EP0075091A1 - Elektrischer Schalter mit elastisch verformbarem Schottelement - Google Patents

Elektrischer Schalter mit elastisch verformbarem Schottelement Download PDF

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EP0075091A1
EP0075091A1 EP82106902A EP82106902A EP0075091A1 EP 0075091 A1 EP0075091 A1 EP 0075091A1 EP 82106902 A EP82106902 A EP 82106902A EP 82106902 A EP82106902 A EP 82106902A EP 0075091 A1 EP0075091 A1 EP 0075091A1
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EP
European Patent Office
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switching element
switch according
lamp
contact surfaces
housing
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EP82106902A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Hoffmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wilhelm Ruf KG
Original Assignee
Wilhelm Ruf KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/02—Details
    • H01H13/023—Light-emitting indicators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021—Composite material
    • H01H1/029—Composite material comprising conducting material dispersed in an elastic support or binding material

Definitions

  • the invention relates to an electrical switch with at least two mutually associated, electrically conductive switching contact surfaces, with an electrically conductive switching element arranged between the switching contact surfaces and with an elastically deformable element, the deformation of which causes the switching element to touch the mutually assigned switching contact surfaces, in the non- deformed state, however, the switching element is at least at a distance from one of the switching contact surfaces, the switching element being the elastically deformable element and having essentially circular outer surfaces, and whereby a deformation force can be exerted on the switching element by means of an actuating element.
  • Such a switch is described in the older German patent application P 31 23 438.0 and the older European patent application 82 10 42 70.2.
  • this switch is to be developed in such a way that it can be illuminated from the inside.
  • the switching element has a continuous central opening into which a lamp can be inserted, that the actuating element is made of translucent material at least in an area opposite the lamp and that the actuating element has a substantially hollow cylindrical projection, the end face of which opposite the switching element around the opening.
  • a further development of the invention provides that a guide cylinder is arranged between the lamp and the inner wall of the opening. This has the further advantage that the lamp is clearly fixed even when the switching element is deformed.
  • this guide cylinder is preferably connected to a housing base and, in particular, is formed in one piece with it.
  • the actuating element consists of a pushbutton and the hollow cylindrical projection attached to it in one piece, in which case the actuating element is guided displaceably in a housing.
  • the actuating element is also captively guided in the housing.
  • the actuating element consists of a flexible membrane and the cylindrical extension.
  • the cylindrical extension can in this case be guided through the outer wall of the guide housing for the lamp or it can additionally be attached to the flexible membrane.
  • the housing is rectangular, the switch contact surfaces being attached to its four inner side walls. If the housing is square, the switching contact surface pairs which are offset by 90 ° in each case are switched essentially simultaneously when the switching element is deformed. In the case of a non-square housing, when the switch is not actuated, the distance between the switching element and the respective switching contact pairs is different, so that when the switch is actuated, switching takes place successively in time.
  • LED light-emitting diode
  • a light guide rod is used to illuminate the switch, at the end of which is remote from the switch a light source is arranged.
  • the light guide rod protrudes from below through the housing base into the switch and can also serve as a guide for the actuating element. Accordingly, the guide cylinder can be omitted.
  • the light guide rod is connected in one piece to the housing base.
  • the light guide rod, the housing base and optionally also the entire housing can thus be produced in a single injection molding process. If several switches are assembled to form a keypad, it can also be advantageous to guide the light guide rods of several adjacent switches to a common single light source, provided that all corresponding switches are to be illuminated together.
  • the switch of the embodiment shown in the figures has a square housing 10 which is at least open at the top.
  • Switch contact surfaces 11, 11 'and 13, 13' are attached to the inwardly facing walls of the housing 10, specifically in dovetail guides 14 which project inwards at the corners of the housing, so that recesses 15 are formed, in which the switch contact surfaces engage .
  • the switching contact surfaces 11 and 11 'or 13 and 13' each form a pair of switching contact surfaces.
  • the switch contact surfaces are preferably connected in one piece with soldering lugs 12, 12 ′ which protrude from the switch housing, in the exemplary embodiment shown from a housing base 16.
  • the housing base is integrally connected to a guide cylinder 20 projecting into the cube-shaped interior of the housing.
  • a flexible, electrically conductive switching element 30, which has a central opening 31, is pushed over this guide cylinder 20.
  • the switching element 30 here has the shape of a ball drilled through the middle and cut off at the top and bottom or the shape of a barrel drilled out in the middle.
  • the switching element 30 thus has upper and lower flattenings 32 and 33, respectively.
  • the flattening 33 rests on the housing base 16.
  • the guide cylinder 20 is so long that its end facing away from the housing base 16 protrudes from the switching element 30. This protruding part serves as a guide for a hollow cylindrical extension 54 of an actuating element 50.
  • the upper end of the guide cylinder 20 has on it
  • the guide cylinder 20 is hollow on the inside and has a step 21 in its interior which serves as a stop for a base 41 of a lamp, preferably a light-emitting diode (LED), inserted in the guide cylinder 20.
  • a lamp preferably a light-emitting diode (LED)
  • Lead wires or solder lugs 42 of the lamp 40 protrude downward from the guide cylinder 20 and the housing base 16.
  • an actuating element 50 in the form of a movable pushbutton 51 is attached, which is connected to the housing 10 via side guides 52 projecting downwards.
  • the pushbutton 51 can be displaced and captively connected to the housing by means of known devices (not shown), for example via guide grooves in the housing, behind which the tabs of the side guides 52 engage.
  • the pushbutton 51 is made of translucent material at least in the area opposite the lamp 40. From the inside of the push button 51, the hollow cylindrical projection 54 projects downward into the housing, so that its end face is opposite the upper flattening 32 of the switching element 30.
  • the inside diameter of the extension 54 is slightly larger than the outside diameter of the guide cylinder 20, so that the extension 54 can be pushed over the guide cylinder 20.
  • the operation of the switch described is as follows: If mechanical pressure is exerted on the pushbutton 51 from the outside, the pushbutton 51 slides down, as a result of which the shoulder 54 presses on the upper flattening of the switching element 30. As a result, the switching element 30 increasingly deformed so that it widens due to its support on the housing base 16. As a result, its sides come into contact with the switch contact surfaces 11 and 11 'or 13 and 13', as a result of which the switch contact surfaces located opposite one another are electrically connected to one another due to the electrical conductivity of the switching element 30.
  • the pushbutton 51 is replaced by a flexible, translucent membrane which is in contact with the hollow cylindrical extension 54.
  • This exemplary embodiment is particularly suitable for so-called “keypads", in which several switches lie side by side in one plane.
  • the guide cylinder 20 is also not absolutely necessary. Rather, the lamp body itself can serve as a guide for the switching element 30.
  • the housing is of course made of insulating material, while the switching element is made of electrically conductive material, such as silicone rubber. If, in the case of a square housing, as shown in FIG. 2, different "switching paths" are to be obtained for the contact surface pairs, it is also possible to allow the switching contact surfaces of the one pair to protrude more into the interior of the housing than the other pair of switching surfaces by suitable curvature.
  • an illuminable electrical switch which consists of a few individual parts, has practically no wearing parts and thus has high operational reliability and a long service life.
  • Installation is also very simple and can be automated as far as possible.

Abstract

Ein elektrischer Schalter besitzt ein im wesentlichen kugelförmiges bzw. tonnenförmiges Schaltelement (30) mit einer mittigen Öffnung (31), in die eine Lampe (40), z. B. eine lichtemittierende Diode (LED) eingesetzt ist. Das Schaltelement (30) ist elastisch reversibel verformbar und elektrisch leitfähig. Durch mechanischen Druck auf ein Betätigungselement (50) wird auf das Schaltelement (30) ein Druck übertragen, der dazu führt, daß sich das Schaltelement (30) senkrecht zur Mittelachse (53) der Öffnung (31) verbreitert und hierdurch Schaltkontaktflächen (11, 11'; 13, 13') berührt, wodurch diese Schaltkontaktflächen elektrisch miteinander verbunden werden. Zusätzlich kann zwischen die Innenwandung der Öffnung (31) und die Lampe (40) ein Führungszylinder (20) eingefügt sein, der mit einem Gehäuseboden (16) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter mit mindestens zwei einander zugeordneten, elektrisch leitenden Schaltkontaktflächen, mit einem zwischen den Schaltkontaktflächen angeordneten, elektrisch leitfähigen Schaltelement und mit einem elastisch verformbaren Element, bei dessen Verformung das Schaltelement die einander zugeordneten Schaltkontaktflächen berührt, in dessen nicht-verformtem Zustand das Schaltelement jedoch mindestens zu einer der Schaltkontaktflächen im Abstand liegt, wobei das Schaltelement das elastisch verformbare Element ist und im wesentlichen kreisförmige Außenflächen aufweist und wobei mittels eins ßetätigungselementes eine Verformungskraft auf das Schaltelement ausübbar ist. Ein solcher Schalter ist in der älteren deutschen Patentanmeldung P 31 23 438.0 bzw. der älteren europäischen Patentanmeldung 82 10 42 70.2 beschrieben.
  • Wesentlicher Grundgedanke dieser älteren .Patentanmeldungen ist es, als Schaltelement einen flexiblen, elektrisch leitfähigen Körper, insbesondere in Form einer Kugel zu verwenden, die durch mechanischen Druck so verformt wird, daß sie mindestens zwei einander zugeordnete Schaltkontaktflächen berührt.
  • Mit der vorliegenden Erfindung soll dieser Schalter dahingehend weiterentwickelt werden, daß er von innen beleuchtbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schaltelement eine durchgehende mittige öffnung aufweist, in die eine Lampe einsetzbar ist, daß das Betätigungselement mindestens in einem der Lampe gegenüberliegenden Bereich aus lichtdurchlässigem Material ist und daß das Betätigungselement einen im wesentlichen hohlzylinderförmigen Ansatz aufweist, dessen Stirnfläche dem Schaltelement rings um die öffnung gegenüberliegt.
  • Da der Durchmesser von im Handel erhältlichen Lampen und insbesondere-von lichtemittierenden Dioden häufig schwankt, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß zwischen der Lampe und der Innenwandung der öffnung ein Führungszylinder angeordnet ist. Dies hat den weiteren Vorteil, daß die Lampe auch bei Verformung des Schaltelementes eindeutig fixiert ist.
  • Zur einfachen Herstellung und zur Verbesserung der Stabilität des Schalters ist dieser Führungszylinder vorzugsweise mit einem Gehäuseboden verbunden und insbesondere einstückig mit ihm ausgebildet.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das Betätigungselement aus einer Drucktaste und dem hieran einstückig angebrachten hohlzylinderförmigen Ansatz, wobei in diesem Falle das Betätigungselement in einem Gehäuse verschiebbar geführt ist. Selbstverständlich ist Sorge dafür getragen, daß das Betätigungselement auch unverlierbar in dem Gehäuse geführt ist.
  • Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung besteht das Betätigungselement aus einer flexiblen Membran und dem zylinderförmigen Ansatz. Der zylinderförmige Ansatz kann hierbei durch die Außenwandung des Führungsgehäuses für die Lampe geführt sein oder er kann zusätzlich an der flexiblen Membran angebracht sein.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse rechteckig, wobei an seinen vier innenliegenden Seitenwänden die Schaltkontaktflächen angebracht sind. Ist das Gehäuse quadratisch, so werden die jeweils um 90° versetzt liegenden Schaltkontaktflächenpaare bei Verformung des Schaltelementes im wesentlichen gleichzeitig geschaltet. Bei nicht-quadratischem Gehäuse ist im nicht-betätigten Zustand des Schalters der Abstand zwischen dem Schaltelement und den jeweiligen Schaltkontaktpaaren unterschiedliche so daß man bei Betätigung des Schalters ein zeitlich nacheinander erfolgendes Schalten erhält.
  • Selbstverständlich können auch mehr als zwei Schaltkontaktpaare vorgesehen sein, wobei dann das Gehäuse sechseckig, achteckig, usw. ist.
  • Für relativ kleine Schalter ist es vorteilhaft, als Lampe eine lichtemittierende Diode (LED) zu verwenden, die zusätzlich die Vorteile geringen Strombedarfes und geringer Wärmeentwicklung mit sich bringt.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Beleuchtung des Schalters ein Lichtleiterstab verwendet, an dessen dem Schalter abgewandten Ende eine Lichtauelle angeordnet ist. Der Lichtleiterstab ragt hierbei von unten durch den Gehäuseboden in den Schalter hinein und kann gleichzeitig als Führung für das Betätigungselement dienen. Dementsprechend kann der Führungszylinder fortgelassen werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Lichtleiterstab einstückig mit dem Gehäuseboden verbunden. Somit können der Lichtleiterstab, der Gehäuseboden und gegebenenfalls auch das ganze Gehäuse in einem einzigen Spritzgußvorgang hergestellt werden. Werden mehrere Schalter zu einem Tastenfeld zusammengebaut, so kann es auch vorteilhaft sein, die Lichtleiterstäbe mehrerer benachbarter Schalter zu einer gemeinsamen einzigen Lichtquelle zu führen, sofern alle entsprechenden Schalter gemeinsam beleuchtet werden sollen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:
    • Figur 1 eine geschnittene Seitenansicht des Schalters;
    • Figur 2 eine Schnittansicht längs der Linie A-B der Figur 1.
  • Der Schalter des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels besitzt ein quadratisches Gehäuse 10, das zumindest nach oben offen ist. An den nach innen weisenden Wänden des Gehäuses 10 sind Schaltkontaktflächen 11, 11' und 13, 13' angebracht und zwar in Schwalbenschwanzführungen 14, die an den Ecken des Gehäuses nach innen ragen, so daß.Ausnehmungen 15 gebildet werden, in die die Schaltkontaktflächen eingreifen. Die Schaltkontaktflächen 11 und 11' bzw. 13 und 13' bilden jeweils ein Schaltkontaktflächenpaar. Die Schaltkontaktflächen sind vorzugsweise einstückig mit Lötfahnen 12, 12' verbunden, die aus dem Schaltergehäuse herausragen, im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Gehäuseboden 16.
  • Der Gehäuseboden ist einstückig mit einem in den würfelförmigen Innenraum des Gehäuses ragenden Führungszylinder 20 verbunden. über diesen Führungszylinder 20 ist ein flexibles, elektrisch leitfähiges Schaltelement 30, das eine mittige öffnung 31 aufweist, geschoben.
  • Das Schaltelement 30 besitzt hierbei die Form einer mittig durchbohrten sowie oben und unten abgeschnittenen Kugel bzw. die Form einer mittig ausgebohrten Tonne. Somit besitzt das Schaltelement 30 obere und untere Abplattungen 32 bzw. 33. Die Abplattung 33 liegt hierbei auf dem Gehäuseboden 16 auf. Der Führungszylinder 20 ist so lang, daß sein den Gehäuseboden 16 abgewandtes Ende aus dem Schaltelement 30 herausragt. Dieses herausragende Teil dient als Führung für einen hohlzylinderförmigen Ansatz 54 eines Betätigungselementes 50.
  • Das obere Ende des Führungszylinders 20 weist an seiner
  • Außenseite eine Anfasung 22 auf, die das "Auffädeln" des Schaltelementes 30 auf den Führungszylinder 20 erleichtert und ebenfalls des zentrierenden hohlzylinderförmigen Ansatzes 54.
  • Der Führungszylinder 20 ist innen hohl und besitzt in seinem Inneren eine Stufe 21, die als Anschlag für einen Sockel 41 einer in den Führungszylinder 20 eingesetzten Lampe, vorzugsweise einer lichtemittierenden Diode (LED) dient. Anschlußdrähte bzw. Lötfahnen 42 der Lampe 40 ragen nach unten aus dem Führungszylinder 20 und dem Gehäuseboden 16 heraus.
  • An der dem Gehäuseboden 16 gegenüberliegenden, offenen Seite des Gehäuses 10 ist ein Betätigungselement 50 in Form einer bewegbaren Drucktaste 51 angebracht, die über nach unten ragende Seitenführungen 52 mit dem Gehäuse 10 in Verbindung steht. Die Drucktaste 51 ist mittels bekannter (nicht dargestellter) Einrichtungen verschiebbar und unverlierbar mit dem Gehäuse-verbunden, beispielsweise über Führungsnuten in dem Gehäuse, hinter welche Nasen der Seitenführungen 52 einrasten.
  • Die Drucktaste 51 ist zumindest in dem der Lampe 40 gegenüberliegenden Bereich aus lichtdurchlässigem bzw. transluzentem Material. Von der Innenseite der Drucktaste 51 ragt der hohlzylinderförmige Ansatz 54 nach unten in das Gehäuse hinein, so daß seine Stirnseite der oberen Abplattung 32 des Schaltelementes 30 gegenüberliegt.
  • Der Innendurchmesser des Ansatzes 54 ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des Führungszylinders 20, so daß der Ansatz 54 über den Führungszylinder 20- geschoben werden kann.
  • Die Wirkungsweise des beschriebenen Schalters ist wie folgt: Wird auf die Drucktaste 51 von außen mechanischer Druck ausgeübt, so gleitet die Drucktaste 51 nach unten, wodurch der Ansatz 54 auf die obere Abplattung des Schaltelementes 30 drückt. Hierdurch wird das Schaltelement 30 zunehmend verformt, so daß es sich aufgrund seiner Abstützung an dem Gehäuseboden 16 verbreitert. Hierdurch gelangen seine Seiten in Berührung mit den Schaltkontaktflächen 11 und 11' bzw. 13 und 13', wodurch die jeweils einander gegenüberliegenden Schaltkontaktflächen aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des Schaltelementes 30 elektrisch miteinander verbunden werden.
  • Durch die Elastizität des Schaltelementes 30 wird dieses nach Loslassen der Drucktaste 51 seine ursprüngliche - in Figur 1 gezeigte - Form wieder einnehmen und hierbei auch den Ansatz 54 und die Drucktaste 51 nach oben in die Ruhestellung drücken.
  • Bei einer alternativen (nicht dargestellten) Ausführungsform der Erfindung ist die Drucktaste 51 durch eine flexible, lichtdurchlässige Membran ersetzt, die in Berührung mit dem hohlzylinderförmigen Ansatz 54 steht. Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders für sogenannte "Tastenfelder" geeignet, bei dem mehrere Schalter in einer Ebene nebeneinander liegen.
  • Selbstverständlich können auch mehrere Schalter der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Art zu einem Tastenfeld zusammengesetzt werden. Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß eines der Schaltkontaktflächenpaare 11, 11' bzw. 13, 13' fortgelassen werden kann.
  • Auch ist der Führungszylinder 20 nicht unbedingt erforderlich. Vielmehr kann der Lampenkörper selbst als Führung für das Schaltelement 30 dienen.
  • Das Gehäuse besteht selbstverständlich aus Isoliermaterial, während das Schaltelement aus elektrisch leitfähigem Material, wie z.B. Silikonkautschuk besteht. Will man bei einem quadratischenGehäuse - wie in Fig. 2 dargestellt - unterschiedliche "Schaltwege" für die Kontaktflächenpaare erhalten, so ist es auch möglich, die Schaltkontaktflächen des einen Paares durch geeignete Krümmung stärker in den Innenraum des Gehäuses ragen zu lassen als das andere Schaltkontaktflächenpaar.
  • Mit der Erfindung wird ein beleuchtbarer elektrischer Schalter angegeben, der aus wenigen Einzelteilen besteht, praktisch keine Verschleißteile und damit hohe Betriebssicherheit und hohe Lebensdauer aufweist.
  • Auch ist die Montage sehr einfach und kann weitestgehend automatisiert werden.

Claims (11)

1. Elektrischer Schalter mit mindestens zwei einander zugeordneten, elektrisch leitenden Schaltkontaktflächen, mit einem zwischen den Schaltkontaktflächen angeordneten, elektrisch leitfähigen Schaltelement und mit einem elastisch verformbaren Element, bei dessen Verformung das Schaltelement die einander zugeordneten Schaltkontaktflächen berührt, in dessen nicht-verformtem Zustand das Schaltelement jedoch mindestens zu einer der Schaltkontaktflächen im Abstand liegt, wobei das Schaltelement das elastisch verformbare Element ist und im wesentlichen kreisförmige Außenflächen aufweist und wobei mittels eines Betätigungselementes eine Verformungskraft auf das Schaltelement ausübbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (30) eine durchgehende mittige öffnung (31) aufweist, in die eine Lampe (40) einsetzbar ist, daß das Betätigungselement (30) mindestens in einem der Lampe (40) gegenüberliegenden Bereich aus lichtdurchlässigem Material ist und daß das Betätigungselement (50) einen im wesentlichen hohlzylinderförmigen Ansatz (54) aufweist, dessen Stirnfläche dem Schaltelement (30) rings um die öffnung (31) gegenüberliegt.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lampe (40) und der Innenwandung der öffnung (31) ein Führungszylinder (20) vorgesehen ist.
3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszylinder (20) mit einem Gehäuseboden (16) verbunden ist.
4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszylinder (20) und der Gehäuseboden (16) einstückig sind.
5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (50) eine Drucktaste (51) und den einstückig hieran angebrachten hohlzylinderförmigen Ansatz (54) enthält, wobei das Betätigungselement in einem Gehäuse (10) verschiebbar geführt ist.
6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (50) aus einer flexiblen Membran und dem zylinderförmigen Ansatz (54) besteht.
7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) rechteckig ist und daß an dessen vier innenliegenden Seitenwänden die Schaltkontaktflächen (11, 11', 13, 13') angebracht sind.
8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse quadratisch ist.
9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (40) eine lichtemittierende Diode (LED) ist.
10. Schalter nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe ein Lichtleiterstab ist, an dessen dem Schalter abgewandten Ende eine Lichtquelle angeordnet ist.
11. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiterstab einstückig mit dem Gehäuseboden (16) verbunden ist.
EP82106902A 1981-09-18 1982-07-30 Elektrischer Schalter mit elastisch verformbarem Schottelement Ceased EP0075091A1 (de)

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