Betätigungsbolzen wesentlich erleichtert· Eine besonders einfache Verbindungsmöglichkeit besteht darin, daß der Betätigungsbolzen aus zwei Teilen besteht, von denen einer einen Gewindeansatz besitzt, der die Membrane durchdringt und in eine Gewindebohrung im anderen Teil einschraubbar ist. Durch die Pressung zwischen den verschraubten Teilen erhält man eine gute Abdichtung, welche durch eine eingelegte Dichtung mit geringem Mehraufwand noch weiter verbessert werden könnte. Für eine Serienfertigung, bei der ein größerer Aufwand für die fertigungstechnischen Einrichtungen getrieben werden kann, ist es zweckmäßig, wenn der Betätigungsbolzen aus zwei Teilen besteht, die mit ihren Stirnflächen einander benachbart an der Membrane anliegen und dort miteinander verschweißt oder verlötet sind.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind anhand der Abbildungen in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

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Pig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Schalter,

Fig. 2 Schnitte durch die Grundplatte des Schalters mit jeweils bis 5 anders ausgebildeter Membrane und mit einer anderen Ausbildung der Bolzenführung und der Schalterbefestigung,

Fig. 6 Schnitte durch im Bereich der Membrane geteilte Betätigungs· bis 8 bolzen. .

In Fig. 1 ist ein mechanisch betätigter Schalter im Schnitt dargestellt, der als Vakuumschalter ausgeführt ist und vorzugsweise als Zündunterbreche.rsehalter benutzt werden kann. Mit 10 ist ein beweglicher Kontakt bezeichnet, welcher exzentrisch und fest mit einem Betätigungsbolzen 11 unter Zwischenschaltung eines Tragteils 12 verbunden ist. Das Tragteil 12 besteht aus Metall, wenn der bewegliche Kontakt mit' Mas.se verbunden ist, und aus Isolierstoff, wenn der bewegliche Kontakt gegenüber dem Bolzen 11 elektrisch isoliert werden soll. Dem beweglichen Kontakt 10 gegenüber ist ein Festkontakt 13 in einem Isolierstoffteil l*i einer Grundplatte 15 des Schaltergehäuses befestigt. Das Schaltergehäuse wird vervollständigt durch einen topffförmigen Deckel 1-6, der zur Zentrierung einer Schraubenfeder 17 einen Ansatz 18 trägt. Die Feder 17 ist vorgespannt und liegt mit ihrem einen Ende am Ansatz 18 des Deckels 16 und mit ihrem anderen Ende an einem abgesetzten Teil 19 am inneren- Ende 20 des Bolzens 11 an.

Das Schaltergehäuse ist starr ausgebildet und wird durch eine Membrane 21 gasdicht verschlossen. Die Membrane 21 besteht ebenso wie der Bolzen 11 aus Metall und ist einerseits mit dem Betätigungsbolzen und andererseits mit dem Gehäuse gasdicht verbunden. Der Bolzen 11 ist in einem Sockel 22 des Schaltergehäuses'längsverschiebbar geführt und durchdringt die Grundplatte 15 des Gehäuses im Bereich einer Aussparung 23· Die Bewegung des Bolzens 11 wird durch eine Nockenwelle 24 gesteuert. Die auf den Bolzen .11 ausgeübte Kraft ist durch einen Pfeil 25 angedeutet _P die Bewegung des Bolzens 11 durch einen Doppelpfeil 26.

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Die Pig. 2 bis 5 zeigen konstruktive Abwandlungen bezüglich der Ausführung der Membrane und der Gehäusegrundplatte. Während in Fig. 1 die Membrane 21 als gewellte, ebene Membrane ausgeführt ist, besitzt die' in Fig. 2 gezeigte Ausführung eine U-förmige Membrane 27 mit einem kürzeren Schenkel 28 und einem längeren Schenkel 29. Der Kürzere Schenkel 28 der Membrane 27 ist gasdicht und fest mit dem Bolzen, 11, der ^längere Schenkel 29 gasdicht und fest mit einer Grundplatte 30 des Schaltergehäuses verbunden. An die Grundplatte 30 ist ein Ansatz 31 angeformt, in dem der Betätigungsbolzen 11 geführt ist. Der Ansatz 31 besitzt ein Außengewinde 32, mit dem der Schalter in eine Gewindebohrung einschraubbar ist. Am"äußeren, unteren Ende des Bolzens ist ferner eine abgerundete Kuppe 33 für den Angriff der Nockenwelle 24 oder eines anderen Betätigungsteil angeformt oder aufgesetzt.

Die in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausgestaltungen unterscheiden sich von derjenigen in Fig. 2 nur durch die Ausbildung der Membrane und durch deren Befestigung. In Fig. 3 ist eine U-förmige Membrane 3¹* waagerecht angeordnet und mit ihrem einen Schenkel am Bolzen 11, mit ihrem anderen Schenkel an der Grundplatte 30 befestigt. Im Bereich der Anläge der Membrane 3*1 ist im Bolzen eine Ringnut 35 ausgespart, in welcher die Membrane 3^, gegebenenfalls unter Zwischenlage von Dichtungsmitteln, sitzt.

Die in Fig. ¹J verwendete Membrane 36 ist ebenfalls U-förmig ausgebildet, jedoch nur sehr schwach gekrümmt. Sie liegt mit ihrem inneren Rand dicht am Betätigungsbolzen 11 an, mit ihrem äußeren Rand ragt sie in eine Nut 37 in der Grundplatte 15 hinein.

In Fig. 5 ist eine Membrane 38 gezeigt, welche V-förmige Gestalt hat und wiederum mit ihrem einen Schenkel am Bolzen 11 und mit ihrem anderen Schenkel an der Grundplatte 15 anliegt. Im Bereich der Anlage der Membrane 38 am Betätigungsbolzen 11 ist aus letzterem eine Ringnut 39 ausgespart, in welche die Membrane 38 eingreift.

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Die Fig. 6 bis 8 zeigen ein anderes Prinzip der Abdichtung zwischen dem Bolzen 11 und der Membrane,

In Pig. 6 ist eine Membrane 40 mit einer öffnung 4l verwendet, welche von einem·Gewindeansatz 42 an einem unteren Teil 43 des Bolzens 11 durchdrungen wird. Der Gewindeansatz 42 ist in eine Gewindebohrung 44 im oberen Teil 45 des Bolzens 11 eingeschraubt. Im Bereich der Stirnflächen der beiden miteinander verbundenen Teile 43 und 45 des Bolzens 11 ist die Membrane 40 dicht mit dem Bolzen 11 verbunden.

Fig. 7 zeigt eine Ausführung, be.i der der untere Teil 43 und der obere Teil 45 des Bolzens 11 mit ihren Stirnflächen 46 und 47 plan an einer ungelochten Membrane 48 anliegen und durch die Membrane hindurch miteinander verschweißt sind.

Fig. 8 zeigt eine ähnliche Ausführung wir Fig. 7, jedoch sind die Teile 43 und 45 des Bolzens 11 an ihren Stirnflächen 46 und 47 nicht verschweißt sondern verlötet. Es ist eine gelochte Membrane 49 verwendet_s wobei in das Loch in der Membrane ein gut lötbarer Einsatz 50 eingesetzt ist.

im Bereich der Membrane

Durch die Unterteilung/eines insgesamt nach dem Zusammenbau wieder starren Bolzens erreicht man mit geringem Aufwand und einfachen Mitteln eine.einwandfreie und dauerhafte Abdichtung. Auch an anderen Stellen, z.B. im Bereich der Kontaktbefestigung, können aus fertigungstechnischen Gründen Unterteilungen des Bolzens 11 zweckmäßig sein.

Die Befestigung der verschiedenen Membranen am Betätigungsbolzen 11 bzw. an der Grundplatte 15 muß den jeweiligen Dichtigkeitsforderungen angepaßt werden. In vielen Fällen genügt Bördeln mit einer Dichtungseinlage (z.B. ein Cu-Ring), in anderen Fällen, wo höhere Anforderungen an die Dichtigkeit gestellt werden, muß die Membrane durch Löten oder Schweißen fest mit dem "Bolzen 11 bzw. der Grundplatte 15 verbunden werden.

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Die Lebensdauerforderungen, die an Zündunterbrecherkontakte gestellt werden, steigen laufend. Gleichzeitig steigen aber auch die geforderte Schaltfrequenz und die elektrische Belastung weiter an. Durch die in der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagene, neuartige Anordnung konnte ein sehr verschleißarmer und damit wartungsfreundlicher Kontakt geschaffen werden.

Der in Fig. 1 dargestellte Schalter ist als Vakuumschalter ausgebildet, wobei im Schalterinnenraum ein Vakuum von 0,1 bis 1 Torr, herrscht. Das Vakuum soll einerseits möglichst 'gut sein, da mit zunehmendem Druck die Ionenbildung geringer xtfird, wodurch Lichtbogen praktisch vollständig unterdrückt werden können. Anderer- . seits hat sich gezeigt, daß bei niedrigen Drücken unterhalb etwa 0,1 Torr hinsichtlich der Kontaktlebensdauer wieder eine Verschlechterung auftritt, deren Ursache nicht vollständig geklärt werden konnte. Die Umstände lassen darauf schließen, daß die Verkürzung der Kontaktlebensdauer bei sehr niedrigen Drücken auf einer erhöhten Feinwanderung des Kontaktmaterials beruht.

Ein Vakuumkontakt arbeitet verschleißarm und es kann sich keine isolierende Deckschicht auf den Kontakten bilden. Durch die vorgeschlagene Konstruktion wird es möglich, die Kontakte bei einer Betriebsspannung von einigen hundert Volt und bei einer Strombelastung von einigen Ampere mit Schaltfrequenzen von mehreren hundert Hertz bei sehr hoher Schaltgenauigkeit zu betreiben. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, daß die Membrane im wesentlichen nur eine Dichtfunktion hat und den Schaltvorgang nicht dämpft, und daß der bewegliche Kontakt fest mit dem betätigenden Bolzen verbunden ist. Aufgrund der geschlossenen Bauweise eignet sich der Schalter auch für die Verwendung in einer korrosiven Atmosphäre, und zwar ganz besonders dort, wo eine einwandfreie Funktion nach einer langen Pausenzeit selbst für kleine elektrische Signale verlangt wird.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführung sind der bewegliche Kontakt 10 und der Festkontakt 13 in der Ruhelage miteinander elektrisch verbunden. Der Kontaktdruck wird von der Feder 17 aufge-

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bracht, welche beim Ausführungsbeispiel als Schraubenfeder dargestellt ist. Bei der Ausführung des Schalters als Schutzgasschalter, in dem das Schutzgas unter überdruck steht, kann der auf die Membrane ausgeübte Druck zur Unterstützung der Kontaktgabe mitverwendet werden. Bei entsprechend hohem inneren überdruck kann die Feder 17 unter Umständen sogar ganz entfallen, und zwar insbesondere dann, wenn eine zweckmäßig gestaltete Membrane zusätzlich vorgespannt wird; die Kontaktbetätigung erfolgt weiterhin unmittelbar über den Bolzen 11 und. den vorzugsweise fest mit ihm verbundenen, beweglichen Kontakt. Eine Änderung des inneren Druckes im Schalter wirkt sich auf die Schaltgenauigkeit zumindest so lange nicht wesentlich aus,·wie die Kontaktkraft nicht ausschließlich durch den Druck im Schalter über die Membrane erzeugt wird. Diese letztgenannte Ausführung ermöglicht zwar eine bauliche Vereinfachung, sie kann jedoch nur dort eingesetzt werden, wo keine allzu hohen Anforderungen an die Schaltgenauigkeit gestellt werden. Bei Kontaktgabe durch eine im Schalterinnern wirksame, zweckmäßig bemessene Federkraft v/irkt sich der Innendruck des Schalters auf die Schaltgenauigkeit praktisch nicht aus.i

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Claims

Ansprüche

1.) Mechanisch betätigter Schalter, insbesondere Zündunterbrecherschalter, mit einer Kontaktanordnung, welche innerhalb eines geschlossenen Gehäuses sitzt und wenigstens einen beweglichen Kontakt aufweist, der mittels eines durch das Gehäuse hindurchgeführten Bolzens von der Außenseite des Gehäuses aus betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (11) gasdicht durch das Gehäuse (15, 30; 16) hindurchgeführt ist und daß die von dem Betätigungsbolzen (11) durchdrungene Gehäusewand (15, 30) durch eine Membrane (21, 27, 3^, 36, 38) abgedichtet ist, welche einerseits mit.dem Betätigungsbolzen (11) und andererseits mit dem Gehäuse (15, 30;16) gasdicht verbunden ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt (10) fest mit dem Betätigungsbolzen (11) verbunden ist.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (14) des Gehäuses (15, l6) aus Isolierstoff besteht und die Kontakte (10, 13) elektrisch voneinander trennt.

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H. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (21, 27» 3^» 36, 38) aus Metall besteht. .

5. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (21) als gewellte Membranscheibe ausgebildet ist. "

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis M_t dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane U-förmig 127, 3¹*, 36) bis V-förmig (38) ausgebildet ist.

7. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einer von dem Betätigungsbolzen (11) durchdrungenen, durch die Membrane. (21-, 27, 3¹U 36₉ 38) abgedichteten Grundplatte (15, 30) und einem topfförmigen Deckel (16) besteht.

8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäusedeckel (l6) und dem inneren Ende (20) des Betätigungsbolzens (11) eine Feder (17) angeordnet ist, welche im Wechselspiel mit einer von außen auf den Betätigungsbolzen (11) ausgeübten Kraft (25) die Kontakte (10, 13) öffnet oder schließt

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9. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (21, 27, 3¹*, 36, 38) vorgespannt ist zur Unterstützung oder zur vollständigen Übernahme der Kontakt-Schließ- oder Öffnungskraft.

10. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Kontakte (10, 13) mit Quecksilber getränkt ist.

11. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Gehäuse-Grundplatte (30) ein mit einem Außengevrinde (32) versehener Ansatz (3D angeformt ist

12. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als Vakuumschalter ausgebildet ist.

13. Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Schalterinnenraum ein Vakuum von 0,1 bis 1 Torr herrscht.

1*}. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß er als Schutzgasschalter ausgebildet ist.

15· Schalter nach Anspruch I¹I, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas unter Überdruck steht.

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16. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (11) einteilig ausgebildet und dicht von der Membrane (2, 27, 34, 36, 38) umschlossen ist (Fig. 1 bis 5)·

17. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (11) aus mehreren

Teilen (43, 45) besteht, die starr miteinander verbunden sind (Fig. 6 bis 8). ■

18. Schalter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß

der Betätigungsbolzen (11) aus zwei Teilen (43, 45) besteht, von denen einer (43) einen Gewindeansatz (42) besitzt, der die Membrane (40) durchdringt und in eine Gewindebohrung . (44) im anderen Teil (45) einschraubbar ist (Fig. 6).

19. Schalter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (11) aus.zwei Teilen (43, 45) besteht, die mit ihren Stirnflächen (46, 47) einander benachbart an der Membrane (48) anliegen und dort miteinander verschweißt sind (Fig. 7).

20. Schalter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (11) aus zwei Teilen (43, 45) besteht, die an ihren Stirnflächen (46, 47) unter Zwischenlage der Membrane (49) miteinander verlötet sind.

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21. Schalter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß

in die Membrane (49) im Bereich zwischen den Stirnflächen . (46, 4?) der beiden Bolzen-Teile (43, 45) ein gut lötbarer Einsatz (50) eingefügt ist.i

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